高速公路監控系統建設研究

王杜斌

中設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210014

在國內交通運輸業迅猛發展的背景下，高速公路的便捷性、舒適性以及效率性等為人們提供了巨大便利，但是隨著車流量的持續增加，極大地增加了交通安全事故發生概率，給新時期國內高速公路的發展帶來不利的影響。為了有效解決上述問題，強化高速公路監控系統設計刻不容緩，如何才能有效設計高速公路監控系統具有重要意義。

1 高速公路監控系統設計概述

1.1 設計目標

監控系統是高速公路機電系統的重要組成部分。借助各類檢測與顯示裝置等監控系統設備，通過全面、準確地收集、整理和分析高速公路沿線設置，能夠預告前方高速公路路段各種類型交通信息，可以對高速公路交通運行情況進行管控。在實際的高速公路中，監控系統主要是結合天氣情況、地形情況、道路線形以及車流時空分布情況等，將攝像機合理地布置于公路的路網上，以此來精準地計算高速公路交通運行數據。通過檢測儀器采集的數據傳輸到監控系統管理中心，結合分析結果來對汽車故障、交通安全事故以及天氣異常等所造成的交通堵塞或擁擠問題，使交通管理單位結合該系統的實際運行情況，采取相應的策略對交通資源進行合理地分配、引導和控制，從而可以起到降低交通事故發生率，提升高速公路交通運行可靠性與安全性的作用。

1.2 設計原則

為了確保高速公路監控系統設計的質量，需要先明確設計的基本原則，具體表現如下：其一，先進性與實用性并存原則。在監控系統設計期間，要綜合考慮當前國內外關于交通監控系統設計的最新技術以及設備，提高相關系統設備的先進性。同時也要考慮監控系統的經濟因素，力求在滿足系統功能性等設計需求的基礎上，節省系統設計總成本，提升系統建設的經濟價值。其二，安全性原則。在選擇監控系統設備期間，盡量選擇高質量、高性能的設備，以便保證系統運行的安全性。其三，協調性原則。在設計某路段監控系統的時候，要考慮其同其他已建或待建路段監控系統之間配合的協調性，最大程度提升高速公路監控系統的監控水平，確保區域路網監控的有效性。其四，系統性原則。要基于整個區域范圍內的高速公路路網，從整體上設計監控系統，確保系統設計環節及內容的全面性，避免各路段監控系統出現沖突等異常問題，增強監控系統應用可靠性。其五，可擴充性原則。除了滿足當下高速公路監控需求外，還要考慮未來車流量增加的需求，盡可能地選擇一些開放性和兼容性比較強的監控設備，確保所設計監控系統具有可擴充和升級的作用。其六，便捷性原則。要確保所設計監控系統具有良好的人機交互界面，以便便捷操作與維護。比如，在監控系統設計中，可以以模塊化設計方式為主。

2 高速公路監控系統的設計應用

2.1 系統功能需求

監控系統是我國道路管理單位了解區域范圍內各路段以及隧道內設備運行情況、交通運行情況以及環境狀況等的重要路徑。根據監控功能及目標的不同，可以將監控系統的功能需求以及基本功能劃分成數據采集、視頻監控等幾個部分，詳見圖1。

圖1 高速公路監控系統基本功能及需求

2.2 系統架構組成

高速公路監控系統主要是通過對高速公路信息以及相關數據進行采集、發布和控制，以此來制定高速公路交通運行管控方案，有助于解決交通擁堵等事故。從系統架構組成角度來講，監控系統主要包括監控中心、通信傳輸、信息采集以及發布等幾個子系統所構成。從功能結構角度來講，高速公路監控系統結構簡圖如圖2所示，具體主要包括交通監控子系統、隧道照明控制子系統/通風控制子系統、火災自動報警子系統、有線廣播子系統、緊急電話子系統和閉路電視監視子系統這7個子系統。

圖2 高速公路監控系統結構簡圖

從系統層次角度來講，當前我國高速公路監控系統主要采用的架構形式為三級監控管理架構，即由基層監控單元、路段監控中心以及省級中心所構成，其中，基層監控單元主要涉及到隧道管理站、橋梁管理站和外場設施監控管理站，具體設計中需要綜合考慮管理人員生活方式、隧道長度以及分布特征等因素；路段監控中心設計中需要綜合考慮高速公路的長度以及道路特征，結合投資主體以及路段建設管理模式進行科學設計；監控中心則主要是對全省高速公路網的運行情況進行全面監控和管理，具體是由計算機、信息發布、信息顯示以及網絡管理等子系統所構成，共同構成了高速公路監控系統。

2.3 系統模塊設計

根據高速公路監控目標的不同，可以將監控系統劃分成不同的系統子模塊，常見的系統設計模塊主要包括如下幾種類型：

（1）數據采集模塊。就是借助視頻攝像機對相關的交通運行參數進行檢測，如汽車車速、道路占有率、車流量以及車輛間距等均是常見的測量參數。通過借助該數據采集模塊的應用，可以獲得必要的交通運行參數，為出行時間、事故監測以及超速檢測等提供必要的數據支持。

（2）數據傳輸模塊。主要是要將所監測到的各種數據，及時傳輸到監控系統控制中心中，借此來確保監控系統有序運行。在以往的系統運行中，主要按照點對點模擬圖像的模式監控高速公路圖像。隨著科學技術的發展，傳統的數據傳輸模式逐步被數字矩陣以及數字節點式的數據傳輸方式所取代，進一步提高了數據傳輸的可靠性與穩定性。

（3）視頻監控模塊。該模塊是高速公路監控系統中的核心模塊，相關監控視頻信息是實現監控功能以及指導高速公路運行的重要依據。首先，通過該系統模塊的應用，可以全天監控高速公路的車流量以及道路運行情況，有助于高速公路路面信息的實時反饋，從而提升交通管理的便捷性。其次，在高速公路發生交通事故后，可以借助存儲視頻監控錄像或圖片等信息，為交通安全事故責任的判定提供必要的依據。最后，通過借助該模塊和車輛檢測設備之間的有效結合與匹配，可以實時監控高速公路上汽車的運行速度等實際情況，有助于規避重大安全事故。此外，合理應用視頻監控模塊，還可以有效控制視頻切換矩陣主機和大屏幕投影儀。在一般的監控系統設計中，相應的視頻監控模塊主要包括視頻攝像設備、攝像機底座、電纜、光線、視頻投射機和切換矩陣等所構成，是確保相關監控功能得以有序實施的重要保障。

（4）突發事件檢測模塊。主要是對高速公路運行過程中的車禍等突發事故進行實時檢測，一旦發生突發事故后，需要及時通過報警與通知相關人員，并做好相應事件的記錄工作，使得高速公路管理單位或部門對交通運行中所出現的各種異常交通情況進行實時掌控，有助于他們快速做出反應，最大程度降低突發交通事件對道路交通的影響，極大地增強了監控系統的應用質量。

3 結語

監控系統在高速公路建設中的引進與應用，有助于規范高速公路交通秩序，提高交通管控的便捷性和效率，降低交通事故發生概率，也為交通安全事故解決提供必要的依據。為了確保高速公路監控系統設計的質量，需要結合實際的監控目標和需求，強化信息采集模塊等各系統模塊的科學設計，全面提升監控系統設計的質量。