基于地理信息系統(tǒng)的高速公路監(jiān)控管理新模式的研究與應(yīng)用

劉彬 陸璐

摘要：隨著高速公路管理系統(tǒng)的發(fā)展，道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。文章通過研究基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的視頻監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合廣西高速公路信息化系統(tǒng)的需求，提出了廣西高速公路監(jiān)控管理的新模式，并依托工程實(shí)例進(jìn)行了應(yīng)用分析。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)（GIS）;視頻監(jiān)控技術(shù);監(jiān)控管理;應(yīng)用

With the development of expressway management system，the road video surveillance system has a wide application base.Through studying the video surveillance technology based on geographic information system （GIS），and combining the needs of Guangxi expressway information system，this article proposes a new Guangxi expressway surveillance management model，and conducts the application analysis based on engineering examples.

Geographic information system （GIS）;Video surveillance technology;Monitoring management;Application

0 引言

作為高速公路三大系統(tǒng)之一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是支撐高速公路運(yùn)營安全保障的重要手段。高速公路監(jiān)控中心的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)整合了管轄路網(wǎng)內(nèi)道路沿線、收費(fèi)站、隧道和服務(wù)區(qū)的所有視頻資源，并使用液晶拼接墻大屏顯示系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控。通常，監(jiān)控中心大屏系統(tǒng)以輪詢的方式展示所有的視頻圖像，依靠事件

檢測系統(tǒng)的報(bào)警信息和人工審核的方式進(jìn)行日常的監(jiān)控管理工作，一旦發(fā)生交通事件，需要人工查詢相關(guān)的視頻，并關(guān)聯(lián)到事件的處理流程，過程繁雜，效率低下。為解決這一問題，我們在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以交通事件為驅(qū)動，關(guān)聯(lián)視頻圖像與地理信息，呈現(xiàn)事件全局信息，構(gòu)建新一代的視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)，探索高速公路監(jiān)控管理新模式。

1 傳統(tǒng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指在高速公路收費(fèi)站、樞紐互通、匝道互通、隧道、橋梁、服務(wù)區(qū)等重點(diǎn)位置設(shè)置多個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，對道路實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、突發(fā)事件等進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)，能夠及時(shí)有效地采取處理措施，保障高速公路暢通的系統(tǒng)。

在日常監(jiān)控業(yè)務(wù)中，監(jiān)控人員通常要處理兩種情況：

（1）視頻事件檢測報(bào)警。報(bào)警信息由視頻事件檢測系統(tǒng)產(chǎn)生[1]，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心，在屏幕上顯示報(bào)警信息。系統(tǒng)自動錄下與報(bào)警相關(guān)的視頻圖像，由監(jiān)控人員查看核實(shí)現(xiàn)場情況。

（2）電話事件上報(bào)。報(bào)警信息由事件相關(guān)人員電話通知監(jiān)控中心，監(jiān)控人員通過事件相關(guān)人員描述的時(shí)間地點(diǎn)等信息，在海量視頻中尋找事件發(fā)生地周邊的視頻錄像核實(shí)現(xiàn)場情況。

從處理流程上看，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控模式仍然要消耗大量的人力來尋找視頻以核實(shí)情況并進(jìn)入事件處置流程，其原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）視頻事件檢測誤報(bào)率高

現(xiàn)有的視頻事件檢測系統(tǒng)受環(huán)境因素影響較大，誤報(bào)率較高。如在大雨、大霧等天氣能見度較差時(shí)，會影響系統(tǒng)識別效果;在晝夜轉(zhuǎn)換時(shí)，光線變化較快，系統(tǒng)識別率也會下降;高速公路兩邊樹木的蔭影隨風(fēng)搖晃時(shí)，會影響系統(tǒng)對車輛的識別。視頻事件檢測的誤報(bào)率高會嚴(yán)重困擾監(jiān)控人員，容易使工作人員疏忽而無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)重要事件。

（2）與地理信息的關(guān)聯(lián)性弱

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)將視頻圖像投影到監(jiān)控中心的大屏上，屏幕畫面包括圖像和字符疊加的事件及地點(diǎn)。在電話事件上報(bào)的場景中，因視頻圖像與地圖無法直接關(guān)聯(lián)，需要監(jiān)控人員查找事件地點(diǎn)周圍的視頻布設(shè)點(diǎn)，然后調(diào)出對應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的錄像進(jìn)行瀏覽，這一過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。如果增強(qiáng)視頻圖像與地理信息之間的關(guān)聯(lián)性，將能夠有效提高業(yè)務(wù)處理速度[2]。

（3）與應(yīng)急救援流程缺乏聯(lián)動

在事件處理過程中，除了核實(shí)現(xiàn)場發(fā)生的情況，還需要對事件處理的過程進(jìn)行跟蹤查看。針對事件跟蹤與應(yīng)急救援處置，尚未進(jìn)行智能聯(lián)動[3]，也需要監(jiān)控人員手動編輯單獨(dú)的預(yù)案，這會使視頻預(yù)案的靈活性和復(fù)用性較低，導(dǎo)致其無法推廣應(yīng)用。

2 基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為了解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的問題，我們研發(fā)了一套基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將視頻圖像與地圖地理信息高度融合，通過網(wǎng)絡(luò)簡圖快速定位與搜索，聯(lián)動應(yīng)急指揮處理流程，對視頻監(jiān)控預(yù)案進(jìn)行可視化管理。系統(tǒng)的主要功能分成四個(gè)部分：視頻管理基礎(chǔ)功能、地理信息導(dǎo)航、應(yīng)急救援聯(lián)動、視頻預(yù)案可視化管理。其具體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 視頻管理基礎(chǔ)功能

視頻管理基礎(chǔ)功能包括視頻圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控、視頻回放和視頻事件檢測。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過WEB瀏覽器，實(shí)時(shí)顯示單畫面或多畫面的視頻圖像;能夠?qū)崿F(xiàn)對前端云臺鏡頭的全功能遠(yuǎn)程控制;具備視頻實(shí)時(shí)上墻功能;具備預(yù)案與輪巡播放功能;能夠接收來自隧道管理系統(tǒng)、事件管理系統(tǒng)等發(fā)出的聯(lián)動報(bào)警;實(shí)現(xiàn)報(bào)警點(diǎn)監(jiān)控視頻上墻，圖片抓拍，自動錄像等。

（2）視頻回放：包括分段回放與即時(shí)回放;支持錄像下載、剪切及實(shí)時(shí)錄像回放、報(bào)警錄像查看、報(bào)警圖片查詢等;可進(jìn)行回放與實(shí)時(shí)預(yù)覽比對顯示，支持多種形式的視頻回放。

（3）視頻事件檢測：通過分析前端的流媒體服務(wù)器分發(fā)的視頻數(shù)據(jù)或者高清攝像機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號，具備交通事件檢測功能的智能分析能力，利用服務(wù)器強(qiáng)大的CPU計(jì)算能力和內(nèi)置智能算法對視頻圖像中的交通信息進(jìn)行檢測與統(tǒng)計(jì)，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上傳和分發(fā)，實(shí)現(xiàn)對隧道、路面、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)的智能監(jiān)控。

2.2 地理信息導(dǎo)航

地理信息導(dǎo)航功能包括地圖圖層信息疊加和路網(wǎng)簡圖導(dǎo)航。

（1）地圖圖層信息疊加：在基礎(chǔ)地圖的信息之上疊加外場設(shè)備，如攝像機(jī)、車檢器、情報(bào)板等。圖層的疊加是以圖表的位置和顏色分別對應(yīng)設(shè)備的位置與工作狀態(tài)，通過用戶交互點(diǎn)擊圖標(biāo)，顯示設(shè)備對應(yīng)的內(nèi)容。例如，選取地圖上的單個(gè)攝像機(jī)圖標(biāo)，則顯示當(dāng)前攝像機(jī)的監(jiān)控畫面。圈選多個(gè)攝像機(jī)，界面則同時(shí)展示被選中攝像機(jī)的監(jiān)控畫面。該展示方式將視頻圖像與地理信息高度關(guān)聯(lián)，提高了視頻查詢的效率。

（2）路網(wǎng)簡圖導(dǎo)航：采用SVG（可縮放矢量圖形）技術(shù)進(jìn)行路網(wǎng)相對抽象的繪制，形成道路路網(wǎng)，并以此網(wǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行視頻業(yè)務(wù)的展現(xiàn)及與用戶的交互。例如，選取路網(wǎng)中的單個(gè)收費(fèi)站，則該收費(fèi)站的相關(guān)信息會一次性展示在界面上，包括收費(fèi)站所有的視頻圖像、收費(fèi)站設(shè)備狀態(tài)、車檢器信息、情報(bào)板信息等。路網(wǎng)簡圖是所轄路段信息的全匯總，并將業(yè)務(wù)信息按管理或地域分類，提供便捷的業(yè)務(wù)監(jiān)控入口，如圖2所示。

2.3 應(yīng)急救援聯(lián)動

與應(yīng)急救援處置系統(tǒng)的聯(lián)動包括事件實(shí)時(shí)視頻查看和預(yù)案執(zhí)行跟蹤。

（1）事件實(shí)時(shí)視頻查看：接到事件報(bào)警后，在地圖上以事發(fā)地為中心生成緊急處置圈，并顯示圈內(nèi)道路及周邊收費(fèi)站和服務(wù)區(qū)的視頻圖像。若事發(fā)地周圍路段沒有布設(shè)攝像機(jī)，系統(tǒng)會自動連接前往現(xiàn)場查看的無人機(jī)和救援車的視頻，以保證現(xiàn)場實(shí)況快速回傳。

（2）預(yù)案執(zhí)行跟蹤：根據(jù)應(yīng)急處置預(yù)案進(jìn)行事件處理的視頻跟蹤。如應(yīng)急救援車派出后，通過預(yù)案中的執(zhí)行路徑，自動打開相關(guān)的視頻監(jiān)控畫面，能夠查看到其具體的執(zhí)行情況，保證處置流程的可見可控。

2.4 視頻預(yù)案可視化管理

視頻預(yù)案可視化管理與應(yīng)急救援預(yù)案不同，主要針對節(jié)假日車流高峰期和重大計(jì)劃事件安全保障。

（1）節(jié)假日車流監(jiān)控預(yù)案：根據(jù)往年節(jié)假日的流量高峰地點(diǎn)進(jìn)行定制，匯集收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、匝道互通等地點(diǎn)的視頻圖像，在需要時(shí)可一鍵上墻。節(jié)假日預(yù)案復(fù)用性強(qiáng)，能有效為節(jié)假日的現(xiàn)場監(jiān)控管理與資源管理提供可靠依據(jù)。

（2）重大計(jì)劃事件預(yù)案：一般指計(jì)劃性的參觀考察，根據(jù)計(jì)劃編制沿線的視頻圖像，可實(shí)時(shí)預(yù)知前方路況，根據(jù)實(shí)際情況提供即時(shí)路線的方案，保障計(jì)劃順利執(zhí)行。

3 視頻監(jiān)控新模式應(yīng)用

廣西交通投資集團(tuán)河池高速公路運(yùn)營有限公司管轄路段包括六河路、宜河路、宜柳路、河都路和河百路等五條高速公路，共計(jì)476.3 km。河池公司客服中心管轄河池、都安北、宜州三個(gè)監(jiān)控室，其中河池監(jiān)控室是河池公司的應(yīng)急指揮中心。2018年11月，河池應(yīng)急指揮中心安裝了基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)踐了以事件為驅(qū)動的視頻監(jiān)控模式。在初期應(yīng)用階段，應(yīng)急指揮中心同時(shí)使用傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和基于GIS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，分別用液晶拼接電視墻和一塊2.7 m×11.04 m的小間距LED大屏進(jìn)行展示。監(jiān)控人員在使用中發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)系統(tǒng)中要在56個(gè)小屏幕中來回輪巡查找事件，較為耗時(shí)，相鄰屏幕之間的畫面不一定具有關(guān)聯(lián)性。而在整屏的GIS視頻監(jiān)控系統(tǒng)（如圖3所示）上，使用簡圖導(dǎo)航，就能快速巡查一遍所轄路段;在應(yīng)急處置聯(lián)動上，其智能關(guān)聯(lián)與流程跟蹤功能減輕了監(jiān)控人員的工作負(fù)擔(dān)，提高了工作效率。

4 結(jié)語

本文結(jié)合廣西高速公路信息化系統(tǒng)的需求，分析了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的不足，提出了基于GIS的視頻監(jiān)控管理模式。通過基于GIS的視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，初步證明了該模式的有效性，為智慧高速的進(jìn)一步發(fā)展提供了有力的支撐。

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