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关于高速公路监控系统有关问题的再审视 
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发布时间:2011/07/19

在2011年全国交通运输工作会议的部长工作报告中,李盛霖提出要建设“安全畅通便捷绿色”的综合交通运输体系,与此前的“便捷畅通、高效安全”相比,“安全”的重要性明显提升。
在《交通运输“十二五”发展规划(草案)》中,提到了“安全”重要性凸显的原因所在:“‘十二五’时期交通量将进一步增多,运输规模持续扩大,营运车船及从业人员数量增长,交通运输安全风险大大增加。全球气候变暖、极端恶劣天气不断增多,由此引发的重特大自然灾害以及恐怖袭击、重大疫情等突发事件日益增多”。就高速公路而言,路网的日渐完善和敏感度提升,也都成为安全问题凸显的背景。
  由此,交通黄金机遇期的“十二五”期间将从基础设施、体制机制建设等方面增强安全和应急保障能力,来增强交通的安全性。交通运输信息化方面,将努力推进以传感和相关信息技术为支撑的交通运输监管、应急保障系统建设。
  2011年3月3日-4日,由中国公路学会主办、湖北省交通运输厅高速公路管理局联合主办,《中国交通信息化》杂志承办的第十三届中国高速公路信息化研讨会在武汉举行。会上,各地专家同样把高速公路安全与监控作为核心话题进行探讨。
  如此背景之下,我们有必要对作为高速公路控制系统的核心组成部分之一的高速公路监控系统有关问题做一次审视,以期为此项工作提供一定的参考。
    “天眼”的无奈
  通常讲的高速公路监控首先是视频监控,高速公路“天眼”,是社会媒体对此的叫法。的确,视频监控长久以来在保证道路安全畅通、交通应急救援与保障、交通信息的采集与数据融合应用等方面都提供了有力的支撑。然而,从数次研讨会上专家们的发言以及记者了解的现状来中,可以明显感受得到“监而不控”,或者“重监轻控”的现象,这便就是“天眼的无奈”。
  究其原因,管理体制问题是其中的重要原因,由于“监”与“控”的权限在很大程度上分属于交通部门和交警(除了重庆,大多数省区市的交通行业不管交通管理),部门之间的权属问题一直一个老大难,在没有上级部门协调的情况下,平级部门的协调成本比较高;更重要的是在相关问题的处理上,部门往往从自己的角度出发来看问题,会造成处理环节上的失当和一刀切等现象。而其中的特例便是高级别的应急预案启动时,各部门以最简单快捷的方式配合解决问题,反而能跟好更快地解决,我们是否能从这种非常态之中探索出一种能够常态化的模式来解决“监而不控”的问题呢?这些值得相关部门思考。
  除了营运管理上的机制体制问题之外,无奈的产生还与对“监控”的理解不深有关。由此造成投入不足、应用不够、挖掘不深,尤其是重监视,轻控制的现象最为明显,也就是说我们只是重视了视频监控中采集、发现功能,而轻视了控制的作用;重视了监视,却轻视了其在指挥调度、运营管理、社会服务、信息共享方面的作用,即使是意识到这些方面的重要性,也是力有不逮。
  此外,这也与现有控制方式有关。目前,高速公路视频监控中多是采用“人工干预”的方式来实现控制,比如主要的控制对象——交通流,眼下的主要方式依旧是出了问题后工作人员现场指挥调度,这完全属于“擦屁股”的方式,没有起到预防、诱导的控制功能。与此相关的便是另一种景象,一面是堪称“面子工程”的豪华监控大厅,这里有海量的信息,而没有有效的信息分析处理能力,从而难以作出有效的控制指令;另一方面是高速公路信息发布方式的单一、外场设备的数量不多以及发布内容的单一等等控制末端设备及功能的缺失,使得车流的自我调节功能滞后或丧失。由此造成了一种高速公路监控的“眼高手低”、“头重脚轻”的现象。这就需要高速公路运营管理单位从实际需求出发,在信息发布设施方面加强、改善,充分利用如情报板、LED屏、显示器,以及其他方式如广播、网站、手机短信、微博等发布给司乘人员,从而达到某种程度上的自动调节目的。
  同时,随着形势的发展,人工实时监测路网运行状况的方式的难度越来越大。引入交通事件智能视频检测技术,与其他传感系统(天气、报警)共同构成路网运行(自动化、智能化)监测体系,将成为今后的趋势。
  总之,高速公路监控不仅意味着“天眼”,更意味着能够调节控制的“一双手”,做到真正的监控,而非“监而不控”或“重监轻控”,只有这样,高速公路视频监控才能真正发挥在指挥调度、运营管理、社会服务、信息共享等方面的功能,从而在“安全畅通便捷绿色”的综合交通体系中发挥更大作用。
      联网之困
  联网监控是高速公路发展到现阶段的必然产物,大部分省份都已经开始省内监控系统联网,全国监控系统联网目前也在进行。但是,当前的联网监控还面临着诸多困难,比如视频信息带宽太窄、存储能力有限、信息资源处理和使用能力差、编解码兼容与升级难度大等一系列技术难题(这些将在下文的“新技术展望”中有所涉及)。
  同时,长期以来的区域分割管理模式,与公路网络化运行的矛盾日益突出。其中投资主体多元化、行政属地化等因素的影响下,联网监控面临的不仅仅是同一地区不同部门的协调问题,同时还面临着运营管理模式的多元化、跨行政区域多部门协调等问题,这也是联网监控面临的重要制度瓶颈。
  由此,很多地方的联网监控作用似乎与规划设计中的目标还相差甚远,很多情况下这种联网甚至只能是物理意义上的联网。上文提到的无奈,在如此联网监控的格局之下,则积少成多成为一种困惑。
  这种困惑集中表现为路网的综合调度能力差上。近年来省际干线通道交通拥堵事件(京昆、连霍、京藏高速公路等)明显增多,并在社会上引起较大反响。遇到恶劣天气、突发事件和重大事故时,各条高速公路之间的快速协调比较困难,导致路网“联而不顺、通而不畅”。比如前方高速公路已因天气、事故等原因封闭需绕行,而其他相关路段的车辆不能及时了解这一情况,仍然源源不断地驶来,整体路网通行能力差,而深层的原因便是路网调度能力差。
在现况下,如何提高路网的综合调度能力呢?
  首先,应该明确联网监控实质上是区域化监控,在路网中关联度达到一定程度的相邻路段的监控分中心,需要互通各自相关的交通信息,就必须有省级和跨省级区域监控中心,对该区域范围内高速公路网的交通运行情况进行全面监控和协调监控。这本是联网监控的应有之义,但是真正实现这一步同样需要努力。同时,网络化将是联网监控的趋势,只有在信息搜集、获取等方面做到网络化,区域化监控才能更好地调控交通流。
  其次,必须强调统一标准、集中统一调度指挥。联网监控系统应该统一技术要求。如全省监控系统的统一时钟,统一监控分中心与中心间的数据通信协议及数据格式,统一的IP地址管理等,这是做好联网的前提,同时其难度也相当大。随着监控系统的网络化、数字化、智能化的发展趋势的日渐明显,集中的监控管理模式的优点日渐突出,同时减少管理层级,做到迅速、科学甚至智能决策,将成为趋势。应该加大资金和技术投入,监控管理任务集中在路段监控中心以专人实施监控管理,配合报警联动实现高效监控和突发事件的应急指挥。
  再次,提升协调和应用理念。提升监控理念,促进跨部门、跨行业的协作,应急救援的支撑系统,逐步实现路政、交警、医院、消防等部门实现联动。同时,我们要克服监控系统“重建设,轻应用”的现象,变被动应急为主动防御,变事后处理为事前预防、事中抑制,努力防止二次事故发生,在动态中提升监控水平。
  当然,全国监控系统大联网建设的推进,将有效推进全国高速公路网实现统一调度和有效指挥,将有利于加强省际间沟通协调,充分发挥公路网络化和规模化效应。但是我们必须心怀全局并坚实地做好各项基层性和基础性工作,只有这样才能走出联网的困惑,达到各种联网监控的目的和实效,充分发挥路网的通行能力。
       远行的“四架马车”
  “体制是保证,技术是支撑”,这句话同样适用于高速公路监控领域。从该领域的形成、发展到壮大,从重点监控、全程监控到联网监控,再到综合监控,新技术产品都是支撑这个系统的骨架,也是推动整个领域发展的动力。层出不穷的新技术、新产品在适应了不同阶段的监控需求的同时,也提升了这个领域的发展水平。当然,新技术同属新事物,它前进的道路同样是有曲折的,这也是高速公路监控系统领域发展的缩影,它们的发展轨迹微缩着整个行业前进的足迹。下面我们选取以下几个新技术予以关注,也不妨把它们喻作视频监控发展、远行的“四架马车”。
  “高清”的冷与热
  “高清视频监控”概念之热已无需累述,然而当众多厂家推出各式高清视频监控产品、各设计单位设计出很多高清视频监控系统方案、业主们或试水或跃跃欲试或观望的时候,静下来我们却发现“高清”在视频监控领域尚无标准,当然其应用现状也势必不如意。这便是有高清技术和价格瓶颈造成的应用之冷,与概念之热对比之下的现实温差。或许我们将“高清”视为趋势,或许我们谓之潮流,但是这种温差我们不得不思考。
  高清视频监控作为系统工程,从视频的前端采集、传输到存储、显示和应用,必须保证每一个环节均能实现“高清”,从而实现真正的高清视频监控系统。其中较为明显的局限出现在中端传输方面:高清视频的传输要以光纤的带宽资源为保证,需配置充足光接口、后台设备、带宽等资源,图像质量才能得到保证,这些在大规模视频组网、联网监控中存在很大的局限。
  同时,路网中的视频监控系统规模越来越大,多级系统、多站点、多区域日益增多,同一系统里多家厂商的产品共存、新旧产品共在,因此统一的标准变得很重要。这很大程度上决定了整个系统的开放性、兼容性和可拓展性。只有在这些性能方面实现互通互联才能给业主带来灵活和高效的监控系统,也只有实现标准的统一,才能从某种程度上排除业主对诸如高清网络摄像机成本和稳定性、带宽投入、存储解决方案、高清显示、平台管理等问题的疑虑。所以相关主管部门需要尽快促成统一的高清标准的制定,以便促进这项技术的进步。
  另外,我们也要看到随着视频事件检测技术以及基于H.264技术的视频技术的发展,高清视频监控技术将会取得突破性发展,这是被称为视频监控的趋势之一。
  对于运营管理部门来讲,对高清视频监控的认识更要到位。各种因素造成在诸如车牌识别、收费站监控、事故现场信息采集等方面的图像质量的要求日益提升,这是高清视频监控得以使用的需求动因。但是并不是所有的监控系统都需要高清,在很多项目中模拟监控足以完成相关监控目标。
  在高清视频监控设备、方案的选用方面,要清醒地认识到只有拥有高清整体解决方案的厂商才是真正的高清提供商,而不仅仅是单纯地提供高清网络摄像机;应根据不同区域的监控重点、监控内容和需求进行实际配置,针对性地选择视频监控系统的架构,才能在经济考量方面做到合理的平衡。
  总体而言,在对待高清的问题上,我们不能盲目追捧,而应该把握适度超前的度的前提下,充分考虑现在和未来实际需求的状况和趋势,或使用,或对原有的系统予以改造,这样才能顺利推进高速公路视频监控系统在变革中更好地适应现实需求的发展变化。
  视频事件检测的光荣与梦想
  本来我们不该将视频事件检测技术视为新技术,但是从各地的使用情况看,该技术尚存太多不成熟的环节,不成熟就意味着某种程度上的“新”。
由于高速公路路况非常复杂,目前面世的事件检测分析系统尚未达到理想效果,主要表现在误报警较多,譬如车辆行驶的正常变道也可能会引发误报警,而同时又有些真正的事故事件分析又暂时检测不到。所以高速公路智能视频分析处理技术尚需在检测方法方面尽量适应不同路段交通流量、路况环境以及气象条件(其中隧道视频事件检测技术的相关问题可参考本刊2010年第10期第20页《路网何以变通衢?》一文)。
  这就需要相关厂家在健全自己产品的数据库方面需增强精度和广度。同时,设备厂家还应注意应用实例对产品的支撑,需要根据实际情况,尽量从监控员的角度,注重实用性,优化检测报警方案;在功能上不必追求太多,抓住几个关键功能即可(检测功能集中为高速公路管理者关心的交通量、停车、慢行、抛洒物、车辆驶出道路等内容),这不仅能降低成本,也更为实用。
  从国外的经验来看,视频事件检测将是高速公路视频监控应用的趋势。该技术与无线传感技术、3G等技术以及先进的信号处理、模式识别和分类技术的融合将值得我们关注;另外,如前文所提,良好的视频事件检测技术与高清技术的集成也将成为我们关注的问题。
  3G开创新时代?
  当前,在高速公路向边远地区延伸以及路网日渐完善的趋势下,高速公路监控系统中有线传输方式将面临越来越多的瓶颈制约。由此,无线视频监控系统成为一种有益的补充。当前,在高速公路路政执法、养护施工监管和突发事件的应急指挥方面的无线监控传输方式主要采用CDMA或GSM无线网络作为移动目标的无线视频传输方式,但是这两种方式却面临带宽、图像质量和传输延时等方面的弊端。
  目前,采用GPS全球卫星定位技术对车辆进行实时定位,利用GSM全球移动通信技术进行实时数据传输,以GIS地理信息处理技术为支撑平台的3G技术,在建立被监控点和监控中心之间连接的时候,凭借其安装方便,灵活性强,性价比高等特性,已经被高速公路监控系统尝试性采纳。应用领域主要涉及车载摄像机、手持摄像机方面,还是在路政执法、养护施工监管和突发事件的应急指挥方面发挥作用。随着3G网络的覆盖,3G无线视频监控业务发展将日渐加快,GPS定位功能、测速功能、轨迹回放功能等也将得到应用。
  当前,基于3G的视频监控系统正处于技术应用的初阶段,其应用尚待系统化、多元化,但是作为高速公路运营管理者要对此有所预期,在结合高速公路实际需求的基础上,把握技术发展趋势,尽早做好相关规划和技术准备。
  H.264,爱你没商量
  由于H.264出色的编码方式的技术优越性、双码流特性、专业存储特性等优势,特别是其分层、开放的体系架构,使其能够提供更高的压缩比和更高的分辨率,在相同码率和带宽下能够更加高效地传输更多的讯息。它不仅成为视频传输技术领域一次较大的变革,而且H.264基本上符合了未来IP业务化的需要,同时H.264是3G网络以及NGN等未来网络的视频统一标准,为监控系统下一步发展提供了更为广阔的空间,H.264从而成为未来的发展趋势。
  在高速公路监控领域,由于技术透明度高,满足了合理利用高速公路视频传输有限带宽资源的目的。因此在未来高速公路视频传输系统升级中,H.264编解码技术的产品也成为首选;高速公路图像监控应尽早转向H.264标准,以保证未来全网数字化图像传输、交换的实现。
  很明显,目前的实际情况下我们还不能直接淘汰传统视频光端机以及MPEG系列编解码技术,也不可能废弃MPEG2系统直接更换H.264系统,因此,在保留原有系统及正常管理使用的情况下进行视频监控系统的改造,成为我们面临的重大课题。
  根据国内H.264的现状及高速公路实际需求,系统改造大致有以下改造方案:一、对原有系统中的网络控制器及软件进行改造;通过省中心的网络视频管理软件的开发和硬件改造,使其同时支持原有网络控制器的通信与控制,又支持新系统编解码器的通信与控制,使视频网管软件能够兼容MPEG2和H.264不同的控制模式。二、用支持双码流的编码器逐步更换前端编码设备。对各中心的改造,所有视频接入相应编码器,之后后采用不同的编码格式输至网络,片区中心和省中心按需由视频管理服务器经认判后,在权限内选相应图像进行监控。三、在暂时保留现有系统的基础上,采用双轨制进行改造。在MPEG2之外另建立H.264系统,二者并存。在本地使用大屏监控时,用切换控制器对两系统进行显示切换,系统仍由各系统独立控制;在中心本地多用户及桌面使用时,采用H.264系统进行图像切换和控制调用。
  山西省在H.264设备互联互通方面进行长期而有效的探索(详见本刊2011年第3期第97页《山西省高速公路H.264设备互联互通测试分析与思考》一文)。

  当前,我们尚有众多诸如无线传感、电力监控、风光互补、气象监测等一系列列新技术值得关注,这次我们没法逐一分析。但是必须强调,随着信息技术、网络技术、计算机技术、通信技术等的快速发展,特别是智能交通相关的技术发展,高速公路监控的新技术得以层出不穷。然而,新技术的成熟落地无疑都将是一个过程,其中不免出现这样那样的问题。但不管怎样,这些新技术的出现、成熟和革新,都将对高速公路监控系统的发展起到一定的推动作用,同时,在物联网发展的大背景下,这也将为整个高速公路向着智能交通体系和综合交通运输体系的融合起到促进作用。

(原文刊载于《中国交通信息化》杂志2011年第5期)

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