淺談高速公路電子監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

羅綺峰

（廣東省佛開高速公路有限公司，廣東 佛山 528000）

1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)概述

高速公路交通工程機電系統(tǒng)由收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)三大系統(tǒng)，以及照明通風(fēng)系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)組成。收費系統(tǒng)對道路的使用者按既定的費率征收通行費，以回收道路建設(shè)投資。通信系統(tǒng)為收費和監(jiān)控系統(tǒng)提供信息傳輸?shù)耐ǖ馈１O(jiān)控系統(tǒng)作為三大系統(tǒng)的重要組成部分之一，對高速公路交通流狀態(tài)和交通環(huán)境進行監(jiān)測，并根據(jù)需要對交通流進行誘導(dǎo)和控制，保證車輛運行暢通、減少交通事故、降低事故的危害性。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)由外場監(jiān)控設(shè)施、站場監(jiān)控室和各級監(jiān)控中心組成，是實現(xiàn)高速公路運行管理的重要手段。

2 高速公路交通電子監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)及作用

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)

高速公路交通狀況受車流時空分布、氣候、道路線形和地形等的影響，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的目標(biāo)在于減少上述因素的影響，解決氣候異常、事故和車輛故障等造成的交通擁擠和阻塞。具體而言，高速公路監(jiān)控的主要目標(biāo)有4個方面。

（1）準(zhǔn)確地檢測道路交通流參數(shù)和氣象數(shù)據(jù)。

（2）有效地監(jiān)視道路交通和氣候變化，及時掌握道路運營狀況。

（3）及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患，減少交通事故，降低事故的嚴(yán)重性。

（4）減少偶發(fā)事件、交通事故及惡劣氣候?qū)Φ缆方煌ǖ挠绊憽?/p>

（5）當(dāng)交通量達(dá)到飽和時，利用交通流模型理論分析交通狀態(tài)，對交通流進行誘導(dǎo)和控制，以提高路網(wǎng)通行能力。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的作用

車輛行駛高速、快捷、安全、舒適是高速公路交通的本質(zhì)特征。然而，偶發(fā)事件如：交通事故、車輛拋錨、貨物散落和氣候變化卻不可避免，如果得不到及時處理，勢必引起交通堵塞甚至成為安全隱患。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能就在于實時檢測這些異常信息，并采取及時有效的控制措施。具體而言，其主要作用如下：

（1）準(zhǔn)確及時采集交通流、交通環(huán)境和主要交通設(shè)施的各種狀態(tài)信息。

（2）根據(jù)已掌握的信息，通過交通流模型分析，迅速做出有針對性的處理和優(yōu)化控制方案，并立即執(zhí)行。

（3）建立多種信息發(fā)布渠道，為用戶提供信息服務(wù)，通過駕駛員調(diào)整駕駛行為，使交通流動態(tài)平衡。

（4）進行專項監(jiān)控，如用視頻系統(tǒng)監(jiān)視某大橋的車流通過情況，探測和確認(rèn)交通事件及路面使用狀態(tài)檢測等。

（5）對交通事故作出快速響應(yīng)，迅速排除事故根源和提供救援服務(wù)。

（6）建立道路交通數(shù)據(jù)庫，用以支持道路運行狀況評價，為改善道路經(jīng)營和交通管理的決策提供數(shù)據(jù)分析。

3 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求和設(shè)備特點，監(jiān)控系統(tǒng)又分為交通信息采集子系統(tǒng)、交通狀態(tài)檢測子系統(tǒng)、交通控制子系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。

3.1 交通信息采集子系統(tǒng)

該系統(tǒng)的功能是獲取交通信息原始數(shù)據(jù)，通過車輛檢測器、檢測線圈、通訊設(shè)備等形成的交通量采集子系統(tǒng)，獲得各段道路的交通量數(shù)據(jù)。通過設(shè)在重要地段的攝像機和視頻傳輸設(shè)備獲取該地段的視頻實時數(shù)據(jù)；通過設(shè)在路邊的緊急電話獲取緊急救援信號；通過氣象信息采集系統(tǒng)采集高速公路各個地段的能見度、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨雪等氣象條件。在這些信息中，視頻數(shù)據(jù)可在計算機或電視墻上顯示，并根據(jù)需要對視頻數(shù)據(jù)進行抓拍記錄，其他交通流數(shù)據(jù)、氣象信息數(shù)據(jù)和緊急救援信號數(shù)據(jù)一般通過電子地圖板或大屏幕投影的方式顯示。

3.2 交通控制子系統(tǒng)

根據(jù)各路段的交通狀態(tài)和氣象條件，選擇或配置交通控制方案。交通控制子系統(tǒng)包括：交通控制目標(biāo)、交通控制參數(shù)。控制參數(shù)以一定的控制形式作用于交通流。交通控制方式可分為匝道控制、主線控制和通道控制三大類。在控制算法上，有基于穩(wěn)態(tài)交通模型和動態(tài)交通模型的推導(dǎo)方法、基于模糊理論的算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理的算法等，這些算法在實踐和交流中不斷得到完善和發(fā)展，為交通控制奠定了良好的理論基礎(chǔ)。

3.3 計算機網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

計算機網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將其他各個子系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接為一個整體，使之真正成為一個功能強大的有機系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括：計算機設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、計算機操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序。

4 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)分析

4.1 監(jiān)控的目的和功能

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)由信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、中心控制和信息發(fā)布等組成。在中心控制子系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，通過公路沿線的車輛檢測器、氣象檢測器、能見度檢測器、攝像機等信息采集設(shè)備，準(zhǔn)確計算道路交通數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測道路的交通、氣象狀況，及時掌握道路運營狀況，將交通量分布、氣象參數(shù)、車輛運行情況等信息即時采集到監(jiān)控分中心，經(jīng)計算機處理形成交通控制方案，再經(jīng)過可變信息標(biāo)志、可變限速標(biāo)志發(fā)布誘導(dǎo)信息，不僅有利于交通管理部門針對已經(jīng)出現(xiàn)或即將出現(xiàn)的擁堵情況進行交通分配、誘導(dǎo)和控制，避免和疏導(dǎo)交通擁堵，同時也為出行者提供有意義的參考，協(xié)調(diào)道路使用者在合適的時間選擇最佳路徑，最快的到達(dá)目的地，避免時間和金錢的浪費，使高速公路的交通流始終保持在最佳的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和處理交通事故并減少事故的發(fā)生率，提高道路通行能力。

4.2 監(jiān)控過程

交通監(jiān)控過程，輸出為車輛運行狀態(tài)， 輸入為控制指標(biāo)，受控對象為交通流，道路、交通和氣象環(huán)境等各種影響交通流的因素作為系統(tǒng)的干擾輸入表征交通流狀態(tài)特征的信息歷經(jīng)采集、處理、決策和執(zhí)行各個環(huán)節(jié)，遵循反饋控制原理，按預(yù)定指標(biāo)完成控制任務(wù)。

4.3 監(jiān)控分中心

監(jiān)控分中心是介于信息采集子系統(tǒng)和信息提供子系統(tǒng)之間的中間環(huán)節(jié)，是監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。它的主要職能是信息的接受、分析、判斷、預(yù)測、確認(rèn)、交通異常事件的處理決策、指令發(fā)布、設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制等。監(jiān)控分中心通常由計算機系統(tǒng)、室內(nèi)顯示設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)控制臺組成。監(jiān)控分中心有集中式和分布式等多種形式，其功能隨監(jiān)控系統(tǒng)類型的不同有所差別，但基本功能是一致的，即信息的分析、處理、交通控制和管理的輔助決策。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，監(jiān)控分中心主要硬件設(shè)備應(yīng)包括綜合控制臺、顯示設(shè)備和計算機系統(tǒng)。

4.4 外場監(jiān)控系統(tǒng)

為了完成監(jiān)視和控制功能， 監(jiān)控系統(tǒng)除了監(jiān)控分中心子系統(tǒng)外還包括若干外場設(shè)備，它們分屬于交通信息采集子系統(tǒng)和交通信息提供子系統(tǒng)（即交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)）。信息采集子系統(tǒng)是高速公路上設(shè)置的用來采集信息的設(shè)備和配備。采集的信息主要包括如下幾個方面：交通流信息；氣象信息；道路環(huán)境信息；異常事件信息等。高速公路信息采集的方式有人工的，也有自動的。主要有以下幾種：車輛檢測裝置；能見度檢測裝置；閉路電視；緊急電話。交通信息發(fā)布子系統(tǒng)即交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)，是在高速公路上設(shè)置的用來向道路使用者提供道路交通信息和誘導(dǎo)控制指令，以及向管理、救助部門和社會提供求助指令或道路交通信息的設(shè)施，其主要設(shè)備包括可變信息標(biāo)志、可變限速標(biāo)志和路側(cè)廣播等。

5 結(jié)束語

高速公路電子監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路控制系統(tǒng)的重要組成部分之一，為高速公路提供了有效的交通管理、控制、監(jiān)視、誘導(dǎo)，是交通監(jiān)控的良好手段。

1 孟凡華.3G在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2009.11

2 莊啟成.高速公路監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)分析［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2009.21

3 王竹玉.計算機視覺技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.教育技術(shù)導(dǎo)刊，2008.10