對高速公路監控系統的設計分析

鄭代洲（安徽省交通控股集團有限公司滁州管理處，安徽省 239500）

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對高速公路監控系統的設計分析

鄭代洲（安徽省交通控股集團有限公司滁州管理處，安徽省 239500）

隨著社會經濟的發展，人們對交通運輸的需求越來越大，與此同時，高速公路運輸對高速公路監控系統的要求也隨之增高，需要為其配備完善的現代化監控系統。對現代化高速公路建設而言，提高圖像監控、數據通信等系統的應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控系統的必要性入手，進而研究了高速公路監控系統的結構設計，系統地分析了高速公路監控系統整體設計構架。

高速公路；監控系統；智能交通

引言

高速公路監控系統是對高速公路系統進行調整，并且實現安全、高效、節能和環保運行的重要手段。高速公路監控系統的作用是對高速公路進行有效的實時監控和交通控制。在現有道路環境條件下，通過收集信息進行實時分析、事件處理和事件預測，當出現突發交通事故或道路環境變化而導致的交通擁堵時，系統可以及時采取有效措施緩解或消除突發狀況，從而提高高速公路的運輸效率和安全性。

1　研究背景及其意義

隨著我國經濟的高速發展，高速公路作為一個國家的經濟和社會發展的重要基礎設施，已經成為公路交通現代化的重要標志。如何高效、科學的進行公路管理是高速公路管理部門面前的重要課題。

傳統的高速公路監控系統主要是對收費站、服務區、隧道、橋梁等設施的通行車輛進行實時監控。目前國內外的道路運輸是有非常嚴格的監控系統，通過在各類環境中安裝大量的監控攝像機，配合其他輔助設備，以避免道路意外的發生。但現有的視頻監控系統面臨著巨大的挑戰。攝像機需要大量的監視器來顯示監控的畫面，而監控中心可以安裝的監視器是很有限的，所以只能通過監控軟件輪換畫面來監控所有的場景。同時，根據IMS的一項研究，在傳統的閉路電視監控模式下，監控人員需要觀察的視頻圖像太多，遠遠超出了人的接受能力，降低實際監控效果。實驗結果表明，在22min后凝視視頻圖像的人將超過95%的在視頻圖像中的信息視而不見，因此，也為人的專注力帶來了挑戰。一方面，當某個事件發生時，如果想快速準確地在視頻中的海量存儲中搜索視頻，這是一件非常耗時間時和繁瑣的事情，另一方面，專注力的不足將導致突發事件不能夠被及時得到發現和處理。

2　我國高速公路監控系統發展現狀

目前我國的高速公路正在大量建設。一方面，為了應對交通運輸中可能出現的各種狀況，及時獲得準確的信息，我國高速公路也對監控系統建設進行了全面的完善工作。另一方面，由于我國區域經濟發展不平衡，地理環境復雜，監控網絡布設密度相對較低，與發達國家相比在監控系統研究方面起步較晚。因此我國的高速公路通信監控系統發展空間巨大，仍有待于進一步的完善。

3　高速公路監控系統的設計

3.1結構劃分

為了保證高速公路的交通流暢，可將監控系統的分為以下幾個部分：

（1）實時分布控制命令。根據外部現場設備，通過監控管理的實時命令控制現場設備運行等。

（2）查詢統計。處理數據庫服務器上的數據，生成歷史數據，供用戶進行統計和查詢等。

（3）信息獲取。收集道路設備和隧道設備的各種數據（交通量，速度，流量，車距，光強檢測，火災報警，事故等）。

（4）信息處理。實時操作、分析收集數據并存儲在數據庫服務器中。

（5）模擬屏的顯示控制。根據現場采集到的數據，實時刷新模擬屏幕顯示信息，讓監控中心工作人員及時了解公路設施運行情況。

（6）大屏幕控制及事件錄像。根據需要指定的監視器屏幕切換到大屏幕投影機，觀察和跟蹤，在報警點的事件也可以進行錄像。

3.2監控系統組成

高速公路監控系統主要由通信和視頻兩個子系統組成。

通信子系統由中心集控、數據采集、閉路監控和信息顯示四個部分組成。整個通信子系統可實現對高速公路沿線信息的及時采集和對交通信息數據的記錄顯示，通過實時發布路況信息可以實現高速公路監控系統對交通的及時控制。

視頻子系統又可以分為視頻監控系統采集部分、云臺控制、信號傳輸部分、視頻處理等。

（1）視頻采集系統，主要由在公路中各觀測點分布的與云臺連接的攝像機。建立在高速路上的高性能攝像機可以完成道路的實時視頻圖像信號采集，并實現視頻監控公路沿線地區。

（2）云臺控制系統，主要包括由云臺及云臺控制器。云臺是可以用來改變觀測點的灰度圖象處理和觀察的位置遙控攝像的監控中心。

（3）信號傳輸系統，主要由電源、視頻和控制信號線路組成，完成公路交通線、收費站、收費站、等附屬設施的監控數據和監控圖像傳輸。

（4）視頻處理系統，主要由處理器組成。視頻處理器連接到視頻監控，從而實現對高速公路圖像的分析處理，最后在監控視頻中顯示。

4　硬件設計分析

根據功能，將監控系統劃分為下列模塊：

4.1計算機管理模塊

主要包括數據庫服務器、業務計算機、交換機等設備組成。利用計算機管理模塊可以完成對高速公路外場設備的運行狀態查詢，信息獲取，參數設定以及采集的圖像、數據進行綜合處理。

4.2信息采集模塊

用于高速公路沿線交通、環境信息的采集。采集設備主要包括氣象站、能見度儀、車輛檢器（視頻式、微波式、超聲波式）、應急電話等。

4.3信息發布模塊

用于高速公路沿線天氣、路況、施工、事故，警示信息的發布，主要設備包括龍門架情報板，收費站入口情報板、立柱情報板、可變限速標志等。

4.4視頻監控模塊

用于采集高速沿線實時的圖像，并將圖像傳輸至路段監控中心。主要設備包括攝像機、傳輸用視頻/數據光端機、視頻切換控制矩陣、字符疊加設備、視頻編解碼器、硬盤錄像機、監視器等。

4.5交通控制模塊

主要用于隧道內的交通信號燈、車道指示標志的狀態控制以及與通風照明系統的控制聯動。主要設備包括交通信號燈、車道指示標志、隧道控制器等。

4.6廣播系統

主要用于當隧道內發生交通堵塞、交通事故、火災等緊急情況時，路段監控分中心可以通過本系統對隧道洞內外進行廣播，指揮調度、疏導交通和組織救援等。主要設備包括控制臺、號角揚聲器、功率放大器等。

5　軟件設計與分析

從邏輯上說，高速公路監控系統分為三層結構：設備控制層、業務處理層和綜合管理層。

（1）設備控制層是底層設備和業務處理層交互的平臺，主要工作是接收來自上層的指令信息，并將信息返回給當前系統的業務處理設備。

（2）業務處理層是信息的連接層，是發送、接收、處理信息并且連接上下層的平臺，本系統應以數據庫平臺為基礎建立起來。

（3）綜合管理層是與用戶的互動層。用戶可以直接接收信息的操作，用戶可以控制，管理和統計等。

從使用上來說，監控系統軟需滿足以下幾個特點：

（1）可擴展性，監控軟件需要進一步擴展的功能，滿足現代智能交通控制的需求。

（2）高穩定性，采用面向對象的設計方法，達到高穩定性和容錯性。

（3）高安全性，系統使用權限、身份認證等安全管理。

6　總結

高速公路監控系統的設計要適應時代的發展并且結合我國高速公路的特點，需要不斷創新和完善，這樣才能使設計出來的系統在我國高速公路的建設中發揮價值。本文主要進行了以下工作：

（1）分析了我國高速公路監控系統的發展現狀。

（2）詳細分析了高速公路監控系統的用戶需求。

（3）詳細介紹了高速公路監控系統的總體架構，設計理念和設計思路，提高路網的綜合調度能力。

本文提出了一種具體的公路監控系統設計，展現了開發一個滿足高速公路具體要求的監控系統的整體過程。本文的目的，一方面，對高速公路監控系統進行了設計與分析。另一方面，在本文的研究工作中，為類似的監控系統的設計提出了一些思路和實際應用的參考和幫助。

［1］陳麗花，王長華，許 豪.對高速公路監控系統技術研究分析.中國新技術新產品，2012（09）：39.

［2］樊 博.淺談高速公路監控系統的設計.計算機光盤軟件與應用，2012 （06）：200～201.

［3］張 良.高速公路監控系統設計中存在的問題與建議.科技致富向導，2012（241）：329.

鄭代洲（1981-），男，助理工程師，主要從事高速公路監控、通信系統維護工作。

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2095-2066（2016）16-0181-02

2016-5-17