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監控系統是高速公路的動態保障系統，是保證高速公路的服務水平，充分發揮其安全、高速、舒適、高效特點的主要手段。實時了解道路狀況與交通運行情況、制定合理的控制方案將是監控系統的主要職能，如何充分運用監控系統的技術手段使高速公路整體通行能力達到最大水平將是監控系統所要解決的主要問題。

一、高速公路監控系統構成

根據監控系統的功能要求，高速公路監控系統具有如下系統基本構成：

監控系統由閉路電視監視子系統、交通監控子系統、電力監控子系統、調度電話子系統、交通地理信息子系統、專用車輛監控子系統等六個子系統構成。各子系統由高速公高速公路監控中心集中監控管理。

二、監控規模確定

在交通部頒布的《高速公路交通工程及沿線設施設計通用規范》（JTG  D80-2006）中要求管理設施的配置應符合以下規定：

高速公路的管理設施等級為A級，A級管理設施應為用路者提供清晰、完整、明了、準確的公路信息，為公路管理者提供科學、先進的技術手段、保障高速公路運行的安全、舒適與高效；A級管理設施應設置管理、監控、收費、通信、配電、照明和養護等設施。

A級監控系統分類：

三、監控各子系統構成及功能

1、閉路電視監視子系統

閉路電視監視子系統用以直觀地、實時地監視高速公路的交通運行情況和事故現場，對交通異常狀況進行確認，為救災排險提供第一手信息。

攝像機的布設。在互通立交路段設置彩色遙控攝像機，用于監視立交區域的交通狀況；在服務區道路兩側各設置一套遙控攝像機，使其能不受遮擋的監視到停車廣場，用于進行場區安全監視，亦可對服務區內車輛的秩序進行監視和取證；在特大橋路段設置彩色遙控攝像機，用于交通狀況和能見度的監視；在彎道、長下坡等容易發生異常情況的特殊路段也應設置遙控攝像機。對于交通量較大且投資資金允許的高速公路或處在重點風景區的高速公路，對全線道路交通運行狀況進行實時視頻監視。即在道路主線部分按二公里一臺的間距設置遙控攝像機，做到在晴好天氣條件下能監視全線任何路段，無監視盲點。

攝像機的選型。對于遙控攝像機的選型，室內可選擇球機，室外可選擇一體化槍式遙控攝像機。

視頻傳輸。視頻傳輸既要保證視頻的傳輸質量和可靠性，又要體現系統的經濟性。目前視頻傳輸有四種方式：

方式一：站級數字化

對于外場攝像機的圖像，采取點對點方式，通過單模光端機和單模光纖先傳輸至就近的收費站。然后，在收費站通過視頻編碼器壓縮編碼為H.264數據流，接入千兆以太網或通信系統的綜合業務接入網傳輸至高速公路監控中心，并可通過組播的方式上傳至省監控中心。對于路線較長、圖像較多的路段可采用此種視頻傳輸方式。

方式二：設備端數字化

在沿線每個外場攝像機處設置一臺視頻編碼節點設備，多臺視頻編碼節點設備組成環網將圖像上傳至高速公路監控中心，每個環路占用2芯光纖。在高速公路監控中心設置視頻解碼節點設備，可將上傳的圖像解碼成模擬視頻，并可通過網絡對外場攝像機進行控制。本方式為單纖自愈環傳輸方案，采用H.264壓縮格式進行壓縮，雙碼流模式工作，高碼流用作監控，低碼流用作存儲或互聯網發布。支持光纖環網保護，即單點光纖斷纖后系統正常工作。對于路線較長、圖像較多的路段可采用此種視頻傳輸方式。

方式三：點對點模擬方式

對于外場攝像機的圖像，采取點對點方式，通過單模光端機和單模光纖直接將其圖像傳輸至高速公路監控中心。在高速公路監控中心，經視頻控制矩陣輸出4～8路圖像經數字編碼上傳至省監控中心，在高速公路監控中心仍為模擬視頻系統，但這些編碼的圖像也可在高速公路監控中心進行軟解壓瀏覽。

對于路線較短、圖像較少的路段可采用此種視頻傳輸方式。

方式四：節點機模擬方式

全程的外場攝像機按照就近集中的原則，相距在100米內的攝像機首先以模擬視頻電纜的方式集中到一個監控點；集中監控點配置1臺節點式光端機（遠端站），根據視頻數量分配1～4路視頻輸入接口、1路總線式RS422數據接口（反向控制數據）。各遠端站與高速公路監控中心的節點式光端機（局端站）組成多條鏈路，每條鏈路占用一芯光纖，能同時傳輸10路視頻信號和多路數據、音頻及開關信號。當道路里程較長、圖像較多時，可建設視頻傳輸平臺。在高速公路監控中心，經視頻控制矩陣輸出4～8路圖像經數字編碼上傳至省監控中心，在高速公路監控中心仍為模擬視頻系統，但這些編碼的圖像也可在高速公路監控中心進行軟解壓瀏覽。

對于路線較長、圖像較多的路段可采用此種視頻傳輸方式。

2、交通監控子系統

交通監控子系統負責實時收集高速公路上的交通運行信息，并進行分析和處理，并通過多方面的控制措施來控制和疏導交通流，保證高速公路行車安全和交通暢通，降低交通延誤，提高運輸效率。

交通參數采集。交通參數是評價一條高速公路服務水平最基本的數據，也是評價交通流的穩定暢通的依據，交通數據的積累是運營管理者制定重大交通決策的基本依據。因此，監控系統應準確檢測高速公路沿線各路段的交通參數，并進行數據統計分析和存儲。

主線上在每個互通立交兩側各設置一組車輛檢測器，主要用于沿線每個路段交通參數的采集和交通流變化路段的交通參數積累，為道路運營決策提供依據。車輛檢測器可檢測交通量、平均車速、占有率、車頭時距等交通參數，并輔助判斷路段的交通狀況。

氣象及能見度檢測。不良氣象條件如大霧、冰凍、大雨等對高速公路交通安全構成很大的威脅，因此，作為高速公路管理者，應及時了解到高速公路沿線的氣象狀況，并根據氣象狀況采取相應的交通控制措施，一旦發生氣象異常，應及時采取合理的控制措施，保證道路使用者的生命財產安全，保證高速公路的暢通。在道路沿線的多霧路段設置氣象檢測器和能見度檢測器，用于異常氣象條件的檢測，為交通監控信息發布和交通決策提供依據。

交通異常事件自動檢測。對于一些服務水平較高的高速公路，由于一般不會發生常發性交通擁堵或交通異常，一般都是偶發性交通異常事件，這就造成了交通異常事件無法準確預測，突發性較強。顯然，這種突發的交通異常所造成的危害比常發性交通異常所造成的危害要大，很容易造成二次事故如大規模的追尾等。所以，為了盡可能地避免更大的生命財產損失，必須及時準確的檢測出交通異常事件，提高系統的相應速度，為突發事件處理和緊急救援贏得寶貴的時間。而這些，僅僅依靠巡邏人員發現、人工報警或視頻監視是遠遠不夠的，因此，對于交通量較大的高速公路，在投資資金允許的情況下，采取交通異常事件自動檢測措施。

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對于交通異常事件自動檢測，目前常見的有兩種方式。

方式一

在道路上密布車輛檢測器，根據車流的交通量、速度和交通密度的變化，再通過適當的交通模型和算法，進行檢測信息的實時處理和評價，及時、自動地推算出路段交通運行狀況，當路段擁擠、阻塞或有交通事件發生時，產生聲光告警信號提示監控值班人員。

這種檢測具有自動、快速的特點，但是這種方法只能檢測道路上是否發生交通擁堵、排隊，對于判斷道路上由于何種原因引發擁堵則無能為力，使值班員對現場情況缺乏直觀了解，必須結合在道路上密布遙控攝像機來確認，但也無助于發現異常事件的起因，而且檢測的精度取決于車輛檢測器的布設密度，要想及時、準確的檢測交通異常事件并定位異常事件發生的地點，需要加大車輛檢測器的布設密度。

方式二

方式二是在沿線布設的攝像機的視頻監視的基礎上進行功能升級。通過道路沿線的攝像機圖像進行分析，根據圖像處理算法產生事件告警。該算法軟件對圖像對比度和色彩飽和度的要求不高，可以適用于白天、夜晚、雨、雪、霧等天氣，能對高速公路上發生的以下交通事件進行檢測：停車、交通擁堵、車輛排隊超限、行人進入高速公路、車輛逆行、低速車輛檢測、車距小于允許值檢測、交通事故、車輛丟拋物檢測，并且伴有聲光告警信號提示監控值班員。同時，該系統也能提供檢測范圍內的交通參數如車流量、平均車速、車間距、車道占有率等。

主線交通誘導。交通誘導是在發生交通異常事件時，及時通知后續車輛，向其提示交通路徑誘導，避免造成更大的交通延誤，以及進行路網監控協調的重要措施。

在互通立交出口之前的主線路段設置大型可變信息標志或懸臂式信息發布屏，主要用于發布前方路段或相關路網交通信息，并可兼作主線控制設備。前方路段和路網內相關道路共享信息，如果前方路段或路網相鄰路段發生交通異常事件，則及時通告道路使用者，使其及時選擇合適的行車路線，當存在合適的交通替代路線時，可以及時發布相關的路徑誘導信息，另外還可以發布一些公共信息、臨時或緊急信息等。

入口交通控制。入口交通控制可以根據本路上的交通流的大小、服務水平以及交通異常情況，通過控制進入本高速公路的車輛的數量和進入時間及頻率，來保證本高速公路的正常運行。

控制的方式包括以下兩種：

在收費廣場前面的路段或者被交道路與互通立交的交叉口處設置懸臂式信息發布屏，用于向欲進入本高速公路的車輛發布本高速公路相關的交通信息，告知本高速公路的交通運行狀況如暢通、擁堵、封閉等信息，進而誘導車輛進入或者不要進入本高速公路。

利用收費車道進行入口車輛放行控制。這種方式可以通過控制放行的頻率或者放行的時間來控制在該入口進入高速公路的車輛，從而保證主路的正常運行。

通常情況下，可以采用收費車道入口控制和被交道路信息發布相結合的方式來進行入口交通控制。

高速公路對外的信息發布。高速公路對外信息發布主要是指通過多樣化、多層次的發布手段及時準確將信息提供給道路使用者和全體社會公眾，做到查詢方便、方式互動、準確及時，實現整個路網和公眾的信息共享。

數據傳輸。主線監控設備一般分散在道路沿線，每個設備數據量較小，但是很分散。一般有兩種傳輸方式：

方式一：光纖環網

在主線監控外場設備相對集中的位置設置具有工業級的數據光端機，將所有外場設備納入一個光纖環網。該數據光端機可提供低速數據口和以太網接口，這樣外場設備與高速公路監控中心以太網交換機接口組成一個自愈環。該自愈環網可收集、處理監控外場設備的檢測數據，監視外場設備工作狀態，上傳給高速公路監控中心，并接收高速公路監控中心命令對外場設備進行控制。該傳輸方式外場設備能組成光纖自愈環結構，大大提高系統的可靠性和傳輸速率，同時具有優良的可擴充性。

對于監控外場設備數量多且分散的項目可采用方式一。

方式二：點對點傳輸

對于主線監控外場設備數據，采取點對點的方式，先采用單路或多路復用數據光端機，通過單模光纖傳輸至就近的收費站，然后在通信站設置多串口服務器將多路RS232數據信號轉換為以太網信號，再通過通信系統提供的通道傳輸至高速公路監控中心；如果外場設備靠近高速公路監控中心，則直接將數據傳輸到高速公路監控中心。

對于監控外場設備數量不太多且較為集中的項目可采用方式二。

3、電力監控子系統

電力監控子系統對各變電站電力設備進行分布式遙信、遙測和遙控。通過各個變電站本地通信控制器將電力設備的運行狀況及各種電量、工作狀態等信息傳送到高速公路監控中心并存放在系統數據庫中。操作人員通過工作站的模擬運行圖可直觀地了解到設備運行情況、各種電量及設備開關情況，并可顯示或打印各種電量的歷史趨勢數據、設備故障報警及電量超限報警，在高速公路監控中心的配電值班室即可遙控各種電力設備。

4、調度電話子系統

調度電話子系統包括指令電話、業務電話等，主要用于交通管理養護及調度人員的指令傳達和事故處理、救援等業務的聯系。

5、交通地理信息子系統

交通地理信息子系統（TGIS）是為了獲取、儲存、顯示、查詢定位數據而建立的計算機數據庫管理系統，將所需要的信息和資料直觀、形象地在電子地圖上以圖形或表格的形式顯示出來，為GPS衛星定位、交通監控信息顯示及管理提供有良好的地圖環境，能將空間信息與屬性信息的處理完美結合起來，對監控設施、服務設施、收費設施等數據進行集中管理，實現圖形化信息的編輯、查詢、統計、分析功能，能夠通過圖形的形式記述查詢道路的通行狀況，提供交通疏散的方案等，為各級交通指揮人員提供交通決策信息，實現交通地理數據的共享。

6、專用車輛監控子系統

專用車輛監控子系統依托GIS電子地圖技術、GPS全球定位技術、GSM無線通信技術，利用GPS技術、地理信息系統（GIS）技術和無線移動公網有機結合，建立用于移動目標群的監控指揮系統，為行駛在路段上的路政、養護、排障、救援等專用車輛或其他具備條件的車輛提供定位導航與監控調度。

專用車輛監控子系統為管理車輛提供車輛調度和管理功能，使道路的突發事件能及時處理，提高道路管理水平和管理效率。車輛定位由GPS功能來實現，車輛調度對講功能由無線公網（GSM網或CDMA網）來實現。（宮振堂）