高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)研究

王杜斌

中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇南京 210014

在國內(nèi)交通運(yùn)輸業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，高速公路的便捷性、舒適性以及效率性等為人們提供了巨大便利，但是隨著車流量的持續(xù)增加，極大地增加了交通安全事故發(fā)生概率，給新時期國內(nèi)高速公路的發(fā)展帶來不利的影響。為了有效解決上述問題，強(qiáng)化高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)刻不容緩，如何才能有效設(shè)計(jì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)具有重要意義。

1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分。借助各類檢測與顯示裝置等監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，通過全面、準(zhǔn)確地收集、整理和分析高速公路沿線設(shè)置，能夠預(yù)告前方高速公路路段各種類型交通信息，可以對高速公路交通運(yùn)行情況進(jìn)行管控。在實(shí)際的高速公路中，監(jiān)控系統(tǒng)主要是結(jié)合天氣情況、地形情況、道路線形以及車流時空分布情況等，將攝像機(jī)合理地布置于公路的路網(wǎng)上，以此來精準(zhǔn)地計(jì)算高速公路交通運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過檢測儀器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)管理中心，結(jié)合分析結(jié)果來對汽車故障、交通安全事故以及天氣異常等所造成的交通堵塞或擁擠問題，使交通管理單位結(jié)合該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，采取相應(yīng)的策略對交通資源進(jìn)行合理地分配、引導(dǎo)和控制，從而可以起到降低交通事故發(fā)生率，提升高速公路交通運(yùn)行可靠性與安全性的作用。

1.2 設(shè)計(jì)原則

為了確保高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，需要先明確設(shè)計(jì)的基本原則，具體表現(xiàn)如下：其一，先進(jìn)性與實(shí)用性并存原則。在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，要綜合考慮當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于交通監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最新技術(shù)以及設(shè)備，提高相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的先進(jìn)性。同時也要考慮監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)因素，力求在滿足系統(tǒng)功能性等設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計(jì)總成本，提升系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)價值。其二，安全性原則。在選擇監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備期間，盡量選擇高質(zhì)量、高性能的設(shè)備，以便保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。其三，協(xié)調(diào)性原則。在設(shè)計(jì)某路段監(jiān)控系統(tǒng)的時候，要考慮其同其他已建或待建路段監(jiān)控系統(tǒng)之間配合的協(xié)調(diào)性，最大程度提升高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控水平，確保區(qū)域路網(wǎng)監(jiān)控的有效性。其四，系統(tǒng)性原則。要基于整個區(qū)域范圍內(nèi)的高速公路路網(wǎng)，從整體上設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)及內(nèi)容的全面性，避免各路段監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)沖突等異常問題，增強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用可靠性。其五，可擴(kuò)充性原則。除了滿足當(dāng)下高速公路監(jiān)控需求外，還要考慮未來車流量增加的需求，盡可能地選擇一些開放性和兼容性比較強(qiáng)的監(jiān)控設(shè)備，確保所設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)具有可擴(kuò)充和升級的作用。其六，便捷性原則。要確保所設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面，以便便捷操作與維護(hù)。比如，在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以以模塊化設(shè)計(jì)方式為主。

2 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)功能需求

監(jiān)控系統(tǒng)是我國道路管理單位了解區(qū)域范圍內(nèi)各路段以及隧道內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況、交通運(yùn)行情況以及環(huán)境狀況等的重要路徑。根據(jù)監(jiān)控功能及目標(biāo)的不同，可以將監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求以及基本功能劃分成數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控等幾個部分，詳見圖1。

圖1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)基本功能及需求

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)組成

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過對高速公路信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、發(fā)布和控制，以此來制定高速公路交通運(yùn)行管控方案，有助于解決交通擁堵等事故。從系統(tǒng)架構(gòu)組成角度來講，監(jiān)控系統(tǒng)主要包括監(jiān)控中心、通信傳輸、信息采集以及發(fā)布等幾個子系統(tǒng)所構(gòu)成。從功能結(jié)構(gòu)角度來講，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，具體主要包括交通監(jiān)控子系統(tǒng)、隧道照明控制子系統(tǒng)/通風(fēng)控制子系統(tǒng)、火災(zāi)自動報(bào)警子系統(tǒng)、有線廣播子系統(tǒng)、緊急電話子系統(tǒng)和閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)這7個子系統(tǒng)。

圖2 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

從系統(tǒng)層次角度來講，當(dāng)前我國高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要采用的架構(gòu)形式為三級監(jiān)控管理架構(gòu)，即由基層監(jiān)控單元、路段監(jiān)控中心以及省級中心所構(gòu)成，其中，基層監(jiān)控單元主要涉及到隧道管理站、橋梁管理站和外場設(shè)施監(jiān)控管理站，具體設(shè)計(jì)中需要綜合考慮管理人員生活方式、隧道長度以及分布特征等因素；路段監(jiān)控中心設(shè)計(jì)中需要綜合考慮高速公路的長度以及道路特征，結(jié)合投資主體以及路段建設(shè)管理模式進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)；監(jiān)控中心則主要是對全省高速公路網(wǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)控和管理，具體是由計(jì)算機(jī)、信息發(fā)布、信息顯示以及網(wǎng)絡(luò)管理等子系統(tǒng)所構(gòu)成，共同構(gòu)成了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)高速公路監(jiān)控目標(biāo)的不同，可以將監(jiān)控系統(tǒng)劃分成不同的系統(tǒng)子模塊，常見的系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊主要包括如下幾種類型：

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。就是借助視頻攝像機(jī)對相關(guān)的交通運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測，如汽車車速、道路占有率、車流量以及車輛間距等均是常見的測量參數(shù)。通過借助該數(shù)據(jù)采集模塊的應(yīng)用，可以獲得必要的交通運(yùn)行參數(shù)，為出行時間、事故監(jiān)測以及超速檢測等提供必要的數(shù)據(jù)支持。

（2）數(shù)據(jù)傳輸模塊。主要是要將所監(jiān)測到的各種數(shù)據(jù)，及時傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)控制中心中，借此來確保監(jiān)控系統(tǒng)有序運(yùn)行。在以往的系統(tǒng)運(yùn)行中，主要按照點(diǎn)對點(diǎn)模擬圖像的模式監(jiān)控高速公路圖像。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模式逐步被數(shù)字矩陣以及數(shù)字節(jié)點(diǎn)式的數(shù)據(jù)傳輸方式所取代，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃耘c穩(wěn)定性。

（3）視頻監(jiān)控模塊。該模塊是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的核心模塊，相關(guān)監(jiān)控視頻信息是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能以及指導(dǎo)高速公路運(yùn)行的重要依據(jù)。首先，通過該系統(tǒng)模塊的應(yīng)用，可以全天監(jiān)控高速公路的車流量以及道路運(yùn)行情況，有助于高速公路路面信息的實(shí)時反饋，從而提升交通管理的便捷性。其次，在高速公路發(fā)生交通事故后，可以借助存儲視頻監(jiān)控錄像或圖片等信息，為交通安全事故責(zé)任的判定提供必要的依據(jù)。最后，通過借助該模塊和車輛檢測設(shè)備之間的有效結(jié)合與匹配，可以實(shí)時監(jiān)控高速公路上汽車的運(yùn)行速度等實(shí)際情況，有助于規(guī)避重大安全事故。此外，合理應(yīng)用視頻監(jiān)控模塊，還可以有效控制視頻切換矩陣主機(jī)和大屏幕投影儀。在一般的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，相應(yīng)的視頻監(jiān)控模塊主要包括視頻攝像設(shè)備、攝像機(jī)底座、電纜、光線、視頻投射機(jī)和切換矩陣等所構(gòu)成，是確保相關(guān)監(jiān)控功能得以有序?qū)嵤┑闹匾Ｕ稀?/p>

（4）突發(fā)事件檢測模塊。主要是對高速公路運(yùn)行過程中的車禍等突發(fā)事故進(jìn)行實(shí)時檢測，一旦發(fā)生突發(fā)事故后，需要及時通過報(bào)警與通知相關(guān)人員，并做好相應(yīng)事件的記錄工作，使得高速公路管理單位或部門對交通運(yùn)行中所出現(xiàn)的各種異常交通情況進(jìn)行實(shí)時掌控，有助于他們快速做出反應(yīng)，最大程度降低突發(fā)交通事件對道路交通的影響，極大地增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量。

3 結(jié)語

監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路建設(shè)中的引進(jìn)與應(yīng)用，有助于規(guī)范高速公路交通秩序，提高交通管控的便捷性和效率，降低交通事故發(fā)生概率，也為交通安全事故解決提供必要的依據(jù)。為了確保高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，需要結(jié)合實(shí)際的監(jiān)控目標(biāo)和需求，強(qiáng)化信息采集模塊等各系統(tǒng)模塊的科學(xué)設(shè)計(jì)，全面提升監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。