高速公路监控系统浅析

　　监控系统是高速公路的动态保障系统，是保证高速公路的服务水平，充分发挥其安全、高速、舒适、高效特点的主要手段。实时了解道路状况与交通运行情况、制定合理的控制方案将是监控系统的主要职能，如何充分运用监控系统的技术手段使高速公路整体通行能力达到最大水平将是监控系统所要解决的主要问题。

　　一、高速公路监控系统构成

　　根据监控系统的功能要求，高速公路监控系统具有如下系统基本构成：

　　监控系统由闭路电视监视子系统、交通监控子系统、电力监控子系统、调度电话子系统、交通地理信息子系统、专用车辆监控子系统等六个子系统构成。各子系统由高速公高速公路监控中心集中监控管理。

　　二、监控规模确定

　　在交通部颁布的《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTG  D80-2006）中要求管理设施的配置应符合以下规定：

　　高速公路的管理设施等级为A级，A级管理设施应为用路者提供清晰、完整、明了、准确的公路信息，为公路管理者提供科学、先进的技术手段、保障高速公路运行的安全、舒适与高效；A级管理设施应设置管理、监控、收费、通信、配电、照明和养护等设施。

　　A级监控系统分类：

　　三、监控各子系统构成及功能

　　1、闭路电视监视子系统

　　闭路电视监视子系统用以直观地、实时地监视高速公路的交通运行情况和事故现场，对交通异常状况进行确认，为救灾排险提供第一手信息。

　　摄像机的布设。在互通立交路段设置彩色遥控摄像机，用于监视立交区域的交通状况；在服务区道路两侧各设置一套遥控摄像机，使其能不受遮挡的监视到停车广场，用于进行场区安全监视，亦可对服务区内车辆的秩序进行监视和取证；在特大桥路段设置彩色遥控摄像机，用于交通状况和能见度的监视；在弯道、长下坡等容易发生异常情况的特殊路段也应设置遥控摄像机。对于交通量较大且投资资金允许的高速公路或处在重点风景区的高速公路，对全线道路交通运行状况进行实时视频监视。即在道路主线部分按二公里一台的间距设置遥控摄像机，做到在晴好天气条件下能监视全线任何路段，无监视盲点。

　　摄像机的选型。对于遥控摄像机的选型，室内可选择球机，室外可选择一体化枪式遥控摄像机。

　　视频传输。视频传输既要保证视频的传输质量和可靠性，又要体现系统的经济性。目前视频传输有四种方式：

　　方式一：站级数字化

　　对于外场摄像机的图像，采取点对点方式，通过单模光端机和单模光纤先传输至就近的收费站。然后，在收费站通过视频编码器压缩编码为H.264数据流，接入千兆以太网或通信系统的综合业务接入网传输至高速公路监控中心，并可通过组播的方式上传至省监控中心。对于路线较长、图像较多的路段可采用此种视频传输方式。

　　方式二：设备端数字化

　　在沿线每个外场摄像机处设置一台视频编码节点设备，多台视频编码节点设备组成环网将图像上传至高速公路监控中心，每个环路占用2芯光纤。在高速公路监控中心设置视频解码节点设备，可将上传的图像解码成模拟视频，并可通过网络对外场摄像机进行控制。本方式为单纤自愈环传输方案，采用H.264压缩格式进行压缩，双码流模式工作，高码流用作监控，低码流用作存储或互联网发布。支持光纤环网保护，即单点光纤断纤后系统正常工作。对于路线较长、图像较多的路段可采用此种视频传输方式。

 
　　方式三：点对点模拟方式

　　对于外场摄像机的图像，采取点对点方式，通过单模光端机和单模光纤直接将其图像传输至高速公路监控中心。在高速公路监控中心，经视频控制矩阵输出4～8路图像经数字编码上传至省监控中心，在高速公路监控中心仍为模拟视频系统，但这些编码的图像也可在高速公路监控中心进行软解压浏览。

　　对于路线较短、图像较少的路段可采用此种视频传输方式。

　　方式四：节点机模拟方式

　　全程的外场摄像机按照就近集中的原则，相距在100米内的摄像机首先以模拟视频电缆的方式集中到一个监控点；集中监控点配置1台节点式光端机（远端站），根据视频数量分配1～4路视频输入接口、1路总线式RS422数据接口（反向控制数据）。各远端站与高速公路监控中心的节点式光端机（局端站）组成多条链路，每条链路占用一芯光纤，能同时传输10路视频信号和多路数据、音频及开关信号。当道路里程较长、图像较多时，可建设视频传输平台。在高速公路监控中心，经视频控制矩阵输出4～8路图像经数字编码上传至省监控中心，在高速公路监控中心仍为模拟视频系统，但这些编码的图像也可在高速公路监控中心进行软解压浏览。

　　对于路线较长、图像较多的路段可采用此种视频传输方式。

　　2、交通监控子系统

　　交通监控子系统负责实时收集高速公路上的交通运行信息，并进行分析和处理，并通过多方面的控制措施来控制和疏导交通流，保证高速公路行车安全和交通畅通，降低交通延误，提高运输效率。

　　交通参数采集。交通参数是评价一条高速公路服务水平最基本的数据，也是评价交通流的稳定畅通的依据，交通数据的积累是运营管理者制定重大交通决策的基本依据。因此，监控系统应准确检测高速公路沿线各路段的交通参数，并进行数据统计分析和存储。

　　主线上在每个互通立交两侧各设置一组车辆检测器，主要用于沿线每个路段交通参数的采集和交通流变化路段的交通参数积累，为道路运营决策提供依据。车辆检测器可检测交通量、平均车速、占有率、车头时距等交通参数，并辅助判断路段的交通状况。

　　气象及能见度检测。不良气象条件如大雾、冰冻、大雨等对高速公路交通安全构成很大的威胁，因此，作为高速公路管理者，应及时了解到高速公路沿线的气象状况，并根据气象状况采取相应的交通控制措施，一旦发生气象异常，应及时采取合理的控制措施，保证道路使用者的生命财产安全，保证高速公路的畅通。在道路沿线的多雾路段设置气象检测器和能见度检测器，用于异常气象条件的检测，为交通监控信息发布和交通决策提供依据。

　　交通异常事件自动检测。对于一些服务水平较高的高速公路，由于一般不会发生常发性交通拥堵或交通异常，一般都是偶发性交通异常事件，这就造成了交通异常事件无法准确预测，突发性较强。显然，这种突发的交通异常所造成的危害比常发性交通异常所造成的危害要大，很容易造成二次事故如大规模的追尾等。所以，为了尽可能地避免更大的生命财产损失，必须及时准确的检测出交通异常事件，提高系统的相应速度，为突发事件处理和紧急救援赢得宝贵的时间。而这些，仅仅依靠巡逻人员发现、人工报警或视频监视是远远不够的，因此，对于交通量较大的高速公路，在投资资金允许的情况下，采取交通异常事件自动检测措施。

　　对于交通异常事件自动检测，目前常见的有两种方式。

　　方式一

　　在道路上密布车辆检测器，根据车流的交通量、速度和交通密度的变化，再通过适当的交通模型和算法，进行检测信息的实时处理和评价，及时、自动地推算出路段交通运行状况，当路段拥挤、阻塞或有交通事件发生时，产生声光告警信号提示监控值班人员。

　　这种检测具有自动、快速的特点，但是这种方法只能检测道路上是否发生交通拥堵、排队，对于判断道路上由于何种原因引发拥堵则无能为力，使值班员对现场情况缺乏直观了解，必须结合在道路上密布遥控摄像机来确认，但也无助于发现异常事件的起因，而且检测的精度取决于车辆检测器的布设密度，要想及时、准确的检测交通异常事件并定位异常事件发生的地点，需要加大车辆检测器的布设密度。

 
　　方式二

　　方式二是在沿线布设的摄像机的视频监视的基础上进行功能升级。通过道路沿线的摄像机图像进行分析，根据图像处理算法产生事件告警。该算法软件对图像对比度和色彩饱和度的要求不高，可以适用于白天、夜晚、雨、雪、雾等天气，能对高速公路上发生的以下交通事件进行检测：停车、交通拥堵、车辆排队超限、行人进入高速公路、车辆逆行、低速车辆检测、车距小于允许值检测、交通事故、车辆丢抛物检测，并且伴有声光告警信号提示监控值班员。同时，该系统也能提供检测范围内的交通参数如车流量、平均车速、车间距、车道占有率等。

　　主线交通诱导。交通诱导是在发生交通异常事件时，及时通知后续车辆，向其提示交通路径诱导，避免造成更大的交通延误，以及进行路网监控协调的重要措施。

　　在互通立交出口之前的主线路段设置大型可变信息标志或悬臂式信息发布屏，主要用于发布前方路段或相关路网交通信息，并可兼作主线控制设备。前方路段和路网内相关道路共享信息，如果前方路段或路网相邻路段发生交通异常事件，则及时通告道路使用者，使其及时选择合适的行车路线，当存在合适的交通替代路线时，可以及时发布相关的路径诱导信息，另外还可以发布一些公共信息、临时或紧急信息等。

　　入口交通控制。入口交通控制可以根据本路上的交通流的大小、服务水平以及交通异常情况，通过控制进入本高速公路的车辆的数量和进入时间及频率，来保证本高速公路的正常运行。

　　控制的方式包括以下两种：

　　在收费广场前面的路段或者被交道路与互通立交的交叉口处设置悬臂式信息发布屏，用于向欲进入本高速公路的车辆发布本高速公路相关的交通信息，告知本高速公路的交通运行状况如畅通、拥堵、封闭等信息，进而诱导车辆进入或者不要进入本高速公路。

　　利用收费车道进行入口车辆放行控制。这种方式可以通过控制放行的频率或者放行的时间来控制在该入口进入高速公路的车辆，从而保证主路的正常运行。

　　通常情况下，可以采用收费车道入口控制和被交道路信息发布相结合的方式来进行入口交通控制。

　　高速公路对外的信息发布。高速公路对外信息发布主要是指通过多样化、多层次的发布手段及时准确将信息提供给道路使用者和全体社会公众，做到查询方便、方式互动、准确及时，实现整个路网和公众的信息共享。

　　数据传输。主线监控设备一般分散在道路沿线，每个设备数据量较小，但是很分散。一般有两种传输方式：

　　方式一：光纤环网

　　在主线监控外场设备相对集中的位置设置具有工业级的数据光端机，将所有外场设备纳入一个光纤环网。该数据光端机可提供低速数据口和以太网接口，这样外场设备与高速公路监控中心以太网交换机接口组成一个自愈环。该自愈环网可收集、处理监控外场设备的检测数据，监视外场设备工作状态，上传给高速公路监控中心，并接收高速公路监控中心命令对外场设备进行控制。该传输方式外场设备能组成光纤自愈环结构，大大提高系统的可靠性和传输速率，同时具有优良的可扩充性。

　　对于监控外场设备数量多且分散的项目可采用方式一。

 
　　方式二：点对点传输

　　对于主线监控外场设备数据，采取点对点的方式，先采用单路或多路复用数据光端机，通过单模光纤传输至就近的收费站，然后在通信站设置多串口服务器将多路RS232数据信号转换为以太网信号，再通过通信系统提供的通道传输至高速公路监控中心；如果外场设备靠近高速公路监控中心，则直接将数据传输到高速公路监控中心。

　　对于监控外场设备数量不太多且较为集中的项目可采用方式二。

　　3、电力监控子系统

　　电力监控子系统对各变电站电力设备进行分布式遥信、遥测和遥控。通过各个变电站本地通信控制器将电力设备的运行状况及各种电量、工作状态等信息传送到高速公路监控中心并存放在系统数据库中。操作人员通过工作站的模拟运行图可直观地了解到设备运行情况、各种电量及设备开关情况，并可显示或打印各种电量的历史趋势数据、设备故障报警及电量超限报警，在高速公路监控中心的配电值班室即可遥控各种电力设备。

　　4、调度电话子系统

　　调度电话子系统包括指令电话、业务电话等，主要用于交通管理养护及调度人员的指令传达和事故处理、救援等业务的联系。

　　5、交通地理信息子系统

　　交通地理信息子系统（TGIS）是为了获取、储存、显示、查询定位数据而建立的计算机数据库管理系统，将所需要的信息和资料直观、形象地在电子地图上以图形或表格的形式显示出来，为GPS卫星定位、交通监控信息显示及管理提供有良好的地图环境，能将空间信息与属性信息的处理完美结合起来，对监控设施、服务设施、收费设施等数据进行集中管理，实现图形化信息的编辑、查询、统计、分析功能，能够通过图形的形式记述查询道路的通行状况，提供交通疏散的方案等，为各级交通指挥人员提供交通决策信息，实现交通地理数据的共享。

　　6、专用车辆监控子系统

　　专用车辆监控子系统依托GIS电子地图技术、GPS全球定位技术、GSM无线通信技术，利用GPS技术、地理信息系统（GIS）技术和无线移动公网有机结合，建立用于移动目标群的监控指挥系统，为行驶在路段上的路政、养护、排障、救援等专用车辆或其他具备条件的车辆提供定位导航与监控调度。

　　专用车辆监控子系统为管理车辆提供车辆调度和管理功能，使道路的突发事件能及时处理，提高道路管理水平和管理效率。车辆定位由GPS功能来实现，车辆调度对讲功能由无线公网（GSM网或CDMA网）来实现。（宫振堂）

  【中安网原创稿件声明】转载中安网文章时应遵循以下三个规则：1、保持原创文章中图表、图片、音视频的完整性；2、完整标注文章作者［文章前后有说明］；3、转载中安网原创中部分内容也要完整标注来源"中安网"，违者本网将依法追究。