對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

鄭代洲（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司滁州管理處，安徽省 239500）

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對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

鄭代洲（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司滁州管理處，安徽省 239500）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨笤絹?lái)越大，與此同時(shí)，高速公路運(yùn)輸對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的要求也隨之增高，需要為其配備完善的現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)現(xiàn)代化高速公路建設(shè)而言，提高圖像監(jiān)控、數(shù)據(jù)通信等系統(tǒng)的應(yīng)用管理能力己成為其中不可或缺的組成部分。本文先從高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的必要性入手，進(jìn)而研究了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)地分析了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)構(gòu)架。

高速公路；監(jiān)控系統(tǒng)；智能交通

引言

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)高速公路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，并且實(shí)現(xiàn)安全、高效、節(jié)能和環(huán)保運(yùn)行的重要手段。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的作用是對(duì)高速公路進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)監(jiān)控和交通控制。在現(xiàn)有道路環(huán)境條件下，通過(guò)收集信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、事件處理和事件預(yù)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)交通事故或道路環(huán)境變化而導(dǎo)致的交通擁堵時(shí)，系統(tǒng)可以及時(shí)采取有效措施緩解或消除突發(fā)狀況，從而提高高速公路的運(yùn)輸效率和安全性。

1　研究背景及其意義

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高速公路作為一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)成為公路交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。如何高效、科學(xué)的進(jìn)行公路管理是高速公路管理部門(mén)面前的重要課題。

傳統(tǒng)的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、隧道、橋梁等設(shè)施的通行車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。目前國(guó)內(nèi)外的道路運(yùn)輸是有非常嚴(yán)格的監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)在各類(lèi)環(huán)境中安裝大量的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，配合其他輔助設(shè)備，以避免道路意外的發(fā)生。但現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。攝像機(jī)需要大量的監(jiān)視器來(lái)顯示監(jiān)控的畫(huà)面，而監(jiān)控中心可以安裝的監(jiān)視器是很有限的，所以只能通過(guò)監(jiān)控軟件輪換畫(huà)面來(lái)監(jiān)控所有的場(chǎng)景。同時(shí)，根據(jù)IMS的一項(xiàng)研究，在傳統(tǒng)的閉路電視監(jiān)控模式下，監(jiān)控人員需要觀察的視頻圖像太多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人的接受能力，降低實(shí)際監(jiān)控效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在22min后凝視視頻圖像的人將超過(guò)95%的在視頻圖像中的信息視而不見(jiàn)，因此，也為人的專(zhuān)注力帶來(lái)了挑戰(zhàn)。一方面，當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，如果想快速準(zhǔn)確地在視頻中的海量存儲(chǔ)中搜索視頻，這是一件非常耗時(shí)間時(shí)和繁瑣的事情，另一方面，專(zhuān)注力的不足將導(dǎo)致突發(fā)事件不能夠被及時(shí)得到發(fā)現(xiàn)和處理。

2　我國(guó)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國(guó)的高速公路正在大量建設(shè)。一方面，為了應(yīng)對(duì)交通運(yùn)輸中可能出現(xiàn)的各種狀況，及時(shí)獲得準(zhǔn)確的信息，我國(guó)高速公路也對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行了全面的完善工作。另一方面，由于我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，地理環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)布設(shè)密度相對(duì)較低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比在監(jiān)控系統(tǒng)研究方面起步較晚。因此我國(guó)的高速公路通信監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展空間巨大，仍有待于進(jìn)一步的完善。

3　高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1結(jié)構(gòu)劃分

為了保證高速公路的交通流暢，可將監(jiān)控系統(tǒng)的分為以下幾個(gè)部分：

（1）實(shí)時(shí)分布控制命令。根據(jù)外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，通過(guò)監(jiān)控管理的實(shí)時(shí)命令控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行等。

（2）查詢統(tǒng)計(jì)。處理數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)，生成歷史數(shù)據(jù)，供用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和查詢等。

（3）信息獲取。收集道路設(shè)備和隧道設(shè)備的各種數(shù)據(jù)（交通量，速度，流量，車(chē)距，光強(qiáng)檢測(cè)，火災(zāi)報(bào)警，事故等）。

（4）信息處理。實(shí)時(shí)操作、分析收集數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。

（5）模擬屏的顯示控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)刷新模擬屏幕顯示信息，讓監(jiān)控中心工作人員及時(shí)了解公路設(shè)施運(yùn)行情況。

（6）大屏幕控制及事件錄像。根據(jù)需要指定的監(jiān)視器屏幕切換到大屏幕投影機(jī)，觀察和跟蹤，在報(bào)警點(diǎn)的事件也可以進(jìn)行錄像。

3.2監(jiān)控系統(tǒng)組成

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要由通信和視頻兩個(gè)子系統(tǒng)組成。

通信子系統(tǒng)由中心集控、數(shù)據(jù)采集、閉路監(jiān)控和信息顯示四個(gè)部分組成。整個(gè)通信子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路沿線信息的及時(shí)采集和對(duì)交通信息數(shù)據(jù)的記錄顯示，通過(guò)實(shí)時(shí)發(fā)布路況信息可以實(shí)現(xiàn)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)交通的及時(shí)控制。

視頻子系統(tǒng)又可以分為視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集部分、云臺(tái)控制、信號(hào)傳輸部分、視頻處理等。

（1）視頻采集系統(tǒng)，主要由在公路中各觀測(cè)點(diǎn)分布的與云臺(tái)連接的攝像機(jī)。建立在高速路上的高性能攝像機(jī)可以完成道路的實(shí)時(shí)視頻圖像信號(hào)采集，并實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控公路沿線地區(qū)。

（2）云臺(tái)控制系統(tǒng)，主要包括由云臺(tái)及云臺(tái)控制器。云臺(tái)是可以用來(lái)改變觀測(cè)點(diǎn)的灰度圖象處理和觀察的位置遙控?cái)z像的監(jiān)控中心。

（3）信號(hào)傳輸系統(tǒng)，主要由電源、視頻和控制信號(hào)線路組成，完成公路交通線、收費(fèi)站、收費(fèi)站、等附屬設(shè)施的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和監(jiān)控圖像傳輸。

（4）視頻處理系統(tǒng)，主要由處理器組成。視頻處理器連接到視頻監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路圖像的分析處理，最后在監(jiān)控視頻中顯示。

4　硬件設(shè)計(jì)分析

根據(jù)功能，將監(jiān)控系統(tǒng)劃分為下列模塊：

4.1計(jì)算機(jī)管理模塊

主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、業(yè)務(wù)計(jì)算機(jī)、交換機(jī)等設(shè)備組成。利用計(jì)算機(jī)管理模塊可以完成對(duì)高速公路外場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)查詢，信息獲取，參數(shù)設(shè)定以及采集的圖像、數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理。

4.2信息采集模塊

用于高速公路沿線交通、環(huán)境信息的采集。采集設(shè)備主要包括氣象站、能見(jiàn)度儀、車(chē)輛檢器（視頻式、微波式、超聲波式）、應(yīng)急電話等。

4.3信息發(fā)布模塊

用于高速公路沿線天氣、路況、施工、事故，警示信息的發(fā)布，主要設(shè)備包括龍門(mén)架情報(bào)板，收費(fèi)站入口情報(bào)板、立柱情報(bào)板、可變限速標(biāo)志等。

4.4視頻監(jiān)控模塊

用于采集高速沿線實(shí)時(shí)的圖像，并將圖像傳輸至路段監(jiān)控中心。主要設(shè)備包括攝像機(jī)、傳輸用視頻/數(shù)據(jù)光端機(jī)、視頻切換控制矩陣、字符疊加設(shè)備、視頻編解碼器、硬盤(pán)錄像機(jī)、監(jiān)視器等。

4.5交通控制模塊

主要用于隧道內(nèi)的交通信號(hào)燈、車(chē)道指示標(biāo)志的狀態(tài)控制以及與通風(fēng)照明系統(tǒng)的控制聯(lián)動(dòng)。主要設(shè)備包括交通信號(hào)燈、車(chē)道指示標(biāo)志、隧道控制器等。

4.6廣播系統(tǒng)

主要用于當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生交通堵塞、交通事故、火災(zāi)等緊急情況時(shí)，路段監(jiān)控分中心可以通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)隧道洞內(nèi)外進(jìn)行廣播，指揮調(diào)度、疏導(dǎo)交通和組織救援等。主要設(shè)備包括控制臺(tái)、號(hào)角揚(yáng)聲器、功率放大器等。

5　軟件設(shè)計(jì)與分析

從邏輯上說(shuō)，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)：設(shè)備控制層、業(yè)務(wù)處理層和綜合管理層。

（1）設(shè)備控制層是底層設(shè)備和業(yè)務(wù)處理層交互的平臺(tái)，主要工作是接收來(lái)自上層的指令信息，并將信息返回給當(dāng)前系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理設(shè)備。

（2）業(yè)務(wù)處理層是信息的連接層，是發(fā)送、接收、處理信息并且連接上下層的平臺(tái)，本系統(tǒng)應(yīng)以數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為基礎(chǔ)建立起來(lái)。

（3）綜合管理層是與用戶的互動(dòng)層。用戶可以直接接收信息的操作，用戶可以控制，管理和統(tǒng)計(jì)等。

從使用上來(lái)說(shuō)，監(jiān)控系統(tǒng)軟需滿足以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）可擴(kuò)展性，監(jiān)控軟件需要進(jìn)一步擴(kuò)展的功能，滿足現(xiàn)代智能交通控制的需求。

（2）高穩(wěn)定性，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，達(dá)到高穩(wěn)定性和容錯(cuò)性。

（3）高安全性，系統(tǒng)使用權(quán)限、身份認(rèn)證等安全管理。

6　總結(jié)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展并且結(jié)合我國(guó)高速公路的特點(diǎn)，需要不斷創(chuàng)新和完善，這樣才能使設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)在我國(guó)高速公路的建設(shè)中發(fā)揮價(jià)值。本文主要進(jìn)行了以下工作：

（1）分析了我國(guó)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。

（2）詳細(xì)分析了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的用戶需求。

（3）詳細(xì)介紹了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)，設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路，提高路網(wǎng)的綜合調(diào)度能力。

本文提出了一種具體的公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，展現(xiàn)了開(kāi)發(fā)一個(gè)滿足高速公路具體要求的監(jiān)控系統(tǒng)的整體過(guò)程。本文的目的，一方面，對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。另一方面，在本文的研究工作中，為類(lèi)似的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了一些思路和實(shí)際應(yīng)用的參考和幫助。

［1］陳麗花，王長(zhǎng)華，許 豪.對(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)研究分析.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（09）：39.

［2］樊 博.淺談高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2012 （06）：200～201.

［3］張 良.高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題與建議.科技致富向?qū)В?012（241）：329.

鄭代洲（1981-），男，助理工程師，主要從事高速公路監(jiān)控、通信系統(tǒng)維護(hù)工作。

TP277

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2095-2066（2016）16-0181-02

2016-5-17