高速公路智慧服务区系统解决方案

王陶陶

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 概述

近年来，随着我国经济社会的快速发展，社会公众对提升高速公路服务区（下文中统一简称“服务区”）服务质量的期盼更加迫切，对解决部分服务区在重大节假日期间车辆进出难、加油难、旅客如厕难、环境卫生差等问题的愿望更加强烈。服务区是交通运输行业服务群众的重要“窗口”，也是社会公众驾乘车辆出行的重要休息场所，对于满足驾乘人员生理和心理需求、预防疲劳驾驶、为车辆提供加油和维修服务、消除行车安全隐患具有十分重要的作用。因此，根据服务区的信息化系统建设需求，提出了智慧服务区系统解决方案，旨在通过探析技术手段，完整、实时记录服务区内外环境情况，记录、分析进出车辆和人员信息，并通过实现信息发布、信息服务，提升服务区综合品质和服务质量。

2 需求分析

2.1 视频监控需求

服务区视频监控，旨在解决服务区重要出入口、公共设施等位置的安全防范问题，既需要大场景的视频全覆盖，又需要对例如油库、配电房、出入口匝道等细部特征位置予以监视。随着技术水平不断发展，用户对视频监控系统的功能往往已经不再局限于“看得见”，而需要进一步提高视频成像品质，向着更高清、更智能的方向发展。同时，独立的服务区视频监控体系需要纳入高速公路全程监控体系中，省级、地市的服务区管理中心，需要实现视频监控的联网，以纳入路网安全应急指挥调度业务范畴。

2.2 车辆管控应用需求

服务区车来车往，是高速公路行车驿站，因此无论是公安交通管理部门、交通运输部门，都可以依据服务区建设车辆管理的中间站。需要通过记录进出服务区车辆的颜色、号牌、型号等特征属性，并结合具体的时间节点，能够在中心数据库的辅助下实现车辆特征判断、车流量统计、服务区容限告警等业务应用服务。同时，为满足交警、公安稽查布控以及交通运输部门整治超限、非法营运等需求，服务区数据中心能够接入稽查布控系统，实现嫌疑车辆的定位、拦截。

2.3 信息发布服务需求

服务区需要对进出车辆、人员提供信息发布的服务，信息发布包括站内发布和站外发布，站内发布主要包括建设WIFI热点、建设信息发布窗口，将路况信息、交通管制信息、旅游景点信息、民俗特产信息等以手机短信、广告发布机等形式推送给大众，站外发布信息主要通过服务区数据中心，将服务区状态、加油站状态、剩余车位数以及下个服务区距离等信息通过高速主线上的情报板发布给驾乘人员。

此外，服务区数据中心需要将车辆、人员的分布、运动趋势定期汇总收集，并深入挖掘数据关联，提供给服务区运营管理部门，如车辆进出密度、人员热度分布、店铺出入人员密度、广告牌驻足人员分类等。

2.4 系统管理需求

智慧服务区需要建设综合管理系统，系统包含设备接入模块、数据中心、存储及管理模块、信息发布模块、过车数据研判模块以及监控中心管理等等。管理系统作为服务区信息化系统的核心，需要承担设备接入、用户及数据管理、信息发布内容及审核管理，系统应提供统一的平台软件账户和交互界面，不同类型的用户根据系统分配权限，可独立操作软件模块，实现视频监控、车辆管理、信息发布管理等业务应用。

2.5 商业模式需求

服务区内除公共设施外，还具有一些商铺、快捷酒店、餐饮等服务，从商业模式角度，经营类型的店铺借助服务区提供的公共设施开展经营活动，服务区可通过租赁安防设施、提供信息服务等方式，支持店铺的经营。站在管理的角度，店铺的安保设施以往都由店铺自建，这会带来不少重复投资，而且不利于系统统一监管，因此，安防设施需作为公共设施的一部分，由建设方统一建设，并向经营类店铺提供租赁服务。

3 系统总体设计

3.1 设计目标

建设智慧服务区综合管理体系，提升公众出行服务质量为主线，规范运营管理，强化服务功能，创新体制机制，优化设施配置，完善服务工作管理体系，打造“布局合理、经济实用、标识清晰、服务规范、安全有序、生态环保”的现代化服务区，满足公众高品质、多样化服务需求。

3.1.1 政府指导 部门协作

积极争取地方政府支持，加强与相关部门的协调配合，充分发挥政府和部门指导作用、运营单位主体作用以及行业学会协调自律作用，引导社会公众参与，尽快形成政府、行业、企业和公众共同参与的协作推进机制。

3.1.2 科学定位 强化功能

以保障基本服务功能为主，不断强化为驾乘人员提供停车、短暂休息、如厕以及餐饮、加油、车辆维修、公路出行信息播报等基本服务；在此基础上，因地制宜开展客运接驳、客货运输节点、旅游服务等延伸服务，提升综合服务能力，满足公众多样化需求。

3.1.3 分类管理 协同发展

构建车辆通行费投入为主，服务区经营所得补贴为辅的服务区公共设施管养投入保障机制，不断优化驾乘人员停车、如厕等免费服务。充分发挥市场在资源配置中的调节作用，鼓励社会资本投入餐饮、便利店、车辆加油和维修等经营性项目，公平竞争，提供高品质、多样化服务。

3.1.4 规范运营 优质服务

建立健全服务工作标准化管理体系，不断提高服务区服务工作规范化水平。营造公平竞争的市场环境，依法经营，为驾乘人员和通行车辆提供符合相关质量技术标准的服务保障。

3.2 智能行为分析

智能视频分析主要是指穿越警戒面、进入区域、离开区域、物品拿取放置、徘徊、停车、快速移动、人员聚集等行为分析，并基于智能视频行为分析仪提供的事件检测与行为分析服务实现。通过专用的智能分析客户端实现各种控制操作。

专用的智能分析客户端应具备以下主要功能板块。

3.2.1 跨线检测

由于实践中，经常有车辆违章逆行，在高速公路上违章掉头等情形，因此，需要设置专业辅助功能，用以提醒管理人员及时预警，发现此种违法行为。

3.2.2 区域检测

实践中，高速公路上会进行临时交通管制以及划分特定区域作为禁止进入的地域，设定该功能后，将可以对图像视频中运动目标进入违禁区域的行为进行预警和提示。

3.2.3 违法停车预警

实践中，经常有车辆驾驶人因各种非车辆故障的原因在高速公路上进行违章、违法停车，给高速道路交通带来极大的隐患。因此，设置此功能，将更有利于管理人员及时发现违法停车的行为。

3.2.4 遗留、抛洒物检测

部分车辆驾乘人员，在高速公路上随意乱扔垃圾，甚至遗忘同车乘坐人员的行为并不罕见，部分大型客、货车由于车辆围挡、覆盖膜等原因，造成高速公路上大面积遗留抛洒物，对高速公路的安全管理造成极大的隐患。

3.2.5 徘徊检测

实践中，经常发现路边有群众在向高速路上的过往车辆兜售当地土特产，以至于很多司机在高速公路上急停、倒车、逆行，产生极大的安全隐患。有群众在高速公路上迷路甚至反复翻越高速公路隔离栅栏。

3.2.6 流量统计

统计车辆流量，方便交通管理部门提供决策依据，更为有效地预防高速公路拥堵，更为便捷地调配服务区的人员、货物、加油站的配置。

3.3 系统架构

图1 系统架构图

3.4 系统组成

3.4.1 前端子系统

前端子系统作为系统的感知端、发布端，承接了视频、信号的采集以及信息发布下达的作用。

通过部署匝道口、加油站通道的卡口抓拍前端设备，实现进出服务区所有车辆的记录，包括记录过车图片，提取车辆结构化属性信息，如车牌号码、颜色、车型、车标、车身颜色等，前端子系统采用可见光补光灯进行补光，提升图像采集效果，保障结构化数据分析准确。此外对于服务区行车道异常停车行为，通过专用的异常停车监控报警球机，实现异常停车信息公布、报警，通知人员催告驶离。

3.4.2 信息发布前端子系统

信息发布前端子系统包括服务区内交互式信息发布屏、广告机、车位诱导屏，以及服务区外高速主线上的外场可变情报发布板、扬声器等。

3.4.3 网络传输

智慧服务区信息化体系，需要以服务区内建设的视频专网（局域网）为依托，各视频监控前端、信息发布前端，需就近接入网络端口，要求网络上行端口带宽不少于百兆。此外，可考虑建设免费WIFI，通过车牌号或手机号注册，将笔记本电脑、手机、平板电脑等个人移动终端接入互联网。

除局域网外，建议服务区到上级管理中心开通不少于千兆的视频上行网络，并就近接入公网路由，以实现服务区与互联网之间的信息交互，也可作为店铺、广告机或交互式信息发布屏的信息来源于链路资源。

3.4.4 管理中心建设

管理中心包括监控中心及内部设备、机房环境以及中心平台监控中心包括图像显示与控制系统、必要的指挥席位和客户端席位，主要承担日常的监控管理、设备维护、应急指挥调度等业务。通过解码、拼控设备，实现监控中心大屏拼接显示。

中心平台应全面整合硬件服务器、存储、解码器等监控中心常用设备，并集成集中管理平台软件，实现真正的一体化应用。

4 视频监控系统设计

4.1 前端系统基本架构

视频监控前端子系统的架构非常简单，可以采用IPC，以网络信号输出视频流并接受控制信令，系统仅需要通过网线与交换机相连，并按照每台网络设备的IP地址实现寻址与通信。通过与中心相连的网线，前端与中心之间可以传输视频信号、控制信号、设备工作状态等信息。

图2 前端系统基本架构

高清智能卡口前端子系统主要由以下功能单元。车辆检测、图像采集识别单元：含卡口抓拍单元和补光灯；卡口抓拍单元内设置虚拟线圈，完成车辆检测功能。

图3 视频公路车辆智能检测记录系统前端组成结构图

图4 现场布局侧视图（单位：m）

4.2 网络传输的子系统设计

高速公路的局域网、接入网、视频专网三功能网，共同构成网络传输的子系统。这三大功能网，互相补足，互相配合，确保网络传输的安全性和可靠性。

高速公路的前端采集相机和末端服务器共同组成独立网段的局域网。末端服务器作为各路数据的边界设备，因此应具备网关功能。专用接入网为服务器上联端口、摄像头分配接入网的IP地址，从而将路口数据进行汇总并接入管理控制中心。视频专网将平台服务器、各路数据、分析软件等客户端进行融合。

4.3 中心存储子系统的设计

4.3.1 存储需求

在实际中，由于高速公路四通八达的特性，导致一旦发生交通事故，肇事车辆逃逸可能性较大。交通民警在追逃过程中，由于种种原因，导致抓获嫌疑人时，已经过了两三个月，甚至半年。因此中心存储设备需要具备长时间保存海量数据的需求。

无论是案件侦破，还是交通管理部门的日常工作，均需要中心存储系统，可以及时、有效地保存车辆通过卡口的照片、短暂视频、车辆号牌等数据信息。因此，存储中心应设置相应的划分规则，用以区分核心存储数据和非重要存储数据。核心存储数据应具备保存一年左右的时间，并且保障数据的完整性和可靠性。非重要存储数据则只需保障数据的稳定性和短暂实用性。

同时，存储设备应预留扩展接口，为以后外接相关存储设备增加可能性，使以后可以更为简单、便捷地对存储系统进行扩容。

4.3.2 设计原则

设计的存储系统是本系统中视频、图片、过车信息、违法信息等数据汇聚存储的核心，具有以下需求。

4.3.2.1 高性能

由于高速公路沿线布置摄像头往往是成百上千的数量，甚至是上万路的摄像头数量。这些密集摄像头生成的数据均连续不断地24 h写入服务器的存储中心，而且还需要考虑对存入数据的读取能力。因此，高性能成为存储系统首要条件，以此来保障在日后使用过程中，充分满足用户需求以及存储设备的工作稳定性。

4.3.2.2 大容量的存储空间

前文中已经提到，大容量的存储空间的重要性，在此不再累述。

4.3.2.3 集中式共享

通过文档共享的设置，将分别存储的数据集中在服务器云端，从而可以随意在任一网端接口对需要的数据进行采集和更新。

4.3.2.4 数据可靠性

只有保障数据的安全、可靠，才能保障整个系统的输出是正确的，才能保证即使出现单点，甚至多点故障的恶劣情况下，也能保证系统的正常使用，才能真正有效地服务交通管理部门。

4.3.2.5 可扩展性

由于现代科技日新月异的发展，以及群众对高速公路交通的需求不断增加，从而导致监控范围和需要采集的信息不断增多。存储设备的容量也在不断增大，因此，保证存储设备的可扩展性显得尤为重要，也是满足可持续发展战略的思路。

4.3.2.6 网络化

将存储系统纳入网络中，不但符合互联网思维中云存储的理念，而且也更容易收集数据、更容易集中存储数据、更容易监控和维护存储设备，同时也更容易实现集中式共享功能。

4.3.2.7 易用性

应将系统的操作界面的UI（UI设计是指对软件的人机交互、操作逻辑、界面美观的整体设计）设计的更易于掌握和维护，便于管理。

4.3.2.8 系统备份、容灾功能

由于各种不可控的因素，为了进一步保障用户数据的完整性和安全性，系统需要定时备份和具备容灾的功能。

4.4 信息发布系统设计

服务区信息发布系统，分为站内信息发布和站外信息发布两部分，其中站内信息发布主要通过交互式广告屏滚动播放并发布天气、路况、旅游、民俗特产等信息，站外信息发布主要通过高速公路主线上的外场可变情报发布板实现服务区、加油站状态、前方道路管制信息的发布。

4.5 服务区综合管理平台设计

如何更高效地搭建一套完整而先进的监控中心平台已经成为业界比较关心的问题，尽管图片直存技术的问世在一定程度上减少了监控服务器的数量，但是分布式服务器模式在中小型项目中仍然略显拖沓，网络磁盘阵列、卡口服务器、中心管理服务器等服务器设备一旦出现问题，则会引起整个交通监控中心的故障，因此尽量减少服务器故障节点逐渐成为监控中心新一代技术的重点突破口，而交通存储平台一体机也在这个大的背景下应运而生。

服务区综合管理平台所接入的路数并不多，同时，服务区地处偏远，综合考虑设备维护、占用空间、电力消耗等因素，建议采用集成了平台软件、服务器、存储、解码设备的平台一体机实现服务区综合管 控的集成化管理。