无线传输视频、 GPS 系统在高速公路路政、路产巡视中的应用

文 / 蒋彬 王强

随着高速公路路网建设的飞速发展，高速公路运营管理也将迎来数字化管理模式的新纪元。无线传输视频、 GPS 全球定位系统平台与高速公路路政、路产巡视运营管理的有机结合，提高了路产、养护等高速公路运营作业的信息化沟通平台，从而使信息化、数字化的高速公路运营管理高效、畅通。

北京市首都公路发展集团有限公司根据实际路政路产管理工作的需要，加快数字化信息的交流平台，使路产管理工作达到真正的数字化、信息化管理。率先在全国开发了路政路产巡视车无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统，应用于分布在北京市 500 多公里的高速公路巡逻的路产路政巡视车上，它采用世界领先的 GPS 卫星定位技术、全球移动通讯技术、 GIS 地理信息技术及计算机网络通信与数据处理技术，在现有 Internet 公众网的基础上开发的一套远程监控通讯管理系统，其各种性能指标均居国内先进水平。

有效的无线传输视频、 GPS 全球定位系统和实际路政路产作业管理相结合，实现了数据信息的及时反馈。路政 路产巡视车辆执行任务作业时，管理人员能够通过监控中心的电子地图获取作业车的位置，车辆速度等信息；并通过车载摄像头时时观察到路况及事故现场；同时，无论车辆分布何处，都能够及时接受到来自监控中心的调度命令和 事故处理的第一时间的指挥，使高效的路产运营管理不再是纸上谈兵，而是远程控制数字化管理，运筹帷幄 。 从而为保障高速公路的畅通奠定了坚实的管理基础 。

一． 无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统的组成及工作原理概述

无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统包含 监控中心（ 数据库服务器管理系统、监控终端软件、地图软件、监视器等）、 通信链路（ GPS 卫星星座、 无线通信 GSM/CDMA 网络、 Internet 网络） 和 车载终端（ 车载 gps 接受发送模块、车载 采集传输模块、摄像头、车载监视屏、录像机及硬盘等 ） 三个大部分组成。

主要依附于运营监控车辆的数据信息通过无限 DDN 专网加载到 GPS 监控平台服务器数据库。通过时时的数据传输，服务器将各类信息加载到公网，各级远程监控端，就可以时时的通过固定的 IP 服务器地址，得到点对点的数据传输，从而便利的得到各类车辆的时时信息（如图 1 ）。

•  GPS 监控调度系统基本工作原理概述

GPS 接收机 ：接收相关卫星的定位信号，以确定车辆现时刻的位置数据信息，如经纬度、时间等，交由中央控制模块处理 （如图 2 ） 。

GSM 通信单元 ：通信单元主要负责将中央控制模块传递来的车辆数据信息发送给监控中心，同时将所接收到的由监控中心发送来的命令转送给中央控制模块。

中央控制模块： 监控中心由通讯服务器及监控终端组成。通讯服务器由工业控制计算机、多个 GSM 接收模块和一个 GSM 发送模块组成。由于有多个接收模块分摊（并行处理）各车台发来的数据，加上信息收发走不同的通道，避免了信息收和发走同一通道出现的数据冲突，从而解决了信息堵塞问题。工控机对各接收模块的数据信息首先要进行相应的打包解包。然后提取出位置信息，实时的将车辆时间、定位状态、里程桩号、经度、纬度、行驶速度、方向、车辆状态等信息显示在电子地图上。监控终端一方面在电子地图上显示车辆的位置，另一方面根据车辆的服务请求，作相应的业务处理。反过来，监控终端要对车台进行呼叫、设置参数、发布信息、遥控熄火等操作，其操作命令也是通过主控机进行预处理后（符合短讯规约），通过 GSM 发送模块用短讯方式发往目标车台（车载单元），车台接到控制中心的命令后，随即进行回传数据、更改参数等操作（如图 3 ）。

（二）无线传输视频 调度管理系统 基本工作原理

1 ．前端视频采集模块 : 前端的视频采集模块实现的功能是从普通的视频摄像头中捕捉瞬时的视频信号， 它采用了先进的视频压缩算法 H.264 、流媒体视频数据压缩技术，把摄像机图像经过视频压缩编码模块压缩， 然后压缩并打成 IP 包。

2 ．无线传输模块 : 视频采集压缩后就可以将压缩好的视频图像文件 ，通过两个 CDMA1X 通道智能无线通讯终端发射到 CDMA 网络，传输 到中心 同时支持多终端浏览（ PDA/PC ）， 系统具有 CDMA 1x 的 PPP 拨号过程，并嵌入式地实现了 TCP/IP 协议、 POP3/SMTP 协议，同时支持动态 IP 。 实现视频数据的交互、发送 / 接收、加解密、加解码，链路的控制维护等功能。

3. 系统中心 : 系统中心只要是一台具有公网 IP 或者域名的服务器即可。启动服务后，就等待各个监控终端的连接，对于始终在线模式的终端，可以按照需要查询当前的图像情况，也可以自动不停地记录监控点的图像变化（如图 4 ）。

二．系统的组成及各项性能指标

北京市首发集团公司在路政路产巡视车无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统 平台的研发实施过程中，充分根据北京高速公路路产运营管理进行了调研和设计，根据自身的各项指标选择并建立了总监控端和子监控端口，根据不同的需求对管理权限和车辆分布进行了控制。

（一） GPS 监控管理平台的 的组成及 各项性能指标

1 、 GPS 系统技术性能指标

GPS 系统技术性能指标，包含 GPS 定位精度、 GPS 定位速度、 GPS 相应速度、地图精度等技术性能，这些数据值将有效的保障 GPS 监控平台的数据准确良好运行。

•  GPS 定位精度 - 15 米 (1 d )

•  GPS 定位速度 – 小于 45 秒

•  响应速度 – 小于 3 秒

•  地图精度 – 小于 30 米

•  误码率 – 小于 0.01%

•  功耗 – 2.5 瓦

2 、 GPRS 信息量技术指标

GPS 系统的主要信息传递方式为 GPRS 信息传递，按照当前信息流量测算，月度信息流量值为：

车载终端上传数据频率：按照高速公路路产巡视车辆特点，按 500 米 / 次计算信息流量。数据大小（包括包头、包尾、业务数据）：最大约 210byte/ 次。下发数据为上传数据的 10%

费用测算：按照无线 DDN 专线计算数据流量，月租费为 20 元 / 月，包含的信息流量数据为 50MB ，溢出信息流量按照 0.01 元 /KB 计算费用。因此，我们选用的 20 元 / 月数据网络，适合当前巡视车辆的 GPRS 数据传输峰值。

（二） 无线传输视频 的组成及 各项性能指标

1 、 无线传输视频的组成

由 前端视频采集模块、无线传输模块、摄像头、车载监视屏、录像机及硬盘、 中心的监控管理平台 组成。

2 、无线传输视频的 各项性能指标（见表 1 ）

三． 无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统的实效

无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统的建立，实现了路政、路产管理工作的数字化管理，管理者可以通过监控中心的实施信息反映了解车辆的实时状况。所具备的功能为：

时时调度：车辆的车载终端配有通话手柄。监控中心可通过电话进行语音调度，或通过监控终端向车载终端发送文本调度信息。文本调度信息通过短消息的方式下发到车载终端并显示在通话手柄上。

超速报警：根据路上巡视作业中的安全管理规定，巡视作业车辆上路作业不得超过 70km/h 。在以前的运营管理中，我们无法摄取时时信息，在管理中遇到很大的困难。 GPS 监控调度管理系统将促进路产运营管理的信息化反馈程度， GPS 随时纪录车速，便于日后的查询管理，使管理的规章制度具有真正的可执行性。

区域报警：在路政、路产运营管理规定中，巡视作业车辆是不允许脱离高速公路作业的。在以往的管理工作中，严格的规章制度并不能制约类似事件的发生。 GPS 监控定位管理系统，不仅可以时时监控到车辆的位置，并能够选择区域范围。例如将京沈高速公路作为范围选定，一旦京沈路产巡视车辆离开范围区域，监控端就会收到相应的报警信息，从而做出反映。

反之，我们还可以选定一定的区域，当车辆进入该区域时，系统立即会进行报警处理。此项功能实现了我们路政路产运营管理中区域范围巡视的规定，确保车辆的巡视范围和作用，使路产巡视发挥更佳的效果。

对重大交通事故的时时布控：远程视频处理系统的作用主要是对高速公路上所发生的重大交通事故进行时时监控和纪录，对路产管理人员的现场勘察、路损统计、领导指挥、恶劣条件下的应急措施等重要事项做远程的调度与安排。

视野宽广摄像镜头： 在每辆巡逻车的顶部安装 1 台高清晰度一体 化车载专用摄像机（集成搜索登、云台、解码器），采用室外全天候球型云台防护罩，具有防震防水功能，同时具备上下左右方向转动，车载系统采用方向可控摄像单元，可以环顾车体周围 360 度、仰俯 180 度摄录现场情况，选配远距离探照灯，可应对深夜环境下的工作（如图 5 ）。

轨迹回放：轨迹回放主要提供的事后监督和管理，此项功能是集以上功能于一身的历史轨迹回放功能，通过车辆巡视数据点的查询，可以在日后管理中，选择一个时间周期，放映当时时间段内，车辆在路产巡视作业过程中的定位、报警、时速、事故现场等历史信息。

无线视屏传输具有强大的网络录像管理功能，系统不仅能够自动录像，自动清除以往录像，还能够提供录像异地查询，下载等功能。系统的录像启动方式有两种：

A 、车载终端本地录像：客户在使用监视器软件（ Resource User ）时可以随时启动 / 关闭“本地录像”功能，录像文件保存在当前的电脑中。

B 、监控端网络录像：客户在使用监视器软件（ Resource User ）时可以启动“网络录像”功能进行录像，录像文件保存在预先设定的、指定网络路径的电脑中。

C 、按时间计划录像：管理员可以配置“录像计划”进行有目的的录像。“录像计划”是设定录像类型、录像启动时间、录像停止时间、每个录像文件的持续时间段、以及录像保存周期，等等。

车辆在行驶过程中回传到中心的数据都将保存在数据库中。查询时只需选择车辆及开始、结束时间，监控终端可对车辆在某一时段的行驶轨迹进行回放，并附有时间、行驶速度、所在里程等重要信息显示在电子地图上。

如果路产巡视过程中发生违纪事件或者交通事故纠纷，数据库中的历史数据将能够作为有力的证据，这样不仅提高了内部驾驶员的纪律化管理，还使历史数据成为有力的保障，为高速公路运营管理提供法律证据。

车辆基础信息：路产运营管理中关于车辆的所有信息都可以通过信息化的手段进行管理，使管理信息化的同时，还增进了管理的服务功能和管理制度的可行性。

GPS 监控调度管理系统通过对单台车辆 15 项基础技术参数的设置，确保了车辆信息的准确无误。并且通过分组管理功能，将所属各路段各队的巡视车辆进行统一分组，达到车辆的分组管理， 多级用户权限管理；用户名密码机制保障了系统使用的安全性。管理员提供了用户帐号的开户、修改、删除、密码修改等维护操作；对于每个用户，管理员可以分配他的操作权限（包括浏览 / 控制 / 管理）。多级用户权限管理；用户名密码机制保障了系统使用的安全性。管理员提供了用户帐号的开户、修改、删除、密码修改等维护操作；对于每个用户，管理员可以分配他的操作权限（包括浏览 / 控制 / 管理）。 时时监控所属车辆的各项信息（如图 6 ）。

地图桩号及地物的后期配置：为了迎合首发公司管辖高速公路的运营管理特点和路产管理工作的实际需求，我们在监控调度管理系统的 GIS （ 地理信息系统）北京市 地图中，还新增加了里程桩号和重点控制点的地物标注（如图 7 ），使管理监控人员可以通过地图一目了然的识别车辆在高速公路的多少公里处，并能通过重点控制点地物名称，了解车辆所处的位置。

GIS 地理信息系统（ Geography Information System ）是融计算机图形和数据库于一体，储存和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机结合起来，根据实际需要准确、真实、图文并茂地输出给用户，满足城市建设、企业管理、居民生活对空间信息的要求，

•  里程桩号：识别高速公路里程的重要标注点，首发公司 GPS 监控管理系统按照 500 米 / 点，在地图上进行了详细标注。

•  重点地物：高速公路主收费站、高速公路服务区、各路产队驻地及总公司所在地理位置，在地图上进行了详细标注。

通过 GPS 定位测绘功能，首发公司使用的 GPS 监控调度管理系统添加了里程桩号及重点地物的标注后（如图 8 ），更加让高速公路路产运营管理快捷方便，通过车辆的时时信息，轨迹信息等，可以清晰的掌握车辆的所在位置和曾经巡视过的位置，从而实际运营管理起到了高效的作用。

•  本系统应用 Mapinfo 支持的 Tab 格式对电子地图中的各种地物进行了矢量化，分为多个图层，便于升级、修改；

•  任意比例尺缩放，漫游全图，用户可以调整地图显示到最佳视

觉状态；

•  地图快速定位：可将主窗口任意定位到所需的地图上；

•  在略图窗口快速定位地图：用户在略图上任意移动显示区域

框，主窗口将以略图窗口中显示区域框重新定位地图显示；

•  图层叠加控制；

•  经纬度坐标及比例尺动态显示；

•  重点目标的图片、文字显示；

•  测量任意两点间距离，制定优选路线。

四．结束语

无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统的实际应用，不仅在将首都高速公路路政路产管理带入到数字化管理时代，更在全国公路同行业中受到了广泛好评。无线传输视频、 GPS 监控调度管理系统通过与路政路产管理工作的有机结合，较好的实现了路政路产运营管理的信息化和快捷性，为提高高速公路路政路产运营管理，有效的保障高速公路的安全畅通提供了保障。

在今后的高速公路运营管理发展中，路政路产管理涉及到高科技系统的扩展与应用。并且将扩大使用范畴，结合到养护工作管理中，对高速公路路面养护设备等进行监控调度管理，以高科技信息化管理理念提高首都高速公路的运营管理，保障高速公路的完整与畅通。

提高数字化、信息化运营管理手段，保障高速公路“快捷、舒适、安全、畅通”，是首都高速公路为 2008 年奥运会服务的前提。首发集团公司将不断的在高速公路运营管理的平台研发中提出创新思想，使数字化、信息化、规范化的高速公路运营管理平台更加完善，为高速公路管理事业做出应有的贡献。

作者单位：北京首都公路发展集团有限公司