高速公路监控中心智慧运营平台系统

杨 轩

(广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东 广州 510507)

0 引言

高速公路监控中心是保障高速公路畅通、安全、服务的指挥中枢，其主要行使路网运行监测以及应急事件处置的职能。现阶段，监控中心主要存在着监测及分析手段有限、报警信息不集中、处理不及时以及对收费广场车道调配欠合理等问题，因此，采用信息化、智能化手段提升交通事故管理水平以及突发事件的处理能力，具有较大的现实意义。

1 智慧运营系统研发背景

广东省高速公路通车里程已突破1万km，其中广东省交通集团有限公司负责营运管理的里程近8 000km。随着通车里程的不断增长，高速公路突发事件数量也在不断增长。据路运一体化平台统计，2018年集团所属高速公路各类交通异常事件共19 234起，2019年共21 475起，2020年共28 489起，呈现逐年递增的趋势。

各路段监控中心是保障高速公路畅通、安全、服务的指挥中枢，其主要职能是行使路网运行监测以及应急事件的处置。一旦高速公路发生了交通事故，监控中心须及时发现问题，了解现场情况，并按照应急预案协调交警、路政、救援、机电等多部门工作人员进行处理，快速高效地解决现场问题。同时，及时、准确、完整地收集并预告前方道路各类信息，如车流量、事故、路况等。当发生交通异常时，能及时确定异常区域位置，通过高速公路情报板或定向广播等及时发布相应的提示和诱导信息。

高速公路取消省界收费站以来，全面推广ETC收费新模式提高了收费站的通行效率。但由于部分收费站交通量过大、交通组成复杂、货车缴费效率较低，随着汽车保有量的持续增长，收费站将日益成为快速通行的瓶颈，对高速公路的设计、运营、管理提出了新的课题。

2 高速公路机电工程现状及需求分析

2.1 高速公路监控系统

2.1.1 监测及分析手段有限

传统的高速公路监测更多地依赖设备，一是通过新增各种感知设备，如环境检测设备、事件检测设备、车流检测设备等；二是通过对视频图像进行实时监测，通过人工从视频中发现路况异常。由于各类检测设备仍然依赖传感器的准确性和人工纠偏，时间一长就会出现误报的现象，最终只剩下视频资源，因此高速公路的监控管理更多依赖监控员对视频的轮巡管理。

2.1.2 业务系统分散和报警信息不集中导致处理不及时

传统的机电系统软件分散而且无法整合，形成“信息孤岛”。目前监控中心日常管理中各类专用软件越来越多，而且软件之间缺乏有效协作，业务报警信息相互独立以及分散，比如视频事件监测报警、设备类报警、紧急电话、业务类报警不能融合，处置效率低，无法相互印证。另外监控员开展监控业务时，除了对视频实时监测还需同时在三台电脑上打开路况填报、设备控制、机电运维等超过五个以上的机电软件开展工作，工作量较大，工作效率较低。

2.2 高速公路收费站机电工程

收费站系统由收费计算机系统、闭路电视监视系统、入口拒超系统、ETC专用车道系统、ETC/MTC混合车道系统、内部对讲及紧急报警系统、供配电系统、防雷系统、接地系统、ETC门架系统、联网收费系统、信息安全保护系统等组成。

随着现代社会城市化的加快和汽车普及率的提高，汽车保有量逐年上升，高速公路交通量日趋增大，因此采用固定卡口式收费方式的收费站面对日益增大的交通量导致拥堵现象日趋严重，节假日更加显得力不从心。

高速公路收费站是智能交通的重要载体和展示窗口，日趋严重的堵车现象使得高速公路收费工作压力逐渐增大，收费和保畅工作矛盾突出，收费站服务形象受到影响。因此，采取有效措施提高收费站的收费能力，提升车辆的通行速度，提高收费站的运营效率，缓解收费站的通行压力，进而提升收费站的整体形象，迫在眉睫。因此，需从完善收费站设施建设、采用新型收费设施等方面，通过对现有收费站进行车道改造、探索新型收费模式等方法来提高车道的车辆通过率，进而减少收费站的拥堵现象，确保收费保畅的同时提升收费站的服务形象。

3 智慧运营系统主要技术特点及难点

某些地区突然会出现团雾、暴雨、道路结冰等气候恶劣的情况，极易发生交通事故和交通堵塞。监控中心需及时、准确、完整地对恶劣天气多发地段进行监测预警，如出现团雾、雨雪、道路结冰等恶劣天气时，需提前预警。

在高速公路上下旅客、占用应急车道、超速、掉头、逆行、倒车、抛洒物等违法行为，监控中心需要及时发现路面异常情况，并通知相关部门和人员赶赴现场进行处理。

当有重大事故如火灾、危险品泄露、边坡倒塌等发生时，监控中心需及时发现并启动应急处置方案。

通过设置中心报警机器人提供信息融合、智能分析、信息预警、公众信息服务为一体的完整解决方案，告警中心打通电脑、大屏以及移动APP实现多屏互通，可以有效地提前发现交通事故、提高预警响应速度、提高事件处置速度，提升高速公路通行效率。

随着高速公路交通量和 ETC 用户的持续增长，传统的收费站难以解决拥堵问题，通过建设“数字孪生+入口治超+ETC 预交易+全域监控+快速放行”的入口数字收费站，“数字孪生+ETC 预交易+全域监控+快速放行”的出口数字收费站，入口超限检测、ETC 定位天线、车牌抓拍相机、激光雷达、信息提示屏、智慧基站等基础设施，实现收费站数字重构、收费站入口治超、快速 ETC 自由流收费、自由流监控、数字运维，实现车辆高速准确交易、全程轨迹跟踪、车辆多重智慧引导、异常事件监测、快速有序过站等功能，达到提前交易、车辆分流、缓解收费站通行压力，提高收费及运行效率。

通过匝道自由流、车道分流和车道管控解决收费站拥堵问题，提高高速公路通行效率。

通过高精地图、三维建模以及激光雷达和视频相机融合感知技术，实现高速公路收费站数字孪生云控平台，实现管理者一张图式全域运行状态感知、车辆全域跟踪和精准分流成功率统计、异常交通事件报警和逃费行为取证。

4 监控中心智慧运营平台系统技术路线

4.1 监控中心智慧运营系统

4.1.1 智能数据分析

智能数据分析主要包括视频AI分析、数据融合以及大数据分析、图像智能识别与分析、告警信息融合分析以及智能语音合成等。

(1)通过视频智能分析实现对事故的自动感知。主要通过接入高速公路摄像枪视频并通过应用人工智能技术对视频数据进行提取、监测、分析，并通过深度机器学习模型对事故以及路况进行及时感知以及自动预警，提高监控员对突发事件的响应速度以及处置效率。

(2)通过数据融合和多业务数据分析，实现交通流预测。结合收费(收费站、门架)及监控车流量数据，建立交通流预测算法模型及路况运行指数，通过分析指数的运行规律，实现对各路段拥堵情况提前感知以及趋势预测。

(3)通过图像智能识别与分析技术，实现对危险品车辆的感知。实现通过从高卡系统、门架系统、路况摄像枪中提取车辆过车图片，并从中发现危险品车辆并向监控中心进行预警，提醒监控员对危险品车辆进行重点关注。

(4)通过告警信息融合分析以及智能语音合成，实现告警消息的语音播报，通过语音合成技术将告警信息转换为语音并通过音频设备进行播报。

4.1.2 实时信息预警

(1)实现对接入视频事件监测报警、设备类报警、紧急电话、业务类报警进行统一接入以及统一管理，同时通过统一的出口对外进行预警。监控员关注报警中心的报警信息即可对所有业务全程监控，避免同时关注多个系统的报警信息，提升工作效率。

(2)实现根据业务需求按需订阅报警信息，订阅后报警中心即精准推送用户关注的报警信息。例如监控员订阅设备类报警、业务类报警，而机电人员订阅设备故障类报警，订阅后用户只能收到关注的报警信息，实现规避无效报警信息，提高对报警信息的关注度。

(3)除了传统的应用软件弹窗提醒，报警中心机器人还支持语音智能提醒、在电视墙上弹屏提醒、短信提醒以及声光报警，实现可定制化预警，提高对预警信息的响应速度。

(4)实现报警中心机器人与其他业务系统进行无缝衔接。当报警中心发出预警后，监控员可以通过对预警消息的查阅以及处置，并通过报警中心直接进入相应的业务系统处理业务，提高处置效率。

4.1.3 直达救援服务

机器人告警中心不仅可以实现内部信息报警，还可以通过接警定位救援小程序大大缩短司机的报警时间。司机只需扫描高速公路百米标上的二维码，或是用小程序上传手机GPS智能定位数据，后台系统就能迅速锁定求救司机所在的位置，及时通知路政和救援人员前往救援，实现救援请求的准确定位、快速处理，防止二次事故发生。具体功能：

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(1)救援发起：司乘人员可在接警救援定位小程序一键发起救援请求，将事故定位(行车方向、GPS定位等)、现场图片、请求说明等上传。

(2)救援请求发起：当司乘人员将定位信息上传时，路运一体化路段平台推送一次一键救援的消息提醒，消息内容包括请求时间、请求位置(经纬度和桩号)、请求人手机号、现场图片等。

(3)救援跟踪：监控员可对救援信息通过现场附近的视频进行确认，并通过短信或小程序回复司乘人员，必要时可新建或者关联已有交通事件模块进行事件处理。

(4)救援历史查询：司乘人员可在接警救援定位小程序中查看本人在该路段发送过的所有救援记录，包括救援请求时间、救援定位等信息；支持查看监控中心对救援请求的回复。

4.2 数字收费站

数字收费站框架如图1所示。

图1 数字收费站框架

4.2.1 多源融合感知系统

数字收费站的建设在收费站原有设备的基础上，部署检测精度高、感知信息全面的路侧智慧基站。智慧基站采用多源感知技术、AI 边缘计算技术、V2X/5G通信技术，集道路信息感知、数据存储计算、信息中继传输功能于一体，采用先进的传感器实现交通信息精确感知，利用边缘计算技术对感知信息进行分析处理，通过光纤或 4G/5G 通信，以极低时延将信息传输给数字中台，为收费站综合管控平台提供高精度、低时延的数据支撑。

4.2.2 高效融合通信网络

数字收费站通信网络是以原有网络通信设备为基础，通过部署 V2X 设备，增强收费站内网络的通信质量和通信效率，实现动态交通信息的实时传输。收费站内每隔 450m 左右部署一套 V2X 路侧终端(RSU)，采用 V2X 通信技术，通过与平台端、基础设施的交互，实现交通信息的及时提示及车辆的精准诱导。V2X 具有覆盖范围远、通信时延低、稳定可靠、适应高速移动环境的特点。借助 V2X 路侧通信终端，可以提供主动安全、道路通行效率、动态信息诱导等方面的丰富应用，保障驾驶的安全性，提高道路通行效率。V2X 路侧终端由主控单元(MCU)、GNSS 模组、硬件安全模组 HSM、PC5 接口模组、Uu 接口模组等组成。

4.2.3 高精度地图采集、制图及建模

系统利用高精度地图实现空间基准，通过GNSS 的授时实现时间线的标定，形成一个时空基准空间，实现与现实收费站时空坐标相一致的时空基准，为收费站数字化重构提供基础支撑。系统实现高精度地图采集、高精度地图制图和真实场景三维建模功能。

4.2.4 可视化展示系统

可视化展示系统主要包括整体鸟瞰视角展示、局部道路视角、车辆数字孪生、多模态视频监控车辆身份识别等功能于一体，以可视化方式展示从自由流ETC门架到现场管控区(收费岛岛头)整个区域的交通情况、运行数据、事件预警等信息，通过与视频感知、交通感知等设备交互，实现收费过程的可视化展示，对自由流收费运行情况、收费过程进行重点监控，确保收费成功，提高收费站的通行效率。

4.2.5 ETC 自由流系统

ETC自由流系统确保车辆通过收费站，驾驶员不用为了交费而专门停车或减速，系统主要包括主线自由流预交易、车辆图像采集、激光车型匹配、身份绑定、三级分流提示、车道验证等功能，并可进行工作人员调度。车辆在距离收费站1 000m处实现车辆的身份绑定，通过智慧基站及高精度地图的采集实现车辆在平台上精准的数字孪生，基于智慧基站实时的动态感知及车辆预交易的情况实现车辆的精准引导，进而实现减少车辆通过收费站的时间、减少车辆在收费站发生的事故。

5 结语

高速公路监控中心智慧运营平台需要交通行业和电子信息化行业跨学科联动、通力合作、持续投入，以实现将人的智慧转化为高速公路监控中心智慧交通运营平台系统的智慧。

(收稿日期：2022-03-03)

AnalysisonIntelligentOperationSystemofExpresswayMonitoringCenter

YANGXuan

(Guangdong Communication Planning & Design Institute Group Co.,Ltd., Guangzhou 510507，Guangdong， China)

Abstract:The expressway monitoring center has been closely connected with the toll stations and various departments along the expressway, so there is an urgent need for information sharing. How to accurately and quickly find on-site problems has become a key factor affecting the work efficiency of the monitoring center. Timely early warning and efficient handling of on-site problems can not only improve the average speed of vehicles and reduce traffic jams, but also reduce the occurrence of traffic accidents and give full play to the fast, safe and efficient functions of expressways. In this paper, the transformation plan of the alarm system of the monitoring center of the expressway has been introduced, the one-key rescue system and the digital simulation system of the toll station have been developed, which have been incorporated into the operation platform of the monitoring center to realize the fusion of multi-source information.Through intelligent data analysis, real-time information alarm, direct rescue service and other means, the monitoring, analysis, early warning, command and disposal capabilities of the monitoring center has beeneffectively improved.

Keywords: expressway; monitoring center; operation platform; one-key rescue system; digital toll booth