淺談交通監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

魏如秋

摘要：交通通信網(wǎng)就是通過對關(guān)鍵基礎(chǔ)理論模型的研究，將信息技術(shù)、通信技術(shù)、電子控制技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)等有效地應(yīng)用于交通運輸系統(tǒng)，從而建立起在大范圍發(fā)揮作用的實時、準確、高效的交通運輸管理系統(tǒng)。本文主要分析交通監(jiān)控系統(tǒng)。

Abstract： The traffic communication network is based on the research of the key basic theory model， and effectively applies the information technology， communication technology， electronic control technology and system integration technology to the transportation system so as to establish the real-time， accurate and efficient transportation management system. This paper analyzes the traffic monitoring system.

關(guān)鍵詞：交通監(jiān)控系統(tǒng);信息采集;信息傳輸

Key words： traffic monitoring system;information collection;information transmission

中圖分類號：U491.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0231-02

1 交通監(jiān)控系統(tǒng)定義

交通監(jiān)控系統(tǒng)是交通通信網(wǎng)的一個核心子系統(tǒng)，它負責(zé)采集交通道路的各種信息，并將信息傳送至監(jiān)控中心來分析處理，它的表現(xiàn)直接影響到整個交通通信網(wǎng)的性能。實踐證明，交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是解決當(dāng)前交通擁堵、交通事故頻發(fā)、環(huán)境污染嚴重等問題的有效途徑，其關(guān)鍵技術(shù)為交通信息的采集、傳輸與處理。

如圖1，一個完整的交通監(jiān)控系統(tǒng)需要完成信息采集、傳輸和處理。系統(tǒng)通過布置在交通現(xiàn)場的監(jiān)控硬件設(shè)備（傳感器、攝像頭等）采集各種交通信息。信息采集完成后，可以采用有線或無線的方式，傳輸給指揮中心進行信息處理。指揮中心負責(zé)處理分析交通信息，并采取針對性的措施排除交通事件，保障交通運輸?shù)陌踩鲿?。下文就信息采集、信息傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)在交通監(jiān)控的應(yīng)用展開論述，最后指出了指揮中心應(yīng)發(fā)揮的作用。

2 信息采集

2.1 視頻交通事件檢測技術(shù)

視頻交通事件檢測技術(shù)是一種傳統(tǒng)的交通監(jiān)控技術(shù)，該技術(shù)利用沿線攝像機采集的視頻圖像對車輛及道路狀況進行分析，并根據(jù)圖像處理算法產(chǎn)生事件告警。由于此類算法的實現(xiàn)對圖像對比度和飽和度的要求不高，可以適用白天、黑夜、雨、雪等特殊天氣。該技術(shù)能對道路上以下交通事件進行檢測，如車輛停駛、交通擁堵、進入隧道、車輛逆行、重大交通事故等，甚至可對隧道內(nèi)火情、車輛大型丟拋物進行檢測。其特點是：首先，提供了事件現(xiàn)場的視頻圖像，便于監(jiān)控值班員了解真實情況，并且伴有聲光告警信號提示監(jiān)視值班員，采取有效的處理措施;其次，視頻交通事件自動檢測技術(shù)還能提供交通事件現(xiàn)場的錄像，便于事后的事故分析;第三，可利用沿線固定攝像機兼作車輛檢測器提供豐富的交通參數(shù)，包括交通流量、平均車速、車牌號、車型、車排隊長度等交通信息，為交通監(jiān)控系統(tǒng)更全面有效的掌握道路交通狀況提供支持。

交通監(jiān)控系統(tǒng)中，利用沿線遙控攝像對交通運行及道路狀況進行監(jiān)視是監(jiān)控系統(tǒng)的主要手段之一，其優(yōu)點是監(jiān)視范圍大，圖像信息內(nèi)容豐富、直觀。隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，利用視頻圖像持續(xù)進行實時交通運行分析跟蹤技術(shù)的提高，交通監(jiān)控的實時性和可視性有了顯著的提高。

2.2 無線傳感器技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息，并報告給用戶。在這個定義中，傳感器實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和簡單的處理，對應(yīng)著現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)技術(shù)之一的傳感器技術(shù)。相比于視頻監(jiān)控技術(shù)，無線傳感器技術(shù)是近年來新興的一種無線監(jiān)控技術(shù)。

交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點通過使用傳感器關(guān)鍵技術(shù)RFID，自動采集車輛、道路、建筑物、氣象等目標(biāo)信息，然后經(jīng)過短距離無線數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，由控制中心處理器將信息整合，提取出與交通堵塞和行車安全有關(guān)的內(nèi)容，采取相關(guān)措施。交通監(jiān)控系統(tǒng)中，在道路的合適位置放置RFD和FFD節(jié)點，這些節(jié)點的編號與其放置的地理位置相對應(yīng)，并輸入監(jiān)控主機數(shù)據(jù)庫。其中RFD節(jié)點可提供道路的基本信息，并能實時采集交通狀況（如塞車、突發(fā)事故等）。車輛中可裝備FFD節(jié)點，根據(jù)需要可以向鄰近的節(jié)點接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，也可作為其他節(jié)點間通信的路由設(shè)備。這樣通過傳感器節(jié)點采集的道路信息，指揮中心可以有效的監(jiān)控道路狀況，向車輛發(fā)布道路信息，并及時指揮調(diào)度處理道路突然事故。

傳感器關(guān)鍵技術(shù)RFID應(yīng)用于交通監(jiān)控網(wǎng)的主要優(yōu)勢是該技術(shù)可以識別高速運動的多個物體，可以容易地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中結(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸。較之其它的一些傳輸技術(shù)，RFID還具有數(shù)據(jù)存儲量大、小巧輕便、使用壽命長、防水防磁、安全性好等優(yōu)點。

3 信息傳輸

布置在交通現(xiàn)場的硬件監(jiān)控設(shè)備完成了信息采集的任務(wù)，而將這些交通信息傳輸給監(jiān)控中心的任務(wù)對應(yīng)著現(xiàn)代信息技術(shù)中的通信技術(shù)。本節(jié)就交通監(jiān)控系統(tǒng)中幾種常用的通信技術(shù)進行簡單介紹。

3.1 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信簡而言之就是地球上的無線電通信站利用衛(wèi)星作為中繼而進行的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別是衛(wèi)星和地球站。衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)主要包括以下方面：電視電話會議、數(shù)據(jù)通信及語音通信等。其特點是可靠性高，不受自然災(zāi)害的影響;電路設(shè)置相對靈活，若話務(wù)量過于集中可隨時進行分散;可實現(xiàn)在多處同時接收，具有較強的多址特點;不同方向或者不同區(qū)間都能夠使用同一信道;通信范圍較大，只有衛(wèi)星能夠覆蓋到的地方，任何兩點之間都可以實現(xiàn)通信。衛(wèi)星通信可作為交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)跨區(qū)域之間的信息傳輸與交換的主要通信方式。endprint

3.2 光纖通信

光波是光纖通信的載頻，它是一種以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的通信方式。其有五個特點：一是傳輸頻帶寬、通訊容量大。與一般電通信相比，光纖通信的載波頻率遠超其1000-10000倍，高達5-10Hz左右;二是信號損耗低。當(dāng)前光纖通信中所有的光纖基本都是石英材料，這種材料純凈度較高，即使是在光波長為1550nm左右處，其衰減也只有0.2db/km，可以說幾乎可以忽略其衰減，且其中繼距離能夠?qū)崿F(xiàn)較遠距離的傳輸;三是電磁不對其造成干擾。由于光纖并非是金屬材料，因此各類電磁干擾對其都不起作用;四是線徑細、重量輕。電纜直徑較大，且重量較大，而光纖則不同，它不僅直徑只有0.1nm左右，而且重量很輕;五是資源豐富。光纖的使用安全性極高，它本身不帶電，且具有較強的抗化學(xué)腐蝕能力，使用壽命較長。但與此同時光纖也存在一些不足之處，比如分路、耦合較為復(fù)雜;對切斷、連接技術(shù)要求較高;機械強度低等。然而，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和進步，各項光纖技術(shù)均取得了長足的發(fā)展，包括光電器件、光纜、光纖連接器等，光纖通信相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備都在逐步的完善中。截至目前，在交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中光纖通信已經(jīng)十分普通，特別是對于一些高速公路交通監(jiān)控系統(tǒng)來說，光纖通信的優(yōu)勢更是不言而喻，通過采用光纖通信實現(xiàn)了有線信道的建設(shè)，并以高速公路管理局為指揮中心，組建了高速公路交通監(jiān)控網(wǎng)。

3.3 微波通信

微波通信主要指地面微波通信，工作在300MHz-300GHz頻段，是利用分類波、厘米波和毫米波的無線電波作為“載波”，發(fā)送信號的通信方式。按照傳送信號的不同，可將微波通信分為兩類，分別是數(shù)字微波通信和模擬微波通信。由于數(shù)字微波通信存在傳輸速度快、傳輸容量大等諸多優(yōu)勢，使得其在近年來取得了飛速發(fā)展，也被越來越多的應(yīng)用到實際項目中。另外，微波通信的方向性和增益還能夠通過加高微波天線獲得增強。假設(shè)微波天線的口徑一致，天線的增益會和波長呈反比，通常天線增益都在40dB以上，且無需鋪設(shè)電纜和光纜，系統(tǒng)建設(shè)速度快、靈活性大、投資少，在交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中也占有重要地位。

4 信息處理

在交通監(jiān)控系統(tǒng)中，由指揮中心完成對信息的處理，主要應(yīng)用到現(xiàn)代信息技術(shù)中諸如圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)等信號處理技術(shù)，此類技術(shù)與所處理的信號的類型密切相關(guān)，種類繁多，在此不作詳細展開。本節(jié)將簡單介紹信息處理完成后，指揮中心擔(dān)負的作用。

4.1 信息實時顯示

指揮中心將監(jiān)控硬件設(shè)備收集的各種交通信息、氣象信息等，按照信息分類進行預(yù)處理，并進行綜合分析處理，產(chǎn)生當(dāng)前的道路交通狀況、氣象及環(huán)境狀況信息;同時，各種采集及監(jiān)控分析處理過的數(shù)據(jù)最后以數(shù)字、文字和圖片相結(jié)合的方式顯示在交通監(jiān)控中心的服務(wù)器端。實時顯示的信息內(nèi)容主要有公路交通自然信息、公路交通環(huán)境信息、公路交通氣象信息、公路交通狀況信息以及公路交通違章及突發(fā)事件信息。

4.2 信息存儲管理

采集數(shù)據(jù)是海量，為便于對海量的采集數(shù)據(jù)進行查閱和選用，應(yīng)對其進行必要的管理。指揮中心應(yīng)對采集到的海量數(shù)據(jù)進行自動分類存儲，將所有原始數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論以圖形或者表的形式顯示或者打印出來，供查詢和整理使用，查詢可按需要調(diào)閱相應(yīng)的圖片信息，如此還能夠快捷的地找到公路中可能存在的安全隱患，及時制定修正措施。

4.3 監(jiān)控預(yù)警功能

當(dāng)交通狀況臨界飽和狀態(tài)和發(fā)生交通阻塞，氣象、環(huán)境狀況達到設(shè)定的限值時，指揮中心系統(tǒng)中的監(jiān)控模塊將產(chǎn)生報警，監(jiān)控工作人員提出相應(yīng)的控制策略，如限速、路段情況提示、告警等相關(guān)信息，實時調(diào)整路網(wǎng)或路段的交通流量，有效緩解路網(wǎng)的通行能力;提示駕駛員注意行車安全，或通知關(guān)閉相應(yīng)的車道;告警信號產(chǎn)生的同時，一旦出現(xiàn)異常情況，就會通過視頻監(jiān)控模塊控制攝像機云臺，將相關(guān)情況報告給監(jiān)控中心，實現(xiàn)快速的應(yīng)對。

5 小結(jié)

本文就交通監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)按信息的采集、傳輸與處理三部分進行介紹。信息采集技術(shù)又分別介紹了傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)和新興的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。信息傳輸部分重點介紹了目前交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中主流的幾種通信方式，最后就指揮中心需要完成的職能進行了簡單的說明。

參考文獻：

[1]秦勇，徐杰，王卓，賈利民.基于GIS的軌道交通網(wǎng)指揮中心綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國鐵道科學(xué)，2007（04）.

[2]蒙建波，張軍，劉紹云，向曉波.城市軌道交通綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計探討[J].重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2001（04）.

[3]胡雪霏.2017大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的城市軌道交通運營管理創(chuàng)新與發(fā)展研討會在京圓滿召開[J].城市軌道交通，2017（06）.

[4]陳茜，裘紅妹，林群，李鋒，關(guān)志超，趙一斌，張昕，蔡五三，杜勇，陳智宏，汪祖云，樂娟，謝振東，張孜，田夫，陶云，盧一夫，劉延?xùn)|，周飛雄，陳觀宙.全國智能交通系統(tǒng)示范城市建設(shè)示例[J].城市交通，2008（02）.endprint