第二讲监控系统的国内外发展现状.docx
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第二讲监控系统的国内外发展现状
第二讲监控系统的国内外发展现状
一、国外现状
1、监控目的
应当说各国设置公路监控系统的目的都基本一致，就是“保障安全、疏导交通”的监控八字方针。
在高速公路修建后，极大地刺激了公路周边的经济发展，使人员、货物的流动急剧的膨胀起来,因此迫切需要一种手段来管理迅速增加的交通。
人们发现可以借助于飞速发展的电子与计算机技术，利用现代控制理论对交通监视、诱导、控制。
于是产生了电子监视控制系统。
公路管理者通过监控系统迅速发现事故、处理事故，可以减少事故的严重程度，减少人员的伤亡；及时的处理事故，可以有效地防止二次事故的发生；适当地控制可以有效地防止事故的发生。
例如在大交通量情况下，有效的主线速度控制，可以平滑交通流，使交通均匀流畅。
对特殊路段的监控（如桥、隧道）可以保障基础设施的安全，保障公路动脉的畅通。
从90年代中期开始，高速公路交通监控系统主要工作是监控重点路段，系统布设监控设施，多种方式进行信息发布，深度开发信息使用等一系列深层次的技术革新和新技术新产品的应用；致力于发展、完善现有的监控系统，并以此作为发展智能运输系统的基础。
公路使用者也单纯地从被管理者变成了使用公路的主动参与者，从而提高了公路利用率，提高了运输效率。
2、公路监控的重点
通过对国外各类交通监控系统的研究，我们发现公路监控的重点应是城镇出入口；公路与公路的互通立交；咽喉要道如大桥、隧道及其它事故多发地点、气象多变地段等。
也可以说大家都是把有限的钱用在刀刃上，集中财力保重点。
①城镇出入口高速公路是设置监控系统首选地点：
此种路段交通量大，行车有特点；是所谓瓶颈路段。
从目前城市发展来看，人们居住地向中心城市周边幅射，其后果之一就是日常交通的定时单向性。
即早上人们从城外居民点向城市中心涌动；晚上又从城市中心向城外涌动，像潮汐一般精确。
而此时驾车人的心理又较为急躁。
早上赶着上班，晚上赶着回家，随着人们的焦急心情，车流也反应躁动，极易发生事故。
这样的公路如加拿大多伦多市与密西沙加市之间的伊利莎白女王路（QEW），多伦多市的401高速公路，荷兰的阿姆斯特丹周边高速公路、美国长岛地区公路、法国大巴黎公路等。
对此类公路高速公路各国均采取了强有力的监控措施。
对于此种瓶颈路段主要应考虑公路通行能力及服务水平，采取的主要手段是搜集信息，匝道控制，主线速度控制等。
②高速公路与一般公路的连接线是设置监控系统的另一个重点：
此种公路的交通特点是车辆从高速公路上驶下，由于惯性原因一般驾驶员都会以较高的速度驾驶，而另一端是城镇公路车辆行驶速度较慢，而且各种类型的车辆混杂而行，交通秩序较为混乱。
另外大量的从高速公路下来的车辆迅速进入城镇公路，如果城镇公路不畅，则势必影响高速公路连接线上的车辆，造成堵塞追尾事故。
在此处可采取的措施是速度控制，并配合平交口的信号灯控制。
③其它事故多发地点：
造成某一地段事故多发的原囡可能很多，有时是各种因素综合起作用。
例如长直线段会使车速过快，司机疲劳；立交出入口设计不合理，标志不全，会造成行车秩序混乱；小区域气候原因，如雾，冰，造成行车环境突变，诱发驾驶员操作失误；这些原因都有可能引发事故。
对此种路段可以对症下药，分别采取不同解决措施。
例如，在德国有一路段每年秋冬均会发生重大交通事故，原因是此路段地势低洼，秋冬季节极易形成一个小范围的雾区。
而车辆在此区域外，全然不知洼地有雾，一旦驶入，即刻堕入雾海，什么也看不见，极易造成事故。
管理部门在此路段设置了一套监控系统，包括专门的气象检测器、车辆检测器、可变标志。
自从系统开通之后，此处的事故从每年20多起下降到零。
④特殊路段—隧道：
各国对隧道的交通安全都十分重视，制定了较为严格的标准。
公路隧道的防灾系统应具备如下功能：
探测隧道内以火灾为主的异常状态；确认灾害位置；通知隧道管理事物所或消防、警察等单位；向隧道内或隧道口发出警报；用无线电通讯设备进行应急广播；对火灾应急设备实施控制，如启动风机等。
由于隧道越长、交通量越大，发生火灾的几率越高、人员逃生越困难等情况，故日本按照隧道长度和交通量把隧道分成AA、A、B、C、D五个等级，按等级设置防灾设备。
交通量不大但隧道较长时，也不利于逃生、救助和扑救火灾，因此，对于日交通量不足4000辆车的长隧道，亦按隧道长度划分等级，按级设置防灾设备。
德国对公路隧道进行了较多的
研究，规定隧道的交通安全设施主要包括，建筑设施、通讯设施、火灾报警装置、消防设施，并且要有引导措施与之相辅。
德国的隧道监控技术十分先进，隧道内设有各种先进的检测装置，在预先设定好程序下，各种仪器正常工作，一旦发现异常一边报警，一边各种控制设备，如通风、照明、消防设备均可自动启动，而在现场均可无人值守。
⑤特殊路段—大桥：
大桥历来都是各国监控系统的监控重点，如加拿大温哥华地区的狮门大桥是跨越海湾连接加拿大温哥华区与北温哥华区的特大桥梁，为保证行车安全、顺畅，大桥设置了较为完整的监控系统，有闭路电视监视系统，车辆检测器，车道控制标志等。
目前桥梁监控正在向着综合化监控方向发展。
即将桥梁结构监控、气象、检测、交通监控（包括车辆超重监控）、航道监控等系统综合起来，处理数据统一使用，确保大桥结构安全，确保行车安全。
例如，在大风天气（如台风条件下），通过各种监测手段可以知道当时的风速、雨量，还可以知道桥的摆动情况，以此来确定大桥是否能够正常开通。
⑥车辆超重监控
超重超载车辆对公路的损害非常严重，各国对此非常重视，设置了相应的检测监控系统防患于未然。
加拿大有关部门在美加边境加方一侧设置了多处车辆超重监控系统，有效地遏制超重车辆驶入。
3、监控系统的构成
各国的监控系统都是根据闭环控制原理设计的其结构大同小异，主要分为外场设备与监控中心两大部分。
外场设备又分为信息采集与信息发布两部分。
控制中心设备分为信息处理与信息显示两部分。
随技术的进步，监控设备也在不断更新，更加稳定，更加可靠，寿命更长，功耗更小，效果更理想。
①监控外场设备
监控外场设备分为信息采集设备和信息发布设备。
信息采集设备如车辆检测器、气象检测器等各类检测器。
车辆检测器现在又有视频检测器、电子感应检测器等多种。
不同设备各有千秋，不再赘述。
在使用上由于人们的习惯不同，产品性能价格差异，各有偏好。
另外对于检测手段人们的认识也稍有差异，例如：
人们曾绎争论过用电子检测器检测交通好，还是直接看闭路电视图像好。
一部分人认为电子检测器忠实可靠，发现异常寸直接报警，而对于电视图像如果值班员看不到则形同虚设。
另一部分人则认为即使检测器报了警，到底发生什么事情还是要去现场看，倒不如闭路电视来的快。
类似这类问题，随着技术的发展，设备价格的下降正逐步地不再成为问题。
另一种常用的信息采集系统是紧急电话系统。
欧洲和日本的高速公路上设置有紧急电话系统。
紧急电话单独成系统，外场分机设置间距2公里一对，中央控制设置在监控中心，外场分机的呼叫信息、故障信息可以显示在地图板及计算机图形界面上。
分机有采用上端供电的，也有使用太阳能电池供电的。
目前无线紧急电话在欧洲也有使用。
美国、加拿大的高速公路上没有紧急电话系统。
他们认为事故可以通过巡逻车、过往车辆或移动电话报告。
专用的紧急电话系统投资成本太高，使用率太低。
外场信息目前主要靠各种情报板及限速标志设备发布，各种显示技术目前已日趋成熟。
对于外场设备东西方人也有不同的理解与偏好。
欧洲人对于可变情报板的理解是可变标志板，即将一幅幅标志固定在板面上，再根据用途分别显示；日本则着力研究自由式情报板，即情报板板面内容可随意编排。
标志板显示的是一种规定，是命令；而情报板显示的是一种信息，是诱导，人们可以通过板面上的信息了解前方到底发生了什么。
标志式的限速标志，对遵守纪律的德国人就很起作用。
据统计，当限速标志限值为90公里时，德国的驾驶员很少有人超过100公里。
这一方面是守纪律，另一方面也是因为在德国当超过限速值10公里时要被罚款。
北美人对标志和情报两种显示方式均采取了宽容态度。
都在使用。
我国在这方面也是均在尝试。
由于技术的发展，东西方文化的隔合，这种界限正在逐步模糊。
国内对监控设备的研究也取得了长足的进步。
显示设备如可变情报板、小型情报板，目前已处于世界领先水平。
率先提出的新型情报板概念，将发布短信息与限速统一考虑。
进而又提出全彩显示屏的概念，利用全彩屏成功显示了与国家标准所规定的颜色大体一致的图形标志。
对于大型情报板，率先提出利用全彩屏显示图形的概念，从而使情报板信息发布系统上了一个台阶。
②监控中心设备
监控中心的功能是管理控制中心。
分为信息处理和信息显示两大部分。
信息处理部分是一套计算机系统，信息显示设备一般使用地图板、投影屏。
由于各国的文化、历史背景不同所以各国监控中心的风格各异迥然不同。
首先讲东西方不同。
东方以中国、日本为代表，监控中心明亮、恢宏、气派。
一般有一块大型地图板置于监控墙的中心，再配以众多电视监视器及一块大屏幕投影屏，动态显示计算机监控界面及外场传来的实时的电视图像，监控中心博大的气势，有一种震撼力。
中国与日本又各有不同，日本的监控中心略显淡雅，中国的监控中心略显豪华。
西方的监控中心以法国、美国、德国和加拿大为代表，一般灯光较暗，房间较小，更多地以实用为主不大追求外观效果，一般以闭路电视显示屏为主体，一组电视墙，一个控制台，计算机监控界面仅在计算机屏幕上显示，并不投影到大屏幕投影屏上去。
西方各国之中也有差异。
法国人喜欢尝试新技术、新工艺，因此他们的监控中心的显示设备有用地图板的，有用投影屏的，还有用LED显示屏的。
而德国人的监控中心总是那么严谨。
美国、加拿大有的监控中心布置的像休斯顿航天中心；有的监控中心因陋就简，能用就行；有几处监控中心就是安放在拖车或集装箱之中。
监控软件的开发，国内也不落后；目前开发的监控软件有的已成功矢量化。
界面丰富，操作灵活，可以任意缩放画面，任意开窗口；任意编辑信息。
监控模型日趋完善。
✧实例1丹麦交通信息中心
丹麦公路局下设交通信息中心（简称T.I.C），其包含TIC+TCC既交通信息中心和交通控制中心。
按欧洲的定义：
交通流的管理（包括人、车、物流的管理）的目的，是根据道路的交通信息、交通控制以及确保正常的交通运输的管理要求和检测要求。
1、信息采集：
信息源：
道路状况信息、交通流信息、天气信息和交通事故等；2、信息的发布：
可变情报板信息、视频信息、打印报告、网页、交通管理中心和无线广播电台等。
交通管理中心依据多种类型的数字通信，是唯一24小时工作的单位，其为丹麦和欧洲提供信息服务，大约5万次呼叫/年，以及大约10万次网站/年。
交通信息中心与无线电台、交通信息台直接联系，道路出现紧急情况时，相关信息直接连接到电台及时播出。
信息来源如下图：
4、监控信息的开发利用
目前监控概念正在变化，需要人主动的参与交通运行，这就需要将监控信息迅速地提供给公路使用者。
各国通常采用的手段有如下几种：
①传统的路上情报信息板发布信息
此板上大量简洁，实时的信息，给驾驶员提供了路段信息、速度控制信息，诱导驾驶员以最优路径、最佳速度完成出行。
②服务区信息板
在欧洲、日本服务区内设置有信息板，将路上信息（包括公路、交通、天气等状况提供给出行者，使之对下一段的行程有所准备。
③交通广播电视
交通电视在美国、加拿大很普遍了每个地区都有专门的电视台播放交通信息，且是实时图像信息，直观真实。
交通广播有两种：
一种是广播电台用固定频率播报路况信息，这种做法在我国大城市已很普遍了，其优点是便宜、信息量大，缺点是广告太多。
另外一种方法是分区段调频广播。
做法是车上的收音机安装专门的接收装置，车在行走过程中广播播放正常广播，一旦有交通信息收音机会自动接收交通信息，优点是不会被人打扰，缺点是多于一个装置。
目前最新潮的信息采源是网站。
交通网站专门发布交通信息，可以接收真实交通信息，还能有图像，还会有相关资料。
巴黎大区交通监控系统就通过网站发布信息，全世界只要上此网均可查到。
最先进交通信息系统为车载导航系统，日本、欧洲、美国均有使用。
5、实例：
丹麦与瑞典共同出资建设的大坦跨海大桥的监控系统。
大坦桥监控中心监控大屏
大坦桥监控中心监控桌面布设
二、国内情况
1、基本情况
各省（区、市）对高速公路监控设施的建设一般均遵循“一次设计、分期实施、逐步完善”的原则，但由于经济承受能力和对高速公路所应提供的服务水平认识不一致，监控设施的建设规模差别较大。
监控系统的构架一般来说都是以行政区域设计划分，其监控规模可分路段（地区）级别、城市级别、省级别、国家级别。
按监控组网层次分：
现场监控、分中心监控、中心监控、总中心监控四个级别。
全国高速公路其监控设施基本情况描述如下：
（1）除早期建设的高速公路以外，沿线均设置有监控设施；
（2）一般将特大桥、隧道、特殊气象条件地区特殊地形地区、互通区作为监控的重点；
（3）目前常用的监控外场设备有车辆检测器、摄像机、大型可变情报板、小型立柱式可变情报板、可变限速标志、气象检财器等。
（4）车辆检测器多设于互通出入口（少数设于两互通间的一般路段），并且常与可变限速标志或小型立柱式可变情报板配合使用；摄像机一般设于互通区、事故多发点等特殊路段。
气象检测器一般设于雾区等特殊气象条件路段。
（5）长大隧道均设置了较为完善的隧道安全设施，包括交通监控设施、火灾报警装置、消防设施、通讯设施、通风设施照明设施等。
（6）在监控中心一般设有计算机系统、地图板、大屏幕投影、监视器墙等，监控分中心一般设计算机系统、监视器墙、紧急电话主机等设备。
2、常见模式
由于我国高速公路机电系统的设计单位都是国内的科研院所（如：
部公路所，泰克所等），同一家设计单位的设计模式和风格在一定时间内都会有一定程度的类同现象存在。
沿海省份经济相对发达，建设资金充足，高速公路沿线城镇经济发达，需要高速公路提供高质量的服务，各级交通主管部门监控设施建设指导思想也非常明确，建设重点较突出。
常见模式如下：
Ø监控外场设备：
互通立交区段的Loop检测器，通往市镇互通立交（含枢纽）的大型可变情报板和互通立交入口的小型可变情报板，在路段易产生雾区的地方设置能见度检测器。
在重点路段和互通立交设置摄像机。
在大型枢纽互通立交或通往沿线主要城市的互通立交设置少数的可变情报板；在特大桥、典型雾区或水网地段设置1～2组气象检测器和小型可变情报标志（主要是限速）；在长隧道两端、跨地区过境设置少数的可变情报板。
Ø隧道区段：
由于隧道区段发生交通事故一般均产生严重后果，对隧道通风照明、消防和监控建设规模均有标准规范可依，但运营管理部门普通反应防灾和卫生等级偏高，维护工作量大，特别是隧道内一些检测设备（如火灾、能见度、C0等）均需依赖进口。
备件供应和维护相当困难。
建议以图像监视为主，增加紧急事件广播、诱导和自救系统。
Ø有个别省份的路段进行了车辆超载超限的监控，防止严重超限车辆上路破坏路面系统，以及按车辆实称重量收费的高速公路全新计费系统。
Ø路段监控分中心：
配置有综合计算机系统，大屏幕投影、地图板和监视器墙等。
江苏省是国内高速公路监控设施最为完善的省份，目前正在进行全省公路交通ITS框架体系的规划工作，以适应高速公路联网后实施更为高效的管理。
充分发挥各路段监控设施的效益。
从目前各路段监控系统运行效果调查分析，能发现高速公路上发生的突发交通事件，开通过可变情报板及时反馈给道路使用者。
监控信息渠道的多样性：
信息采集可由司机手机告知（如：
业余交通巡视员）和网上收集；服务区网站和服务区信息板；交通广播与电视；监控信息广播系统；车载导航信息系统。
国内广东省广深高速公路、京珠北、虎门大桥，辽宁省沈山、沈四高速公路、浙江杭高速公路和京津塘高速公路等监控设施建设规模与江苏省相似。
其共同的特点是交通量大，省内特别重要的高速公路，经济效益好。
3、实例介绍
福建省交通监控系统建设基本情况：
2003年6月29日，福宁（福鼎至宁德）高速公路建成顺利通车，国家重点建设的沿海大通道——同三（黑龙江省同江市至海南省三亚市）高速公路福建境内段已全线贯通，至此，福建省高速公路通车里程达到745公里。
根据福建省高速公路联网收费系统、监控系统和通信系统的管理体制，福建省联网系统的各个组成部分都进行了统一编码，统一分配IP地址及DNS。
并随着2002年底全省光纤SDH通信网络的建成，福建省在2003年6月29日实现了全省联网监控系统，下图为福建省高速公路监控中心中控室。
福建省高速公路监控中心中控室
POS-Watch数字录像机
福泉高速公路福州监控分中心监控室
立柱式可变情报板
大型可变情报板
三、监控系统的未来
随着国际上ITS系统的不断研究和成果的逐步应用，目前世界上已经形成美国、欧洲、日本三大研究基地，分别在各自的组织ITSAmerica、ER-TICO（EuropeanRoadTransportTelematicsImplementationCoordinationOrganization）和VERTIS（Vehicle，RoadandTrafficIntelligenceSociety）的协调指挥下，进行着各具特色的研究。
另为推动ITS发展，从l994年起每年都召开一次世界性ITS大会，在欧洲、美国、亚洲轮流举行；我国于1997车4月也召开了“97年北京智能交通系统发展趋势国际学术研讨会”和1997年6月的“中欧智能交通系统研讨会”两次ITS会议。
由于ITS正处于开发试验阶段，其功能和规模不断发展扩大，对其构成的描述也不尽相
同。
以美国为例，ITS开发项目可分为七类：
1．先进的交通管理系统ATMS（AdvancedTrafficManagementSystem）
该系统包括了城市道路信号实时控制，高速公路交通监控，交通事故处理等公路交通管理的各种功能，以及用来研究和评价交通控制系统运行功能与效果的三维交通模拟系统。
系统通过提供一系列的信息服务，帮助出行者正确选择旅行路线，避免延误；系统能够对路网中交通流的实时变化作出及时、准确的反应，帮助交通管理部门对车辆进行有效的实时疏导、控制和事故处理，减少交通阻塞和延误。
从而最大限度地发挥路网的通行能力，减少环境污染，节约旅行时间和运输费用，提高运输系统的效率和效益。
2．先进的驾驶信息系统ADIS（AdvancedDriverInformationSystem）
该系统向用户提供有关出行信息，改善交通需求管理。
将该系统与ATMS系统结合起来，驾驶员就可以通过车载计算机和无线通讯获得各种交通信息（道路奉件、交通状况、服务设施位置以及导游信息等）。
驾驶员可利用车载定位导航系统（GPS）在车载计算机上给出出发点和目的地，车载计算机与控制中心进行双向通讯，可根据实时交通信息自动选择出最佳行驶路线，避开交通拥挤和堵塞。
这个系统提高了人们的出行能力和安全系数，合理选择出行方式和路线，从而使路网上的交通流获得平衡分配，减少交通拥挤和阻塞，还可促进商占有率车辆的使用，从而提高运输效率。
3．先进的车辆控制系统AVCS（AdvancedVehicleControlSystem）
AVCS的目的是开发帮助驾驶员实行自动车辆控制的各种技术，从而使汽车行驶安全、高效。
AVCS领域包括对驾驶的警告和帮助，避免与障碍物相撞等自动驾驶技术。
实际上，AVCS具有最长期的潜在效益，同时也对汽车工程、电子工程等部门提出了最大的挑战。
4．营运车辆调度管理系统CVOM（CommercialVehicleOperation／FleetManagement）
CVOM实质上是运输企业应用ITS技术来谋求最大效益的一种调度系统。
它的目的是利用ITS技术，例如车辆自动识别技术、车辆自动定位技术、车辆自动分类技术等，提高企业内部劳动生产率，增加安全度，改进对突发事件的反应能力，改善车队管理和交通状况。
5．先进的公共交通系统APTS（AdvancedPublicTransportationSystem）
采用各种智能技术促进公共交通运输业的发展，如通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行时间和方式、路线及车次选择等提供咨询，在公交车站通过显示器向候车者提供车辆的实时运行信息。
6．先进的乡村交通系统ARTS（AdvancedRuralTransportationSystem）
该系统包括为驾驶员和事故受害者提供援助的无线紧急呼救系统，不利道路和交通环境
的实时警告系统，以及有关驾驶员服务设施和旅游路线、景点等信息系统。
7．自动高速公路系统AHS（AutomatedHighwaySystem）
该系统包括车辆自动导航和控制，交通管理自动化，以有事故处理自动化。
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