摘要 近年來，隨著國內高速公路網的快速發(fā)展，高速公路交通流量和出行需求持續(xù)增長，道路交通環(huán)境日趨復雜，給道路安全保暢工作帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。文章針對清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路的應用情況進行了分析，對雙蜂窩通信技術與車載視頻監(jiān)控進行了有機融合，以期解決當前傳統(tǒng)的清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在應對高速公路事故處置過程中存在的終端信號延遲、圖像畫質不高、GPS定位不準和處置過程追溯滯后等問題，實現(xiàn)對各類車輛的實時動態(tài)管理和實時監(jiān)督考核，提升高速公路運營管理單位的安全保暢能力及信息化水平，進一步夯實交通運輸科技創(chuàng)新成果轉化和推廣應用的基礎，助力推動公司在交通運輸行業(yè)高質量發(fā)展的創(chuàng)新高地。

關鍵詞 高速公路；清障施救；車載視頻；監(jiān)控視頻；雙蜂窩網絡通信；無線通信

中圖分類號 TP391 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）20-0033-04

0 引言

高速公路作為現(xiàn)代交通的主動脈，其暢通與否直接關系國家經濟發(fā)展和人民生活的便利。浙江省地形地貌復雜，陸域面積中山區(qū)占70.4%，平原占23.2%，河流和湖泊占6.4%，形成了山區(qū)道路多、橋梁多、隧道多的道路特點。近年來，隨著省內高速公路網的快速發(fā)展，高速公路交通流量和出行需求持續(xù)增長，道路交通環(huán)境日趨復雜，給道路安全保暢工作帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。特別是今年以來，隨著高速公路事故頻發(fā)、重大事件多發(fā)，對重大突發(fā)事件應急處置效能和協(xié)同聯(lián)動機制提出了更高要求，道路巡查與清障施救作為保障高速路網安全暢通的關鍵部分，其重要性日益凸顯。然而，傳統(tǒng)的清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)在應對山區(qū)高速公路事故處置過程中，由于受運營商基站信號強弱及現(xiàn)場復雜環(huán)境干擾等方面影響，經常存在終端信號延遲、圖像畫質不高、GPS定位不準和處置過程追溯滯后等問題，難以滿足對各類事故救援車輛的實時動態(tài)管理和快速、準確、實時的監(jiān)督考核需求。

浙江交投高速公路運營管理有限公司（以下簡稱“公司”）隸屬浙江省交通集團，所轄高速公路為1 939 km，占集團總里程60.22%；全線隧道共374座，占管轄里程的20.5%，占集團隧道總里程的91.4%。一直以來，公司始終堅持“四精四化”管理理念，踐行“兩個第一”使命要求，致力于持續(xù)提升高速公路運行管理的專業(yè)化水平。因此，公司利用所屬的充足資源和堅實的研發(fā)隊伍，以問題為導向，研發(fā)了一種高效、穩(wěn)定的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了實時監(jiān)控、高清錄像、GPS定位和雙蜂窩網絡通信等多種功能，能夠在高速公路事故救援及應急處置中發(fā)揮重要作用。該文將詳細介紹雙蜂窩網絡通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成、功能特點，實際應用效果表明該系統(tǒng)能夠有效提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和終端在線率，進一步提升高速公路運營管理單位的安全保暢能力及信息化水平，對交通行業(yè)的落地應用及推廣均具有一定的指導意義。

1 現(xiàn)狀問題和解決思路

1.1 車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

高速公路車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)典型系統(tǒng)架構主要由車載視頻監(jiān)控終端和攝像頭、語音對講盒、顯示屏、各種傳感器等組成，其中車載視頻終端集成有衛(wèi)星定位系統(tǒng)和蜂窩網絡通信模塊，作為整個車載系統(tǒng)通信的主體，保障與管理平臺的實時聯(lián)通。

車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺依托移動通信網絡和互聯(lián)網，結合B/S架構優(yōu)勢，提供運輸車輛、作業(yè)車輛的行業(yè)專屬服務。配套車載視頻監(jiān)控終端，可以安全高效地協(xié)助管理車輛，有效加強管理部門對清障施救作業(yè)車輛的管理。核心功能有：行車線路全程智能監(jiān)管、司機考勤、路線趟次管理、行車記錄回放、駕駛過程實時監(jiān)測、安全駕駛管控、電子檔案中心、運行規(guī)律分析研判、終端運維等。各級監(jiān)控工作人員可通過公司級車載視頻管理平臺，實時與車載前端通過關注和及時通話等保持溝通，了解或指導現(xiàn)場作業(yè)。

車載視頻終端作為車載系統(tǒng)的主體，集成有GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和蜂窩網絡通信模塊，作為整個車載系統(tǒng)通信載體，承擔著車載系統(tǒng)通信網關的作用，車載視頻終端架構示意圖如圖1所示。從車載視頻終端示意圖可以看出，車載視頻監(jiān)控終端對無線聯(lián)網（蜂窩網絡）功能的依賴度越來越強，無線聯(lián)網穩(wěn)定性越來越重要。

1.2 主要功能應用

基于移動物聯(lián)網的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺依托移動通信網絡，結合B/S架構優(yōu)勢，配套車載視頻監(jiān)控終端，安全高效地協(xié)助管理作業(yè)車輛，實現(xiàn)運營管理單位對清障施救車輛運行的事前預防、事中掌控、事后追溯、規(guī)范運營、作業(yè)和用車，有效加強管理部門對車輛的管理。系統(tǒng)主要應實現(xiàn)下述核心功能：

實時遠程監(jiān)控：車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能之一。通過車載攝像頭實時拍攝道路狀況，經過視頻編碼器處理后，通過無線蜂窩網絡將視頻畫面?zhèn)鬏斨凉竟芾砥脚_。公司管理平臺可以對接收到的視頻畫面進行實時監(jiān)控，為高速公路事故救援提供有力支持。隨著視頻技術的發(fā)展，監(jiān)控視頻越來越高清，所需網絡傳輸帶寬越來越大。

GPS定位功能：能夠實時定位車輛位置，有助于確定救援的發(fā)生地址。在高速公路事故救援中，GPS定位功能能夠幫助指揮中心迅速確定事故地點，調度附近的救援資源前往現(xiàn)場進行施救。救援車輛的實時行駛軌跡，都通過無線蜂窩網絡實時傳輸至中心管理平臺，中心管理平臺可實時掌握車輛的位置。

遠程通信功能：救援現(xiàn)場人員能夠與中心管理平臺保持實時溝通。通過雙蜂窩網絡，救援現(xiàn)場人員可以與指揮中心進行語音和視頻通話，實時傳遞現(xiàn)場信息，確保信息的及時性和準確性。

1.3 存在問題及原因分析

目前，高速公路清障施救車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)長距離通信主要通過WiFi和4G通信模塊，將車載視頻監(jiān)控終端系統(tǒng)與公司車載視頻監(jiān)控管理平臺進行無線聯(lián)網通信。浙高運公司所轄高速公路通行環(huán)境復雜，山區(qū)橋隧占比高、彎道及長上下坡多，盡管中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三大運營商在干線高速公路周邊大部分地區(qū)實現(xiàn)了4G/5G網絡信號的覆蓋，但受地理限制、基站布局和技術迭代影響，明顯地表現(xiàn)出局部山區(qū)或部分時段網絡信號不均勻、信號連接質量差，仍會導致網絡斷網、掉線等異常問題出現(xiàn)，影響車輛監(jiān)控數(shù)據(jù)的連續(xù)性。隨著管理精細化，數(shù)據(jù)量劇增、低時延及高度完整性需求對網絡提出了更高要求，而單一運營商網絡覆蓋難以全天候保證，無法充分支持這些高級別的業(yè)務需求。鑒于上述情況，強化車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網絡穩(wěn)定性顯得尤為關鍵，需探索從車載監(jiān)控設備層面實施技術創(chuàng)新和增設冗余措施，以有效應對山區(qū)運營商網絡覆蓋的局限性。

1.4 解決思路

隨著公司數(shù)字化改革轉型發(fā)展，車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端通信對蜂窩通信網絡穩(wěn)定性的需求也與日俱增。作為車載終端通信關鍵的實現(xiàn)部件之一的通信模組，需要更高帶寬和更低延遲確保通信功能的穩(wěn)定和安全。根據(jù)公司所轄高速公路行業(yè)環(huán)境和實際情況，從提升清障施救車載監(jiān)控視頻終端至中心管理平臺的信號質量角度出發(fā)，研究設計了基于雙蜂窩網絡通信的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)終端在簡單可靠的前提下，綜合設計優(yōu)化整體結構和兼容接口，既節(jié)省了額外增加網絡設備的硬件投資成本，又降低了車載終端的總體功耗。

2 方案設計

該方案遵循適度超前、經濟實用、兼容擴展的設計原則，整體設計利用4G傳輸特性好、無漫游切換等優(yōu)勢，配合雙網無縫自動切換，做到多元化信息的實時傳遞。系統(tǒng)的整體設計主要包括車載攝像頭、雙蜂窩網絡通信模塊、視頻編碼器、GPS定位模塊、車載終端和中心管理平臺等，其中雙蜂窩網絡通信是該系統(tǒng)的核心技術之一。同時，該系統(tǒng)具有良好的開放性和兼容性，更有利于標準化安裝。

2.1 雙蜂窩網絡通信系統(tǒng)原理

雙蜂窩網絡通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種集成多種先進技術的綜合性車載監(jiān)控系統(tǒng)。基于無線聯(lián)網對車載視頻監(jiān)控終端系統(tǒng)的重要性考慮，針對單一網絡運營商局部網絡異常的場景，設計了雙蜂窩網絡通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將原有的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)單一的網絡通信模塊，替換成由2個通信模塊組成的新型通信部件，以解決網絡斷網/異常狀況，保障聯(lián)網穩(wěn)定。該系統(tǒng)采用2張SIM卡同時工作，車載視頻監(jiān)控主機可同時連接2家不同運營商的基站網絡進行擇優(yōu)使用，增強網絡穩(wěn)定性，實現(xiàn)網絡連接的冗余備份，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在高速公路事故救援中，雙蜂窩網絡通信能夠提供高速、穩(wěn)定的網絡連接，支持實時視頻傳輸和遠程控制功能。雙蜂窩網絡通信充分保障了車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻遠程預覽、車輛位置的實時定位、實時語音對講等遠程作業(yè)指揮功能的正常運轉，并為后續(xù)的視頻高清升級、遠程車輛控制等功能的實現(xiàn)提供扎實的應用基礎。

2.2 主要技術創(chuàng)新點

系統(tǒng)采用雙卡傳輸系統(tǒng)模塊[1]，由2個SIM卡座、協(xié)調網絡切換的網絡處理器和一些網絡連接接口組成。雙卡同時在線，當其中一個無線網絡運營商信號弱或中斷時，系統(tǒng)自動切換到另一個，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕蠓嵘讼到y(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸效率。雙卡傳輸系統(tǒng)模塊組成示意圖如圖2所示：

網絡處理器是一種可編程器件，專門設計用于處理數(shù)據(jù)包和執(zhí)行網絡相關的任務，負責網絡數(shù)據(jù)包處理、協(xié)議分析、路由查找等，能夠協(xié)調和優(yōu)化網絡數(shù)據(jù)流。網絡處理器將2個模塊分別配置成主、副模塊，并驅動2個模塊同時連接2個不同的運營商網絡。工作運行時，網絡處理器內部程序實時監(jiān)測2個模塊的聯(lián)網信號強度和發(fā)送數(shù)據(jù)的網絡延遲時間[2-3]。如果主模塊網絡連接正常（信號強和延時低），則將主模塊網絡作為車載監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網通信網絡；當主模塊網絡出現(xiàn)異常（信號弱或者延遲高）時，則經評估后進行網絡切換。涉及的網絡切換場景如下：

主模塊網絡出現(xiàn)異常時，同時監(jiān)測副模塊的網絡狀況，對比兩個模塊的網絡優(yōu)劣，當副模塊網絡更佳時，則將車載監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網通信網絡切換至副模塊網絡。

主模塊網絡恢復正常時，切回成主模塊網絡。

主副模塊網絡都正?；蚨籍惓r，對比兩個模塊的網絡優(yōu)劣，無明確的好壞區(qū)分時，則不做網絡切換，繼續(xù)保持原網絡狀態(tài)。

通過該主、副模塊的設置和切換，能夠保障優(yōu)先使用主模塊網絡，方便流量費用管理。

2.3 系統(tǒng)應用實踐

從2023年12月開始，公司在所轄六個管理中心先后部署了200多臺雙蜂窩網絡通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端。系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)，車輛狀態(tài)及無線信號采集、信息匯聚、智能分析等多種技術手段，運用流量檢測模型、車輛狀態(tài)控制模塊等實現(xiàn)車輛數(shù)據(jù)的備份傳輸，有效避免了數(shù)據(jù)的丟失現(xiàn)象。

截至目前，雙蜂窩網絡通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，應用效果得到充分驗證，解決了長期以來清障施救車輛在作業(yè)過程中“看不到、定不準”的問題。自系統(tǒng)上線以來，通過自動數(shù)據(jù)備份傳輸達4 723條，實時向平臺推送車輛狀態(tài)15 627次，由于移動信號原因導致數(shù)據(jù)丟失記錄信息從原來的7%下降到1%左右，車輛狀態(tài)從原來的延遲10 min左右，提高到10 s以內，準確率達100%。

該系統(tǒng)通過對移動數(shù)據(jù)前糾后補的方式，提高了車輛管理數(shù)據(jù)的及時性，提高了施救生產數(shù)據(jù)的完整性，在實際應用中發(fā)揮了重要的數(shù)據(jù)保障作用。通過實時傳輸事故現(xiàn)場的視頻畫面和定位信息，指揮中心能夠迅速了解現(xiàn)場情況并作出科學決策；通過高清錄像回放和GPS定位信息分析，準確判定事故責任并優(yōu)化救援方案；通過遠程通信功能保持與現(xiàn)場救援人員的溝通聯(lián)系，確保信息的及時傳遞和協(xié)同工作的實現(xiàn)，保障了高速公路

事故救援和應急處置的實際需求。

3 總結與展望

在高速公路事故救援中，雙蜂窩網絡通信能夠提供高速、穩(wěn)定的網絡連接，支持實時的視頻傳輸和遠程控制功能。雙蜂窩網絡通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有效解決了山區(qū)高速公路單一網絡運營商網絡覆蓋異常區(qū)域的聯(lián)網問題，實現(xiàn)了對事故現(xiàn)場的全面監(jiān)控和及時響應。積極推動了新一代信息技術與交通運輸行業(yè)的創(chuàng)新融合，充分保障了車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻遠程預覽、車輛位置實時定位、實時語音對講等遠程作業(yè)指揮功能的正常運轉，并為后續(xù)的視頻高清升級、更多數(shù)據(jù)接入、更及時的遠程車輛控制等功能的實現(xiàn)提供扎實的應用基礎。

展望未來，隨著技術的不斷創(chuàng)新進步和應用需求的不斷擴展，車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)揮其在道路安全保暢領域的重要作用，雙蜂窩網絡通信車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)也需要不斷升級和改進，進一步優(yōu)化雙模塊的網絡質量評估準確性和網絡切換帶來的延時間隔，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。預計在不久的將來，該系統(tǒng)在全面推動公路基礎設施數(shù)字化轉型升級和公司數(shù)字化轉型的過程中，會迎來更為廣闊的市場空間，不斷提升高速路網運行質量、通行效率和運營能力，也為人民群眾帶來更安全、更美好的出行環(huán)境。

參考文獻

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收稿日期：2024-09-19

作者簡介：琚冬祥（1972—），男，本科，高級工程師，研究方向：交通工程管理、運營管理。