高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘 要：我國(guó)的高速公路網(wǎng)絡(luò)如織，遍布全國(guó)，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域扮演著舉足輕重的角色。為了保障這一動(dòng)脈的順暢與安全，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，成為不可或缺的智能化助手。這一系統(tǒng)巧妙地在公路兩側(cè)布局，隨著我國(guó)高速路網(wǎng)的日益壯大，其智能化水平也在不斷精進(jìn)。如今，它已能實(shí)現(xiàn)對(duì)全程車速、車流的精準(zhǔn)監(jiān)控，為高速路的平穩(wěn)運(yùn)行保駕護(hù)航。本文深入探討了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)智能化的內(nèi)涵、構(gòu)成及實(shí)際應(yīng)用，旨在為未來(lái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供有益的參考，進(jìn)一步鞏固我國(guó)高速公路的安全與暢通。

關(guān)鍵詞：高速公路監(jiān)控系統(tǒng) 智能化 設(shè)計(jì) 應(yīng)用

隨著生活品質(zhì)的持續(xù)提升，居民汽車保有量顯著增長(zhǎng)，這直接促使高速公路的交通流量激增，同時(shí)也增大了道路安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。高速公路以其高速運(yùn)行的特點(diǎn)，一旦發(fā)生事故，后果往往極為嚴(yán)重，甚至威脅到整個(gè)路網(wǎng)的運(yùn)行安全。在此背景下，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用顯得尤為重要。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)提供圖像視頻等關(guān)鍵信息，助力管理人員精準(zhǔn)調(diào)度交通資源，從而有效保障高速道路交通運(yùn)輸?shù)陌踩?。?dāng)前，我國(guó)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要依賴于數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸，這些數(shù)據(jù)需經(jīng)歷多重處理后，方能送達(dá)監(jiān)控中心，進(jìn)而依據(jù)實(shí)時(shí)路況發(fā)布交通調(diào)度指令。然而，盡管高速公路監(jiān)控系統(tǒng)已初步鋪設(shè)，其設(shè)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(duì)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的智能化內(nèi)涵進(jìn)行了深入剖析，進(jìn)而細(xì)致解構(gòu)了其構(gòu)成要素。最終，以某高速公路為實(shí)例，探索并提出了智能化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用策略，旨在為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力指引，推動(dòng)其向更高層次的智能化邁進(jìn)。

1 高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)述

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)智能化是一項(xiàng)復(fù)雜而精密的系統(tǒng)工程，它巧妙融合了現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，形成了一個(gè)全方位、閉環(huán)式的綜合管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在為高速公路運(yùn)營(yíng)管理注入科學(xué)、高效的管理力量，特別是針對(duì)交通流量調(diào)控和交通安全保障兩大核心領(lǐng)域。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)智能化的核心在于技術(shù)的集成與創(chuàng)新。通過集成一系列尖端科技，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)擁有了智能化的語(yǔ)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(qiáng)了車、路、人之間的連接與互動(dòng)。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅提升了高速公路的智能化水平，還構(gòu)建了一個(gè)安全、高效的現(xiàn)代交通系統(tǒng)[1]。在這一智能化系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下，外場(chǎng)設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)采集高速公路上的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過高效處理和傳輸，為監(jiān)控中心提供準(zhǔn)確的道路信息。監(jiān)控中心則根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，迅速作出反應(yīng)，發(fā)出科學(xué)的交通調(diào)度指令，確保高速公路的順暢與安全。高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)不僅在信息交流方面發(fā)揮了巨大作用，使用戶能夠根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)合理規(guī)劃出行路線，還實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)的整合與協(xié)同，極大地提高了高速公路的治理與管控能力。這一系統(tǒng)顯著提升了高速公路路網(wǎng)的承載力，同時(shí)也將傳統(tǒng)的管理理念轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙匀藶楸尽?，更加關(guān)注用戶的安全與便捷。高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容涵蓋了交通監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處理、安全管理、收費(fèi)管理、氣象管理等多個(gè)方面，為用戶提供了全方位、一站式的智能化服務(wù)。

2 高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)行監(jiān)控分中心、收費(fèi)通信中心及外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備三級(jí)精細(xì)管理，此架構(gòu)下，系統(tǒng)被科學(xué)劃分為五個(gè)既獨(dú)立又協(xié)同的子系統(tǒng)，共同支撐起高效、智能的監(jiān)控管理體系。

2.1 交通信息采集子系統(tǒng)

交通信息采集子系統(tǒng)專注于全面捕獲高速公路的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，如路段溫度、濕度、能見度、車流量及車速等。該系統(tǒng)憑借高效的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸至監(jiān)控中心。隨后，監(jiān)控中心對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行詳盡的匯總與分析，精心編制數(shù)據(jù)報(bào)表，并制定相應(yīng)的解決方案，從而為監(jiān)控中心的科學(xué)決策提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。此系統(tǒng)核心功能在于數(shù)據(jù)采集，故主要配備了環(huán)形線圈檢測(cè)器、微波交通檢測(cè)器、紅外檢測(cè)器以及道路氣象監(jiān)測(cè)器等先進(jìn)設(shè)備[2]。

2.2 信息提供子系統(tǒng)

信息提供子系統(tǒng)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(jù)這些信息合理規(guī)劃交通路線。用戶據(jù)此可實(shí)施變道、調(diào)控車速等操作，確保出行暢通無(wú)阻且安全無(wú)虞，從而大幅提升出行效率與安全性。

2.3 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)精心布設(shè)于高速公路的關(guān)鍵路段與區(qū)域，如收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、事故多發(fā)地段及地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)等，旨在實(shí)時(shí)捕捉并傳輸這些區(qū)域的動(dòng)態(tài)畫面至監(jiān)控中心。特別是在事故易發(fā)區(qū)域，該系統(tǒng)能即時(shí)傳送事故現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息，助力監(jiān)控中心人員迅速響應(yīng)，調(diào)配救援力量，有效遏制事態(tài)惡化，減少人員傷亡。此外，借助視頻監(jiān)控子系統(tǒng)儲(chǔ)存的圖像資料，交警部門能夠深入分析事故成因、明確責(zé)任歸屬。該子系統(tǒng)核心功能在于生成并傳輸圖像信息，因此，其配備的設(shè)備涵蓋了攝像機(jī)、解碼器、云臺(tái)以及控制鍵盤等，共同構(gòu)建起一套高效、全面的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

2.4 交通控制子系統(tǒng)

交通控制子系統(tǒng)專注分析高速公路的交通量與氣象數(shù)據(jù)，以科學(xué)實(shí)現(xiàn)交通調(diào)度與控制。該系統(tǒng)現(xiàn)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(zhǔn)的引流與調(diào)度，確保高速公路運(yùn)行流暢、高效。

2.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的聯(lián)結(jié)角色，它巧妙地將高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的所有設(shè)備緊密相連，構(gòu)筑起一個(gè)全面且協(xié)調(diào)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)依托計(jì)算機(jī)設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備等核心組件，成功實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接，共同構(gòu)成一個(gè)完整而高效的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)[3]。其監(jiān)控控制過程如圖1所示。

在監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，檢測(cè)器持續(xù)監(jiān)測(cè)交通流量，監(jiān)控中心的控制人員則依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作出決策，并輸入相應(yīng)的交通流量控制參數(shù)，以確保道路暢通無(wú)阻。

控制器根據(jù)預(yù)設(shè)指令調(diào)控高速公路交通流量后，信息采集設(shè)備隨即對(duì)比控制前后的流量狀況，并將反饋數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心，為后續(xù)的監(jiān)控與控制措施提供精準(zhǔn)依據(jù)。

3 高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某高速公路全長(zhǎng)68.7公里，總投資達(dá)11.4億元人民幣。這條高速公路的建成將在區(qū)域內(nèi)形成高速公路網(wǎng)的規(guī)模效益，能夠極大地促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文以該高速公路為例，對(duì)高速公路智能化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整體分析和設(shè)計(jì)。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該高速公路監(jiān)控系統(tǒng)采用三級(jí)管理模式，即監(jiān)控分中心、收費(fèi)通信中心及外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備，為典型的高速公路監(jiān)控架構(gòu)（見圖2）。監(jiān)控分中心設(shè)于收費(fèi)站，負(fù)責(zé)匯總、分析各收費(fèi)站管轄路段外場(chǎng)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)信息，并據(jù)此作出科學(xué)的監(jiān)控決策。

3.2 外場(chǎng)設(shè)備安裝設(shè)計(jì)

外場(chǎng)設(shè)備肩負(fù)著數(shù)據(jù)采集的重任，需將所獲取的信息精準(zhǔn)傳送至監(jiān)控中心。鑒于高速公路收費(fèi)站管轄路段的外場(chǎng)設(shè)備數(shù)量眾多，安裝時(shí)需綜合考慮設(shè)備性能、監(jiān)控需求等要素，確保設(shè)備實(shí)現(xiàn)全方位、全路段監(jiān)控，并預(yù)先規(guī)劃性能升級(jí)與數(shù)量增加的空間，以適應(yīng)未來(lái)發(fā)展需求。

在設(shè)計(jì)安裝氣象檢測(cè)器時(shí)，需緊密結(jié)合路段實(shí)際狀況。若路段屬于平原區(qū)域，氣象檢測(cè)器的適宜間距可設(shè)定為30km至50km；而對(duì)于大風(fēng)頻發(fā)的路段，為確保氣象監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性與時(shí)效性，氣象檢測(cè)器的間距則需調(diào)整至50km以上。

鑒于本次高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的路段屬于平原地區(qū)，我們僅選用了一組攝像機(jī)設(shè)備，并精心選擇在高速公路K26+500位置進(jìn)行安裝。對(duì)于具備圖像視頻拍攝功能的檢測(cè)器，其設(shè)計(jì)安裝嚴(yán)格依據(jù)攝像機(jī)的實(shí)際性能。本次我們采用了高清網(wǎng)絡(luò)槍式攝像機(jī)，并沿主線每隔2km安裝一個(gè)，以確保監(jiān)控?zé)o死角。同時(shí)，針對(duì)發(fā)布公路信息的可變情報(bào)板，我們也進(jìn)行了合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)。在高速公路入口處，我們采用了門架式可變情報(bào)板，以清晰展示信息；而在匝道收費(fèi)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(bào)板，以靈活適應(yīng)不同路況需求[4]。

在事故頻發(fā)及交通擁堵等高風(fēng)險(xiǎn)路段前的5km至10km范圍內(nèi)，我們規(guī)劃設(shè)置了可變情報(bào)板，以便及時(shí)發(fā)布路況信息。對(duì)于交通流量監(jiān)控，我們選用了微波車輛檢測(cè)器，并將其安裝于互通立交出口前的主線與收費(fèi)站出入口。此外，在事故易發(fā)及交通擁堵路段的2km前，我們也增設(shè)了微波車輛檢測(cè)器，以加強(qiáng)監(jiān)控力度。

3.3 監(jiān)控信息傳輸方案設(shè)計(jì)

各收費(fèi)站管轄路段上的監(jiān)控設(shè)備持續(xù)采集數(shù)據(jù)信息，并將這些信息實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，為控制指令的發(fā)出提供有力依據(jù)。鑒于監(jiān)控系統(tǒng)的外場(chǎng)設(shè)備廣泛分布于高速公路沿線，我們?cè)谠O(shè)計(jì)監(jiān)控信息傳輸方案時(shí)特別增加了遠(yuǎn)程光模塊，并利用RRPP技術(shù)實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備的組網(wǎng)，確保數(shù)據(jù)共享無(wú)礙，提升監(jiān)控系統(tǒng)的整體效能。

在RRPP技術(shù)的助力下，前端設(shè)備與RRPP終端設(shè)備通過485和232接口實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，高效回傳監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息。外場(chǎng)設(shè)備先將數(shù)據(jù)傳送至收費(fèi)站的監(jiān)控室，再由監(jiān)控室轉(zhuǎn)送至監(jiān)控分中心，并最終上傳至省級(jí)監(jiān)控中心。沿途的監(jiān)控室和分中心均能實(shí)時(shí)以圖像形式在監(jiān)控屏上展示回傳數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行妥善存儲(chǔ)。結(jié)合本次高速公路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，我們采用了自愈環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式，該方式不僅能夠有效規(guī)避光纖通信中的高故障問題，還能顯著降低監(jiān)控設(shè)備的使用數(shù)量，從而在確保數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的同時(shí)，有力保障數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)陌踩浴?/p>

3.4 視頻顯示方案設(shè)計(jì)

在收費(fèi)站監(jiān)控室與監(jiān)控分中心，均配備了專業(yè)的監(jiān)控顯示屏，以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)外場(chǎng)設(shè)備采集的路況信息。這些信息依托通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速傳輸，一旦抵達(dá)收費(fèi)站監(jiān)控室與監(jiān)控分中心，便會(huì)通過光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)傳送至以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，收費(fèi)站監(jiān)控室配置了15路道路圖像與6路數(shù)據(jù)接口，而監(jiān)控分中心則設(shè)有14路道路監(jiān)控圖像與4路數(shù)據(jù)接口。這些數(shù)據(jù)首先會(huì)在高清解碼器中進(jìn)行深入分析與解碼，隨后，經(jīng)過精細(xì)處理的數(shù)據(jù)信息將被連接至監(jiān)控分中心的顯示屏上，以供相關(guān)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析[5]。

高速公路沿線的外場(chǎng)設(shè)備，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的精密調(diào)控下，借助自愈環(huán)網(wǎng)技術(shù)，將采集的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳送至收費(fèi)站監(jiān)控室。隨后，這些信息經(jīng)由以太網(wǎng)傳輸至分中心的以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行高效處理。最終，經(jīng)過高清解碼器的精細(xì)解析，信息被清晰呈現(xiàn)于顯示屏上，供相關(guān)人員直觀掌握道路狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被引入到高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，使其性能不斷提升。智能化的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用先進(jìn)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路情況、交通流量和車輛信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理各類問題，并能夠智能調(diào)度交通資源，提高路況通暢性和安全性。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用將使得監(jiān)控系統(tǒng)更加高效、準(zhǔn)確，有助于提升高速公路整體管理水平和服務(wù)質(zhì)量。通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)，將為高速公路運(yùn)營(yíng)管理提供更多可能性，為交通運(yùn)輸領(lǐng)域的發(fā)展注入新動(dòng)力。

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