淺談交通監控系統關鍵技術

魏如秋

摘要：交通通信網就是通過對關鍵基礎理論模型的研究，將信息技術、通信技術、電子控制技術和系統集成技術等有效地應用于交通運輸系統，從而建立起在大范圍發揮作用的實時、準確、高效的交通運輸管理系統。本文主要分析交通監控系統。

Abstract： The traffic communication network is based on the research of the key basic theory model， and effectively applies the information technology， communication technology， electronic control technology and system integration technology to the transportation system so as to establish the real-time， accurate and efficient transportation management system. This paper analyzes the traffic monitoring system.

關鍵詞：交通監控系統;信息采集;信息傳輸

Key words： traffic monitoring system;information collection;information transmission

中圖分類號：U491.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0231-02

1 交通監控系統定義

交通監控系統是交通通信網的一個核心子系統，它負責采集交通道路的各種信息，并將信息傳送至監控中心來分析處理，它的表現直接影響到整個交通通信網的性能。實踐證明，交通監控網絡是解決當前交通擁堵、交通事故頻發、環境污染嚴重等問題的有效途徑，其關鍵技術為交通信息的采集、傳輸與處理。

如圖1，一個完整的交通監控系統需要完成信息采集、傳輸和處理。系統通過布置在交通現場的監控硬件設備（傳感器、攝像頭等）采集各種交通信息。信息采集完成后，可以采用有線或無線的方式，傳輸給指揮中心進行信息處理。指揮中心負責處理分析交通信息，并采取針對性的措施排除交通事件，保障交通運輸的安全流暢。下文就信息采集、信息傳輸的相關技術在交通監控的應用展開論述，最后指出了指揮中心應發揮的作用。

2 信息采集

2.1 視頻交通事件檢測技術

視頻交通事件檢測技術是一種傳統的交通監控技術，該技術利用沿線攝像機采集的視頻圖像對車輛及道路狀況進行分析，并根據圖像處理算法產生事件告警。由于此類算法的實現對圖像對比度和飽和度的要求不高，可以適用白天、黑夜、雨、雪等特殊天氣。該技術能對道路上以下交通事件進行檢測，如車輛停駛、交通擁堵、進入隧道、車輛逆行、重大交通事故等，甚至可對隧道內火情、車輛大型丟拋物進行檢測。其特點是：首先，提供了事件現場的視頻圖像，便于監控值班員了解真實情況，并且伴有聲光告警信號提示監視值班員，采取有效的處理措施;其次，視頻交通事件自動檢測技術還能提供交通事件現場的錄像，便于事后的事故分析;第三，可利用沿線固定攝像機兼作車輛檢測器提供豐富的交通參數，包括交通流量、平均車速、車牌號、車型、車排隊長度等交通信息，為交通監控系統更全面有效的掌握道路交通狀況提供支持。

交通監控系統中，利用沿線遙控攝像對交通運行及道路狀況進行監視是監控系統的主要手段之一，其優點是監視范圍大，圖像信息內容豐富、直觀。隨著圖像處理技術的發展，利用視頻圖像持續進行實時交通運行分析跟蹤技術的提高，交通監控的實時性和可視性有了顯著的提高。

2.2 無線傳感器技術

無線傳感器網絡是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，其目的是協作地感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內感知對象的監測信息，并報告給用戶。在這個定義中，傳感器實現了數據采集和簡單的處理，對應著現代信息技術的三大基礎技術之一的傳感器技術。相比于視頻監控技術，無線傳感器技術是近年來新興的一種無線監控技術。

交通監控網絡中的節點通過使用傳感器關鍵技術RFID，自動采集車輛、道路、建筑物、氣象等目標信息，然后經過短距離無線數據傳輸至控制中心，由控制中心處理器將信息整合，提取出與交通堵塞和行車安全有關的內容，采取相關措施。交通監控系統中，在道路的合適位置放置RFD和FFD節點，這些節點的編號與其放置的地理位置相對應，并輸入監控主機數據庫。其中RFD節點可提供道路的基本信息，并能實時采集交通狀況（如塞車、突發事故等）。車輛中可裝備FFD節點，根據需要可以向鄰近的節點接收和發送數據，也可作為其他節點間通信的路由設備。這樣通過傳感器節點采集的道路信息，指揮中心可以有效的監控道路狀況，向車輛發布道路信息，并及時指揮調度處理道路突然事故。

傳感器關鍵技術RFID應用于交通監控網的主要優勢是該技術可以識別高速運動的多個物體，可以容易地實現網絡當中結點間的數據傳輸。較之其它的一些傳輸技術，RFID還具有數據存儲量大、小巧輕便、使用壽命長、防水防磁、安全性好等優點。

3 信息傳輸

布置在交通現場的硬件監控設備完成了信息采集的任務，而將這些交通信息傳輸給監控中心的任務對應著現代信息技術中的通信技術。本節就交通監控系統中幾種常用的通信技術進行簡單介紹。

3.1 衛星通信

衛星通信簡而言之就是地球上的無線電通信站利用衛星作為中繼而進行的通信。衛星通信系統主要由兩部分組成，分別是衛星和地球站。衛星通信業務主要包括以下方面：電視電話會議、數據通信及語音通信等。其特點是可靠性高，不受自然災害的影響;電路設置相對靈活，若話務量過于集中可隨時進行分散;可實現在多處同時接收，具有較強的多址特點;不同方向或者不同區間都能夠使用同一信道;通信范圍較大，只有衛星能夠覆蓋到的地方，任何兩點之間都可以實現通信。衛星通信可作為交通監控網絡跨區域之間的信息傳輸與交換的主要通信方式。endprint

3.2 光纖通信

光波是光纖通信的載頻，它是一種以光導纖維為傳輸媒介的通信方式。其有五個特點：一是傳輸頻帶寬、通訊容量大。與一般電通信相比，光纖通信的載波頻率遠超其1000-10000倍，高達5-10Hz左右;二是信號損耗低。當前光纖通信中所有的光纖基本都是石英材料，這種材料純凈度較高，即使是在光波長為1550nm左右處，其衰減也只有0.2db/km，可以說幾乎可以忽略其衰減，且其中繼距離能夠實現較遠距離的傳輸;三是電磁不對其造成干擾。由于光纖并非是金屬材料，因此各類電磁干擾對其都不起作用;四是線徑細、重量輕。電纜直徑較大，且重量較大，而光纖則不同，它不僅直徑只有0.1nm左右，而且重量很輕;五是資源豐富。光纖的使用安全性極高，它本身不帶電，且具有較強的抗化學腐蝕能力，使用壽命較長。但與此同時光纖也存在一些不足之處，比如分路、耦合較為復雜;對切斷、連接技術要求較高;機械強度低等。然而，隨著現代科技的發展和進步，各項光纖技術均取得了長足的發展，包括光電器件、光纜、光纖連接器等，光纖通信相關的技術和設備都在逐步的完善中。截至目前，在交通監控網絡中光纖通信已經十分普通，特別是對于一些高速公路交通監控系統來說，光纖通信的優勢更是不言而喻，通過采用光纖通信實現了有線信道的建設，并以高速公路管理局為指揮中心，組建了高速公路交通監控網。

3.3 微波通信

微波通信主要指地面微波通信，工作在300MHz-300GHz頻段，是利用分類波、厘米波和毫米波的無線電波作為“載波”，發送信號的通信方式。按照傳送信號的不同，可將微波通信分為兩類，分別是數字微波通信和模擬微波通信。由于數字微波通信存在傳輸速度快、傳輸容量大等諸多優勢，使得其在近年來取得了飛速發展，也被越來越多的應用到實際項目中。另外，微波通信的方向性和增益還能夠通過加高微波天線獲得增強。假設微波天線的口徑一致，天線的增益會和波長呈反比，通常天線增益都在40dB以上，且無需鋪設電纜和光纜，系統建設速度快、靈活性大、投資少，在交通監控網絡中也占有重要地位。

4 信息處理

在交通監控系統中，由指揮中心完成對信息的處理，主要應用到現代信息技術中諸如圖像處理技術、數字信號處理技術等信號處理技術，此類技術與所處理的信號的類型密切相關，種類繁多，在此不作詳細展開。本節將簡單介紹信息處理完成后，指揮中心擔負的作用。

4.1 信息實時顯示

指揮中心將監控硬件設備收集的各種交通信息、氣象信息等，按照信息分類進行預處理，并進行綜合分析處理，產生當前的道路交通狀況、氣象及環境狀況信息;同時，各種采集及監控分析處理過的數據最后以數字、文字和圖片相結合的方式顯示在交通監控中心的服務器端。實時顯示的信息內容主要有公路交通自然信息、公路交通環境信息、公路交通氣象信息、公路交通狀況信息以及公路交通違章及突發事件信息。

4.2 信息存儲管理

采集數據是海量，為便于對海量的采集數據進行查閱和選用，應對其進行必要的管理。指揮中心應對采集到的海量數據進行自動分類存儲，將所有原始數據分析得出的結論以圖形或者表的形式顯示或者打印出來，供查詢和整理使用，查詢可按需要調閱相應的圖片信息，如此還能夠快捷的地找到公路中可能存在的安全隱患，及時制定修正措施。

4.3 監控預警功能

當交通狀況臨界飽和狀態和發生交通阻塞，氣象、環境狀況達到設定的限值時，指揮中心系統中的監控模塊將產生報警，監控工作人員提出相應的控制策略，如限速、路段情況提示、告警等相關信息，實時調整路網或路段的交通流量，有效緩解路網的通行能力;提示駕駛員注意行車安全，或通知關閉相應的車道;告警信號產生的同時，一旦出現異常情況，就會通過視頻監控模塊控制攝像機云臺，將相關情況報告給監控中心，實現快速的應對。

5 小結

本文就交通監控系統中的關鍵技術按信息的采集、傳輸與處理三部分進行介紹。信息采集技術又分別介紹了傳統的視頻監控技術和新興的傳感器網絡技術。信息傳輸部分重點介紹了目前交通監控網絡中主流的幾種通信方式，最后就指揮中心需要完成的職能進行了簡單的說明。

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