高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

莊國(guó)雄

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，尤其是高速公路工程的建設(shè)，縮短了城市之間交通運(yùn)輸耗時(shí)，給人們和企業(yè)帶來(lái)了極大的便利性。作為高速公路工程建設(shè)重要組成部分，高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)還是高速公路交通情況管理的重要手段之一。文章將簡(jiǎn)單概述高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)其設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行分析研究，為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）26-0089-02

Abstract： With the development of social economy， the transportation industry has also been developed rapidly， especially the construction of highway projects， which shortens the time consuming of transportation between cities and brings great convenience to people and enterprises. As an important part of expressway engineering construction， expressway electromechanical monitoring system is also one of the important means of expressway traffic management. In this paper， the motorway electromechanical monitoring system will be summarized， and the design and application of it will be analyzed， which will provide reference for the related workers.

Keywords： highway； electromechanical monitoring system； design analysis

1 概述

通過(guò)高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效地對(duì)高速公路的交通情況進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，保障了高速公路的安全性和高效性。高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)基于當(dāng)前的道路環(huán)境下，對(duì)道路中相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集和分析處理，如果發(fā)生突發(fā)的交通事故或者其他意外事故，引發(fā)交通產(chǎn)生擁堵時(shí)，高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)提醒相關(guān)工作者積極采取必要的措施進(jìn)行問(wèn)題的解決，從而提高了高速公路的安全性和穩(wěn)定性。因此，研究分析高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)分類研究

隨著我國(guó)高速公路的不斷發(fā)展和建設(shè)，其安全性和高效率越來(lái)越受社會(huì)的關(guān)注?，F(xiàn)階段，常采用設(shè)置機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的方式，對(duì)高速公路的交通情況以及安全運(yùn)行進(jìn)行管理，其根據(jù)應(yīng)用方式的不同，可以分為以下三個(gè)方面：

2.1 高速公路收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)

由于高速公路在進(jìn)行建設(shè)過(guò)程中，采用貸款的方式進(jìn)行項(xiàng)目資金的籌集，因此大部分高速公路都會(huì)設(shè)置收費(fèi)站，進(jìn)行貸款資金的回收。通過(guò)在收費(fèi)站設(shè)置機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，一方面可以對(duì)相關(guān)收費(fèi)工作人員的日常工作進(jìn)行監(jiān)督，避免徇私舞弊，職務(wù)侵占的犯罪行為出現(xiàn)；另外一方面還能夠提升安高速公路的管理水平，為車流量情況以及違章車輛的監(jiān)管提供支持渠道。

2.2 隧道或者橋梁監(jiān)控

高速公路行駛過(guò)程中，部分駕駛?cè)藛T在駕駛過(guò)程中，如果駕駛行為不良或者駕駛的車輛存在性能問(wèn)題，在遇到一些橋梁和隧道時(shí)，很容易出現(xiàn)安全事故，不僅嚴(yán)重?fù)p害了周圍車輛的安全，而且對(duì)高速公路的基礎(chǔ)建設(shè)帶來(lái)嚴(yán)重的破壞。因此，通過(guò)在隧道、橋梁等特殊路段，設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)途徑該區(qū)域的車輛進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控和違章行為拍照，可以有效提升高速公路的安全性。

2.3 路面監(jiān)控系統(tǒng)

借助路面監(jiān)控系統(tǒng)，高速公路的管理人員，可以對(duì)高速公路的實(shí)時(shí)交通情況掌握了解。借助于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理能力，將路面監(jiān)控系統(tǒng)的攝像頭、傳感器等收集到的交通相關(guān)的數(shù)據(jù)信息傳遞給管理人員，可以幫助他們制定符合當(dāng)前交通情況的交通管理方案，提升了高速公路運(yùn)行的效率。

3 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù)

在進(jìn)行高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并結(jié)合用戶的是情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)選用閉路電視監(jiān)控方案設(shè)計(jì)。分別由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)四個(gè)部分組成，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的相關(guān)圖像信息，可以進(jìn)行分配切換、存儲(chǔ)、處理以及還原等操作。

3.1 前端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

攝像機(jī)是前端系統(tǒng)的重要組成部分，通過(guò)攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路的實(shí)時(shí)路面進(jìn)行信息的觀察和收集工作。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于攝像機(jī)的選擇尤為重要，它決定了整個(gè)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量好壞。現(xiàn)階段，常采用的設(shè)計(jì)相為電荷禍合器件攝像機(jī)，簡(jiǎn)稱為CCD攝像機(jī)。其主要性能和參數(shù)如下：（1）色彩：一般的攝像機(jī)在色彩方面分為兩種：黑白和彩色。相比較彩色攝像機(jī)而言，黑白攝像不僅本身更加靈敏，更加適用于光線不足或者夜間燈光不足的區(qū)域，而且在水平清晰度方面，也比彩色攝像機(jī)更加清晰，同時(shí)價(jià)格優(yōu)勢(shì)也較為明顯。而彩色的攝像機(jī)所拍攝到的圖像，在衣服和場(chǎng)景的區(qū)分方面較為便利，可以有利對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行明顯的區(qū)分。（2）清晰度：受到電視制式的影響，攝像頭在垂直清晰度方面，受到一定程度的影響，一般為400行。而在水平清晰度方面，常采用人眼在觀看到電視圖形時(shí)，圖像呈現(xiàn)的水平細(xì)節(jié)的清晰度的量度情況，一般采用電視線TVL表示水平清晰度。在進(jìn)行高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果選用黑白攝像機(jī)，一般采用500線以上的水平清晰度；如果選用彩色攝像機(jī)，一般采用400線以上的水平清晰度。（3）照度設(shè)計(jì)要求：對(duì)于單位面積上，陽(yáng)光照射的所接受的光通量被成為照度。對(duì)于高速公路的攝像機(jī)而言，其靈敏度就是以照度來(lái)進(jìn)行表示的。將特定的測(cè)試卡作為攝像機(jī)的目標(biāo)，當(dāng)起鏡頭光圈調(diào)整為0.4時(shí)，對(duì)其光源照度進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)其輸出端的視頻信號(hào)幅度，借助示波器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，確保其控制在10%左右，這個(gè)時(shí)候所得到的測(cè)試卡照度就是攝像機(jī)的最低照度。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如果攝像機(jī)照射的對(duì)象的照度大于其最低照度的10倍以上，這時(shí)攝像機(jī)采集到的圖像才能較為清晰。在高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于黑白照相機(jī)的最低照度選擇時(shí)，一般選用低于0.1Lux；二對(duì)于彩色照相機(jī)的最低照度選擇時(shí)，一般選用低于0.2Lux。（4）同步：為了方便高速公路的遠(yuǎn)程管理工作，采用的攝像機(jī)應(yīng)具備電源和外接信號(hào)的同步功能。對(duì)于電源同步的選擇，一般采用由高速公路的監(jiān)控中心提供的交流同相電源。（5）電源：攝像機(jī)的電源一般采用交流220V、交流24V以及滯留12V。在高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)攝像機(jī)的電源同步進(jìn)行選擇，必要時(shí)可以采用外同步的方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步進(jìn)行切換。（6）自動(dòng)增益控制（AGC）：借助自動(dòng)增益控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，當(dāng)光照不足以及低燈光亮度的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)信號(hào)采集的強(qiáng)度提升，從而確保獲得的圖像信息較為清晰。（7）自動(dòng)白平衡：對(duì)于彩色攝像機(jī)而言，只有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行平衡性調(diào)整，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)車輛和物品進(jìn)行還原色彩的查看。（8）電子亮度控制：部分CCD攝像機(jī)可以對(duì)射入光線的強(qiáng)度，對(duì)CCD的圖像傳感器的曝光時(shí)間進(jìn)行有效的控制和調(diào)節(jié)。

3.2 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的圖像采集現(xiàn)場(chǎng)和控制中心之間存在一定的距離，需要借助傳輸系統(tǒng)對(duì)前端采集到的圖像信息進(jìn)行傳遞，同時(shí)還要將控制中心發(fā)出的控制指令，反饋到執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要包含對(duì)視頻信息的傳輸以及控制信息的傳輸兩種。

3.3 控制系統(tǒng)

3.3.1 模擬控制系統(tǒng)

（1）視頻矩陣切換器：可以對(duì)多路的視頻輸入輸出信號(hào)進(jìn)行控制和切換，借助于電子開(kāi)關(guān)，可以組成切換矩陣，對(duì)任何一路的輸入視頻信號(hào)進(jìn)行切換。在進(jìn)行此部分設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意輸入和輸出的容量問(wèn)題，設(shè)計(jì)要充分考慮未來(lái)的擴(kuò)展需求。（2）雙工多畫(huà)面視頻處理器：通過(guò)將多路的視頻信號(hào)進(jìn)行處理，整合成一幅圖像，在顯示器上進(jìn)行多路信號(hào)的展示。常采用16畫(huà)面的顯示分割器。此外，雙工多畫(huà)面視頻處理器也可以通過(guò)一個(gè)攝像機(jī)對(duì)多路視頻信號(hào)進(jìn)行錄制，并可以進(jìn)行視頻相關(guān)數(shù)據(jù)的回訪，便于相關(guān)管理人員進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的查找。（3）多畫(huà)面分割器：就是將多個(gè)畫(huà)面處理之后，合并成呈現(xiàn)在一個(gè)顯示器當(dāng)中。現(xiàn)階段，常見(jiàn)的多畫(huà)面分割器有4畫(huà)面、9畫(huà)面以及16畫(huà)面的分割器。

3.3.2 數(shù)字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的傳輸功能，可以在較短的距離內(nèi)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的無(wú)衰減傳輸，一般超過(guò)200米以上，就會(huì)出現(xiàn)衰減問(wèn)題，需要進(jìn)行補(bǔ)償放大處理。而數(shù)字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)，借助了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)，可以對(duì)高速公路采集到的圖像信息進(jìn)行高清晰和高同步的傳輸，在高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用日漸廣泛。

3.3.3 數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)

設(shè)計(jì)使用數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)，可以為高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮保存。相關(guān)管理人員在進(jìn)行所需的圖像記錄查詢時(shí)，可以進(jìn)行任意檢索。相比較傳統(tǒng)的硬盤(pán)儲(chǔ)存設(shè)備，大幅度降低了相關(guān)管理人員的工作量，提高了他們的工作效率。而且，采用數(shù)字記錄的方式，可以提升圖像的抗衰減和抗干擾性能，無(wú)論相關(guān)數(shù)據(jù)被回放和檢索多少次，都不會(huì)影響圖像的質(zhì)量。

3.4 顯示系統(tǒng)

一般情況下，顯示系統(tǒng)都位于高速公路的控制中心和安?？刂茣r(shí)。其主要由監(jiān)視器和相關(guān)處理設(shè)備組成。

（1）監(jiān)視器：對(duì)高速公路前端采集到的圖像信息進(jìn)行呈現(xiàn)，如果設(shè)計(jì)時(shí)選用的黑白監(jiān)視器，則監(jiān)視器的水平清晰度應(yīng)高于600線；如果設(shè)計(jì)時(shí)選用的彩色監(jiān)視器，則監(jiān)視器的水平清晰度應(yīng)高于350線。（2）錄像機(jī)：主要是對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的記錄和重放。如果攝錄像系統(tǒng)和安全報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)式，也應(yīng)對(duì)其配備單獨(dú)的錄像機(jī)設(shè)備。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高速公路也得到了迅猛的發(fā)展。人們?cè)陉P(guān)注出行便利的同時(shí)，也對(duì)高速公路的安全性和穩(wěn)定性極為關(guān)注。通過(guò)設(shè)置高速公路機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)，不僅幫助相關(guān)管理人員可以及時(shí)掌握實(shí)施交通情況，對(duì)一些違章行為進(jìn)行記錄跟蹤，而且提升了高速公路的管理水平，提升了緊急情況下的效應(yīng)速率。因此，相關(guān)工作者應(yīng)加強(qiáng)自身專業(yè)能力，優(yōu)化高速公路的機(jī)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，推動(dòng)我國(guó)高速公路的可持續(xù)發(fā)展。

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