目前，高速公路的管理與監(jiān)控系統(tǒng)也成為一種必然需求，本文針對江西贛定高速公路的智能交通管理與控制系統(tǒng)工程項目，主要從工程概況、系統(tǒng)特點、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)構(gòu)成等方面進行詳細介紹。

工程概況
    江西贛州至定南高速公路是國家主干線，是國家實施南北連接開發(fā)戰(zhàn)略重點規(guī)劃建設(shè)的重要通道之一，起于南康市龍嶺鎮(zhèn)，與泰和至贛州高速公路的終點相接，終于定南縣贛粵交界處的野豬塘，與贛粵高速公路相接，全長126.758公里。全線共有特大橋1座，高架橋22座，隧道16座，大、中橋23座，互通立交7處，分離立交45處。根據(jù)江西省交通廳統(tǒng)一規(guī)劃，對本高速公路實施和完善道路監(jiān)控系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、氣象檢測系統(tǒng)及交警交通安全管理系統(tǒng)（超速抓拍系統(tǒng)、卡口攔截及接處警系統(tǒng)）等。

    贛定高速公路全線設(shè)置了南康監(jiān)控分中心一處，管理運營全線監(jiān)控設(shè)施。根據(jù)系統(tǒng)總體方案，本路段利用現(xiàn)有南康監(jiān)控分中心，管理全線智能交通監(jiān)控，同時公安交警部門參與高速公路交通事故和交通違章監(jiān)控處理。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

系統(tǒng)特點
    管理模式上既要按照江西省交通部門的三級管理模式實施，遵循江西省高速公路聯(lián)網(wǎng)規(guī)范及江西省高速公路智能交通管理與控制系統(tǒng)建設(shè)總體方案，同時滿足交警部門對高速公路管理的需要實施。

    外場監(jiān)控設(shè)施分布廣，采用2種組合供電方式，監(jiān)控外場設(shè)備距變電所小于1.5km的采用從就近的箱式變壓器或收費站變電所低壓開關(guān)柜提供，用電等級為交流380V/220V 50Hz，供電電纜采用直埋施工。監(jiān)控外場設(shè)備距離變電所大于1.5km的采用太陽能電池供電的方式。外場監(jiān)控數(shù)據(jù)圖像的傳輸方式采用光傳輸平臺綜合接入方式。

系統(tǒng)主要功能
    系統(tǒng)功能示意圖如圖2。

[nextpage] 信息采集
系統(tǒng)主機通過通信系統(tǒng)收集來自外場設(shè)備的信息：
·交通流參數(shù)：交通量、速度、占有率和車行方向；
·氣象參數(shù)：大氣溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、能見度、雨、雪、路面狀況等；
·可變情報板顯示的反饋信號；
·可變限速標(biāo)志的反饋信號；
·外場攝像機的視頻圖像；
·管轄路段各種設(shè)備工作狀態(tài)的反饋信號；
·接收省中心下發(fā)的控制指令；
·接收巡邏車或其它信息渠道報告的路上交通信息或事件；
·操作員輸入的事件、事故信息。

數(shù)據(jù)處理
    處理車輛檢測器、氣象檢測器、外場攝像機等提供的各種信息，以判斷交通狀況、天氣狀況，并通過人機接口報警。

交通控制
    在道路交通正常情況下，分中心計算機綜合分析交通和環(huán)境指標(biāo)狀況后，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)已配置可變情報板和可變限速標(biāo)志的控制方案，對交通進行控制。

    在交通異?；蚴鹿实染o急情況下，監(jiān)控分中心計算機根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，一方面迅速向操作員顯示相應(yīng)的控制方案，待操作員根據(jù)巡邏車、攝像機、緊急電話等確認(rèn)或修正后，向外場設(shè)備（可變情報板、可變限速標(biāo)志）發(fā)出指令，必要時應(yīng)向路政、交警等有關(guān)單位通報。

配合交警進行交通管理
    本項目配合交警實現(xiàn)測速取證、卡口處罰、中心管理。

系統(tǒng)構(gòu)成
體結(jié)構(gòu)及指標(biāo)
    本系統(tǒng)設(shè)備（見圖3）主要由分中心設(shè)施、監(jiān)控外場設(shè)施、圖像及數(shù)據(jù)傳輸傳輸設(shè)備、外場和供電設(shè)施、傳輸光纜及預(yù)埋管道與預(yù)留基礎(chǔ)構(gòu)成。

[nextpage]     在系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)上，在系統(tǒng)應(yīng)用軟件平臺整合下，由交通信息采集系統(tǒng)（監(jiān)控系統(tǒng)、氣象檢測系統(tǒng)）、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)、超速抓拍系統(tǒng)、卡口攔截及接處警系統(tǒng)組成。

系統(tǒng)總體指標(biāo)：
·系統(tǒng)采樣周期：≤15s；
·主控機顯示刷新周期：≤3s；
·信息傳輸誤碼率：≤10-6；
·系統(tǒng)平均無故障時間（MTBF）：≥60000h；
·故障修復(fù)時間（MTTR）：≤2h；
·24h連續(xù)工作。

系統(tǒng)軟件平臺
    本系軟件支持分層高級的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用了地理信息、多媒體、專家輔助決策的多種技術(shù)，將高速公路沿線的交通信息、天氣狀況、圖像監(jiān)控信息、電話信息以及專家輔助決策方案，通過地圖、圖表、多媒體視頻影像及語音等各個層面，交叉立體地呈現(xiàn)在用戶面前，使管理人員方便、直觀、及時、迅捷有效地實施交通管理和服務(wù)。

1、系統(tǒng)支撐軟件
    其包括：操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)管系統(tǒng)、軟件平臺開發(fā)工具、網(wǎng)絡(luò)反病毒軟件等系統(tǒng)軟件運行所必備的支撐軟件。

2、系統(tǒng)應(yīng)用軟件
    本項目應(yīng)用軟件主要由通信軟件、信息處理控制軟件、圖形軟件三大部分組成（見圖4）。通信軟件實時采集外場設(shè)備狀態(tài)、交通數(shù)據(jù)、圖像監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)及視頻事件檢測數(shù)據(jù)將其存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；信息處理控制軟件根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，進行交通監(jiān)控和統(tǒng)計查詢工作，以及向可變信息標(biāo)志發(fā)布信息與控制命令；圖像控制與圖形處理軟件將采集的數(shù)據(jù)圖形化顯示于大屏幕投影系統(tǒng)及彩色圖形計算機或其他監(jiān)控工作站顯示器上。

    本系統(tǒng)軟件建立在贛定高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的要求之上，負責(zé)整條高速公路的日常運營、維護、事件記錄和處理工作。具體操作見圖5、圖6、圖7。 [nextpage]

交通信息采集系統(tǒng)
    交通信息采集系統(tǒng)包括交通流采集及道路氣象采集，交通流采集是通過在高速公路沿線敷設(shè)車輛檢測器，實時檢測道路上的車流量、平均車速、車道占有率及車型分類等交通流信息，為交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的信息發(fā)布提供數(shù)據(jù)源，同時建立交通流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為交通管理、交通規(guī)劃的決策提供數(shù)據(jù)支持。

    氣象采集高速公路上的氣象條件，主要包括：能見度檢測、路面檢測（干、潮、濕度、霜、黑冰、冰雪、水厚度、殘鹽）、雨量檢測、溫度濕度檢測及風(fēng)速風(fēng)向檢測，自動進行處理并及時上傳到監(jiān)控分中心，為系統(tǒng)生成合理的交通策略提供依據(jù)。

[nextpage] 道路視頻監(jiān)視及基于視頻事件分析報警系統(tǒng)
1、道路視頻監(jiān)控
    道路監(jiān)控攝像機是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的外場攝像部分，閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)的主要功能，是使監(jiān)控值班人員能通過監(jiān)視器主觀地了解道路攝像覆蓋區(qū)的交通情況，根據(jù)所在路段攝像機攝取的圖像信息進行分析，作出決策，采取相應(yīng)的措施，保證道路的安全暢通。同時通過錄像裝置，可對某些特殊事件記錄存檔，為以后分析取證提供可靠依據(jù)。

    在前期已實施的基礎(chǔ)上，本項目增加25套監(jiān)控攝像機，道路監(jiān)控攝像機采用帶云臺低照度彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機，包括鏡頭、云臺、防護罩、解碼器、立柱等。

2、視頻事件檢測系統(tǒng)
    目前，依靠人工通過交通指揮中心的監(jiān)控系統(tǒng)來檢測道路上車輛運行狀況的方式，已經(jīng)很難滿足目前日益復(fù)雜的交通管理的需要。為此，本項目采用動態(tài)交通信息采集與事件分析檢測儀。

    動態(tài)交通信息采集與事件分析檢測儀，是通過對道路監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻圖像進行處理和綜合分析，采用基于視頻檢測和目標(biāo)跟蹤的技術(shù)，來實現(xiàn)對道路交通發(fā)生影響正常交通秩序的事件過程進行實時檢測、報警、記錄、傳輸、統(tǒng)計。檢測道路上的機動車輛運動狀態(tài)及道路信息。如果發(fā)現(xiàn)某機動車的運行狀態(tài)出現(xiàn)異常（如撞車、突然停車、遺撒物等）立即報警并將該路視頻圖像及報警區(qū)域圖像切換到主監(jiān)控畫面。道路信息包括：車流量統(tǒng)計、平均車速、車道占有率、車間距等。

    本項目采用多目標(biāo)識別與跟蹤技術(shù)，在對機動車進行目標(biāo)識別時，采用了自適應(yīng)技術(shù)。以充分適應(yīng)各種道路、氣候狀況和不同光照的環(huán)境。

1、系統(tǒng)組成
    動態(tài)交通信息采集與事件分析檢測儀主要由攝像機、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、及視頻信息采集與事件分析儀、視頻分配器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理計算機等主要組成。

    本項目配置4路視頻事件檢測系統(tǒng)，接入分中心配置的光纖數(shù)字視頻矩陣切換輸出的圖像。

2、系統(tǒng)功能特點
·實時數(shù)據(jù)采集：對道路交通車輛進行速度測定、車型分類、行車時間、車輛排隊長度均可通過系統(tǒng)檢測，實時顯示在管理軟件界面上；
·全畫面檢測：在攝像機的圖像畫面范圍內(nèi)，發(fā)生的交通事件和事故，系統(tǒng)都能檢測到；
·系統(tǒng)具有即變焦即檢測功能：對于遙控攝像機，畫面拉近或推遠后，系統(tǒng)可以自動學(xué)習(xí)適應(yīng)新的背景畫面，2~3分鐘后立即自動進行事件、事故檢測。對于遙控攝像機，如果攝像機角度發(fā)生變化，系統(tǒng)可以自動學(xué)習(xí)，適應(yīng)新的背景畫面；2~3分鐘后立即自動進行事件、事故的檢測。輸入視頻信號切換后，系統(tǒng)可以自動學(xué)習(xí)、適應(yīng)新的背景。2~3 分鐘后立即自動進行事件、事故的檢測；
·全天候檢測功能：在晝、夜、雨、雪、霧及各種氣候條件下，只要人眼能看見車輛的移動，即使在道路沒有照明的情況下，只要車輛有正常的前燈、尾燈照明，均可有效檢測事件、事故。

3、系統(tǒng)指標(biāo)
    系統(tǒng)可自動檢測下列交通事件，在每個車道類型（行車道、緊急道、停車道、匝道）和任何交通狀態(tài)改變（流動、擁堵、停/開）等，如：交通事故（撞車、著火）、車流量、車輛停駛、平均車速、車輛慢行、車道占有率、行人橫穿馬路、車間距、車輛突然駛出車道、拋棄物、路面突發(fā)異常。

交通信息發(fā)布和誘導(dǎo)系統(tǒng)
    交通誘導(dǎo)系統(tǒng)是利用交通誘導(dǎo)模型，對采集到的交通流數(shù)據(jù)進行計算、挖掘，生成各種不同類型、不同表現(xiàn)形式的交通誘導(dǎo)信息，通過安裝在公路沿線上的可變情報板實時發(fā)布給交通參與者。交通誘導(dǎo)主要采用人工確認(rèn)發(fā)布和自動發(fā)布，內(nèi)容主要包括：體現(xiàn)交通管制信息、發(fā)布旅行時間、擁堵信息和安全提示信息等；發(fā)布形式主要包括：文字、圖形和圖文相結(jié)合。[nextpage]

交警交通安全管理系統(tǒng)
    本項目高速公路交通安全智能化系統(tǒng)主要由測速取證、卡口處罰、中心管理三部分組成，實現(xiàn)對高速公路實施全天候監(jiān)控，對超速行駛的違法車輛實施全程動態(tài)抓拍、識別，在各收費站出口處實施現(xiàn)場處罰（或后期非現(xiàn)場處罰），其主要功能如下：

    ·測速取證部分：全天候?qū)崟r動態(tài)抓拍車輛圖像并識別車牌；自動測量車輛行駛速度；通過網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)將經(jīng)過車輛信息傳回管理中心；超速等違法車輛的信息自動存入違法數(shù)據(jù)庫；具有遠程配置和故障診斷功能；具有監(jiān)控現(xiàn)場視頻圖像遠程數(shù)據(jù)傳輸功能；

    ·卡口處罰部分：全天候?qū)崟r動態(tài)抓拍車輛圖像并識別車牌；通過網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)將經(jīng)過車輛 信息傳回管理中心；自動比對超速等違法車輛并發(fā)出聲光報警信號；經(jīng)人工確認(rèn)后對超速等違法車輛進行處罰；具有遠程配置和故障診斷功能；

    ·管理中心部分：接收超速取證部分及卡口處罰部分的車輛通行數(shù)據(jù)和圖像；超速等違法車輛的信息自動存入違法數(shù)據(jù)庫；自動將超速等違法車輛信息發(fā)送給卡口處罰部分；發(fā)布或取消對犯罪嫌疑車輛的布控；系統(tǒng)提供系統(tǒng)分中心車牌修正功能；根據(jù)號牌識別和車輛檢測器能夠自行確認(rèn)車輛類型；對不同路段限速值進行設(shè)置；能夠計算車輛經(jīng)過某兩個測速點或卡口處的平均速度；具有對系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備進行時鐘校對和運行狀態(tài)監(jiān)測功能；具有完善的系統(tǒng)管理、分類查詢統(tǒng)計及輸出報表的功能；可與交警其它管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

    本項目工程的交警交通安全管理系統(tǒng)包含了超速抓拍系統(tǒng)、卡口攔截系統(tǒng)兩部分組成。

1、超速抓拍子系統(tǒng)
    超速抓拍設(shè)備由測速雷達、圖像抓拍單元、控制計算機單元、閃光燈、設(shè)備機箱、立柱等構(gòu)成。超速抓拍系統(tǒng)是交警管理系統(tǒng)的主要組成之一，前端高清工業(yè)級攝像機獲取超速車輛的圖像資料，雷達可測試過行車輛的行駛車速，當(dāng)有車輛的車速超過設(shè)定限速時，系統(tǒng)就會報警，并將車輛圖片和車速等資料通過光端機傳回監(jiān)控中心的超速抓拍執(zhí)法工作站。同時，超速抓拍執(zhí)法工作站通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)與卡口攔截執(zhí)法工作站連接，將超速車輛信息傳至卡口執(zhí)法工作站，給交警工作人員設(shè)卡攔截超速車輛提供依據(jù)。

2、卡口攔截子系統(tǒng)
    本路段在贛粵省界收費站設(shè)置卡口攔截子系統(tǒng)，卡口攔截子系統(tǒng)車牌數(shù)據(jù)采集設(shè)備與收費系統(tǒng)車牌識別共用，治安卡口與攔截子系統(tǒng)在車牌識別裝置基礎(chǔ)上實施改造，卡口攔截執(zhí)法工作站包含車牌比照軟件、黑名單數(shù)據(jù)庫軟件等應(yīng)用軟件。

    所有抓拍車輛信息上傳到監(jiān)控分中心超速抓拍執(zhí)法工作站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，然后與卡口攔截執(zhí)法工作站違法數(shù)據(jù)庫進行比對，確認(rèn)是否屬違法行為。系統(tǒng)自建有黑名單數(shù)據(jù)庫，可以導(dǎo)入超速抓拍系統(tǒng)黑名單庫和手動輸入黑名單，上傳的車輛信息與黑名單數(shù)據(jù)庫進行比對，記錄黑名單車輛通過檢測點的信息。

圖像數(shù)據(jù)傳輸
    贛定高速公路為江西省重點高速公路，本項目需要完成閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)、高速通信中心及基礎(chǔ)軟件的各項任務(wù)，具體要求如下：
·新建一個南康監(jiān)控分中心，匯聚贛定全路段各外場、監(jiān)控所監(jiān)控點圖像、數(shù)據(jù)信號、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)；
·全路段外場共30個監(jiān)控點（視頻21個），采用鏈網(wǎng)結(jié)構(gòu)傳輸監(jiān)控點視頻等業(yè)務(wù)至數(shù)據(jù)中心。全路段外場敷設(shè)4芯光纖用于傳輸圖像、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)業(yè)務(wù)；
·信豐、龍南監(jiān)控所分別上傳相應(yīng)圖像至南康分中心，接入光平臺；
·實現(xiàn)省中心、通信中心及贛定路段分中心對視頻的權(quán)限分級控制。[nextpage]

1、傳輸方案
    根據(jù)項目實際情況，對于全路段外場的30個監(jiān)控點（含21個視頻監(jiān)控點），設(shè)計采用光纖鏈網(wǎng)模式，通過4芯光纖將前端30路圖像、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、串行數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心管理平臺，數(shù)據(jù)中心通過數(shù)字光矩陣輸出2路非壓縮圖像至電視墻，進行實時監(jiān)看；輸出以太網(wǎng)信號至中心交換機；輸出4路非壓縮圖像至視頻事件檢測器。

    信豐監(jiān)控所占用1芯光纖傳輸8路圖像至南康分中心；龍南監(jiān)控所占用2芯光纖傳輸12路圖像至分中心，在分中心統(tǒng)一接入光交換平臺。

2、數(shù)據(jù)交換中心配置
    分中心配置光纖數(shù)字視頻矩陣，通過光纖方式接入新建30個監(jiān)控點的圖像及數(shù)據(jù)，將圖像輸出至主監(jiān)視器進行監(jiān)控。

    數(shù)字視頻光傳輸交換平臺是一個支持多種業(yè)務(wù)接入、全網(wǎng)信息交換和傳輸?shù)臄?shù)字視頻光傳輸交換平臺。它具有全光網(wǎng)、大容量、高品質(zhì)圖像、數(shù)字矩陣功能，為視頻監(jiān)控高端用戶提供工業(yè)級綜合解決方案，實現(xiàn)視頻接入，切換，傳輸和管理控制。同時可提供音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)等各類業(yè)務(wù)傳輸接口。

外場供電方案
    本系統(tǒng)外場監(jiān)控設(shè)施分布廣，采用2種組合供電方式，監(jiān)控外場設(shè)備距變電所小于1.5km的采用從就近的箱式變壓器或收費站變電所低壓開關(guān)柜提供，用電等級為交流380V/220V 50Hz，供電電纜采用直埋施工；監(jiān)控外場設(shè)備距離變電所大于1.5km的采用太陽能電池供電的方式；大型可變信息標(biāo)志、超速抓拍設(shè)備、氣象檢測器、能見度檢測器采用低壓電纜供電。

    本方案主要是采用太陽能智能監(jiān)控系統(tǒng)成套技術(shù)，將太陽能供電與攝像機、信號傳輸、節(jié)能控制作為一個整體來規(guī)劃設(shè)計，它是一種專門為高速公路外場無法供電的監(jiān)控系統(tǒng)提供整體解決方案的優(yōu)化系統(tǒng)，能夠在無交流供電的情況下利用太陽能使監(jiān)控攝像機和相應(yīng)的光端機等設(shè)備正常工作，提供視頻采集、傳輸和數(shù)據(jù)、語音接入、傳輸服務(wù)。

本系統(tǒng)優(yōu)化方案具有以下主要特點：
·整合節(jié)能控制與信號傳輸，一體化設(shè)計、專業(yè)化生產(chǎn)、成套設(shè)備提供；
·與傳統(tǒng)的集成方案相比，能大幅度地提高蓄能、節(jié)能效率，有效地降低成本，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；
·外場設(shè)備全部采用高桿安裝（包括蓄電池箱），施工維護方便，防盜性能好，支持微波雷達監(jiān)測器、信號燈、線圈車檢器、情報板等功能擴展；
·遠程軟件控制蓄電池充放電和設(shè)備耗能，按工程地域光資源情況選配光伏組件和蓄電池，最佳組合配置；
·隨時檢測各監(jiān)控點設(shè)備情況，包括信號傳輸、太陽能蓄能、蓄電池電壓等，出現(xiàn)故障自動報警。同時記錄設(shè)備運行狀況；
·云臺節(jié)能控制，在云臺不工作時及時關(guān)閉云臺AC24V逆變器，節(jié)省能源；
·用軟件取代云臺控制編碼器，省掉了硬件云臺編碼器，節(jié)省了能源；
·采用太陽能最大功率點跟蹤（Mppt）技術(shù)，大幅度提升太陽能組件的蓄能效率。

結(jié)語
    本項目考慮高速公路的管理部門和交警管理部門不同業(yè)務(wù)需求，在管理模式上建立起兼顧雙方需求特點的綜合智能交通管理平臺，且采用智能的交通事件事故檢測系統(tǒng)，另外本項目是對贛定高速公路全程監(jiān)控，針對外場遠程供電困難問題采用了太陽能供電方式，將太陽能供電與攝像機、信號傳輸、節(jié)能控制作為一個整體規(guī)劃設(shè)計，能有效提高蓄能、節(jié)能效率，降低成本。在高速公路的監(jiān)控中，外場設(shè)備種類較多，通信接口方式多樣，所以采用多業(yè)務(wù)接入平臺傳輸音視頻、各種類型數(shù)據(jù)的模式逐漸增多，本項目用光傳輸平臺方式傳輸外場音視頻及各種數(shù)據(jù)。（本文作者現(xiàn)任職于廣州海特天高信息系統(tǒng)工程有限公司）