高速公路智能监控系统设计与关键技术分析

田竞辰

摘 要：为了推动我国交通行业的发展，该文对高速公路智能监控系统的设计展开论述，介绍了智能监控系统架构及系统设计，并从图像处理技术、数据传输及存储技术、智能监控系统检修3个方面对系统进行阐述，在了解高速公路监控系统运行技术的价值的同时，也为今后监控系统智能化设计提供参考。

关键词：高速公路；智能监控系统；物联网架构；车流量

中图分类号：U416 文献标志码：A

我国高速公路存在整体路况复杂、车流量大的问题，同时极端恶劣天气也是影响高速公路行驶安全的重要因素。受信息技术发展的影响，越来越多的高速在建设、改造的过程中，将大数据、云计算与视频监控技术相结合，构成了智能监控系统。通过设计智能监控系统，一方面可以更好地掌握实时路况，并对其进行数据分析，另一方面也能够实现高速公路的自动化与智能化管理。

1 高速公路智能监控系统架构

对高速公路的目标路段进行智能监控时，为了能够实时了解车速、车流量、路况等情况，需要在高速公路上设置大量的数据采集点。出于对数据采集点运行稳定性的考虑，需要搭建稳定性强的架构作为支撑，其中最常用的便是物联网架构。在智能监控系统的设计中应用物联网的相应技术，可以有效保证系统的稳定性与扩展性。

高速公路智能监控系统架构主要包括3个部分，即感知层、网络层、应用层。其中感知层为数据采集终端，对高速公路的目标路段的气象、车流量、视频等信息进行全面采集；网络层包括互联网监督装置，象监控系统局域网、公共互联网和监控系统网关等，对采集到的数据进行传输和储存；应用层则为监控系统网关，主要负责对终端数据进行采集，并且将其传输至云存储中心，经过分析后可以为高速公路监控中心、移动应用终端等提供实时路况信息。

2 高速公路智能监控系统设计

感知层数据采集终端中包括Raspberry Pi单板机、视频以及模数转换电路等部分，其主要是对目标路段的相关信息进行采集。监控系统网关在Raspberry Pi单板机以及无线Wi-Fi网络的帮助下传输数据，而网关和终端等则通过MQTT协议实现关键数据的交互，象数据储存与公布。视频服务器可以采集高速公路的视频，并且实时监控高速公路的路况。

数据采集终端、监控系统网关的运行，以RASPBERRYPI3 MODB-1GB单板机为系统的主控制器，这里用到的Raspberry Pi属于开源硬件系统，其成本低、计算性能好，应用非常广泛。同时，Raspberry Pi也可以利用相应的硬件板卡与外围模块、传感器相连接，对系统的原有功能进行拓展。图像采集模块可以运用Raspberry Pi系统中的Camera Module V2摄像头、运用数模转换器进行模数转换，移动传感器HB100实现系统的微波探测，光强度数字转换芯片TSL2561则可以用于光照采集，最后用数字温湿度传感器AM2302采集温湿度。在智能监控系统运行的过程中，高速公路上布置的所有数据采集点根据实时路况，将其间隔控制在100 m～200 m，以此来保证路段监测的实时性。

3 高速公路智能监控系统关键技术

3.1 图像处理技术

高速公路智能监控系统可以对采集到的视频图像进行处理，这样一方面可以掌握处于移动状态下的车辆信息，另一方面也能够保证车辆跟踪录像的实时性与准确性。同时，考虑到路面的行驶情况比较复杂，所以也要选择合适的处理技术对图像进行处理，这样才能够保证图像的质量。

3.1.1 归一化算法明确跟踪对象

车辆处于行驶状态时，智能监控系统需要从不同方位对其进行监测，利用自动调焦可以保证监测的准确性。但现行的相关技术无法保证行驶车辆定位的准确性，实际应用中车辆行驶速度的同步难度较大。为了杜绝车辆超速行驶的现象，需要应用移动测速技术，利用归一化算法，明确高速公路上的跟蹤对象。对于归一化算法的应用，需要将系统采集到的所有视频图形信息分割处理，剔除一些没有价值的信息，在剩余的图片中提取有效信息，一般采用垂直、水平滤波等提取方式。当提取到有价值的信息后，使用霍夫算法变换，明确监测的行驶车辆所处的角度，保证采集到实时有效的数据。

3.1.2 残余光流检测算法划分行人与车辆

高速公路车辆的行驶速度较快，如果有行人穿行路面很容易造成交通事故，甚至引发连环事故。这样一来便需加入有效识别、预警高速公路行人、车辆的功能，为此建议使用残余光流检测算法。该算法的运行原理在于高速公路中不同车辆与行人的速度、行进形式不同，当车辆处于行驶状态时，身车架构做刚体运动，行人行走为非刚体运动，可以通过这点对其进行有效区分。

3.2 数据传输及存储技术

为了提高智能监控系统相关数据的传输效率，使调度中心能够及时掌握有效信息，必须要选择合适的网络传输技术。对高速公路数据进行传输时，要考虑智能监控系统的各采集点的设置情况，因为整体设置比较分散，各个点采集到的数据传输到中心需要一定的时间，这时就需要重点考虑速率与有效性。基于此，建议运用TCP/IP网络传输技术进行数据传输。将IP作为技术构架，并且引用开放式NGN技术，发挥IP所带有的视频服务器、数据处理服务器的优势，提高数据传输效率，同时也可以对传输的视频进行快速、高效地分析与处理，了解路面实时路况。对智能系统采集到的视频数据进行处理后，必须要储存关键数据，为调取查阅做准备。同时为了保证数据储存质量，必须要有足够容量的储存空间。这主要是因为视频数据量比较大，高速公路智能监控系统又是实时监测，所以为了解决以上问题，建议使用物理分布式存储技术，这样能够切实有效地提升数据存储的可靠性。

3.3 智能监控系统检修技术

高速公路智能监控系统在运行期间，如果出现故障需要及时对其进行远程监测，但是监测系统运行的过程中难免会受到一些自然天气以及人为因素的影响，无法保证永远正常运行。因此，当智能监控系统处于使用状态时，需要有专门的管理人员对相关设备进行检查，定期排查其中的安全隐患，管理期间工作人员要制定完善的监控设备检查时间表，确保监控设备可以及时得到检修，并且保证其有效运行。同时，如果智能监控系统出现问题，相关人员可以及时解决问题。通过掌握监控设备运行状况，制定有效的解决方案，确保监控设备运行质量，为调度中心提供真实有效的数据。

4 结语

综上所述，对高速公路智能监控系统进行设计时，需要结合实际路况选择合适的技术，全面采集数据信息，提高数据传输效率，为我国高速公路管理提供推动力，推动高速公路管理向智能化与信息化方向发展。

参考文献

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