不停车收费公路远程视频监控系统的设计及应用

张艳琴

（山西省交通信息通信有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

随着公路交通量的大幅度增加，交通运营压力增加，交通运行安全风险也随之提升，传统的收费管理模式已不能适应交通管理服务发展的需要。以往收费监控系统也不能满足现今网络化、信息化、科技化管理要求的需要，无法实现资源共享，不能进行信息集中管理[1]。因此，为提升公路运行效率，提高车辆进出速度，近年来很多收费公路进出口采用不停车收费系统[2]，通过视频监控系统实时掌控收费公路进出口车辆运行情况[3-4]，可以大幅度提升服务质量和运行效率。

然而，部分收费公路在建设过程中采用模拟视频监控系统[5]，监控系统和收费系统相互独立，建设期间资金投入较大，运营成本较高，限制了收费公路管理和服务水平的进一步提升。因此，采用一体化远程视频监控系统[6]，提升管理和服务水平，降低运营成本，可以更好地服务不停车收费公路，减少由于管理水平落后造成的资源浪费，从而提升运行效率，快速应对突发事故，降低安全风险。

1 远程视频监控系统概念

远程视频监控系统能够整合企业信息网络和控制网络[7]，实时监控道路施工和运营情况，根据实际情况制定管理策略，进而实现综合自动化管理。在企业网络内部建立数据库和资源库，实现网络资源共享，提升系统运行效率。监控系统可以实时采集现场运行数据，并分析数据作为远程故障诊断的基本依据。该系统可解放人力，工作人员不需要到现场即可掌握道路的运行情况，实现远程对象的控制。对于不停车收费公路，可以实现无人值守，只需要配备一定数量的设备管理人员，实现减员增效，不仅可以降低收费公路运营成本，还能够提升运行效率[8]。

2 系统需求分析

2.1 提升文明服务质量

在公路收费过程中，由于受管理水平、制度不完善等方面的影响，可能存在部分不稳定因素，造成收费作业流程不规范，文明服务水平较低。采用远程视频监控系统可以监督收费作业流程，预防不稳定因素的产生，提升文明服务质量。

2.2 提升管理水平

传统公路收费和监控系统的建设标准和技术规范不统一，造成软件和硬件不兼容[9]，收费数据不能实现统一上传，导致运营管理公司在收费作业管理中出现较多问题。采用公路远程视频监控系统，提升收费和监控系统兼容性，实时传输收费数据，提升管理水平。

2.3 加强收费站之间联系与协同工作

传统的收费监控系统设计是每个监控室只能为其对应的收费站提供服务，各收费站之间不能及时联系和开展协同工作。如出现逃费车辆等特殊情况时，缺少联动机制不能及时处理，制约了收费和管理工作的开展。采用公路远程视频监控系统，可以实现监控与收费之间的联系与协同，有利于提升服务水平。

2.4 提升信息化管理水平

传统的公路运营管理企业或上级管理部门需要了解某一收费站的收费情况时，需经过多方协调。采用公路远程视频监控系统可直接通过远程监控网络查询收费信息，第一时间掌握各收费站的运行情况。另外，监督管理人员通过手机APP 可以实时掌握各收费站的收费情况，有效提升工作效率。

3 公路远程视频监控系统的设计与实现

3.1 建立数据库

该系统建设需要覆盖山西全省60 多个收费站，监控数据量庞大，同时考虑后续公路建设数据存储的需要，建立数据库存储空间应略有富余。该系统采用SQL Server 2020 软件建立数据库，存储结构数据集由表集合组成[10-11]，可以实现数据的快速查找、记录操作。数据库具有存储功能，利用程序代码可实现数据的调用和计算。系统运行过程中会产生大量的数据，按时间和地点等因素对数据进行分类管理。对文件分类命名，并将其保存路径和备注存入数据库，以便在管理过程中对数据进行查看和调用。

3.2 总体框架设计

公路远程视频监控系统包括四大模块，分别为视频监控模块、图像传输模块、数据输出模块和控制模块，总体框架如图1 所示。

图1 系统总体框架

3.2.1 视频监控模块设计

该模块主要功能是采集视频监控资源，包括视频、音频、特殊情况报警信息等。收费站端主要组成为光端机，收费所端组成部分包括光端机、硬盘摄像机、电视墙等，视频监控模块组成部分如图2 所示。

图2 视频监控模块

收费所内配置闭路电视监视系统，可以确定通过进出口的车辆类型，观察收费广场的运行情况，监督收费人员的工作程序是否规范，并在特殊情况下进行录像和记录，便于开展监督和管理。并在各收费站也建立简单的闭路电视监控系统，与收费所的CCTV 监控系统配合实现集中监控管理。

3.2.2 图像传输模块设计

图像传输模块是将收集的图像传输到监控中心或上级管理部门，该模块通过CCTV 服务器连接网络，利用编码卡进行数字化压缩，打包后通过媒体交换层传输至控制层和视频应用层。利用数据包传输的方式，有利于解码器对视频和音频进行处理。同时，该模块还可以对数据信息进行集中储存，以便后期查找和调用。

3.2.3 数据输出模块设计

系统收集的视频、音频信息在监控中心进行汇总和处理，处理后的图像将在电视墙上显示。监控中心还可以对监控数据、录像和各类终端设备进行管理，总控中心设置在省公路管理局，管理各收费站的信息，并根据现场情况进行全局指挥监控，总控中心组成如图3 所示。

图3 监控中心组成示意图

在各收费所设置分控中心，对所管辖的区域进行指挥管理，其组成构造与总控中心相近，如图4 所示。

3.2.4 控制模块设计

控制模块主要功能是管理整个系统，根据需要查看和调用各类信息和数据，对各种设备的运行数据进行记录，并分析系统各部分的运行情况。各监控点将数据和信息传输到监控中心，经过解码后由控制模块集中管理，并根据需要发送到各个客户端，在屏幕上向用户展示。该模块组成包括计算机、大屏幕、拼接控制器和双色LED 条形屏等，通过软件操作控制大屏幕，用户可以根据需要进行视频界面切换、数据和信息的查看，操作界面如图5 所示。

图5 系统操作控制操作界面

4 远程视频监控系统的实施

4.1 需要解决的问题

为保证公路远程视频监控系统的顺利实施，应首先解决网络通信中存在的问题。一方面，网络通信传输速度慢，光纤传输的应用虽然会增加建设前期投入，但传输效率高，有效解决了以往带宽不足造成的网络传输问题。另一方面，网络通信困难，由于收费站分布在不同区域，造成收费监控系统结构复杂，各区域的收费网络处于不同的局域网，相互之间通信困难。采用NVR 网络视频录像机便于对视频进行浏览、回放、存储和管理，解决了通信困难问题。

4.2 系统实施步骤

根据设计要求，公路远程视频监控系统实施分为数字化编码和监控中心改造两步。第一步数字化编码，包括视频和音频两部分，即利用视频编码器将收费广场、车道和亭内摄像机收集的模拟信号转换为数字信号，以便视频和音频数据的传输、处理和存储，数字化编码处理流程如图6 所示。视频和音频数据经过编码后汇聚到千兆交换机，通过光纤传输到各地市公路管理局，再通过专用链路传输至省公路管理局。

图6 数字化编码处理流程

第二步省级监控中心改造，各地市公路管理局的监控数据传输至省公路管理局后，汇总后通过省级监控中心进行解码，实现在监控中心观看各收费站的监控视频和音频，完成省内各收费站监控数据在省级监控中心的汇总和整合，为后续进行远程调控与管理提供技术支持。

5 结语

随着我国经济的快速发展，交通建设方面的信息化水平不断提升，全国大多数省市已经建立了省级联网监控中心。交通运输信息化建设可提升收费公路的运行效率，解决交通运输行业发展遇到的很多难题，提升道路管理和服务水平。为提升收费公路运行效率，在收费公路进出口、省界位置相继采用不停车收费管理。利用远程视频监控系统可整合公路信息资源，更好地实现交通信息的收集、存储和共享，服务交通行业信息化建设快速发展。通过系统需求分析，根据公路远程视频监控系统设计目的和要求，从视频监控、图像传输、数据输出、控制四大模块进行系统总体框架设计。解决了以往监控系统网络通信带宽不足和通信困难问题，通过数字化编码和省级监控中心改造实现系统的实施。