全程监控系统解决方案
呼集老高速公路
全程监控系统解决方案
二零一零年一月
目录
一、需求分析 ............................................................. 错误!未定义书签。
二、系统设计方案 ......................... 错误!未定义书签。
系统规划.................................................... 错误!未定义书签。全程无盲点监控和视频事件、数据检测.......................... 错误!未定义书签。
点位布置...................................................... 错误!未定义书签。
视频检测系统设计.............................................. 错误!未定义书签。
视频检测系统功能.............................................. 错误!未定义书签。
交通数据的采集、存储、查询和统计和报表输出 ......................... 错误!未定义书签。
异常交通事件事故检测与报警处理功能 ................................. 错误!未定义书签。
交通数据/交通事件智能分析功能...................................... 错误!未定义书签。
实时电子地图/虚拟电视墙功能........................................ 错误!未定义书签。高清视频综合监测系统........................................ 错误!未定义书签。
点位设计...................................................... 错误!未定义书签。
系统结构...................................................... 错误!未定义书签。
车辆超速全程监控系统.......................................... 错误!未定义书签。
重点路段、长下坡路段交通违法行为检测.......................... 错误!未定义书签。
隧道群通行状况管理............................................ 错误!未定义书签。
卸载点闯关抓拍................................................ 错误!未定义书签。
路径二义性识别................................................ 错误!未定义书签。传输系统.................................................... 错误!未定义书签。中心系统.................................................... 错误!未定义书签。系统优势.................................................... 错误!未定义书签。
三、主要设备介绍 ......................... 错误!未定义书签。
高清视频检测器.............................................. 错误!未定义书签。标清视频检测器.............................................. 错误!未定义书签。
四、设备清单 ............................. 错误!未定义书签。
一、需求分析
呼集老高速（京藏高速呼集老段）地跨呼和浩特东部、乌兰察布盟中南部区域，起点位于蒙冀交界处的老爷庙，途径兴和县、甲坝子、巴彦塔拉、集宁、梅力盖图、卓资山、察右前旗，止于呼和浩特市罗家营，与呼包高速公路连接，全长约233公里。
如上图，呼集老高速呈东西走向，沿线多为山岭重丘和微丘路段，长下坡路段较多，在卓资山往西还有卧佛山隧道和福生庄隧道等组成的隧道群。呼集老高速是京藏高速重要的一段，交通繁忙，高峰时日车流量在5万辆以上，极易发生堵车现象。右图为2010年1月26日卓资山路段进京方向堵车情况：从兴和县城附近开始出现堵车，一直绵延至卓资县，长度超过100公里。沿途，许多大货车并排占满车道，部分轿车只能使用应急车道行驶。
本次呼集老高速全程监控系统改造，需实现下列功能：
全程无盲点监控；
全部视频进行事件检测；
交通量等数据采集；
超速抓拍
卸载点闯关抓拍。
本方案为专门针对呼集老高速的上述需求定制，采用AUTOSCOPE视频事件检测产品与我公司自主知识产权的高清视频综合检测产品相结合，在满足呼集老高速的需求的基础上，还可实现卡口预警拦截、隧道通行状况监控、交通违法行为检测等功能。
二、系统设计方案
系统规划
本全程监控系统由标清视频事件检测与高清视频综合监测两部分组成。
该系统由前端系统、传输系统、中心综合应用和管理系统组成。
前端系统包括安装在外场的图像采集设备、模拟图像编码设备、补光设备组成，主要包括固定和云台摄像机、高清CCD摄像机、LED智能补光灯、图像编码器等。
传输系统负责将前端的数字图像传输至集宁和呼和浩特两个监控分中心，并将分中心的数据传输至各收费站。其中，对于高清视频图像的传输采用千兆工业以太网交换机，每10路高清图像组成1个环路，传输至本路段监控分中心；标清摄像机的数字图像通过数字光纤传输设备上传至监控分中心。
中心综合应用和管理系统包括数据库服务器、各种应用服务器、存储设备等。
具体设计如下：
①全程无盲点监控和视频事件、数据检测
②全程超速抓拍
③重点路段、长下坡路段交通违法行为检测
④隧道群通行状态管理
⑤卸载点闯关检测
⑥路径二义性识别
其中，②至⑥项功能可通过VROAD高清视频综合监测系统完成。
全程无盲点监控和视频事件、数据检测
本系统旨在通过在路段上密布摄像机，实现对全路段无盲点监控，同时采用视频检测器对全部摄像机视频进行智能分析，发现交通事件后自动报警，达到降低监控人员劳动强度、及时发现交通事故并辅助进行事故处理，降低因交通事故造成的损失。
通过视频检测器的交通数据检测功能，可对高速公路上的每一检测点的交通数据进行统计，并支持多种报表输出功能。
点位布置
根据本项目投资情况，可选择在呼集老高速上每隔1公里的路两侧交替立摄像机杆，每个摄像机杆上分别安装一台固定摄像机，一台带云台枪式摄像机。其中，固定摄像机用来进行视频事件检测和交通数据采集，云台摄像机平时处于预置位位置，可用于视频交通事件检测。当有事故发生时，监控人员可控制云台对事故进行观察。
考虑到内蒙古地区风沙大，摄像机杆可选择水泥杆。为达到较好的视频检测效果，摄像机的安装高度应不低于12米。
在福生庄隧道和卧佛山隧道内，每隔150米安装1台固定摄像机，可实现对两隧道的无盲点监控。
视频检测系统设计
呼集老高速全程监控系统计划采用全数字传输，即在摄像机处进行MPEG-4编码，然后通过数字光纤链路上传至呼和浩特和集宁两个路段分中心。路段分中
心内视频图像的显示、调用、存储均为MPEG-4格式。因此，呼集老高速视频事件检测系统也应该采用MPEG-4格式的数字视频流作为图像源。
我公司自主研发的VROAD TAD-05/4视频事件检测系统，支持对MPEG-2/MPEG-4/格式数字视频流直接检测，在北京八达岭高速、吉林省江延高速、四川省西攀高速等项目中成功应用。该检测器具有固定和移动两种检测模式，可应用于对固定摄像机或云台摄像机图像检测，并可通过软件实现对固定和移动模式的自由切换。
视频检测系统功能
交通数据的采集、存储、查询和统计和报表输出
系统可以实时采集以下几类交通数据
车流总量（辆/小时）：由用户设定的时间间隔内检测到车辆数量；
流率（辆/小时/车道）：按车道来分的单位时间内的流量；
时间占有率（%）：按时间百分率测量的车道占有率；
车辆分类：按用户定义可分为至少五类车；
车头时距（秒）：车辆间的平均时间间隔；
车辆平均速度（公里/小时）：时间间隔内的平均速度；
空间平均速度（公里/小时）：单位空间长度上所有车辆的算术平均速度；
车间距（米）：相邻车辆之间的距离；
车辆密度：每公里的车辆数；
服务水平：由用户定义的平均速度和车流阈值所确定；
系统将采集的交通数据进行分类存储，支持根据时间段（分钟、小时、天、周、月、年以及其他自定义时间等）、检测点（线圈、视频、微波等）、区域（路段、十字路口、自定义区域等）的查询，并可根据需要生成各类图形化的数据报
表。
异常交通事件事故检测与报警处理功能
系统可以对前端检测设备检测到的停车、逆行、拥堵、交通事故等异常事件进行自动快速的报警，并在系统界面进行联动显示，提醒管理人员迅速进行处理。
交通数据/交通事件智能分析功能
系统可以对采集到的交通数据进行深入的对比分析，通过对十字路口、路段、以及特定区域的交通数据的统计分析，可以直观地反映特定区域的历史交通状况，通过对交通状况的掌握，对于合理调配警力进行交通指挥，以及道路交通的改造和规划有着重要的参考价值。
系统提供交通状况模拟回放功能，可以模拟回放特定时段的交通状态，以红、黄、绿三种颜色显示交通状态的在特定时段的变化情况，帮助管理人员分析道路在特定时段的交通变化趋势。
模拟回放功能基于电子地图显示，形象直观、操作简单。
系统提供对交通事件的统计分析，可以通过对特定地点或特定交通事件的发生的次数和影响的统计分析，对交通指挥和道路安全规划提供参考。
实时电子地图/虚拟电视墙功能
本系统提供实时电子地图（支持GIS地图嵌入）和针对视频检测系统的“虚拟电视墙”功能，使得管理人员对道路状况一目了然。如下图所示：
高清视频综合监测系统
点位设计
互通立交处：
京藏高速呼集老段共有喇叭型互通立交7处，即罗家营互通、碌碡坪互通、卓资山互通、梅力盖图互通、三号地互通、小淖尔互通、兴和互通。在三号地互通西侧，京藏高速与二广高速十字相交处，有一苜蓿叶型互通。
在喇叭互通立交两侧，进入互通立交方向各设一处高清检测断面，覆盖2条行车道以及1条紧急行车道；在进入高速收费站出站收费广场前设1处高清检测断面，覆盖1条行车道和1条紧急行车道。见右图。该设计可将所有经过本路段的车辆进行标识，并能有效区分哪些车辆继续向前行驶，哪些车辆通过收费站驶出高速。另外，在出收费站的收费广场前的检测点还具备预警的功能，在违法车辆或黑名单车辆经过时，可以提前通知收费站做好准备。
对于苜蓿叶型互通立，在4个进入互通的方向各设置1处高清检测断面，覆盖2条行车道和1条紧急车道，可对进入本路段的所有车辆进行标识。
长上、下坡路段：
在长下坡路段最容易有超速行为发生，导致交通事故。
驶速度缓慢，降低高速公路服务水平，导致高速公路堵塞。
在长上下坡路段，可采用每1至2公里作为一处检测断面，
加密布置。并可适量采用LED诱导屏对于车辆的违法行为进行
警示。
隧道群：
在卧佛山隧道和福生庄隧道两个方向出入口各设置1处高清检测点，用于对进出两个隧道的车辆进行标识，共设置8处高清检测点。一方面可有效判断车辆在隧道内是否超速、是否有在隧道内变道等违法行为。另一方面，在有事件发生后，管理人员能够清楚哪些车辆已经驶离隧道，哪些车辆还停留在隧道中，能够迅速判断事故影响的严重程度。如果事先建立危险品车辆数据库，本系统还可进行危险品车辆跟踪管理。
卧佛山隧道为长隧道，可考虑在隧道中段增加高清检测点，获取更加详细的车辆通行信息。
停车卸载区：
在停车卸载区入口前500米设置高清检测点及LED屏，对所有需进入卸载区的车辆进行统计，并在LED屏发布车牌号码提示司机进入卸载区；在卸载区入口后20米设置一处高清检测点，对按规定未进入卸载区的车辆及时报警，通知卸载区内值班人员在卸载区出口处拦截，或对未按规定卸载的车辆在收费站出口处进行处罚。
停车卸载区
主线收费站：
在呼集老高速蒙冀界主线站两侧2公里Array处，各设置一处高清检测点，对所有进入主线
站的车辆进行检测，并可根据黑名单进行布
控，黑名单车辆驶入检测区域时，系统能够及
时报警，通知收费站值班警察对该车进行拦
截。
同时，该检测点还可作为标识站，对所有
进出省车辆进行标识。
系统结构
本系统采用中心集中检测的方式，全部视频检测在呼和浩特和集宁两个路段分中心完成。路段分中心内安装相应服务器、客户端、存储设备，并运行综合管理软件。
以每10个高清检测点为一个环路，通过工业以太网交换机将全部高清视频图像上传至路段监控分中心进行检测，检测数据通过通信链路下发至相关收费站、
卸载区、前端诱导屏处。
车辆超速全程监控系统
本系统通过在呼集老高速沿线设置覆盖道路所有车道(含路肩的紧急行车道)的高清检测点（卡口），利用车牌自动识别技术采集每个断面的车辆通行信息，如车辆牌号、通过时间、车辆特写及全景图片等，用这些信息进行超速判定、犯罪车辆检测、实时动态交通信息统计工作等。
通过车辆经过连续多个检测点的时间、各检测点之间的距离，可准确判断出该车辆在该段行驶区间内是否超速。通过对车辆整个通行时间内超速标识的统计，可判断该车辆在高速公路上行驶的过程中，是否有超速行为。
与单点测速执法系统相比，采用区间测速能够对单点超速执法系统的功能进行弥补和提升，主要表现在以下方面：
◆应用车牌识别技术以后，所有经过检测断面的车辆都会被识别并抓拍下来，根据相邻两检测断面上识别的车牌号可以精确测定同一辆车在两断面间的路段上的区间车速，最有效的遏制超速现象。利用同一套设备，还可以开展对不按道行驶等交通违法行为的监测。
◆打击高速公路涉车犯罪。犯罪车辆通过多个检测断面时，除了根据识别出
的车牌号和黑名单库比对辨识出犯罪车辆外，还能指出车辆的行驶路径，对公安部门抓获犯罪车辆有很大意义。对查辑被盗抢机动车、肇事逃逸车、套牌车成效显著。
◆实时采集动态交通信息。传统的高速公路监控系统无法得到路段旅行时间等实时交通信息。另一方面与高速公路的安全运行密切相关的那些交通事件的图像往往淹没在海量的正常图像里未能被目前的人工观察图像方式及时识别，监控系统并未发挥预想的作用，更不能及时将与这些交通事件相关的路网信息及时告知社会公众(特别是交通出行者)。安装车牌识别系统以后，交通信息采集的实时性大为提高，通过网络可以及时提供相关管理部门，也可以通过显示屏、广播、电视等方式实时通知社会公众。
重点路段、长下坡路段交通违法行为检测
呼集老高速是国家主干线丹东至拉萨高速的一部分，是内蒙古煤炭和各种资源东运的重要通道，日交通量接近饱和，并且大货车、超限车所占比重高。由于大型车、超限车在高速公路上行驶时速度比较慢，并且经常出现两辆大货车各占用一条行车道，甚至还存在大货车之间相互超车的情况（如下图）：
在这种情况下，导致后面速度比较快的小车被迫刹车减速或从紧急停车带超车，当遇到大雾、雨雪天等恶劣天气时，非常容易引发连环交通事故。
同时，呼集老高速沿线地形复杂，高低落差大，部分路段为长下坡，并且弯道较多。在长下坡路段易发生超速而引发交通事故。
因此，在长上坡、长下坡以及事故多发路段合理设置检测设备，对违章司机及时进行提醒，引导其遵守交通法规。对于长时间违章行驶的车辆，高速交警等管理人员还可以根据本系统提供的高清照片或录像作为依据，对违章司机进行处罚。
隧道群通行状况管理
本系统的建设目的是对进入隧道群的所有车辆进行记录，包括进入和驶出隧道时间、在隧道内是否超速、是否有改变车道的行为，以及车牌、车辆特写及全景图片等信息。
本系统还可与呼集老高速的视频事件检测系统联动，当有报警事件发生时，自动统计当前隧道内车辆数量、车辆类型、是否有危险品车辆存在等信息，为隧道安全及救援提供详实信息，辅助管理人员做好隧道安全管理工作。
卸载点闯关抓拍
呼集老高速上行驶的超限车较多，为保证高速公路畅通，以及车辆安全，需要加强对超限车的管理，对于超限部分要强制卸载。
本系统可自动对大型货车进行识别，并通过诱导屏提示货车司机将车辆驶入卸载点进行检查。对于不按照提示进入卸载点，强行闯关的车辆，本系统能够自动报警，通知卸载点值班人员在卸载点出口处进行拦截，或在收费站对超限车进行处罚。
路径二义性识别
随着高速公路联网收费网络规模的扩大，两点之间车辆行驶的多路径识别问题成为联网收费及网络费用清分模式中迫切需要解决的问题，且随着一次行驶距离变长，交费金额较多的情况下，一些不法车户就采用倒换通行卡以达到少交费的目的。在封闭式的收费系统环境下，车辆通过路网时，已经具备了两项信息—出口信息和入口信息。对于路径识别来说，路径是由出口、入口、路段信息共同组成，只要三种信息齐全，路径就可以唯一确定。因此，只需要在路网中会产生歧义的路段设立标识，获取车辆行驶的标识信息，就可以根据出入口信息、标识信息(可能有多个)识别出任意车辆的准确行驶路径。
基于VROAD高清视频检测器的多路径车辆识别监测系统通过在收费站出入口附近、互通立交桥及二义性路段安装高清卡口设备，获取车辆号牌信息，从而得
到车辆的行驶路径，有效解决了路径识别这一难题。
同时，在服务区出入口建设智能车辆识别系统，可以为多路径车辆识别检测系统提供数据补充。
传输系统
目前主流的高清摄像机图像压缩格式为M-JPEG（Motion JPEG），即运动静止图像压缩技术，这种压缩方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧的编辑，缺点是压缩比不高，所以数据量比较大。500万像素摄像机系统至少为60Mbps。建议使用千兆光纤工业以太网网络进行传输（如下图）。
收费站与路段分中心之间的通信链路可采用1G带宽，可传输高清视频图像、检测数据以及事件录像等信息。
中心系统
中心系统由数据库服务器、综合应用服务器、存储设备、中心交换机、传输设备、打印机等组成，如果前端设备比较多可考虑增加通信服务器。如下图所示：
通信服务器用于接收、转发前端系统的所有数据，将各种数据、车牌信息等传输到数据库服务器，同时可转发到其它系统，并可对全部设备进行统一校时。数据库服务器可对上级系统开放接口。
综合应用服务器用于车辆通行记录的临时存储、系统应用、统计、远程登陆管理、维护等。
系统优势
VROAD高清视频综合监测系统同时具备道路异常交通事件检测、交通参数检测、车牌自动识别、违法车辆自动抓拍记录、实时高清晰视频监控等多项功能。
以先进的高清图像智能处理技术和车牌识别技术为核心，集车辆轨迹跟踪、目标识别等多项业界领先技术与一体，具备以下特点：
可实现综合交通信息监测，能同时提供交通参数、交通事件、违法车辆
抓拍、车牌识别、实时高清视频监控等交通信息采集、检测、记录功能；
可实现大视域范围内高清晰交通监控和检测；
单摄像机支持多条车道检测范围，有效解决跨线、跟随行驶车辆的漏检
问题，并自动录像存储事件发生的前后情况；
采用CCD摄像机，抓拍延时小，图像信息完整、画面细腻，确保车牌信息、
车辆特征清晰可辨；
采用LED智能补光技术，可根据环境自动调节光照，功耗低、寿命长，对
驾驶员无不良视觉影像。
通过对道路断面车流量检测，可自动生成多种用于旅行时间、交通诱导
所需的基础交通数据；
采用视频触发方式，施工维护方便，系统功耗小、节能环保；
支持WEB方式访问查询，可通过网络和其他系统的连接直接进行数据传输
和共享；
系统自诊断报警，维护方便。
三、主要设备介绍
高清视频检测器
高清视频检测器具有如下功能：
车牌识别功能
车牌识别同时覆盖3车道，并自动识别车牌数据：
记录编号
设备编号
检测时间（年月日时分秒）
车牌号码
车牌颜色
检测地点
检测车道信息
检测方向
车牌图片信息
交通事件检测报警功能
本系统可以检测下列交通事件:
占有率超过阈值；
车辆停驶：车辆停止移动10秒（可调）以上认为车辆停驶；
车辆逆行：车辆在车道中行驶方向和所设定的方向相反；
遗弃物：车辆行驶后路面出现遗弃物，如洒水车洒水；
行人：有人出现在车道中；
车辆慢行：车辆行驶速度低于设定的报警速度；
交通拥堵：车辆排队长度超过报警设定值；
违章变道：车辆在不能变道的区域变道。
VROAD高清视频检测器可以自动检测出上述事件，并将相应的事件检测数据（包括记录编号、设备编号、事件开始时间、事件结束时间、事件类型、事件图像坐标、检测地点、检测方向等）实时上传给中心相应的应用服务器，并同时提供为事件视频库服务的有效的事件视频图像指针信息。
交通流量检测报警功能
平均流量；
平均车速；
平均占有率；
平均车头间距；
图2 全天按小时流量图
数据备份功能
高清视频检测器将检测出的各种数据，实时传送到中心应用系统，进行统一记录与存储处理。如果出现通信中断，检测器配有1G的内存空间，专门用于这段时间生成的数据进行本地记录存储，等系统通信恢复后，自动将数据传回中心相应服务器。同时高清视频检测器还自带硬盘，一个160G的硬盘可以存储25万多张图片和连续32小时视频录像。可以在检测器上记录以下数据供用户使用：记录被检测的机动车尾部图片，以JPG压缩形式保存，图片与识别
数据相对应，图片与识别数据本地滚动保存3天，提供本地和远程
连接下载；
支持最近连续3小时的实时视频录像，录像格式采用M-JEPG，并可
供用户调看。
系统自诊断报警功能
自诊断报警功能，能对自身运行状态以及相关信号的通断进行监控，方便用户对系统的维护，并能通过网络及时地对以下情况自动向中心相应的应用服务器报警：
视频信号中断；
网络通信故障；
设备CPU温度过高；
CPU风扇损坏；
固定位置的摄像机发生移动；
检测器可以针对以上故障自动报警并生成日志记录，中心应用系统可以通过文字和图形两种界面对设备的运行状态进行了解。系统状态监控界面与系统故障报警日志记录如下：
图3系统状态监控界面
图4故障报警记录
系统管理功能
VROAD高清视频检测器具有以下系统管理功能：
能够对连续视频录像进行查看
支持对系统操作人员的管理，能够对用户进行简单的管理；
能够对事件检测检测器的检测参数进行设置，包括工作方式、检测
事件类型、车道检测内容等；
能够根据时间、摄像机编号、事件类型进行统计查询；
支持WEB方式访问查询；
能够通过网络和其它系统的联接，直接进行数据传输。
标清视频检测器
VROAD标清视频检测器型号为TAD-05/4，具有如下功能：
1、交通事件检测报警功能
系统能够自动检测出下列交通事件，并自动进行录像（部分参数要求特殊条件）：
1）车辆停驶；
2）车辆逆行；
3）遗弃物：
4）行人；
5）车辆慢行；
6）交通拥堵；
7）违章变道。
2、交通参数检测报警功能
系统应能够检测下列交通参数（部分参数要求特殊条件）：
1）车道流量；