高速公路智慧服務區系統解決方案

王陶陶

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 概述

近年來，隨著我國經濟社會的快速發展，社會公眾對提升高速公路服務區（下文中統一簡稱“服務區”）服務質量的期盼更加迫切，對解決部分服務區在重大節假日期間車輛進出難、加油難、旅客如廁難、環境衛生差等問題的愿望更加強烈。服務區是交通運輸行業服務群眾的重要“窗口”，也是社會公眾駕乘車輛出行的重要休息場所，對于滿足駕乘人員生理和心理需求、預防疲勞駕駛、為車輛提供加油和維修服務、消除行車安全隱患具有十分重要的作用。因此，根據服務區的信息化系統建設需求，提出了智慧服務區系統解決方案，旨在通過探析技術手段，完整、實時記錄服務區內外環境情況，記錄、分析進出車輛和人員信息，并通過實現信息發布、信息服務，提升服務區綜合品質和服務質量。

2 需求分析

2.1 視頻監控需求

服務區視頻監控，旨在解決服務區重要出入口、公共設施等位置的安全防范問題，既需要大場景的視頻全覆蓋，又需要對例如油庫、配電房、出入口匝道等細部特征位置予以監視。隨著技術水平不斷發展，用戶對視頻監控系統的功能往往已經不再局限于“看得見”，而需要進一步提高視頻成像品質，向著更高清、更智能的方向發展。同時，獨立的服務區視頻監控體系需要納入高速公路全程監控體系中，省級、地市的服務區管理中心，需要實現視頻監控的聯網，以納入路網安全應急指揮調度業務范疇。

2.2 車輛管控應用需求

服務區車來車往，是高速公路行車驛站，因此無論是公安交通管理部門、交通運輸部門，都可以依據服務區建設車輛管理的中間站。需要通過記錄進出服務區車輛的顏色、號牌、型號等特征屬性，并結合具體的時間節點，能夠在中心數據庫的輔助下實現車輛特征判斷、車流量統計、服務區容限告警等業務應用服務。同時，為滿足交警、公安稽查布控以及交通運輸部門整治超限、非法營運等需求，服務區數據中心能夠接入稽查布控系統，實現嫌疑車輛的定位、攔截。

2.3 信息發布服務需求

服務區需要對進出車輛、人員提供信息發布的服務，信息發布包括站內發布和站外發布，站內發布主要包括建設WIFI熱點、建設信息發布窗口，將路況信息、交通管制信息、旅游景點信息、民俗特產信息等以手機短信、廣告發布機等形式推送給大眾，站外發布信息主要通過服務區數據中心，將服務區狀態、加油站狀態、剩余車位數以及下個服務區距離等信息通過高速主線上的情報板發布給駕乘人員。

此外，服務區數據中心需要將車輛、人員的分布、運動趨勢定期匯總收集，并深入挖掘數據關聯，提供給服務區運營管理部門，如車輛進出密度、人員熱度分布、店鋪出入人員密度、廣告牌駐足人員分類等。

2.4 系統管理需求

智慧服務區需要建設綜合管理系統，系統包含設備接入模塊、數據中心、存儲及管理模塊、信息發布模塊、過車數據研判模塊以及監控中心管理等等。管理系統作為服務區信息化系統的核心，需要承擔設備接入、用戶及數據管理、信息發布內容及審核管理，系統應提供統一的平臺軟件賬戶和交互界面，不同類型的用戶根據系統分配權限，可獨立操作軟件模塊，實現視頻監控、車輛管理、信息發布管理等業務應用。

2.5 商業模式需求

服務區內除公共設施外，還具有一些商鋪、快捷酒店、餐飲等服務，從商業模式角度，經營類型的店鋪借助服務區提供的公共設施開展經營活動，服務區可通過租賃安防設施、提供信息服務等方式，支持店鋪的經營。站在管理的角度，店鋪的安保設施以往都由店鋪自建，這會帶來不少重復投資，而且不利于系統統一監管，因此，安防設施需作為公共設施的一部分，由建設方統一建設，并向經營類店鋪提供租賃服務。

3 系統總體設計

3.1 設計目標

建設智慧服務區綜合管理體系，提升公眾出行服務質量為主線，規范運營管理，強化服務功能，創新體制機制，優化設施配置，完善服務工作管理體系，打造“布局合理、經濟實用、標識清晰、服務規范、安全有序、生態環?！钡默F代化服務區，滿足公眾高品質、多樣化服務需求。

3.1.1 政府指導 部門協作

積極爭取地方政府支持，加強與相關部門的協調配合，充分發揮政府和部門指導作用、運營單位主體作用以及行業學會協調自律作用，引導社會公眾參與，盡快形成政府、行業、企業和公眾共同參與的協作推進機制。

3.1.2 科學定位 強化功能

以保障基本服務功能為主，不斷強化為駕乘人員提供停車、短暫休息、如廁以及餐飲、加油、車輛維修、公路出行信息播報等基本服務；在此基礎上，因地制宜開展客運接駁、客貨運輸節點、旅游服務等延伸服務，提升綜合服務能力，滿足公眾多樣化需求。

3.1.3 分類管理 協同發展

構建車輛通行費投入為主，服務區經營所得補貼為輔的服務區公共設施管養投入保障機制，不斷優化駕乘人員停車、如廁等免費服務。充分發揮市場在資源配置中的調節作用，鼓勵社會資本投入餐飲、便利店、車輛加油和維修等經營性項目，公平競爭，提供高品質、多樣化服務。

3.1.4 規范運營 優質服務

建立健全服務工作標準化管理體系，不斷提高服務區服務工作規范化水平。營造公平競爭的市場環境，依法經營，為駕乘人員和通行車輛提供符合相關質量技術標準的服務保障。

3.2 智能行為分析

智能視頻分析主要是指穿越警戒面、進入區域、離開區域、物品拿取放置、徘徊、停車、快速移動、人員聚集等行為分析，并基于智能視頻行為分析儀提供的事件檢測與行為分析服務實現。通過專用的智能分析客戶端實現各種控制操作。

專用的智能分析客戶端應具備以下主要功能板塊。

3.2.1 跨線檢測

由于實踐中，經常有車輛違章逆行，在高速公路上違章掉頭等情形，因此，需要設置專業輔助功能，用以提醒管理人員及時預警，發現此種違法行為。

3.2.2 區域檢測

實踐中，高速公路上會進行臨時交通管制以及劃分特定區域作為禁止進入的地域，設定該功能后，將可以對圖像視頻中運動目標進入違禁區域的行為進行預警和提示。

3.2.3 違法停車預警

實踐中，經常有車輛駕駛人因各種非車輛故障的原因在高速公路上進行違章、違法停車，給高速道路交通帶來極大的隱患。因此，設置此功能，將更有利于管理人員及時發現違法停車的行為。

3.2.4 遺留、拋灑物檢測

部分車輛駕乘人員，在高速公路上隨意亂扔垃圾，甚至遺忘同車乘坐人員的行為并不罕見，部分大型客、貨車由于車輛圍擋、覆蓋膜等原因，造成高速公路上大面積遺留拋灑物，對高速公路的安全管理造成極大的隱患。

3.2.5 徘徊檢測

實踐中，經常發現路邊有群眾在向高速路上的過往車輛兜售當地土特產，以至于很多司機在高速公路上急停、倒車、逆行，產生極大的安全隱患。有群眾在高速公路上迷路甚至反復翻越高速公路隔離柵欄。

3.2.6 流量統計

統計車輛流量，方便交通管理部門提供決策依據，更為有效地預防高速公路擁堵，更為便捷地調配服務區的人員、貨物、加油站的配置。

3.3 系統架構

圖1 系統架構圖

3.4 系統組成

3.4.1 前端子系統

前端子系統作為系統的感知端、發布端，承接了視頻、信號的采集以及信息發布下達的作用。

通過部署匝道口、加油站通道的卡口抓拍前端設備，實現進出服務區所有車輛的記錄，包括記錄過車圖片，提取車輛結構化屬性信息，如車牌號碼、顏色、車型、車標、車身顏色等，前端子系統采用可見光補光燈進行補光，提升圖像采集效果，保障結構化數據分析準確。此外對于服務區行車道異常停車行為，通過專用的異常停車監控報警球機，實現異常停車信息公布、報警，通知人員催告駛離。

3.4.2 信息發布前端子系統

信息發布前端子系統包括服務區內交互式信息發布屏、廣告機、車位誘導屏，以及服務區外高速主線上的外場可變情報發布板、揚聲器等。

3.4.3 網絡傳輸

智慧服務區信息化體系，需要以服務區內建設的視頻專網（局域網）為依托，各視頻監控前端、信息發布前端，需就近接入網絡端口，要求網絡上行端口帶寬不少于百兆。此外，可考慮建設免費WIFI，通過車牌號或手機號注冊，將筆記本電腦、手機、平板電腦等個人移動終端接入互聯網。

除局域網外，建議服務區到上級管理中心開通不少于千兆的視頻上行網絡，并就近接入公網路由，以實現服務區與互聯網之間的信息交互，也可作為店鋪、廣告機或交互式信息發布屏的信息來源于鏈路資源。

3.4.4 管理中心建設

管理中心包括監控中心及內部設備、機房環境以及中心平臺監控中心包括圖像顯示與控制系統、必要的指揮席位和客戶端席位，主要承擔日常的監控管理、設備維護、應急指揮調度等業務。通過解碼、拼控設備，實現監控中心大屏拼接顯示。

中心平臺應全面整合硬件服務器、存儲、解碼器等監控中心常用設備，并集成集中管理平臺軟件，實現真正的一體化應用。

4 視頻監控系統設計

4.1 前端系統基本架構

視頻監控前端子系統的架構非常簡單，可以采用IPC，以網絡信號輸出視頻流并接受控制信令，系統僅需要通過網線與交換機相連，并按照每臺網絡設備的IP地址實現尋址與通信。通過與中心相連的網線，前端與中心之間可以傳輸視頻信號、控制信號、設備工作狀態等信息。

圖2 前端系統基本架構

高清智能卡口前端子系統主要由以下功能單元。車輛檢測、圖像采集識別單元：含卡口抓拍單元和補光燈；卡口抓拍單元內設置虛擬線圈，完成車輛檢測功能。

圖3 視頻公路車輛智能檢測記錄系統前端組成結構圖

圖4 現場布局側視圖（單位：m）

4.2 網絡傳輸的子系統設計

高速公路的局域網、接入網、視頻專網三功能網，共同構成網絡傳輸的子系統。這三大功能網，互相補足，互相配合，確保網絡傳輸的安全性和可靠性。

高速公路的前端采集相機和末端服務器共同組成獨立網段的局域網。末端服務器作為各路數據的邊界設備，因此應具備網關功能。專用接入網為服務器上聯端口、攝像頭分配接入網的IP地址，從而將路口數據進行匯總并接入管理控制中心。視頻專網將平臺服務器、各路數據、分析軟件等客戶端進行融合。

4.3 中心存儲子系統的設計

4.3.1 存儲需求

在實際中，由于高速公路四通八達的特性，導致一旦發生交通事故，肇事車輛逃逸可能性較大。交通民警在追逃過程中，由于種種原因，導致抓獲嫌疑人時，已經過了兩三個月，甚至半年。因此中心存儲設備需要具備長時間保存海量數據的需求。

無論是案件偵破，還是交通管理部門的日常工作，均需要中心存儲系統，可以及時、有效地保存車輛通過卡口的照片、短暫視頻、車輛號牌等數據信息。因此，存儲中心應設置相應的劃分規則，用以區分核心存儲數據和非重要存儲數據。核心存儲數據應具備保存一年左右的時間，并且保障數據的完整性和可靠性。非重要存儲數據則只需保障數據的穩定性和短暫實用性。

同時，存儲設備應預留擴展接口，為以后外接相關存儲設備增加可能性，使以后可以更為簡單、便捷地對存儲系統進行擴容。

4.3.2 設計原則

設計的存儲系統是本系統中視頻、圖片、過車信息、違法信息等數據匯聚存儲的核心，具有以下需求。

4.3.2.1 高性能

由于高速公路沿線布置攝像頭往往是成百上千的數量，甚至是上萬路的攝像頭數量。這些密集攝像頭生成的數據均連續不斷地24 h寫入服務器的存儲中心，而且還需要考慮對存入數據的讀取能力。因此，高性能成為存儲系統首要條件，以此來保障在日后使用過程中，充分滿足用戶需求以及存儲設備的工作穩定性。

4.3.2.2 大容量的存儲空間

前文中已經提到，大容量的存儲空間的重要性，在此不再累述。

4.3.2.3 集中式共享

通過文檔共享的設置，將分別存儲的數據集中在服務器云端，從而可以隨意在任一網端接口對需要的數據進行采集和更新。

4.3.2.4 數據可靠性

只有保障數據的安全、可靠，才能保障整個系統的輸出是正確的，才能保證即使出現單點，甚至多點故障的惡劣情況下，也能保證系統的正常使用，才能真正有效地服務交通管理部門。

4.3.2.5 可擴展性

由于現代科技日新月異的發展，以及群眾對高速公路交通的需求不斷增加，從而導致監控范圍和需要采集的信息不斷增多。存儲設備的容量也在不斷增大，因此，保證存儲設備的可擴展性顯得尤為重要，也是滿足可持續發展戰略的思路。

4.3.2.6 網絡化

將存儲系統納入網絡中，不但符合互聯網思維中云存儲的理念，而且也更容易收集數據、更容易集中存儲數據、更容易監控和維護存儲設備，同時也更容易實現集中式共享功能。

4.3.2.7 易用性

應將系統的操作界面的UI（UI設計是指對軟件的人機交互、操作邏輯、界面美觀的整體設計）設計的更易于掌握和維護，便于管理。

4.3.2.8 系統備份、容災功能

由于各種不可控的因素，為了進一步保障用戶數據的完整性和安全性，系統需要定時備份和具備容災的功能。

4.4 信息發布系統設計

服務區信息發布系統，分為站內信息發布和站外信息發布兩部分，其中站內信息發布主要通過交互式廣告屏滾動播放并發布天氣、路況、旅游、民俗特產等信息，站外信息發布主要通過高速公路主線上的外場可變情報發布板實現服務區、加油站狀態、前方道路管制信息的發布。

4.5 服務區綜合管理平臺設計

如何更高效地搭建一套完整而先進的監控中心平臺已經成為業界比較關心的問題，盡管圖片直存技術的問世在一定程度上減少了監控服務器的數量，但是分布式服務器模式在中小型項目中仍然略顯拖沓，網絡磁盤陣列、卡口服務器、中心管理服務器等服務器設備一旦出現問題，則會引起整個交通監控中心的故障，因此盡量減少服務器故障節點逐漸成為監控中心新一代技術的重點突破口，而交通存儲平臺一體機也在這個大的背景下應運而生。

服務區綜合管理平臺所接入的路數并不多，同時，服務區地處偏遠，綜合考慮設備維護、占用空間、電力消耗等因素，建議采用集成了平臺軟件、服務器、存儲、解碼設備的平臺一體機實現服務區綜合管 控的集成化管理。