浅谈高速公路全程监控系统设计Word格式.docx

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信息工程；

全程监控;

安全隐患;

外场供电;

图像传输;

事件检测;

事件处理

0前言

对于高速公路来说，全程监控是非常重要的一种监管手段，是高速公路机电系统建设中不可或缺的一环。

因此在未来的公路建设中，特别是在加强高速公路路面全程动态控制管理的要求下，它必将发挥更加重要的作用。

1监控布点

传统密集型监控系统,是根据高速公路以及对现有设备形态的初步理解来定义视频全程监控的概念的。

点到点监控距离间隔500m的监控、1km的监控、2km的监控是今后高速公路视频监控的几个选择点,每个相邻选择点方案的投资基本上也是成倍的增加,因此选择好视频全程监控的监控点距是整个系统投资的关键。

从现有摄像机镜头成像来看，基本上500m左右是它的最佳成像范围，大于这个距离成像效果下降,因此500米单个方向的监控肯定是最佳的方案。

可是这个方案却是投资最大的方案，因此一般建议1km的双向监控，以中央隔离带为中心，采用15m-18m左右的立杆（具体根据路面情况来计算高度）双向拍摄两个方向的情况。

这样两个监控点相正确摄像头的交点正好是在监控点距的中间，能实现比较好的成像效果。

可是如果由于成本控制方面考虑，采用2km的方式经过变焦镜头、云台控制等也能够实现视频全程监控，可是监控力度相较1km的方式有所下降。

因此在进行全程视频监控方案设计时，监控力度与系统投资是成正比的，合理选择监控点距是平衡监控与投资的重要条件。

以上传统密集型监控系统对道路管理具有显著作用，这些系统的建立，在发挥很大作用的同时，但又因系统复杂引起的可靠性及经济性问题随之而来，引发了不少新的问题。

随着高速公路建设事业的迅猛发展，探讨在节约能源、统筹经济的前提下，提升公路交通全程监控系统性能，适应新的高速公路管理需求的全程监控系统成为必然。

当前研究的关于基于交通安全特性分析的安全隐患区监控技术就是一种崭新的监控模式和更加高效易行的全程监控系统建立技术。

基于交通安全特性分析的高速公路监控系统建立方法的特征是采用现有的道路车辆运行安全分析方法和上下游路段的关联性分析，从全程中划分出安全隐患区域，对这些区域进行严密监控，又称“安全隐患区域无盲区监控”。

经过基于交通安全隐患区的全程监控技术，在事故多发段的判别基础上，对事故多发段采取针对性的视频改进措施，能以最经济的投入，达到最好的安全效果，进而实现最优的安全经济效益。

安全隐患区域及事故多发段判别方法,对于运行多年的高速公路可采用事故系数法、事故率控制法、事故数-事故率法、安全系数法；

对于历史事故数据积累少或新建工程，可采用交通事故预测算法，如灰色理论法和模糊评价法。

2外场供电

外场供电主要方式有:

专用电缆供电、独立电源供电（包括太阳能或风能供电、风光互补供电）、公路沿线就近供电。

专用电缆供电，经过采用中压供电技术，在沿线埋设埋地变，全程敷设电缆，实现监控外场的供电，其优点在于供电可靠，监控外场布设不收供电点和供电负荷大小的影响。

缺点在于建设运营成本高,施工工期长,对路肩外场设备有干扰,电力电缆容易被盗,后期维护费用较高。

独立电源供电：

太阳能供电（风力发电、风光互补供电）是经过采用光/电转化效应（风/电转换效应、风光/电转换效应）实现小功率外场设备供电，优点是建设运营成本较低，施工工期短，而且环保，缺点是太阳能供电容易受日照条件和季节性天气的影响，风力发电容易受风力资源的影响，产生供电不稳定、不可靠，同时对于风力发电设备来说，还有工作可靠性的问题。

公路沿线就近取点，就是利用公路沿线工业和民用电实现监控外场设备供电，优点是建设成本低，缺点是供电不可靠，电力电缆易被盗，且依赖沿线附近工业与民用供电设施供电，易受其供电状况的影响。

几种外场设备供电各有优缺点,但对于监控外场分布密度高（如大范围雾区），供电可靠性要求较高,且有大负荷的外场设备建议采用专用电缆供电方案；

对于太阳能资源或风力资源丰富的地区能够考虑太阳能或风能供电；

对于太阳能和风能都处于可利用区可考虑风光互补供电供电方式，对于太阳能处于可利用区而风能难以利用的地区能够考虑太阳能供电或太阳能+附近取电的方式供电，同样对于风能处于可利用区而太阳能难以利用的地区能够考虑风力供电或风力+附近取电的方式供电；

对于某些发达地区沿线工业供电点分布密度较高的地区能够采用沿线就近取电的方式供电。

另外就全程视频监控供电来讲，为降低太阳能利用的制造成本和提高供电的可靠性，外场摄像机宜尽量采用具有守望位功能的一体化球机，这样既降低功耗，又配合了事件检测；

同时摄像机宜采用直流供电，这样既节省了逆变器的损耗又免受电磁干扰，还增加了设备运行的稳定可靠。

3图像传输

高速公路现有视频监控图像传输从应用方案上主要分为:

方案一：

采用数字非压缩节点式视频光端机传输方案。

监控外场图像，采用跳接级连的方式进行组网传输。

在每处监控点根据需要设置l台单路或双路视频+反向数据节点式远端机，在监控分中心设置多路视频+反向数据节点式局端机，所传图像均为数字非压缩格式。

此种方案4、5年前兴起，近1、2年不断完善，走向成熟的图像传输方式，是当前采用最为广泛，设备的技术指标最为稳定的系统之一。

方案二：

全光数字视频系统方案：

所有外场监控图像在摄像机端即进行数字化编码，图像压缩后（H·

264标准）采用光纤组网方式，接入收费站（或服务区）的通信系统，利用接入网提供的1O／1OOM通道传至监控分中心。

此种方案是近期出现的一种图像传输方式。

将远端接入点图像与收费站本地接入点图像串接起来组成光纤链网或环网。

监控图像在接入设备端以H．264标准采用高、低速双码流进行压缩后传至收费站本地节点设备，高码流格式压缩的图像用于监视，低码流格式压缩的图像用于存储。

方案三:

模拟+数字综合视频系统方案

所有监控外场图像经过数字非压缩节点式视频光端机,采用跳接级连的方式进行组网传输至收费站（或服务区）,进站后再经数字化编码，图像压缩后（H·

264标准）接入收费站（或服务区）通信系统,利用接入网提供的1O／1OOM通道传至监控分中心。

此种方案是近期新出现的模数结合的一种图像传输方式。

外场监控图像经模拟（节点）视频光端机传输至收费站编解码设备后,以H.264标准采用高、低速双码流进行压缩后经站通信系统传至监控分中心编解码设备，高码流格式压缩的图像用于监视，低码流格式压缩的图像用于存储。

方案一的最大优势在于：

系统经济、可靠，适应性强，同时，在路段内的一级监控采用非压缩方式，最大程度的保证了图像系统的质量和二级监控对视频源的要求，是当前主流图像传输技术。

方案二的特点在于，系统技术设备比较先进，能够实现集中管理、集中控制、集中调度等功能，甚至有能力将除图像外的其它业务集成于同一个平台上进行传输：

同时由于采用了H．264标准，图像具有高清晰、低延时，抗干扰性强、分插（上、下）方便等优点，适合大规模、高质量图像传输要求,但当前国内支持该种高新技术方案的厂商数量较少，造价较高，应用效果和发展前景有待时间验证。

方案三的优点在于：

系统较方案二为经济（对于老路监控系统改造来说还有利于保护现有投资），同时也有利于实现视频图像集中管理、集中控制、集中调度等功能，甚至有能力将除图像外的其它业务集成于同一个平台上进行传输,适合大规模、高质量图像传输要求。

从全程监控来讲，为保证单个视频传输节点在失电或故障情况下，所在链路（或环路）其它图像仍能可靠传输，节点传输应尽量选用具备光通路保护功能的节点传输设备。

综合高速公路图像传输技术发展趋势、图像传输设备现有形态和兼顾投资合理的条件下，高速公路的图像传输模式可采用方案三的模式或者采用方案一和方案三的混合传输模式。

4事件检测

传统的监控系统中,外场视频监控图像传输至路段监控分中心只进行显示,交通事故以及异常事件完全依靠监控人员人工识别,当高速公路采用全程监控系统后,监控分中心势必增加大量的视频图像信息,从而大大提高了监控人员的工作强度,再加上长期观察引起的视觉疲劳,非常容易漏掉视频图像中的异常交通事件,为此高速公路全程监控系统设计,能够采用图像智能识别技术,实现交通异常事件的自动检测,并生成报警信息。

基于高速公路全程监控的智能化事件检测系统应具备的功能有：

事件的识别报警，能及时检测道路上机动车辆的运动状态及道路信息，如能自动识别高速公路车辆故障、交通拥堵、车辆慢行、火灾、团雾、违章弃物等交通异常事件，并实现立即报警和生成各种报警信息；

图像筛选，优化视频源的选择，可根据高速公路现有交通量状况，按照一定时间间隔对识别的视频源进行顺序切换轮询，从而实现对全线的交通状况的识别。

自学习功能，交通事件识别软件应具有人工智能，能够自我适应、自我学习，不断提高事件的识别率和识别精度。

5事件处理

为提高高速公路事件处理能力和处理效率，宜建立高速公路事件处理自适应专家系统，经过系统对大多数交通异常事件预先设定相应的处理预案，在交通异常事件发生的时候，能够经过评估工程，确定最优的方案，提交给有关管理人员，实现对交通事件的快速有效后续处理，同时为了保证系统能适应不断变化的交通状况，保证系统的生命力，事件处理专家系统也应采用自学习的人工智能技术，不断积累和增强系统处理异常交通事件的能力。

6结语

高速公路全程监控系统是一种提高路网交通安全水平、改进通行能力和提升交通服务品质的有效技术手段。

如何建立起智能化程度较高、资源配置合理、监控效果明显、管理方便的全程监控系统，是监控系统设计者需要持续深入研究的问题。

参考文献:

[1]张智勇、朱立伟等.高速公路机电系统新技术及应用[M].北京.人民交通出版社

[2]王珏.生态公路探索与实践[M].北京.人民交通出版社