1、高速公路智能全程监控系统关键技术及其案例分析摘要：支撑高速公路运营管理的通信、收费、监控等系统是交通智能信息化的重要组成部分。随着计算机网络、自动化处理技术的水平不断提高，视频监视及人工智能等各项技术的广泛应用，高速公路智能全程监控系统的实施条件已经具备。文章就解决当前高速公路智能全程监控系统的关键技术进行分析并结合相关案例做出说明。 关键词：高速公路；智能全程监控系统；关键技术 中图分类号： U416 文献标识码： A 1、高速公路智能全程监控系统概述 高速公路智能全程监控系统的主要结构是监控中心和监控外场设备的两级布设。监控中心可以通过采集公路交通和气象等参数来实现交通数据自动检测、交通事
2、件监测及报警和全程视频监视等相关技术手段的最有效结合。智能全程监控系统的实施，能够随时掌握不断变化的交通流，实现对全路段的有效监控，及时发现交通事件及异常情况，迅速采取有效对应措施，减少或避免交通阻塞、拥挤和事故的发生，使交通控制措施能够得到及时发布，减轻路政、养护、监控等人员的工作压力，保障高速公路的安全运营和畅通。 2、高速公路智能全程监控系统的功能分析 (1)信息采集：通过视频监视和交通数据信息采集系统,为管理人员提供各路段区域的实时交通状况。 (2)数据处理：综合监控软件通过自动交通状况监测的模型算法,能够准确,快速地检测拥塞与确认拥塞类型,提高系统的自动化程度。 (3)信息发布：通过
3、可变信息标志、公众信息发布平台、车联网等方式发布信息,将实时交通信息传递给相关车辆驾驶员,诱导驾驶员安全、及时地适应道路情况变化。 (4)信息共享：以信息中心为路况信息平台,形成上、下级管理机构和系统内外用户的信息共享,提高高速公路管理的快速反应处理能力。 3、实现高速公路智能全程监控系统的关键技术分析 3.1、视频监控系统中各种数据的传输控制和存储实现 视频监控系统包含收费站、服务区监控以及道路监控等 3 个主要部分，由于该系统的视频监控点布局需要较大数量，并且布局位置十分分散，所以，必须解决实时和高效视频传输技术难题，并加强数据的控制和存储方法研究，这也是对高速公路智能全程监控系统进行科学
4、设计的重点与难点问题。目前系统通过采用 TCP/IP 网络传输协议方式来实现数字全编码类的视频监控系统，并通过这种方案来实现道路、服务区监控和收费站监控组网，并与监控中心组成二级监视与控制体系，从而对于整个监控网络实现统一的科学管理。 3.2、公路全程监控所有系统的各功能分析软件设计 以往传统常规的高速公路监控系统通常只能实现各类交通信息和气象数据的采集、显示和储存，道路设备监控软件和视频监视软件根本无法互相融合，很多情况是通过人工判断来实现高速公路的交通诱导，基本谈不上自动化与智能化，并且存在着的问题，所以要对于高速道路设备的各种监控软件和视频监视软件实施同时性和一体化的设计，只有这样才能实
5、现真正全程、智能和高效的监控目的。 3.3、智能监控系统的电力供应问题 高速公路工作信息量大、时效性强，这就要求确保智能监控系统工作正常，时时处理高速路况信息，电力供应及时。为了有效解决电力问题，目前采取的两种较为实用的方法为外接长电缆进行远途供电、利用太阳能自发生电。对于电力供应，需要结合不同的情况选择不同的方案，如果高速公路段路面较为宽广，且治安措施很到位，那采取经典的外接长电缆供电就可以满足很好的要求；而如果高速公路的路基铺设电缆不好，并且距离供电站较远，那采取太阳能供电较好，在确保电力供应正常的情况下，还可以预防电缆被盗等风险。对于不同的情形，选择不同的措施，有利于解决电力供应的关键技
6、术问题。 3.4、监控布点及数据采集设备布点 （1）监控摄像机布点 视频全程监控点到点距离间隔 500m、1km、1.5km 的监控是今后高速公路视频监控的几个选择点,且相邻选择点方案的投资基本上是成倍增加,因此选择好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 米单方向的监控肯定是最佳的方案。但这个方案却是投资最大的方案，因此建议 1km 的双向监控，采用 15m 左右的立杆，双向拍摄两个方向的情况。这样两个监控点相对的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。如果由于成本控制方面考
7、虑，采用1.5km 的方式通过变焦镜头、云台控制等也可以实现视频全程监控，但是监控力度相较 1km 的方式有所下降。为了兼顾投资成本和效益，可以采取在安全隐患区域的重点路段考虑 1km 的方式，在其他非重点路段考虑采用 1.5km 的方式，特殊重要路段采用摄像机点位加密布控方式。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，合理选择监控点距及监控摄像机类型是平衡监控与投资的重要条件。 另外，视频监控设备位置选择还应兼顾信息显示标志位置合理布设。 （2）交通流检测设备布点 高速公路路段上，每间隔 1-2 公里应设置一处交通流检测设备（首选微波检测器，装在路侧，检测双向交通流）
8、；高速公路沿线特大、大桥，特长、长隧道上游路段，应设置交通流检测设备；高速公路互通立交桥区、分流比例大于 15的分流匝道，应设置交通流检测设备； （3）气象检测设备 高速公路沿线易出现积水、结冰、下雾等异常气象情况的路段，应设置具备相应检测功能的气象检测设备； （4）信息显示标志 信息显示标志位置宜设置在高速公路出口上游， （根据出口下游关联路线复杂或重要程度，选择不同类型，单悬臂双基色或嵌入式复合屏） 、高速公路上常发阻塞点上游分流节点之前、高速公路与可替换道路的路径选择点之前、高速公路与国省道、快速路、城市主干道交叉口或互通立交之前。 3.5、摄像机选型 摄像机的选型也是对投资的成本影响的
9、关键因素，在“安全隐患”的重点区域摄像机可以选择高清红外夜视摄像机和变焦红外双波段热成像摄像机，以起到视频改善的作用，在其他非重点路段采用标清红外夜视摄像机，以减轻投资成本。高清红外夜视摄像机可以加强对道路监控的视频效果，变焦红外双波段热成像摄像机可以弥补其他摄像机在雨天、雾天以及夜晚受到汽车大灯强光照射后引起监控视频画面效果的不足。另外，为了解决高速公路道路照明少可视性差的监控问题，可采用带有激光夜视功能的摄像机，提高夜间的视频监控效果。 4、高速公路智能全程监控系统应用 4.1、事件检测系统 视频事件检测系统采用安装在道路上的遥控摄像机图像作为输入,在图像显示的覆盖范围内,能够进行各种交通
10、事件事故的自动检测,包括：交通事故、交通拥堵、遗弃物、车辆停驶、停止的明显团雾、行人、车辆逆行、火灾、重大灾难等,并且系统具有联动功能,当系统检测到交通事件、事故时,系统能够快速自动报警和自动录像,并自动弹出事故画面在显示器墙进行实时地显示；管理人员可根据画面对现场进行临时调度,并及时改变可变情报板显示内容，进行提前预告,为道路交通安全管理和道路运营的交通异常实时检测提供帮助，是道路全程监控的技术核心。 4.2、车牌自动识别系统 对于高速公路，车牌自动识别系统是一种有效的监管措施。车牌自动识别系统(简称 ALPIS)以汽车牌照为特定对象，结合了光电、图像处理、PC、数据传输等先进技术。高速公路
11、实行的是全封闭管理，收费监控系统中车牌自动识别系统可以按照高速公路入口和出口来分别实现监管。 在高速公路入口处，当车辆通过入口处的摄像区域时，激发处理单元启动，抓拍图像并进行识别，然后将通过置信分析的结果由监控车道机写入通行卡内，与此同时将相应图像及处理结果送达相应服务器。在高速公路出口处，当车辆到达摄像区域时，激发系统处理单元自动识别车牌号码，其过程与入口处相同、)并将识别结果和通行卡上的信息进行对比，还要和系统内储存的入口处的识别信息也进行对比。若两次对比都相同则收费放行，若不相同做出提示，工作人员进行相应的处理。 4.3、诱导绕行系统 诱导绕行系统就是通过 LED 显示屏对超高车辆进行安
12、全行车路线诱导。通过激光检测系统准确检测，当检测到有超高车辆时，将这一信号(一般为无线方式)传输给前方 LED 显示屏以声光提示的方式提醒，诱导超限司机改变自己的行车路线或采取相应处理措施，达到一警示、二诱导的目的。 4.4、抓拍违章系统 抓拍违章系统就是将超高车辆没有执行 LED 诱导屏指示处理的进行违章抓拍或录像并 LED 警示，在激光检测车辆超高时，不仅触发了 LED警示牌及声光预警，而且启动视频抓拍单元(或视频录像)，把超高违章信息传输到上级监控中心数据 库里，以便有关人员采取措施和整理违章信息。 4.5、旅行时间发布系统 旅行时间在国外已经有非常成熟的应用，但在国内尚未有相关技术与系
13、统部署与高速公路或者是城市道路之上，目前多数地区仅提供以红黄绿三色行驶的道路拥堵提示，是一种定性的表示方式，而旅行时间发布系统采用卡尔曼滤波算法，预测以定量的形式发布点到点的时间预测值，是从原先的定性升级到定量，为广大出行者提供更加精准的出行服务信息。 4.6、公众信息发布系统 可通过视频、IP 数字、流媒体、互联网、终端设备等对外发布信息。4.7、车联网信息交互系统 未来发展方向上，智能全程监控系统的综合交通信息可作为车联网信息交互的一部分，在实现车与路（V2R） 、车与网（V2I） 、车与人（V2H）等的互联互通方面提供丰富的实时视频、交通诱导等信息。 相关案例分析 （1）河北石黄高速公路
14、全程监控系统 河北石黄高速公路（石家庄至沧州段） ，东起石安高速公路，向东经辛集市、深州市、武强县、献县、沧县，最终与京沪高速公路相接，全长 187.921 公里。 1.1 本工程在主干线上按每 1.5 公里布设一对摄像机，全线大约布设125 套固定及 125 套遥控摄像机，摄像机带有激光夜视功能，其镜头方向分别对着上行和下行方向，其中一台摄像机为固定，不转动，用于交通参数的测量和交通事件检测；另一台摄像机可转动，具有除检测交通事件的功能之外，还便于在本断面附近的事故现场实施跟踪监视，一旦事故处理完毕，该摄像机镜头方向则恢复到初始状态。 1.2.被传送到各监控分中心的视频信号、交通参数及能见度
15、数据，进行分析处理：上传到各分中心的各种视频信息，全部实施交通事件的检测，对检测到的事件和事故进行实时报警并存贮。对于采集到的交通参数和能见度参数进行实时处理和判决，一旦判定车辆的拥堵和能见度过低都实时报警。 1.3.监控分中心不论是由交通参数及能见度参数中判断出路况异常或视频图像检测到得交通事件报警，均与道路信息标志发生联动，并生成新的控制方案，发布新的道路信息命令，以及时诱导交通，减缓或消除交通拥堵。 1.4.各分中心和路中心配置的 46液晶显示器数量不同，但都要显示分中心所辖收费站的图像，监控软件中有辖区内外场设备布设的模拟地图，各种模拟地图显示如下信息： （1）外场设备的工作状态 （2
16、）外场测得的参数 （3）交通状态的显示 1.5.全线配备网络广播系统及时播报道路情况。 （2）浙江沪杭甬高速公路全程监控系统 浙江沪杭甬高速公路全程监控系统组成与石黄高速公路相类似，车辆检测系统采用了高清摄像机做为前端设备，系统主要由数据采集、交通监控、视频监控、情报板发布控制、公众发布、事件报警及联动处理等功能。结构如下图所示： 6、结束语 建立智能监控系统以后，还能够迅速提升高速公路综合管理的科技含量，从而有效地降低系统运营的成本，从而实现高速公路的高效安全运营和管理理念。 当然，我国高速公路道路监控系统的发展已经有了十几年的历史，而全程监控的概念被提出到工程实施也不过是最近几年的事情。基本上新建的全程监控项目都面临与已建设完成的原有监控系统如何进行整合的问题。 全程监控系统相比较以往某路段的监控系统而言，所涵盖的范围变大了，不在局限于某条高速公路，而是从全省甚至全国的角度去规划、建设，从而使全省监控系统和全国监控系统联网成为了可能，尽管要实现这一目标还有很多的困难和很长的路要走。 参考文献： 1刘轰,王瑞,杨根成.国家高速公路智能全程监控系统及关键技术分析J交通标准化.2011(8). 2尉自斌,罗小荣,王志文.高速公路监控系统中几种视频传输方案J公路,2012(5). 3沈超.基于高速公路的道路监控系统.科技向导,2012(1).
