高速公路智能化監控系統設計研究

摘 要：我國的高速公路網絡如織，遍布全國，在交通運輸領域扮演著舉足輕重的角色。為了保障這一動脈的順暢與安全，高速公路監控系統應運而生，成為不可或缺的智能化助手。這一系統巧妙地在公路兩側布局，隨著我國高速路網的日益壯大，其智能化水平也在不斷精進。如今，它已能實現對全程車速、車流的精準監控，為高速路的平穩運行保駕護航。本文深入探討了高速公路監控系統智能化的內涵、構成及實際應用，旨在為未來系統的設計與優化提供有益的參考，進一步鞏固我國高速公路的安全與暢通。

關鍵詞：高速公路監控系統 智能化 設計 應用

隨著生活品質的持續提升，居民汽車保有量顯著增長，這直接促使高速公路的交通流量激增，同時也增大了道路安全事故的風險。高速公路以其高速運行的特點，一旦發生事故，后果往往極為嚴重，甚至威脅到整個路網的運行安全。在此背景下，高速公路監控系統的應用顯得尤為重要。該系統能夠實時提供圖像視頻等關鍵信息，助力管理人員精準調度交通資源，從而有效保障高速道路交通運輸的安全性。當前，我國高速公路監控系統主要依賴于數據信息的實時傳輸，這些數據需經歷多重處理后，方能送達監控中心，進而依據實時路況發布交通調度指令。然而，盡管高速公路監控系統已初步鋪設，其設施尚待完善，功能潛力仍有待挖掘，智能化水平亦需提升。鑒于此，本文首先對高速公路監控系統的智能化內涵進行了深入剖析，進而細致解構了其構成要素。最終，以某高速公路為實例，探索并提出了智能化監控系統的應用策略，旨在為高速公路監控系統的優化設計提供有力指引，推動其向更高層次的智能化邁進。

1 高速公路智能化監控系統簡述

高速公路監控系統智能化是一項復雜而精密的系統工程，它巧妙融合了現代信息技術、數據通訊技術、控制技術、傳感器技術以及人工智能和大數據技術，形成了一個全方位、閉環式的綜合管理系統。該系統旨在為高速公路運營管理注入科學、高效的管理力量，特別是針對交通流量調控和交通安全保障兩大核心領域。高速公路監控系統智能化的核心在于技術的集成與創新。通過集成一系列尖端科技，高速公路監控系統擁有了智能化的語言處理能力、邏輯推理能力和視覺模擬能力，甚至能在一定程度上取代人類的部分功能，顯著增強了車、路、人之間的連接與互動。這一創新設計不僅提升了高速公路的智能化水平，還構建了一個安全、高效的現代交通系統[1]。在這一智能化系統的驅動下，外場設備能夠實時采集高速公路上的各種數據，經過高效處理和傳輸，為監控中心提供準確的道路信息。監控中心則根據這些實時數據，迅速作出反應，發出科學的交通調度指令，確保高速公路的順暢與安全。高速公路智能化監控系統不僅在信息交流方面發揮了巨大作用，使用戶能夠根據監控數據合理規劃出行路線，還實現了各子系統的整合與協同，極大地提高了高速公路的治理與管控能力。這一系統顯著提升了高速公路路網的承載力，同時也將傳統的管理理念轉變為“以人為本”，更加關注用戶的安全與便捷。高速公路智能化監控系統的實現內容涵蓋了交通監測、應急處理、安全管理、收費管理、氣象管理等多個方面，為用戶提供了全方位、一站式的智能化服務。

2 高速公路智能化監控系統的構成

高速公路智能化監控系統實行監控分中心、收費通信中心及外場監控設備三級精細管理，此架構下，系統被科學劃分為五個既獨立又協同的子系統，共同支撐起高效、智能的監控管理體系。

2.1 交通信息采集子系統

交通信息采集子系統專注于全面捕獲高速公路的各項關鍵參數，如路段溫度、濕度、能見度、車流量及車速等。該系統憑借高效的傳感器網絡，實時將采集的數據信息傳輸至監控中心。隨后，監控中心對這些數據進行詳盡的匯總與分析，精心編制數據報表，并制定相應的解決方案，從而為監控中心的科學決策提供堅實的數據支撐。此系統核心功能在于數據采集，故主要配備了環形線圈檢測器、微波交通檢測器、紅外檢測器以及道路氣象監測器等先進設備[2]。

2.2 信息提供子系統

信息提供子系統致力于為用戶提供詳盡的交通信息，涵蓋路段氣象信息、車流量信息等，使用戶得以依據這些信息合理規劃交通路線。用戶據此可實施變道、調控車速等操作，確保出行暢通無阻且安全無虞，從而大幅提升出行效率與安全性。

2.3 視頻監控子系統

視頻監控子系統精心布設于高速公路的關鍵路段與區域，如收費站、服務區、事故多發地段及地質災害隱患點等，旨在實時捕捉并傳輸這些區域的動態畫面至監控中心。特別是在事故易發區域，該系統能即時傳送事故現場的圖像信息，助力監控中心人員迅速響應，調配救援力量，有效遏制事態惡化，減少人員傷亡。此外，借助視頻監控子系統儲存的圖像資料，交警部門能夠深入分析事故成因、明確責任歸屬。該子系統核心功能在于生成并傳輸圖像信息，因此，其配備的設備涵蓋了攝像機、解碼器、云臺以及控制鍵盤等，共同構建起一套高效、全面的視頻監控系統。

2.4 交通控制子系統

交通控制子系統專注分析高速公路的交通量與氣象數據，以科學實現交通調度與控制。該系統現行的交通控制方式涵括匝道控制、主線控制和通道控制三大策略，旨在通過精準的引流與調度，確保高速公路運行流暢、高效。

2.5 計算機網絡子系統

計算機網絡子系統扮演著至關重要的聯結角色，它巧妙地將高速公路監控系統中的所有設備緊密相連，構筑起一個全面且協調的監控網絡。該系統依托計算機設備、數據庫系統及網絡硬件設備等核心組件，成功實現各系統的無縫對接，共同構成一個完整而高效的高速公路監控系統[3]。其監控控制過程如圖1所示。

在監控系統的運行過程中，檢測器持續監測交通流量，監控中心的控制人員則依據實時監控數據作出決策，并輸入相應的交通流量控制參數，以確保道路暢通無阻。

控制器根據預設指令調控高速公路交通流量后，信息采集設備隨即對比控制前后的流量狀況，并將反饋數據傳送至監控中心，為后續的監控與控制措施提供精準依據。

3 高速公路智能化監控系統設計

某高速公路全長68.7公里，總投資達11.4億元人民幣。這條高速公路的建成將在區域內形成高速公路網的規模效益，能夠極大地促進區域經濟發展。本文以該高速公路為例，對高速公路智能化監控系統進行整體分析和設計。

3.1 監控系統方案設計

該高速公路監控系統采用三級管理模式，即監控分中心、收費通信中心及外場監控設備，為典型的高速公路監控架構（見圖2）。監控分中心設于收費站，負責匯總、分析各收費站管轄路段外場設備采集的數據信息，并據此作出科學的監控決策。

3.2 外場設備安裝設計

外場設備肩負著數據采集的重任，需將所獲取的信息精準傳送至監控中心。鑒于高速公路收費站管轄路段的外場設備數量眾多，安裝時需綜合考慮設備性能、監控需求等要素，確保設備實現全方位、全路段監控，并預先規劃性能升級與數量增加的空間，以適應未來發展需求。

在設計安裝氣象檢測器時，需緊密結合路段實際狀況。若路段屬于平原區域，氣象檢測器的適宜間距可設定為30km至50km；而對于大風頻發的路段，為確保氣象監測的精準性與時效性，氣象檢測器的間距則需調整至50km以上。

鑒于本次高速公路監控系統設計的路段屬于平原地區，我們僅選用了一組攝像機設備，并精心選擇在高速公路K26+500位置進行安裝。對于具備圖像視頻拍攝功能的檢測器，其設計安裝嚴格依據攝像機的實際性能。本次我們采用了高清網絡槍式攝像機，并沿主線每隔2km安裝一個，以確保監控無死角。同時，針對發布公路信息的可變情報板，我們也進行了合理的規劃設計。在高速公路入口處，我們采用了門架式可變情報板，以清晰展示信息；而在匝道收費站入口前以及交通立交橋前的主線上，我們則選擇了懸臂式可變情報板，以靈活適應不同路況需求[4]。

在事故頻發及交通擁堵等高風險路段前的5km至10km范圍內，我們規劃設置了可變情報板，以便及時發布路況信息。對于交通流量監控，我們選用了微波車輛檢測器，并將其安裝于互通立交出口前的主線與收費站出入口。此外，在事故易發及交通擁堵路段的2km前，我們也增設了微波車輛檢測器，以加強監控力度。

3.3 監控信息傳輸方案設計

各收費站管轄路段上的監控設備持續采集數據信息，并將這些信息實時傳輸至監控中心，為控制指令的發出提供有力依據。鑒于監控系統的外場設備廣泛分布于高速公路沿線，我們在設計監控信息傳輸方案時特別增加了遠程光模塊，并利用RRPP技術實現前端設備的組網，確保數據共享無礙，提升監控系統的整體效能。

在RRPP技術的助力下，前端設備與RRPP終端設備通過485和232接口實現無縫對接，高效回傳監控數據信息。外場設備先將數據傳送至收費站的監控室，再由監控室轉送至監控分中心，并最終上傳至省級監控中心。沿途的監控室和分中心均能實時以圖像形式在監控屏上展示回傳數據，并對其進行妥善存儲。結合本次高速公路的設計特點，我們采用了自愈環網數據傳輸方式，該方式不僅能夠有效規避光纖通信中的高故障問題，還能顯著降低監控設備的使用數量，從而在確保數據傳輸質量的同時，有力保障數據信息傳輸的安全性。

3.4 視頻顯示方案設計

在收費站監控室與監控分中心，均配備了專業的監控顯示屏，以實時呈現外場設備采集的路況信息。這些信息依托通信系統實現快速傳輸，一旦抵達收費站監控室與監控分中心，便會通過光纖環網技術傳送至以太網交換機進行數據處理。在方案設計時，收費站監控室配置了15路道路圖像與6路數據接口，而監控分中心則設有14路道路監控圖像與4路數據接口。這些數據首先會在高清解碼器中進行深入分析與解碼，隨后，經過精細處理的數據信息將被連接至監控分中心的顯示屏上，以供相關人員實時監控與分析[5]。

高速公路沿線的外場設備，在計算機網絡子系統的精密調控下，借助自愈環網技術，將采集的數據信息實時傳送至收費站監控室。隨后，這些信息經由以太網傳輸至分中心的以太網交換機進行高效處理。最終，經過高清解碼器的精細解析，信息被清晰呈現于顯示屏上，供相關人員直觀掌握道路狀況。

4 結語

近年來，隨著技術的不斷發展，越來越多的先進技術被引入到高速公路監控系統中，使其性能不斷提升。智能化的高速公路監控系統能夠利用先進技術實時監測道路情況、交通流量和車輛信息，及時發現并處理各類問題，并能夠智能調度交通資源，提高路況通暢性和安全性。這些先進技術的應用將使得監控系統更加高效、準確，有助于提升高速公路整體管理水平和服務質量。通過不斷優化和改進監控系統，將為高速公路運營管理提供更多可能性，為交通運輸領域的發展注入新動力。

參考文獻：

[1]程建行.高速公路監控系統智能化建設研究[J].交通世界，2021（33）：15-16.

[2]王嗣策.高速公路監控系統設計技術探析[J].中國勘察設計，2021（12）：95-97.

[3]黃顯鑄.智慧監控在高速公路信息化中的應用[J].西部交通科技，2021（12）：45-46+115.

[4]常偉，陳鑫.江蘇高速公路服務區智能化系統設計[J].中國交通信息化，2023（11）：115-118.

[5]魏堅強.高速公路視頻監控系統設計分析[J].運輸經理世界，2024（24）：142-144.