淺談高速公路電子監控系統應用

羅綺峰

（廣東省佛開高速公路有限公司，廣東 佛山 528000）

1 高速公路監控系統概述

高速公路交通工程機電系統由收費系統、監控系統、通信系統三大系統，以及照明通風系統和供配電系統組成。收費系統對道路的使用者按既定的費率征收通行費，以回收道路建設投資。通信系統為收費和監控系統提供信息傳輸的通道。監控系統作為三大系統的重要組成部分之一，對高速公路交通流狀態和交通環境進行監測，并根據需要對交通流進行誘導和控制，保證車輛運行暢通、減少交通事故、降低事故的危害性。高速公路監控系統由外場監控設施、站場監控室和各級監控中心組成，是實現高速公路運行管理的重要手段。

2 高速公路交通電子監控系統的目標及作用

2.1 監控系統的目標

高速公路交通狀況受車流時空分布、氣候、道路線形和地形等的影響，高速公路監控系統的目標在于減少上述因素的影響，解決氣候異常、事故和車輛故障等造成的交通擁擠和阻塞。具體而言，高速公路監控的主要目標有4個方面。

（1）準確地檢測道路交通流參數和氣象數據。

（2）有效地監視道路交通和氣候變化，及時掌握道路運營狀況。

（3）及時發現和處理安全隱患，減少交通事故，降低事故的嚴重性。

（4）減少偶發事件、交通事故及惡劣氣候對道路交通的影響。

（5）當交通量達到飽和時，利用交通流模型理論分析交通狀態，對交通流進行誘導和控制，以提高路網通行能力。

2.2 監控系統的作用

車輛行駛高速、快捷、安全、舒適是高速公路交通的本質特征。然而，偶發事件如：交通事故、車輛拋錨、貨物散落和氣候變化卻不可避免，如果得不到及時處理，勢必引起交通堵塞甚至成為安全隱患。高速公路監控系統的主要功能就在于實時檢測這些異常信息，并采取及時有效的控制措施。具體而言，其主要作用如下：

（1）準確及時采集交通流、交通環境和主要交通設施的各種狀態信息。

（2）根據已掌握的信息，通過交通流模型分析，迅速做出有針對性的處理和優化控制方案，并立即執行。

（3）建立多種信息發布渠道，為用戶提供信息服務，通過駕駛員調整駕駛行為，使交通流動態平衡。

（4）進行專項監控，如用視頻系統監視某大橋的車流通過情況，探測和確認交通事件及路面使用狀態檢測等。

（5）對交通事故作出快速響應，迅速排除事故根源和提供救援服務。

（6）建立道路交通數據庫，用以支持道路運行狀況評價，為改善道路經營和交通管理的決策提供數據分析。

3 高速公路監控系統的構成及功能

根據監控系統的功能要求和設備特點，監控系統又分為交通信息采集子系統、交通狀態檢測子系統、交通控制子系統、交通誘導子系統和計算機網絡子系統。

3.1 交通信息采集子系統

該系統的功能是獲取交通信息原始數據，通過車輛檢測器、檢測線圈、通訊設備等形成的交通量采集子系統，獲得各段道路的交通量數據。通過設在重要地段的攝像機和視頻傳輸設備獲取該地段的視頻實時數據；通過設在路邊的緊急電話獲取緊急救援信號；通過氣象信息采集系統采集高速公路各個地段的能見度、溫度、濕度、風向、風速、雨雪等氣象條件。在這些信息中，視頻數據可在計算機或電視墻上顯示，并根據需要對視頻數據進行抓拍記錄，其他交通流數據、氣象信息數據和緊急救援信號數據一般通過電子地圖板或大屏幕投影的方式顯示。

3.2 交通控制子系統

根據各路段的交通狀態和氣象條件，選擇或配置交通控制方案。交通控制子系統包括：交通控制目標、交通控制參數。控制參數以一定的控制形式作用于交通流。交通控制方式可分為匝道控制、主線控制和通道控制三大類。在控制算法上，有基于穩態交通模型和動態交通模型的推導方法、基于模糊理論的算法、基于神經網絡原理的算法等，這些算法在實踐和交流中不斷得到完善和發展，為交通控制奠定了良好的理論基礎。

3.3 計算機網絡子系統

計算機網絡子系統將其他各個子系統通過計算機網絡連接為一個整體，使之真正成為一個功能強大的有機系統。計算機網絡系統包括：計算機設備、網絡連接設備、計算機操作系統、數據庫系統、計算機網絡管理、監控系統應用程序。

4 高速公路監控系統技術分析

4.1 監控的目的和功能

高速公路監控系統由信息采集、數據傳輸、中心控制和信息發布等組成。在中心控制子系統的統一管理下，通過公路沿線的車輛檢測器、氣象檢測器、能見度檢測器、攝像機等信息采集設備，準確計算道路交通數據，有效監測道路的交通、氣象狀況，及時掌握道路運營狀況，將交通量分布、氣象參數、車輛運行情況等信息即時采集到監控分中心，經計算機處理形成交通控制方案，再經過可變信息標志、可變限速標志發布誘導信息，不僅有利于交通管理部門針對已經出現或即將出現的擁堵情況進行交通分配、誘導和控制，避免和疏導交通擁堵，同時也為出行者提供有意義的參考，協調道路使用者在合適的時間選擇最佳路徑，最快的到達目的地，避免時間和金錢的浪費，使高速公路的交通流始終保持在最佳的運行狀態，及時發現和處理交通事故并減少事故的發生率，提高道路通行能力。

4.2 監控過程

交通監控過程，輸出為車輛運行狀態， 輸入為控制指標，受控對象為交通流，道路、交通和氣象環境等各種影響交通流的因素作為系統的干擾輸入表征交通流狀態特征的信息歷經采集、處理、決策和執行各個環節，遵循反饋控制原理，按預定指標完成控制任務。

4.3 監控分中心

監控分中心是介于信息采集子系統和信息提供子系統之間的中間環節，是監控系統的核心部分。它的主要職能是信息的接受、分析、判斷、預測、確認、交通異常事件的處理決策、指令發布、設備運行狀態的監視和控制等。監控分中心通常由計算機系統、室內顯示設備和監控系統控制臺組成。監控分中心有集中式和分布式等多種形式，其功能隨監控系統類型的不同有所差別，但基本功能是一致的，即信息的分析、處理、交通控制和管理的輔助決策。根據監控系統的功能要求，監控分中心主要硬件設備應包括綜合控制臺、顯示設備和計算機系統。

4.4 外場監控系統

為了完成監視和控制功能， 監控系統除了監控分中心子系統外還包括若干外場設備，它們分屬于交通信息采集子系統和交通信息提供子系統（即交通誘導子系統）。信息采集子系統是高速公路上設置的用來采集信息的設備和配備。采集的信息主要包括如下幾個方面：交通流信息；氣象信息；道路環境信息；異常事件信息等。高速公路信息采集的方式有人工的，也有自動的。主要有以下幾種：車輛檢測裝置；能見度檢測裝置；閉路電視；緊急電話。交通信息發布子系統即交通誘導子系統，是在高速公路上設置的用來向道路使用者提供道路交通信息和誘導控制指令，以及向管理、救助部門和社會提供求助指令或道路交通信息的設施，其主要設備包括可變信息標志、可變限速標志和路側廣播等。

5 結束語

高速公路電子監控系統是高速公路控制系統的重要組成部分之一，為高速公路提供了有效的交通管理、控制、監視、誘導，是交通監控的良好手段。

1 孟凡華.3G在高速公路監控系統中的應用［J］.數字技術與應用，2009.11

2 莊啟成.高速公路監控系統建設分析［J］.中國高新技術企業，2009.21

3 王竹玉.計算機視覺技術在高速公路監控系統中的應用［J］.教育技術導刊，2008.10