京臺(tái)高速公路山東段全程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)分析與探討

周強(qiáng)

（山東高速信息工程有限公司）

京臺(tái)高速公路山東段全程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)分析與探討

周強(qiáng)

（山東高速信息工程有限公司）

京臺(tái)高速山東段全程監(jiān)控系統(tǒng)是山東省內(nèi)第一條建成全程監(jiān)控系統(tǒng)的高速公路，也是全國(guó)范圍內(nèi)長(zhǎng)距離高速公路實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控的成功范例。該系統(tǒng)建成后將大大的減輕監(jiān)控人員的勞動(dòng)量，并實(shí)現(xiàn)各部門的聯(lián)動(dòng)，對(duì)于提高京臺(tái)高速山東段的智能化管理水平具有重要意義。

1 需求分析

目前，京臺(tái)高速日車流量約為28600輛，是省內(nèi)交通流量最大的路段之一。由于車流量大，事故率也高，事故的發(fā)生，嚴(yán)重影響了高速公路的暢通，且京臺(tái)高速作為國(guó)道主干線，大型貨車在交通量中占有較大比例。當(dāng)發(fā)生交通異常、道路養(yǎng)護(hù)維修時(shí)，極易造成交通阻塞，急需通過有效的交通管理設(shè)施和手段，來提高道路的運(yùn)行效率。實(shí)行全程監(jiān)控可以“早發(fā)現(xiàn)，早誘導(dǎo)”，有效調(diào)控交通流量，避免長(zhǎng)距離阻塞。

山東高速集團(tuán)已進(jìn)行了通信系統(tǒng)干線傳輸網(wǎng)絡(luò)的改造，全線新敷設(shè)了48芯干線光纜，為圖像的傳輸提供了充足的通道和接口。

2 系統(tǒng)功能

2.1 信息采集：通過視頻監(jiān)控和交通數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)，為管理人員提供各路段區(qū)域的交通路段狀況。

2.2 數(shù)據(jù)處理：監(jiān)控軟件通過自動(dòng)交通狀況監(jiān)測(cè)的模型算法，能夠準(zhǔn)確，快速地檢測(cè)擁擠與確認(rèn)擁擠類型，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

2.3 信息發(fā)布：通過可變信息標(biāo)志等方式發(fā)布信息，將實(shí)時(shí)交通信息傳遞給車輛駕駛員，誘導(dǎo)駕駛員安全、及時(shí)地適應(yīng)道路情況變化。

2.4 信息共享：以信息分中心為路況信息平臺(tái)，形成上、下管理機(jī)構(gòu)和內(nèi)外用戶的信息共享，提高高速公路管理的快速反應(yīng)。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

京臺(tái)高速山東段全長(zhǎng)約360公里，濟(jì)南繞城北線全長(zhǎng)約17公里，共有德州、濟(jì)南、泰安、棗莊4個(gè)管理處，下轄25個(gè)收費(fèi)站。本項(xiàng)目在高速公路沿線每?jī)晒镌O(shè)置一對(duì)攝像機(jī)，在無法采用常規(guī)供電的地點(diǎn)采用太陽能供電，管理處安裝事件檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。系統(tǒng)采用總中心—分中心—外場(chǎng)設(shè)備三級(jí)結(jié)構(gòu)。外場(chǎng)設(shè)備至分中心的數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)傳輸采用節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)，分中心至總中心的視頻傳輸采用E1線路。

本項(xiàng)目主要由基礎(chǔ)及立柱、事件檢測(cè)、太陽能供電、光端機(jī)、視頻等子系統(tǒng)組成，主要包括京臺(tái)高速全程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、監(jiān)造、供貨、運(yùn)輸、交付、安裝、開通、測(cè)試、試運(yùn)轉(zhuǎn)、培訓(xùn)、文件和缺陷責(zé)任期、保修期等全套服務(wù)。

3.1 基礎(chǔ)及立柱

沿線按每?jī)晒镆粋€(gè)進(jìn)行基礎(chǔ)施工，位置設(shè)在邊坡，立柱高度為12米。個(gè)別位置利用原有攝像機(jī)基礎(chǔ)和立柱。

3.2 事件檢測(cè)子系統(tǒng)

在四個(gè)管理處機(jī)房安裝事件檢測(cè)子系統(tǒng)，共安裝事件分析儀（8路或4路）47套。本項(xiàng)目全線設(shè)置完整的視頻事件檢測(cè)系統(tǒng)，視頻事件檢測(cè)子系統(tǒng)由視頻事件檢測(cè)分析儀、事件檢測(cè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)以及全套檢測(cè)軟件和管理軟件組成。

3.3 太陽能供電子系統(tǒng)

在無法常規(guī)供電的路段處共安裝約145套太陽能供電設(shè)備，給攝像機(jī)、節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)供電，并在邊坡敷設(shè)保溫箱、蓄電池等。太陽能組件安裝在立柱上。

3.4 光端機(jī)子系統(tǒng)

每?jī)晒镌O(shè)置一對(duì)攝像機(jī)，通過節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)將攝像機(jī)視頻信號(hào)和太陽能檢測(cè)信號(hào)傳輸至四個(gè)管理處。沿線正在進(jìn)行通信系統(tǒng)改造工程，重新敷設(shè)了光纜，在本項(xiàng)目的視頻數(shù)據(jù)接入處預(yù)留了終端盒。沿線共安裝節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)（局端和遠(yuǎn)端機(jī)）220套。

3.5 視頻設(shè)備子系統(tǒng)

根據(jù)集團(tuán)公司有關(guān)部門意見，經(jīng)過計(jì)算和調(diào)研，決定采用一體化球型攝像機(jī)。沿線每?jī)晒镒笥以O(shè)置一對(duì)遙控?cái)z像機(jī)，分別監(jiān)控著道路上下不同方向的車輛，全線共設(shè)置368處外場(chǎng)攝像機(jī)，視頻信號(hào)通過節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸至沿線4個(gè)監(jiān)控分中心內(nèi)，進(jìn)入視頻控制矩陣及事件分析儀，各監(jiān)控分中心上傳4路視頻圖像到集團(tuán)監(jiān)控調(diào)度中心。

4 技術(shù)亮點(diǎn)分析

4.1 以太陽能供電系統(tǒng)為主、結(jié)合常規(guī)供電的供電系統(tǒng)

考慮到給全線的外場(chǎng)設(shè)備供電需要敷設(shè)中壓供電系統(tǒng)，成本過高，且常規(guī)供電的后期維護(hù)費(fèi)用較高，每年還會(huì)支出一定的電費(fèi)，本系統(tǒng)采取了以太陽能供電系統(tǒng)為主、結(jié)合常規(guī)供電的供電系統(tǒng)，即在原有外場(chǎng)設(shè)備或收費(fèi)站附近采用常規(guī)供電方式，其余路段采用太陽能供電方式。太陽能組件選型采用480w，選用400AH的膠體蓄電池，可以保證連續(xù)10個(gè)陰雨天設(shè)備的正常運(yùn)行。太陽能供電相對(duì)于常規(guī)供電來說，初期投入較高，但是其具有環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，按照一個(gè)站點(diǎn)50w的功耗來計(jì)算，整條路年發(fā)電量為6.4萬千瓦時(shí)，相當(dāng)于每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤25.6噸，減排灰渣約18噸，減排二氧化碳約48噸，減排二氧化硫約2噸，減排可吸入顆粒物約0.32噸。

4.2 一體化球型攝像機(jī)

本系統(tǒng)選用了30倍光學(xué)變焦、具有守望位功能的一體化球型攝像機(jī)。好處在于相對(duì)于帶云臺(tái)的槍機(jī)來說球機(jī)的功耗較小，可以保證太陽能電池的供電時(shí)間，對(duì)于事故頻發(fā)或臨時(shí)需要查看的路段，調(diào)度指揮人員可以靈活的控制攝像機(jī)角度及聚焦，30倍的光學(xué)變焦保證了相鄰兩公里的區(qū)域內(nèi)無盲區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)路段的無縫覆蓋和全面監(jiān)視。同時(shí)，配合事件檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置了守望位功能。因事件檢測(cè)分析儀需要相對(duì)固定的背景，攝像機(jī)在被人工控制后的若干分鐘內(nèi)，如無操作，會(huì)自動(dòng)回到預(yù)設(shè)的守望位上，即角度和變倍數(shù)都變回事件檢測(cè)所需要的初始畫面狀態(tài)。

4.3 全程采用了事件檢測(cè)系統(tǒng)

視頻事件檢測(cè)系統(tǒng)采用安裝在道路上的368臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)圖像作為輸入，在圖像顯示的覆蓋范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種交通事件事故的自動(dòng)檢測(cè)，包括：交通事故、交通擁堵、遺棄物、車輛停駛、停止的明顯團(tuán)霧、行人、車輛逆行、火災(zāi)、重大災(zāi)難等，并且系統(tǒng)具有聯(lián)動(dòng)功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到交通事件、事故時(shí)，系統(tǒng)能夠快速自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)錄像，并自動(dòng)彈出事故畫面在顯示器墻進(jìn)行實(shí)時(shí)地顯示；管理人員可根據(jù)畫面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行臨時(shí)調(diào)度，并及時(shí)改變可變情報(bào)板顯示內(nèi)容，進(jìn)行提前預(yù)告，為道路交通安全管理和道路運(yùn)營(yíng)的交通異常實(shí)時(shí)檢測(cè)提供幫助，是道路全程監(jiān)控的技術(shù)核心。該系統(tǒng)事故檢測(cè)設(shè)計(jì)指標(biāo)大于99%，交通參數(shù)采集指標(biāo)大于95%。

4.4 使用了節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)

根據(jù)距離的不同，選型為20、40、60公里三種，全線共使用了11芯光纜，節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)的使用，既解決了普通光端機(jī)的傳輸距離問題，又節(jié)省了占用干線光纜的芯數(shù)。

4.5 自行研發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng)軟件

該軟件可接收事件檢測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警及狀態(tài)信息，對(duì)視頻矩陣發(fā)出控制信號(hào)，監(jiān)控太陽能設(shè)備狀態(tài)，管理光端機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息。

5 工程經(jīng)驗(yàn)探討

5.1 攝像機(jī)的布設(shè)，應(yīng)充分考慮事故多發(fā)、多霧、彎道、挖方等因素進(jìn)行適當(dāng)增減

應(yīng)參考路政和養(yǎng)護(hù)部門的意見。

5.2 光端機(jī)盡量采用大功率的型號(hào)

若條件允許，全部使用60公里的。在實(shí)際使用的過程中，發(fā)現(xiàn)20公里的光端機(jī)對(duì)于17、8公里的距離信號(hào)衰減較大，使用60公里節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)成本基本不變，但可以使系統(tǒng)更好運(yùn)行，同時(shí)若單一光端機(jī)故障，可直接打通相鄰兩個(gè)站點(diǎn)，光功率也可以保證。

5.3 攝像機(jī)采用直流供電

攝像機(jī)的選型避免使用交流供電，太陽能輸出的電壓為直流12或24伏，若使用交流供電攝像機(jī)，需增加逆變器，逆變器會(huì)消耗15%左右的功耗，且會(huì)使控制箱內(nèi)的溫度增加，產(chǎn)生電磁干擾，同時(shí)逆變器屬于故障多發(fā)設(shè)備，增加了穩(wěn)定運(yùn)行的隱患。

5.4 攝像機(jī)采用背靠背的形式安裝，即一根立柱頂端背靠背安裝兩臺(tái)攝像機(jī)，節(jié)省了基礎(chǔ)及立柱的投資，節(jié)約了太陽能供電設(shè)備及光端機(jī)設(shè)備的同時(shí)，增加了視頻監(jiān)視的范圍。

5.5 對(duì)于新建高速公路，車流量較大的路段可考慮在信息系統(tǒng)建設(shè)時(shí)進(jìn)行全程監(jiān)控同步建設(shè)，車流量較小的路段可同步設(shè)計(jì)、預(yù)留接口、分期實(shí)施。

6 結(jié)束語

本項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首批長(zhǎng)距離高速公路上的全程監(jiān)控系統(tǒng)，許多技術(shù)及施工工藝都是創(chuàng)新的，沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，我們與設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位一起，對(duì)各種設(shè)備及沿線實(shí)際情況進(jìn)行了充分的調(diào)查研究，克服了遇到了各項(xiàng)技術(shù)難題，也為今后類似工程的建設(shè)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。在建設(shè)完成全程監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，山東高速集團(tuán)配合交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，依靠科技手段強(qiáng)化高速公路快速反應(yīng)能力和應(yīng)急處置能力，確保高速公路安全暢通，為社會(huì)和人民群眾提供便捷、安全的通行環(huán)境。