高速公路智能監控系統設計與關鍵技術分析

田競辰

摘 要：為了推動我國交通行業的發展，該文對高速公路智能監控系統的設計展開論述，介紹了智能監控系統架構及系統設計，并從圖像處理技術、數據傳輸及存儲技術、智能監控系統檢修3個方面對系統進行闡述，在了解高速公路監控系統運行技術的價值的同時，也為今后監控系統智能化設計提供參考。

關鍵詞：高速公路；智能監控系統；物聯網架構；車流量

中圖分類號：U416 文獻標志碼：A

我國高速公路存在整體路況復雜、車流量大的問題，同時極端惡劣天氣也是影響高速公路行駛安全的重要因素。受信息技術發展的影響，越來越多的高速在建設、改造的過程中，將大數據、云計算與視頻監控技術相結合，構成了智能監控系統。通過設計智能監控系統，一方面可以更好地掌握實時路況，并對其進行數據分析，另一方面也能夠實現高速公路的自動化與智能化管理。

1 高速公路智能監控系統架構

對高速公路的目標路段進行智能監控時，為了能夠實時了解車速、車流量、路況等情況，需要在高速公路上設置大量的數據采集點。出于對數據采集點運行穩定性的考慮，需要搭建穩定性強的架構作為支撐，其中最常用的便是物聯網架構。在智能監控系統的設計中應用物聯網的相應技術，可以有效保證系統的穩定性與擴展性。

高速公路智能監控系統架構主要包括3個部分，即感知層、網絡層、應用層。其中感知層為數據采集終端，對高速公路的目標路段的氣象、車流量、視頻等信息進行全面采集；網絡層包括互聯網監督裝置，象監控系統局域網、公共互聯網和監控系統網關等，對采集到的數據進行傳輸和儲存；應用層則為監控系統網關，主要負責對終端數據進行采集，并且將其傳輸至云存儲中心，經過分析后可以為高速公路監控中心、移動應用終端等提供實時路況信息。

2 高速公路智能監控系統設計

感知層數據采集終端中包括Raspberry Pi單板機、視頻以及模數轉換電路等部分，其主要是對目標路段的相關信息進行采集。監控系統網關在Raspberry Pi單板機以及無線Wi-Fi網絡的幫助下傳輸數據，而網關和終端等則通過MQTT協議實現關鍵數據的交互，象數據儲存與公布。視頻服務器可以采集高速公路的視頻，并且實時監控高速公路的路況。

數據采集終端、監控系統網關的運行，以RASPBERRYPI3 MODB-1GB單板機為系統的主控制器，這里用到的Raspberry Pi屬于開源硬件系統，其成本低、計算性能好，應用非常廣泛。同時，Raspberry Pi也可以利用相應的硬件板卡與外圍模塊、傳感器相連接，對系統的原有功能進行拓展。圖像采集模塊可以運用Raspberry Pi系統中的Camera Module V2攝像頭、運用數模轉換器進行模數轉換，移動傳感器HB100實現系統的微波探測，光強度數字轉換芯片TSL2561則可以用于光照采集，最后用數字溫濕度傳感器AM2302采集溫濕度。在智能監控系統運行的過程中，高速公路上布置的所有數據采集點根據實時路況，將其間隔控制在100 m～200 m，以此來保證路段監測的實時性。

3 高速公路智能監控系統關鍵技術

3.1 圖像處理技術

高速公路智能監控系統可以對采集到的視頻圖像進行處理，這樣一方面可以掌握處于移動狀態下的車輛信息，另一方面也能夠保證車輛跟蹤錄像的實時性與準確性。同時，考慮到路面的行駛情況比較復雜，所以也要選擇合適的處理技術對圖像進行處理，這樣才能夠保證圖像的質量。

3.1.1 歸一化算法明確跟蹤對象

車輛處于行駛狀態時，智能監控系統需要從不同方位對其進行監測，利用自動調焦可以保證監測的準確性。但現行的相關技術無法保證行駛車輛定位的準確性，實際應用中車輛行駛速度的同步難度較大。為了杜絕車輛超速行駛的現象，需要應用移動測速技術，利用歸一化算法，明確高速公路上的跟蹤對象。對于歸一化算法的應用，需要將系統采集到的所有視頻圖形信息分割處理，剔除一些沒有價值的信息，在剩余的圖片中提取有效信息，一般采用垂直、水平濾波等提取方式。當提取到有價值的信息后，使用霍夫算法變換，明確監測的行駛車輛所處的角度，保證采集到實時有效的數據。

3.1.2 殘余光流檢測算法劃分行人與車輛

高速公路車輛的行駛速度較快，如果有行人穿行路面很容易造成交通事故，甚至引發連環事故。這樣一來便需加入有效識別、預警高速公路行人、車輛的功能，為此建議使用殘余光流檢測算法。該算法的運行原理在于高速公路中不同車輛與行人的速度、行進形式不同，當車輛處于行駛狀態時，身車架構做剛體運動，行人行走為非剛體運動，可以通過這點對其進行有效區分。

3.2 數據傳輸及存儲技術

為了提高智能監控系統相關數據的傳輸效率，使調度中心能夠及時掌握有效信息，必須要選擇合適的網絡傳輸技術。對高速公路數據進行傳輸時，要考慮智能監控系統的各采集點的設置情況，因為整體設置比較分散，各個點采集到的數據傳輸到中心需要一定的時間，這時就需要重點考慮速率與有效性。基于此，建議運用TCP/IP網絡傳輸技術進行數據傳輸。將IP作為技術構架，并且引用開放式NGN技術，發揮IP所帶有的視頻服務器、數據處理服務器的優勢，提高數據傳輸效率，同時也可以對傳輸的視頻進行快速、高效地分析與處理，了解路面實時路況。對智能系統采集到的視頻數據進行處理后，必須要儲存關鍵數據，為調取查閱做準備。同時為了保證數據儲存質量，必須要有足夠容量的儲存空間。這主要是因為視頻數據量比較大，高速公路智能監控系統又是實時監測，所以為了解決以上問題，建議使用物理分布式存儲技術，這樣能夠切實有效地提升數據存儲的可靠性。

3.3 智能監控系統檢修技術

高速公路智能監控系統在運行期間，如果出現故障需要及時對其進行遠程監測，但是監測系統運行的過程中難免會受到一些自然天氣以及人為因素的影響，無法保證永遠正常運行。因此，當智能監控系統處于使用狀態時，需要有專門的管理人員對相關設備進行檢查，定期排查其中的安全隱患，管理期間工作人員要制定完善的監控設備檢查時間表，確保監控設備可以及時得到檢修，并且保證其有效運行。同時，如果智能監控系統出現問題，相關人員可以及時解決問題。通過掌握監控設備運行狀況，制定有效的解決方案，確保監控設備運行質量，為調度中心提供真實有效的數據。

4 結語

綜上所述，對高速公路智能監控系統進行設計時，需要結合實際路況選擇合適的技術，全面采集數據信息，提高數據傳輸效率，為我國高速公路管理提供推動力，推動高速公路管理向智能化與信息化方向發展。

參考文獻

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