高速公路監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路的發(fā)展初期，就在整個機電合同中占有很重要的地位，基本上完全借鑒國外高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路，在高速公路沿線安裝攝像機、車輛檢測器、可變情報板、氣象檢測器等設(shè)備，以獲取道路的實時視頻圖像，并通過設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)來分析交通流量特點和氣候環(huán)境狀況，通過可變情報板發(fā)布信息，對交通進行疏導。
在眾多監(jiān)控設(shè)備中，無疑視頻監(jiān)控系統(tǒng)因其實時、直觀的特點，發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其是在隧道監(jiān)控中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本做到了無縫隙覆蓋。隨著高速公路的飛速發(fā)展，車流量的增加，道路交通狀況越來越復雜，司乘人員對高速公路服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，高速公路管理者本身也需要更加及時、便捷的道路信息，全程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)就成為了必然趨勢，尤其是作為其子系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)被優(yōu)先放在了最為重要的位置。
全程監(jiān)控面臨的幾個問題
全程監(jiān)控設(shè)備的供電問題
眾所周知，高速公路因其路線較長，收費站之間距離也較遠，道路監(jiān)控設(shè)備通常都是設(shè)計安裝在收費站附近，由各收費站對所屬附近地區(qū)的道路監(jiān)控設(shè)備進行供電。全程監(jiān)控系統(tǒng)要求要在整個高速公路沿線，均勻設(shè)置數(shù)量眾多的道路監(jiān)控設(shè)備(主要設(shè)備是攝像機)，這就必須要解決全程監(jiān)控系統(tǒng)外場設(shè)備的供電問題。
新建設(shè)的全程監(jiān)控系統(tǒng)如何與已建設(shè)多年的監(jiān)控系統(tǒng)進行整合的問題
我國高速公路道路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)有了十幾年的歷史，而全程監(jiān)控的概念被提出到工程實施也不過是最近幾年的事情?；旧闲陆ǖ娜瘫O(jiān)控項目都面臨與已建設(shè)完成的原有監(jiān)控系統(tǒng)如何進行整合的問題。
全程監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理的問題
全程監(jiān)控系統(tǒng)相比較以往某路段的監(jiān)控系統(tǒng)而言，所涵蓋的范圍變大了，不在局限于某條高速公路，而是從全省甚至全國的角度去規(guī)劃、建設(shè)，從而使全省監(jiān)控系統(tǒng)和全國監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成為了可能，盡管要實現(xiàn)這一目標還有很多的困難和很長的路要走。
總體上，就目前全程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展來說，全程監(jiān)控系統(tǒng)解決方案急需解決上述問題中的前兩個。
供電解決方案
為了解決高速公路沿線監(jiān)控設(shè)備的供電問題，可以引入太陽能供電、風力發(fā)電或風光互補供電，各地區(qū)可根據(jù)當?shù)靥柲苜Y源、風力資源以及系統(tǒng)的供電需求，來選擇適合的解決方案。
這里可以通過某省全程監(jiān)控系統(tǒng)的外場設(shè)備供電案例，來描述此類問題的解決方案，如圖1所示。
圖1 風光互補供電系統(tǒng)構(gòu)成圖
通過實際勘測和多年氣象局提供的氣候資料，某省太陽能和風能資源都非常豐富，非常適合采用風光互補供電系統(tǒng)來為高速公路沿線全程監(jiān)控設(shè)備進行供電。所以，系統(tǒng)除了靠近收費站的監(jiān)控設(shè)備或功耗巨大的監(jiān)控設(shè)備繼續(xù)使用市電進行供電之外，其余的監(jiān)控設(shè)備均采用風光互補供電系統(tǒng)進行供電。
在該項目中，太陽能電池板在此項目中作為主要的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備，風力發(fā)電機作為輔助設(shè)備。卸荷器在風速較大或蓄電池組已飽滿的情況下對風機進行保護，盡量減少設(shè)備磨損。蓄電池組通過放電給系統(tǒng)各類設(shè)備供電的同時，將太陽能電池板和風力發(fā)電機產(chǎn)生的多余電力進行儲備。風光互補控制器作為整個供電系統(tǒng)的核心設(shè)備，在對所有接入設(shè)備充放電狀態(tài)檢測的同時，選擇相應(yīng)的控制策略，來維持系統(tǒng)的電力平衡，既要保證盡可能讓系統(tǒng)電力處于飽滿的狀態(tài)，又要避免過度充電或者過度放電對蓄電池組造成傷害。
相對于市電來說，風光互補供電系統(tǒng)還不是很穩(wěn)定，尤其是在供電時間上受氣候條件的制約，而氣候環(huán)境也有很大的不確定性。在進行方案設(shè)計時，既要考慮極限氣候條件下(多日無太陽和風力的支持)，系統(tǒng)能夠維持的時間，又要考慮項目的投資造價，同時還會受到技術(shù)困難的限制。
這就需要在做方案設(shè)計時，從多個方面來優(yōu)化系統(tǒng)，確保外場監(jiān)控設(shè)備的穩(wěn)定供電，盡可能長時間在線，包括：
· 盡可能減少系統(tǒng)的供電功耗，采用低功耗的設(shè)備;
· 盡可能減少電源轉(zhuǎn)換等中間環(huán)節(jié)，避免不必要的電力資源浪費;
· 盡可能不因為某處設(shè)備的電力中斷，造成全部設(shè)備圖像和數(shù)據(jù)無法上傳(解決辦法有采用點對點傳輸方式或增加光纖跳接保護器);
· 采用分級優(yōu)先的供電方式，舍棄系統(tǒng)部分耗電高、重要程度低的功能，確保整個系統(tǒng)的圖像或數(shù)據(jù)的上傳;
· 風力發(fā)電機、太陽能電池板以及風光互補控制器最好能夠統(tǒng)一品牌進行采購;
· 準備必要的后備電力支援(備用蓄電池組和發(fā)電機)。
新舊系統(tǒng)的整合
在一般的高速公路全程監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機是使用數(shù)量最多的監(jiān)控設(shè)備，其次輔以其他的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和信息發(fā)布設(shè)備，如車輛檢測器、氣象檢測器、可變信息情報板等等。
大量的設(shè)備要消耗大量的光纖資源，所以，目前大多數(shù)全程監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都采用雙纖自愈環(huán)網(wǎng)保護技術(shù)。既可以有效節(jié)約監(jiān)控外場的光纖資源不足的問題，減少投資，又可以在一定程度上保證系統(tǒng)的安全性(對于監(jiān)控外場，點對點的傳輸方式安全性最好)。
這里還是根據(jù)某省全程監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用，來簡單描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，以及如何完成與舊有的監(jiān)控系統(tǒng)進行整合的解決方案。
圖2 全程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖
從圖2中，可以看出整個系統(tǒng)的管理體系分成四個等級，由上至下分別是監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心、收費站和監(jiān)控外場，每個層級都采用雙纖自愈環(huán)網(wǎng)保護結(jié)構(gòu)。
除監(jiān)控外場之外，監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心和收費站都可以根據(jù)需要解析和提取外場監(jiān)控設(shè)備上傳的視頻圖像和路況數(shù)據(jù)以及設(shè)備的工作狀態(tài)等，并能根據(jù)一定權(quán)限進行操作，比如解碼視頻圖像至電視墻或大屏幕投影，根據(jù)監(jiān)控軟件提供的預(yù)案進行信息發(fā)布和對交通進行疏導。
全程監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
在此簡單介紹此項目全程監(jiān)控的系統(tǒng)功能如下。
數(shù)據(jù)分析處理功能
(1)對交通流量數(shù)據(jù)(包括交通量、平均車速、車道占有率等)進行采集統(tǒng)計處理;
(2)對視頻交通事件檢測圖像進行分析處理和判斷;
(3)對氣象數(shù)據(jù)(包括路面狀態(tài)、溫度、降雨量)進行采集統(tǒng)計處理;
(4)根據(jù)設(shè)備通信狀態(tài)和數(shù)據(jù)，分析設(shè)備狀態(tài)報警和通信故障報警。
數(shù)據(jù)存儲功能
(1)道路交通流量數(shù)據(jù);
(2)設(shè)備狀態(tài)信息;
(3)氣象檢測信息;
(4)交通事件事故信息;
(5)預(yù)警、報警信息;
(6)控制方案存儲。
顯示與控制功能
(1)監(jiān)控中心和分中心可通過數(shù)字軟矩陣調(diào)用外場攝像機圖像在中心和分中心監(jiān)視器上顯示;
(2)實現(xiàn)報警聯(lián)動，將報警信息所關(guān)聯(lián)的圖像或信息切換到主畫面(或大屏幕)，綜合控制臺上放置的主監(jiān)視器具有“強插”顯示功能;
(3)可控制道路沿線設(shè)置的遙控攝像機動作;可切換顯示攝像機圖像在任一臺監(jiān)視器上顯示，或到監(jiān)視大屏上顯示，并在收費站和監(jiān)控分中心對所有圖像進行錄像;
(4)控制方式有人工控制和自動控制兩種，人工控制優(yōu)先;
(5)顯示可變信息標志內(nèi)容。
智能決策功能
(1)系統(tǒng)能利用視頻交通事件自動檢測數(shù)據(jù)，對該斷面的交通擁擠、事故等交通異常事件作出自動判斷，作出相應(yīng)的預(yù)警或告警信息;同時可以通過交通流量數(shù)據(jù)、交通事件檢測數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的閥值，判斷交通擁擠、交通阻塞或事件等交通狀況，作出相應(yīng)的預(yù)警或告警信息;
(2)系統(tǒng)可根據(jù)告警事件的嚴重程度分成預(yù)警、輕故障、重故障、嚴重故障四個級別分別進行處理。一旦有告警信息，則在操作員工作站上立即顯示告警信息，并自動彈出控制誘導預(yù)案等，并且有相應(yīng)的聲光信號提示操作員;
(3)監(jiān)控計算機在接到報警信息后，能自動彈出報警窗口，可輸出報警圖像在監(jiān)視器進行“強插”顯示;同時，監(jiān)控計算機上的視頻管理軟件也能通過軟解碼方式看到報警點的視頻圖像;系統(tǒng)能通過I/O模塊自動監(jiān)控計算機網(wǎng)絡(luò)的聲光報警器進行聲光報警;
(4)當系統(tǒng)自身發(fā)生故障(包括設(shè)備故障、通信故障等)時，能在監(jiān)控計算機上自動彈出報警窗口，同時在監(jiān)控計算機上發(fā)出報警聲音;
(5)出現(xiàn)報警后，系統(tǒng)能自動記錄事件的屬性(如事件類型、事件、地點等)以及事件的處置過程。并能夠?qū)Υ尜A的告警事件進行打印，打印內(nèi)容包括故障日期、時間、地點、故障性質(zhì)等;
(6)半自動控制：對系統(tǒng)自動提出控制誘導方案，操作員根據(jù)外場攝像機及巡邏車等確認或修正后，再下發(fā)控制指令(包括通知路政、交警部門)，執(zhí)行控制誘導方案;
(7)手動控制：任何情況下，操作員在得到各方面的確認信息后，可手工編制控制誘導方案;
(8)手動控制的優(yōu)先級最高，半自動控制次之;
(9)控制誘導方案被確認后，將誘導信息發(fā)送到大型可變情報標志;交通事件處理結(jié)束后，將改變大型可變情報標志的信息內(nèi)容，同時填寫事故處理情況備案。
統(tǒng)計查詢、報表功能
(1)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)查詢;
(2)按預(yù)先規(guī)定的格式和內(nèi)容，定時進行日、周或旬、月、季、年報表的統(tǒng)計處理，并且進行打印;
(3)關(guān)于報表的類型和格式可根據(jù)要求確定。
系統(tǒng)管理功能
(1)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能;
(2)安全防御功能：具有針對網(wǎng)絡(luò)攻擊的防御能力，具有防范網(wǎng)絡(luò)病毒的措施。對中心、分中心不同層次和職責的人員，分別設(shè)置不同的操作使用權(quán)限，設(shè)置不同的操作口令和密碼，防止越權(quán)存取和修改，保障數(shù)據(jù)的完整性，并且對值班員的操作進行存貯、記錄、打印;
(3)自動數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)恢復功能：系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)自動備份功能，系統(tǒng)能自動完成每日的系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份，包括重要事件，操作，設(shè)備狀態(tài)變化等的記錄。記錄的同時，自動進行時間標記;在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)具備提供能迅速恢復運行的措施;
(4)系統(tǒng)具有自診斷功能;能自動測試系統(tǒng)的工作狀況，并且在檢測到異常情況時，自動顯示和打印診斷報告;能自動并循環(huán)測試系統(tǒng)的軟、硬件及外場設(shè)備的工作狀況，并且在檢測到異常情況時，自動顯示和打印診斷報告，并向值班員發(fā)出信息。發(fā)生故障時，可及時準確地報告故障點的位置和類型，并提示值班人員盡快采取措施，排除故障。
系統(tǒng)擴展功能
(1)預(yù)留聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接口;
(2)預(yù)留與其他系統(tǒng)整合的數(shù)據(jù)接口，比如：信息發(fā)布、路政、養(yǎng)護、公路交警等;
(3)預(yù)留社會公眾發(fā)布途徑的接口;
(4)預(yù)留其他路段全程監(jiān)控系統(tǒng)的接口。
值得注意的是，在該高速公路項目中，新建的全程監(jiān)控項目必須與舊有的監(jiān)控系統(tǒng)進行整合，發(fā)揮數(shù)據(jù)和信息互補的優(yōu)勢才能在信息容量、監(jiān)控策略制定、應(yīng)急指揮等方面發(fā)揮全面的作用，提高整個系統(tǒng)的準確性和響應(yīng)效率。與此同時，要完成系統(tǒng)的整合和全省或是更大范圍的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，也需要形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，從軟件和硬件方面都要進行必要的改造，包括軟件的升級或重新研發(fā)、硬件的升級或更換等等。