公路工程智慧化遠程監控應用研究

彭振鋒

（中能建路橋工程有限公司，天津 300041）

0 引言

隨著經濟的提升，人們的生活水平有所提高，很多家庭都可以自駕出行。隨著車輛的增多，高速公路建設的規模也逐漸被擴大，因此這就需要相關部門不斷加強對高速公路的管理力度。與此同時，車禍的發病率在近些年又開始出現攀升態勢，所以為緩解這一問題，保護人們的生命安全，交通部門便建立了高速公路監測體系[1]。

1 遠程監控系統的特性

（1）實時性。視頻顯示終端能夠實時反映被監視場所的狀況，因此傳輸延時作為一個衡量監控系統優劣的指標格外重要。

（2）安全性。監控系統要保證視頻數據的完整性不被刪除修改，能夠在停電時自動觸發UPS供電繼續工作，能夠在無視頻信號時自動報警。

（3）兼容性。監控系統各部分應當統一協議接口，實現功能模塊化、接口標準化、連接網絡化、存儲數字化，便于系統的升級和擴充。

2 智能控制與遠程監測系統的現狀

2.1 智能控制的發展及其現狀

智能控制系統基于目前的時代社會發展從高精準控制的角度進行綜合設計，旨在解決復雜性問題，推動人工智能的有效發展，將人工智能應用到更多元化的領域中，這是科技發展的必然結果。在常規理論的控制基礎之上，智能控制技術得到進一步的發展與提升。而智能控制系統理論主要研究單入口、單出口的線性系統，在技術發展的同時，到目前已經發展為多入口、多出口的復雜性控制系統，形成了新的控制渠道。智能控制系統作為目前重點的研究領域熱點，在科技技術不斷發展的同時，控制理論也不斷完善。隨著社會發展，人們對智能控制的要求越來越高，控制系統越來越復雜，存在較多不確定因素。系統從單入口單出口的線性系統轉變為多項式線性系統，發展為多入口多出口的復雜控制。智能控制理論的提出，為解決復雜的控制問題開辟了一條新途徑，也是目前國內外研究和開發的一個熱門課題。現代管理學的發展與控制理論密切相關，至今已經過三個階段：第一階段，即新古典控制理論（也就是所謂的復數域或頻率域控制理論）。其主要的數學分析工具是拉式轉換和轉移函數法，采用基于伯德圖和根跟蹤法進行分析。第二個階段也稱為現代控制理論階段，本階段的重點是對線型多變量控制的基礎理論進行進一步發展。現代控制理論領域研究在20世紀60年代開始，隨著電子計算機的迅速發展，狀態空間技術得到了極大的發展。第三個階段也就是所謂的“非線性控制”。在實際現代控制理論應用中，人們逐漸認識到，大多數的工程系統都是非線性的，而且很多系統由于要求的控制精度不一樣，可以在一定程度上滿足工程設計的要求，對其進行線性化處理。然而，在一些控制系統中，采用線性分析法求解約束問題，卻存在著困難。因此，不確定性的控制技術就由此產生。現代非線性控制專業體系是將現代微分幾何與基本理論設計相結合而形成，在這個新的專業體系中，更快更高效的發展體現在現代智能監控方面，包括模糊監控、神經網絡監控、專家監控[2]。

隨著智能控制技術的不斷發展，智能控制技術在現實生活中的應用越來越廣泛，智能控制技術已經逐漸滲透到了人們的日常生活中，從衛星的智能控制系統到智能AI阿爾法下棋機器人、智能家庭的機器人，都代表著智能控制技術的發展成果。目前，智能控制系統的研究主要集中在認知科學、現代系統論、社會學、語言學、心理學、哲學等方面，智能控制系統將計算機網絡、數字技術、數據庫、語言和聽覺、遠程通信、計算機圖形學、機器人學、流程管理等現代科學結合起來，為解決復雜問題提供了一種行之有效的途徑。

2.2 遠程監測技術的發展及其現狀

遠程檢測科技的誕生，是計算機網絡科學技術發展的必要成果。早期的遠程監視技術手段都沒有即時、非現場監視方法，而現代的遠程監視技術手段都是即時現場監視方法，即通過利用計算機技術、網絡與電話信息技術，工作人員們能夠通過配置在現場的各類感應器與音視頻裝置，隨時了解現場的狀態，并對其進行監督和檢驗。而遠程監控的發展方式，離不開數據通信的發展，相繼產生了以下三類遠程監控模式。

（1）人工或遠程監控。這些方式都無法做到即時在線監控，且具有不少缺點，這也是比較原始的方法。

（2）有線互聯網遠程自動監測。這是一種最先進的遠程自動監測系統，通過通信線路將現場的所有取樣點連接在一起。但這種方式需要大量的投資，而且由于距離的關系，每個數據節點之間的間隔越遠，需要更多的資金來鋪設網絡。有線互聯網遠程監控的一個最主要因素是路由器的設置。

（3）無線網絡遠程監視，這一類監視的通信方法是借助覆蓋全國的GSM網進行監視。無線網絡遠程監視最大的優勢在于它可以跨越時空，實現全球范圍的遠程監控。這種監控通常采用GPRS數據服務，利用GPRS系統，實現遠程監控，具有通信速度快、運行費用低廉等特點，具有很好的應用前景。目前，無線網絡遠程監視許多應用都需要對多元化的數據進行準確收集、儲存、傳輸、分析，從而使數據的分析和處理結果可有效解決實際問題。包括城市電力、燃氣、自來水等的運行及利用率，包括城市公共區域的環境監測資料及無線報警等。無線網絡遠程監視具備應用范圍廣、數量多、布局零散、作業距離遠、服務地域復雜等特點。但采集監控系統中廣泛使用的RS二百三十二和紅外線等，不能滿足目前的需要。因此，需要一種新型的、有效的數據監測系統來解決遠程數據監測與設備管理問題[3]。近年來，無線傳輸技術也有了長足的進展，其中GPRS信息技術蓬勃發展更引起了人們普遍重視。GPRS信息技術是在已有的GSM網絡系統上蓬勃發展起來的一門新興的分組技術數據支撐服務，其以數據分組互換信息技術為主要基石，通過在手機用戶與數據網絡中間建立的這種連接方式，為手機用戶帶來了高速度的無線IP和X.25服務，用戶通過GPRS，能夠在移動狀態下，應用于各種高速數據服務。GPRS系統主要是使用移動公網中的資源，而采用IP的網絡，傳輸速度比較高，所以理論上也能夠實現171.2KB/s，其數據傳輸時延小、系統性能平穩，并滿足了連接快速、永久在線、小流量收費等優點，在遠程突發性統計信息傳送中有著難以比擬的優越性，尤其適用于遠程監控系統這樣的頻發小數據量的信息傳送系統110。

2.3 高速公路的交通現狀

通過實際研究可以看出，當前的路面事故多發數已成了世界之最，這對中國來說并不是一種好現象，其中，在公路上出現的交通事故也最多。究其根源，則由于高速公路規模在得到擴大的同時，又促進了周邊城市的經濟社會發展，進而車輛數量也越來越多了。當駕駛者開車車速過快時，便很難應付突發狀況，再加上汽車數量的增加，便更易于引起事故，甚至有的司機疲勞駕車，而這種不規范的開車動作也就導致了車禍的出現[4]。

除此之外，為了提高人們的駕駛水平，在各個地區涌現了許多駕駛培訓學校，參加考試的人員也逐漸增多。但是，駕駛培訓學校的教練水平不一，甚至有的駕校并不是在正規程序下開辦的，并沒有資格證書，那么在利益的驅使下，就會產生很多作弊的現象，甚至有的地區不需要參加考試，只需要交上數額巨款，便可以獲得駕駛資格證。這樣的操作，使得駕駛人員的水平不但沒有得到提升，反而越來越低。

同樣，駕駛人員雖然具有不錯的駕駛水平，但是道德素養不夠，經常違反交通規則，這不但是對自己的不負責任，也是對他人生命的一種不尊重，還有可能對社會的公共設施造成傷害。因為在高速公路上，速度本來就比較高，一旦有交通事故發生，就可能造成連鎖反應形成大型交通事故，損毀公共設施。基于這些嚴重問題，加強高速公路中的遠程監控就顯得尤為重要了。

3 在高速公路上設置遠程監控系統的重要性

高速遠程監視系統，主要是用來防止駕駛人員為規避高速費用和避免司機逃跑等現象安裝的，如果同時實現監視，則能夠使執法人員利用監視攝像管理高速上的全程路況。而且，監控系統還能夠在交通事故發生后適時發布警報，并提醒監控系統工作人員在第一時間進行處置，不僅能夠避免司機逃跑，還能夠將損失減至最低。中國高速公路的遠程監控系統，主要是通過采集、處理路況信息、視頻，保障高速公路的安全、高效。并且，利用高速監控系統，能夠對高速公路實行360°無死角監控，這比人力監控更加方便和完善，而且國家也在不斷提高這方面的技術。最重要的一點便是，高速公路監控系統能夠將高速公路上各個時間段、各個路段的信息加以保存，為以后的事故評判提供證據[5]。

4 遠程監控系統技術的應用

4.1 遠程監控系統技術功能

（1）采集與處理功能：在大型企業中，其主要用于采集流水線的生產過程，或者選取一些樣本。最終使生產過程實現了可視化的信息輸出，從而讓管理者理解整個生產流程，也能夠協助管理者更加迅速地對生產過程進行分析與整理，從而做更有保障的決定。

（2）監督功能：對（1）的信息進行二次加工，并分別作為實時數據和歷史數據進行保存和備份。

（3）管理功能：利用收集到的信息總結，查找不足，并實施遠程管理。

（4）質量控制功能：對測量結果進行加工后直接確定要改進的方面，并通過對剛開始設置的異常情況直接監控結果輸出，將其作用于整個制造流程，因而大大減少了無謂的時間耗費，并提高了工作效率。

4.2 遠程監控系統技術應用于路面監控系統

公路隧道、橋梁、收費站等路段屬于特殊路段。通過建立公路路面遠程監測系統，可以直觀、準確地監測，使公路管理者能夠準確掌握公路運營的實際情況，及時引導交通擁堵，發現各種交通事故。公路隧道的交通監測裝置，主要分為車輛檢測器、車道指示儀、交通信號燈、可變信息標志等。針對交通的實際行駛狀況，利用車載探測器收集車流量信號，并測算隧道的實際車輛通行量，從而評估隧道交通狀況。從而利用道路監測控制器，手動（或遠程操作）對車道指示器、道路信號燈、可變信息標志等設施實施管理，以發揮道路疏通和引導的功能，從而保證車輛安全行駛[6]。

4.3 遠程監控系統技術應用于隧道和特大橋梁監控

特大橋和山路隧道是高速公路的危險路段。一些駕駛者在疲勞行駛一段時間后，經過這種特殊道路時，由于多種原因，很容易出現車禍。這樣，就需要在隧道內和大橋上設置高速遠程監控系統，對特定道路的交通狀況實施監控與管理。同時利用高速公路監測網絡系統，可以完成照明管理、火災監測報警、隧道通風管理、供水設備、滅火、恒壓供水以及與中心控制室間的協作聯系。利用高速特大型路橋遠程監控網絡系統，可以控制高速公路超大型橋梁的交通[7]。

4.4 遠程監控系統技術應用于收費監控系統

數據監測、圖片生成和音頻采集等一起構成了遠程收取監測管理系統，當然這里面最重要的功能就是對車輛的收取狀況進行實時監測。收取監測管理系統原本是用來減輕收費站的壓力，不過由于現代技術的提高，后來不僅能夠代替了部分人工收費站，同時對交通運輸主管部門的遠程監測也發揮著重要的輔助功能。而遠程收取監測管理系統則基本上是利用對各種數據加以收集，并使用讀卡器和車速稱重檢測器來實現的，在監測整體收取流程的基礎上，重新評估收費標準，然后再把整體收取流程中形成的各類信息記錄下來，以方便于日后整理和使用。同時，為什么說高速道路遠程收費管理監測管理系統還能對交通部門的監測工作起到輔助效果，主要是因為它能夠對高速的各種指標實施監測，比如對路面進行監測，通過對采集的數據進行分析，可以了解路面的溫度和使用情況，并及時進行排查和修復，這在一定程度上降低了交通事故的發生率。此外，因為遠程收費監控系統可以進行圖像監控，因此監控人員可以通過輪流值班觀察每個時間段和每個角落的交通狀況，對于交通事故可以在第一時間就進行處理。當然，這些圖像資料還可以協助交通警員辦案，可以作為懲治違法行為的有力證據。而遠程監測系統中的聲音監控又可以實現無線對講，這可以讓交警在處理交通事故時更加方便，能夠做到實時溝通，提高處理交通事故的效率。同時發生交通事故時會產生比較大的聲音，其能夠讓監測人員及時聽到并進行處理[8]。

5 結語

綜上所述，高速公路在中國經濟社會發展的過程中扮演著至關重要的角色。目前，由于人們的生活品質普遍提高，也導致不少家庭都選擇了購置私家車，這也導致公路的車流量越來越密集，更易導致一些事故的出現。所以應該提高我國的技術水平，完善監控系統，讓高速公路向著更便捷、安全的方向發展。