基于高清視頻的新一代收費車道一體化系統設計和應用

羅 軍

(貴州高速公路集團有限公司)

0 引 言

我國的一些高速公路收費系統一般由對講系統、報警系統以及收費數據等部分組成，由于這種收費方式操作起來有一定的難度，工作人員的工作效率也比較低。現階段主要采用的數字化技術以及IP 技術，大大滿足了收費站與監控中心以及圖像交換的需求。本文對基于高清視頻的新一代收費車道一體化系統設計和應用的探討具有一定的現實意義。

1 新一代收費車道一體化系統設計方案

新一代收費車道一體化系統主要有三個部分組成，第一部分為收費車道的前端設備，這個設備主要是由收費站內的錄像機、攝像機、車道的監控設備、揚聲器以及欄桿機、室外燈等幾部分組成。第二部分為收費車道的傳輸設備，主要包括光纖接口處的網絡交換機、光交模塊以及通信線纜等。第三部分為解碼控制設備。解碼設備主要包括解碼器、監控器、圖像處理以及對講客戶端處的相關軟件。基于高清視頻的新一代收費車道一體化系統主要由高清車牌識別器、網絡錄像機、嵌入式工控機以及車道等部分組成。基于高清視頻的新一代收費車道一體化系統圖如圖1 所示。

圖1 基于高清視頻的新一代收費車道一體化系統

2 系統設計原則

2.1 與現有收費系統標準接口兼容

新一代收費車道一體化系統要有兼容的能力，不能改變現有的收費系統，這樣有效地避免了資源浪費，而且原有的收費車道還能繼續維持使用。

2.2 支持車道“孤島運行”

傳統的收費站系統易受到用電、網絡以及設備本身問題的影響，例如這些方面出現了問題，很容易造成車道視頻以及圖像資料的缺失，再加上傳統的收費車道采用的是集中式硬盤錄像，一旦影像資料丟失，對收費業務的開展也就會造成很大的影響。一體化系統主要是通過在車道上安裝專用的錄像機，如DVR 或NVR，這種設備的應用，有效地保證了系統的穩定性，即使出現斷網斷電的現象也不會影響收費工作的正常開展。

2.3 跨網數據安全互聯

我國高速公路收費系統的傳統模式主要是以模擬視頻設備為主，采用數字化系統進行信號轉化，因而一般沒有跨網通信的情況，如今新一代的收費車道一體化系統主要采用的是網絡高清設備，然后再通過網路技術對數據以及圖片進行處理與儲存，大大滿足了通信的需求。現代收費車道一體化系統的建設需要尋求成本較低而且安全度較高的產品，從而實現跨網數據安全互聯。

3 系統功能結構

3.1 收費業務處理模塊

高速公路收費業務系統主要有嵌入式低功耗的工控機、多串口卡、IO 控制以及收費軟件這四部分組成。新一代的業務系統模塊中主要有收費軟件的維護以及收費數據的處理工作。同時還包括數據的傳輸以及存儲，同時還要包括圖像字符以及車在行駛中抓拍的數據，都需要進行處理，這是收費系統中比較關鍵的部分。

3.2 車道設備和控制模塊

在高速公路車道設備控制結構中主要有兩部分組成，一部分為車道控制器，另一部分是外圍設備。其中控制器的主要部分是接收空機信號，這種信號能夠有效對欄桿機、同方向指示燈以及報警設備上的信號進行采集，并且將這些信號及時傳送給工控機，達到及時反饋的目的。外圍設備的主要功能是進行監聽與錄音，并且承擔著聲音擴大的功能，該系統主要是收費系統的執行環節。系統功能結構如圖2 所示。

圖2 系統功能結構

3 基于高清視頻的新一代收費車道一體化系統的應用

3.1 低成本跨網數據安全交換

在數據交換方面依然采用傳統的端接口單元核接收來自網絡的訪問請求，這就是所謂的“擺渡交換”技術。這個技術的特殊性在于，各個網閘內部會相對獨立開來，從而使收費網與監控網之間相互獨立工作。因而要通過CPU 內置的128 KB SRAM 內存實現網絡信息的交換，但是這個交換不是網絡數據包的轉換，而是應用層數據的靜態讀寫，在某種程度上可以保護收費網用戶的安全利益。但是信息網會通過網閘來檢驗通過的信息的安全合法性，這個檢驗一般分為如下三個部分進行:第一部分:進行數據分析操作，檢驗各協議的網絡地址，分析傳輸層與網絡層，從而將不符合的數據包進行處理，保留一些有用的信息，減少內存空間，防止Flood 的攻擊。第二部分:這個部分主要是基于TCP/IP 協議的規則來進行的，需要進行協議包的審核與管理，通過對協議包的處理高速公路收費數據中的業務部分將與其他的分離，能夠對數據包進行格式化，通過這樣的方法能夠將這些正常的數據傳輸到獨立的區域內，最后再根據內容進行審核。第三部分:這個部分的主要內容是制定標準化模塊，同樣需要對模塊的內容進行審查。需要根據高速公路車道收費的具體情況來建立兩網數據交互接口協議。之后制定一定問題分析處理模塊，這個模塊的主要內容包含了收費系統中所有數據包的傳輸與處理過程，對于那些驗證過并且符合一定科學性的數據，需要加注一些校驗碼，為了避免數據被改動。

3.2 可視化對講系統

在高速公里收費站內設置可視化系統是十分必要的。這種系統具有雙工對講的功能，有效地實現了收費員與監督人員之間的業務溝通。該方法操作比較簡單，直觀而且效率也較高。通常情況下，收費站內的監控人員的只需要輕點觸摸屏，在屏幕上尋找對講的圖片，并進行點擊就可以實現雙工語音通話功能。該系統能夠實現自動錄音功能，為今后的一些事宜的查詢提供了可靠的參考。該系統具有很多優勢，例如在進行通話時出現了新的通話，可以有待機功能，同時如果想結束通話可以輕點屏幕上的結束圖標。該系統還具備監控室對道亭的單向視頻語音監控的、收費站的布置以及安全撤退的系統，同時收費站內還需要安裝一定的監測報警系統。如果發生意外情況能及時將險情報告給相關部門。

3.3 數字視屏軟切換技術

有車道DVR、交換機、視屏解碼器和控制鍵盤等設備使得數字視屏軟切換技術具有了一些傳統的傳統模擬矩陣從未有過的強大功能。實際上有很多種方式可以實現“大所帶小所”、“一所帶多所”收費管理模式的監控系統構架方式。比如在監控中心端實現對電視墻上任意一臺監視器播放任意視頻畫面，或者在IP 網絡范圍內通過組播方式實現圖像的實時監控和錄像回放。

4 結束語

綜上所述，本文對基于高清視頻的新一代收費車道一體化系統設計和應用的分析，對我國的收費系統的建設具有一定的促進作用，不僅有效地提升收費系統的服務水平，而且為我國高速公路系統標準化建設提供了一定的參考價值。

［1］呂毅.嵌入式一體化車道機在高速公路收費系統的應用［J］.西部交通科技，2010，(11):233－235.

［2］吳健輝，張國云，鄧己媛，等.基于車牌識別技術的雙車道一體化智能道閘系統設計［J］.湖南理工學院學報(自然科學版)，2013，(2):112－114.

［3］段河霞.河北省高速公路通用收費軟件的構成和實現方法［J］.中國交通信息產業，2012，(12):55－58.

［4］吳超仲.基于磁道釘導航的車道保持系統信息融合與控制技術研究［D］.武漢理工大學，2012.