申文超 申鐵軍

摘要 高速公路運營期間面對監(jiān)控海量信息數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)系統(tǒng)繁多，無法綜合分析，彼此交互困難。為解決大屏顯示信號放大、圖像拉伸、顯示虛化、操作煩瑣等問題，基于“一圖式”高分辨率可視化平臺，實現(xiàn)現(xiàn)場可視，資源可視，人、物可視，以滿足扁平化指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)分析、服務(wù)實戰(zhàn)的工作需要。研究表明，基于高分可視化技術(shù)的高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)以指揮技術(shù)和信息技術(shù)為主導(dǎo)，根據(jù)用戶實際需要去整合行業(yè)的重點數(shù)據(jù)信息。

關(guān)鍵詞 高速公路；高分可視化；視頻監(jiān)控；收費監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號 U415.12文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0013-03

0 引言

從充分運用現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，統(tǒng)籌、指揮、管理的角度出發(fā)，高分可視化技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用近年來逐漸深入，劉偉[1]認為各子系統(tǒng)應(yīng)具有較高的開放性，遵循規(guī)范的接口標(biāo)準(zhǔn)，支持不同平臺、多種應(yīng)用環(huán)境。趙文華等[2]認為可打通相互割裂的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對海量業(yè)務(wù)信息的可視化進行綜合，真正實現(xiàn)輔助決策、業(yè)務(wù)智能。張璇[3]研究認為可開放性支持超高清信號接入、大數(shù)據(jù)運算、多系統(tǒng)的集成。

1 高分可視化技術(shù)

高分可視化技術(shù)是通過良好的高速圖像處理技術(shù)利用大屏幕整個超高物理分辨率的技術(shù)，其技術(shù)要素如下：

（1）快速、平滑地顯示更加廣闊的地理區(qū)域。

（2）分布式拼接系統(tǒng)采用最新一代解碼芯片可支持高清以及4K超高清信號的解碼顯示，從而最大限度保證了圖像清晰度。

（3）從統(tǒng)籌、指揮、管理的角度整合海量的行業(yè)重點信息，以高分可視化的方式進行組織與分析運算，從而全面掌握行業(yè)關(guān)鍵信息動態(tài)及趨勢，提高總體指揮決策和管理能力。

2 高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

主要由車道收費系統(tǒng)、收費站收費系統(tǒng)、片區(qū)收費系統(tǒng)構(gòu)成，三者聯(lián)系見圖1。

2.1 車道收費系統(tǒng)

車道系統(tǒng)是收費數(shù)據(jù)的源頭，收費系統(tǒng)的一切原始操作都出自車道系統(tǒng)，是收費硬件維護的重點[4]。收費系統(tǒng)的一般硬件設(shè)備包括工控機、車控器、工控機柜、收費鍵盤、票據(jù)打印機、IC卡讀寫器、對講機、自動欄桿機、車道通行燈等[5]，它們的硬件連接見圖2。

2.1.1 工控機

工控機是車道系統(tǒng)的核心，安裝有收費軟件。工控機其實與微機沒有差別，也是由主板、內(nèi)存、硬盤等構(gòu)成，不同的是它增加了具有特殊用途的卡，有視頻采集卡、多串口卡[6]。視頻采集卡通過視頻線與車控器內(nèi)的字符疊加器相連，用于采集車道攝像機傳來的圖像，顯示在收費軟件上[7]。通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至收費站監(jiān)控室服務(wù)器上，在工作站的監(jiān)視監(jiān)控軟件上顯示。通過多串口卡用來增加工控機的串口數(shù)量，連接票據(jù)打印機、費顯、字符疊加器等設(shè)備[8]。

（1）所有的指令都由它發(fā)送給相關(guān)設(shè)備進行工作，從設(shè)備角度介紹整個系統(tǒng)的工作流程，以入口車道為例：在每個車道地面下埋設(shè)兩個檢測線圈，一個位置在收費崗?fù)づ赃叄ㄇ熬€圈），用于檢測車輛進入車道，抓拍圖像，并允許IC卡讀寫器把車輛信息寫入IC卡；另一個在自動欄桿機旁邊（后線圈），當(dāng)線圈檢測到車輛通過時，自動欄桿落下。這兩個線圈都與自動欄桿機中的雙通道車輛檢測器連接。當(dāng)車輛進入車道時，前線圈檢測到有車，這時車輛檢測器上前線圈指示燈亮，顯示有車，并把該信號反饋給車道控制器，車道控制器上前線圈指示燈變亮，同時把該信號再反饋到工控機的收費軟件上，在收費軟件上顯示前線圈有車，收費員判斷車型、車號等信息后，利用鍵盤輸入電腦，并通過讀寫器把車輛信息寫入IC卡，發(fā)給司機，讀寫器刷卡后，車控器控制欄桿機抬起，通行燈變綠。車輛壓上后線圈，車輛檢測器上后線圈指示燈亮，顯示有車，并把該信號反饋給車道控制器，車道控制器上后線圈指示燈變亮，同時把該信號再反饋到工控機的收費軟件上，在收費軟件上顯示后線圈有車，車輛通過后線圈后，車控器控制欄桿落下，通行燈變紅。出口車道工作流程類似，區(qū)別是收費員收卡收費并打印票據(jù)后，才控制欄桿抬起。當(dāng)收費員完成數(shù)據(jù)操作后，把收費數(shù)據(jù)通過車道交換機上傳到收費站監(jiān)控室服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，包括抓拍圖像、車輛信息、收費金額等。

（2）機電設(shè)備的連接運轉(zhuǎn)離不開工作線路，按照電壓的高低可分為強電線路和弱電線路。每條車道系統(tǒng)的電源都由車道配電柜引220 V電至車道控制機柜，再由車道控制機柜為該車道的所有設(shè)備提供強弱電[9]。

（3）這里所指的強電為220 V電壓，在車道設(shè)備中絕大多數(shù)都需要220 V電壓，都由位于車道控制柜（MTT柜）內(nèi)的空氣開關(guān)供電[10]。

2.1.2 車道控制器

車道控制器是連接工控機與車道設(shè)備的橋梁，由工控機下達控制命令，由車控器負責(zé)執(zhí)行，車控器內(nèi)部有兩塊電路板，一塊是字符疊加板，另一塊為控制板，字符疊加板上集成有兩個1分2的視頻分配器，使用一個即可，由攝像機傳來的原始圖像經(jīng)字符疊加板分出兩路視頻，一路給視頻采集卡，一路傳輸至收費站監(jiān)控室視頻矩陣?？刂瓢逋ㄟ^車道機柜內(nèi)的接線電路板以及繼電器來控制車道設(shè)備工作，原理見圖3。

2.1.3 控制柜接線板

控制柜接線板提供車道設(shè)備需要的電源、控制線路、機柜溫度控制等，所有需要車控器控制的設(shè)備，其控制線路進入機柜后都接在接線板上，包括自動欄桿機的抬桿、降桿控制線，前后線圈的反饋信號，欄桿機的狀態(tài)信號，頂棚燈的控制以及狀態(tài)信號，費顯以及語音報價的控制信號（也可接在多串口卡上）。車道設(shè)備的電源都從接線板上輸出。

2.1.4 欄桿機

欄桿機由電機、桿臂、控制模塊、車檢模塊組成。前后線圈線分別接在車檢模塊的線圈信號輸入端，當(dāng)某個線圈有車時，車檢模塊上對應(yīng)的某個線圈的指示燈變亮，同時對應(yīng)的線圈反饋端口的電壓變?yōu)? V（無車時為+24 V）為收費軟件提供有車信號。后線圈具有自動控制落桿功能，因此在后線圈的反饋端口還需要與控制模塊的防砸桿端口連接，意思為“后線圈有車不落桿”。

2.1.5 頂棚燈

每個車道有1對頂棚燈，背向車道的為禁行燈，迎車道方向的為通行燈。禁行燈一直為紅燈，所有車道的禁行燈由收費島配電箱統(tǒng)一供220 V電，通行燈由綠燈和紅燈組成，由各自車道的控制機柜供電，利用控制接線板的繼電器控制紅綠燈的變化。

2.1.6 費額顯示器

費額顯示器一般供電為+12 V，通過控制機柜內(nèi)的變壓器為費顯供電，控制信號通過控制接線板來控制費額顯示。

2.1.7 電子屏

收費島電子屏一般由顯示板、控制板、電源組成，電源使用輸出為+5 V的變壓器供電，控制板負責(zé)通信并存儲顯示內(nèi)容，顯示板負責(zé)點亮電子屏并控制屏哪部分變亮。

2.1.8 IC卡讀寫器

IC卡讀寫器由天線和讀寫器兩部分組成，讀寫器安裝在控制機柜內(nèi)，與天線連接并與工控機串口連接。

2.2 收費站收費系統(tǒng)、片區(qū)收費系統(tǒng)

收費站收費系統(tǒng)以及片區(qū)收費系統(tǒng)主要由報表計算機、監(jiān)視監(jiān)控計算機、稽查計算機、服務(wù)器、交換機、路由器構(gòu)成，完成收費業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)存儲、報表統(tǒng)計等功能，見圖4。

由圖4可知，收費站、片區(qū)中心收費系統(tǒng)主要由計算機、傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，因此更多的是軟件方面的問題，在此不再贅述。

3 項目應(yīng)用情況

某項目遵循我國能源革命可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求，貫徹落實全面提高能源、能耗資產(chǎn)科技含量和管理水平的重大部署安排，積極響應(yīng)“降本增效、提質(zhì)升級”理念，用實際行動打造綠色、生態(tài)、智慧機電，助力交通強國建設(shè)。

3.1 加強車道機電管理

所轄路段各類機電設(shè)備由于運營時間長、設(shè)備品牌繁雜、性能參數(shù)良莠不齊，導(dǎo)致ETC門架、通信、網(wǎng)絡(luò)安全及治超系統(tǒng)等各項指標(biāo)一度不佳。后因在掌握各種系統(tǒng)和設(shè)備工作原理、組成架構(gòu)、傳輸鏈路、維護規(guī)范、故障排查思路和及時修復(fù)方法上下真功、用足力，實現(xiàn)了追趕超越、穩(wěn)步提升。

（1）ETC門架系統(tǒng)軟件維護工程師進行現(xiàn)場授課，有效提升機電管理人員對ETC門架軟件系統(tǒng)的系統(tǒng)認知和運維技能；與相關(guān)院校合作，舉辦Linux操作系統(tǒng)運維培訓(xùn)，有效提升機電維護人員運維技能，為下一步聯(lián)網(wǎng)收費軟件更新做好技術(shù)儲備。

（2）堅持“科技創(chuàng)新與強化日常管理”同頻共振，自主研發(fā)“雙鏈路聚合解決收費站數(shù)據(jù)傳輸瓶頸”“收費車道工控機操作系統(tǒng)及硬件升級提升車道系統(tǒng)運行速度”“搭建收費網(wǎng)絡(luò)智能管理平臺提升網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測效率”三個創(chuàng)新成果，促進車道系統(tǒng)的運行速度及收費網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性顯著提升。

（3）堅持“理論創(chuàng)新與實踐運用”融會貫通，編制下發(fā)了《聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)巡檢實施細則》，開發(fā)應(yīng)用了“收費站聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)實時監(jiān)測與巡檢輔助系統(tǒng)”，通過綜合施策，有效提升聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)各項運行指標(biāo)。

3.2 構(gòu)建綜合智慧大數(shù)據(jù)平臺

加快推動綜合能源服務(wù)發(fā)展，針對高速公路閑置資源及供配電資產(chǎn)低效運行等問題，引入“多能互補，源網(wǎng)荷儲”一體化智能微網(wǎng)建設(shè)理念，提前布局高速公路綜合能源服務(wù)。以用能資產(chǎn)“自我平衡、降低能耗、提升效率”為目標(biāo)，以技術(shù)節(jié)能、結(jié)構(gòu)節(jié)能、管理節(jié)能為途徑，構(gòu)建綜合能源智慧平臺大數(shù)據(jù)。項目特長隧道照明節(jié)能改造項目將原有高能耗的鈉燈更換為機電公司研發(fā)的新型智能LED隧道節(jié)能燈。經(jīng)過40 d緊張有序地施工，完成了7 000余盞燈具換裝和智能控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試，圓滿達成了設(shè)計要求。立足解決現(xiàn)場“痛點”問題，長期跟蹤行業(yè)前沿科技成果，經(jīng)持續(xù)技術(shù)攻關(guān)和反復(fù)驗證，成功研發(fā)出了一款新型智能LED隧道燈具。該款燈具使用了機電公司石墨烯散熱技術(shù)與電源模組快拆裝置兩項技術(shù)專利。設(shè)計選用140 lm/W、3 000 K色溫的暖光源高光效芯片，節(jié)能及照明效果俱佳、體感更加舒適，確保了行車安全。整燈防護等級提升至IP67，同時采用航空快捷插頭，提升了燈具品質(zhì)可靠性、維護便捷性，大幅降低了后期運維的成本。該次改造還新增了智能無級調(diào)光系統(tǒng)，可以在監(jiān)控中心遠程設(shè)定或控制燈具的亮度，在鈉燈更換為綠色高光效LED燈具節(jié)能的基礎(chǔ)上，再疊加智控節(jié)能的功能。根據(jù)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)測算，改造后每年可節(jié)約電費200余萬元，總節(jié)能比例54%，真正達到了智慧節(jié)能、平安節(jié)能的目的。另外，在高速交通基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)上優(yōu)化配建分布式光伏發(fā)電、儲能蓄熱“冷、熱、電三聯(lián)供”、隧道LED燈改造節(jié)能、電動汽車充電樁、電力交易等項目，實現(xiàn)了“六新”轉(zhuǎn)型發(fā)展新突破。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于高分可視化技術(shù)的高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)以指揮技術(shù)和信息技術(shù)為主導(dǎo)，充分運用現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，從統(tǒng)籌、指揮、管理的角度出發(fā)，根據(jù)用戶實際需要，整合行業(yè)的重點數(shù)據(jù)信息，快速、精準(zhǔn)地在控制中心大屏幕上調(diào)用、顯示。做到“一網(wǎng)知風(fēng)險，一屏觀天下，一鍵令全員”，真正實現(xiàn)輔助決策與業(yè)務(wù)智能。

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收稿日期：2023-10-24

作者簡介：申文超（1992—），男，本科，工程師，從事公路機電工作。

通信作者：申鐵軍（1980—），男，本科，正高級工程師，研究方向：機電工程。