京台高速公路山东段全程监控系统技术分析与探讨

周强

（山东高速信息工程有限公司）

京台高速公路山东段全程监控系统技术分析与探讨

周强

（山东高速信息工程有限公司）

京台高速山东段全程监控系统是山东省内第一条建成全程监控系统的高速公路，也是全国范围内长距离高速公路实现全程监控的成功范例。该系统建成后将大大的减轻监控人员的劳动量，并实现各部门的联动，对于提高京台高速山东段的智能化管理水平具有重要意义。

1 需求分析

目前，京台高速日车流量约为28600辆，是省内交通流量最大的路段之一。由于车流量大，事故率也高，事故的发生，严重影响了高速公路的畅通，且京台高速作为国道主干线，大型货车在交通量中占有较大比例。当发生交通异常、道路养护维修时，极易造成交通阻塞，急需通过有效的交通管理设施和手段，来提高道路的运行效率。实行全程监控可以“早发现，早诱导”，有效调控交通流量，避免长距离阻塞。

山东高速集团已进行了通信系统干线传输网络的改造，全线新敷设了48芯干线光缆，为图像的传输提供了充足的通道和接口。

2 系统功能

2.1 信息采集：通过视频监控和交通数据信息采集系统，为管理人员提供各路段区域的交通路段状况。

2.2 数据处理：监控软件通过自动交通状况监测的模型算法，能够准确，快速地检测拥挤与确认拥挤类型，提高系统的自动化程度。

2.3 信息发布：通过可变信息标志等方式发布信息，将实时交通信息传递给车辆驾驶员，诱导驾驶员安全、及时地适应道路情况变化。

2.4 信息共享：以信息分中心为路况信息平台，形成上、下管理机构和内外用户的信息共享，提高高速公路管理的快速反应。

3 系统构成

京台高速山东段全长约360公里，济南绕城北线全长约17公里，共有德州、济南、泰安、枣庄4个管理处，下辖25个收费站。本项目在高速公路沿线每两公里设置一对摄像机，在无法采用常规供电的地点采用太阳能供电，管理处安装事件检测系统，进行自动检测。系统采用总中心—分中心—外场设备三级结构。外场设备至分中心的数据和视频信号传输采用节点式光端机，分中心至总中心的视频传输采用E1线路。

本项目主要由基础及立柱、事件检测、太阳能供电、光端机、视频等子系统组成，主要包括京台高速全程监控系统的设计、监造、供货、运输、交付、安装、开通、测试、试运转、培训、文件和缺陷责任期、保修期等全套服务。

3.1 基础及立柱

沿线按每两公里一个进行基础施工，位置设在边坡，立柱高度为12米。个别位置利用原有摄像机基础和立柱。

3.2 事件检测子系统

在四个管理处机房安装事件检测子系统，共安装事件分析仪（8路或4路）47套。本项目全线设置完整的视频事件检测系统，视频事件检测子系统由视频事件检测分析仪、事件检测计算机、以太网交换机以及全套检测软件和管理软件组成。

3.3 太阳能供电子系统

在无法常规供电的路段处共安装约145套太阳能供电设备，给摄像机、节点式光端机供电，并在边坡敷设保温箱、蓄电池等。太阳能组件安装在立柱上。

3.4 光端机子系统

每两公里设置一对摄像机，通过节点式光端机将摄像机视频信号和太阳能检测信号传输至四个管理处。沿线正在进行通信系统改造工程，重新敷设了光缆，在本项目的视频数据接入处预留了终端盒。沿线共安装节点式光端机（局端和远端机）220套。

3.5 视频设备子系统

根据集团公司有关部门意见，经过计算和调研，决定采用一体化球型摄像机。沿线每两公里左右设置一对遥控摄像机，分别监控着道路上下不同方向的车辆，全线共设置368处外场摄像机，视频信号通过节点式光端机传输至沿线4个监控分中心内，进入视频控制矩阵及事件分析仪，各监控分中心上传4路视频图像到集团监控调度中心。

4 技术亮点分析

4.1 以太阳能供电系统为主、结合常规供电的供电系统

考虑到给全线的外场设备供电需要敷设中压供电系统，成本过高，且常规供电的后期维护费用较高，每年还会支出一定的电费，本系统采取了以太阳能供电系统为主、结合常规供电的供电系统，即在原有外场设备或收费站附近采用常规供电方式，其余路段采用太阳能供电方式。太阳能组件选型采用480w，选用400AH的胶体蓄电池，可以保证连续10个阴雨天设备的正常运行。太阳能供电相对于常规供电来说，初期投入较高，但是其具有环保的优势，按照一个站点50w的功耗来计算，整条路年发电量为6.4万千瓦时，相当于每年可节省标准煤25.6吨，减排灰渣约18吨，减排二氧化碳约48吨，减排二氧化硫约2吨，减排可吸入颗粒物约0.32吨。

4.2 一体化球型摄像机

本系统选用了30倍光学变焦、具有守望位功能的一体化球型摄像机。好处在于相对于带云台的枪机来说球机的功耗较小，可以保证太阳能电池的供电时间，对于事故频发或临时需要查看的路段，调度指挥人员可以灵活的控制摄像机角度及聚焦，30倍的光学变焦保证了相邻两公里的区域内无盲区，从而实现了整个路段的无缝覆盖和全面监视。同时，配合事件检测系统设置了守望位功能。因事件检测分析仪需要相对固定的背景，摄像机在被人工控制后的若干分钟内，如无操作，会自动回到预设的守望位上，即角度和变倍数都变回事件检测所需要的初始画面状态。

4.3 全程采用了事件检测系统

视频事件检测系统采用安装在道路上的368台遥控摄像机图像作为输入，在图像显示的覆盖范围内，能够进行各种交通事件事故的自动检测，包括：交通事故、交通拥堵、遗弃物、车辆停驶、停止的明显团雾、行人、车辆逆行、火灾、重大灾难等，并且系统具有联动功能，当系统检测到交通事件、事故时，系统能够快速自动报警和自动录像，并自动弹出事故画面在显示器墙进行实时地显示；管理人员可根据画面对现场进行临时调度，并及时改变可变情报板显示内容，进行提前预告，为道路交通安全管理和道路运营的交通异常实时检测提供帮助，是道路全程监控的技术核心。该系统事故检测设计指标大于99%，交通参数采集指标大于95%。

4.4 使用了节点式光端机

根据距离的不同，选型为20、40、60公里三种，全线共使用了11芯光缆，节点式光端机的使用，既解决了普通光端机的传输距离问题，又节省了占用干线光缆的芯数。

4.5 自行研发了监控系统软件

该软件可接收事件检测系统的报警及状态信息，对视频矩阵发出控制信号，监控太阳能设备状态，管理光端机网络的信息。

5 工程经验探讨

5.1 摄像机的布设，应充分考虑事故多发、多雾、弯道、挖方等因素进行适当增减

应参考路政和养护部门的意见。

5.2 光端机尽量采用大功率的型号

若条件允许，全部使用60公里的。在实际使用的过程中，发现20公里的光端机对于17、8公里的距离信号衰减较大，使用60公里节点式光端机成本基本不变，但可以使系统更好运行，同时若单一光端机故障，可直接打通相邻两个站点，光功率也可以保证。

5.3 摄像机采用直流供电

摄像机的选型避免使用交流供电，太阳能输出的电压为直流12或24伏，若使用交流供电摄像机，需增加逆变器，逆变器会消耗15%左右的功耗，且会使控制箱内的温度增加，产生电磁干扰，同时逆变器属于故障多发设备，增加了稳定运行的隐患。

5.4 摄像机采用背靠背的形式安装，即一根立柱顶端背靠背安装两台摄像机，节省了基础及立柱的投资，节约了太阳能供电设备及光端机设备的同时，增加了视频监视的范围。

5.5 对于新建高速公路，车流量较大的路段可考虑在信息系统建设时进行全程监控同步建设，车流量较小的路段可同步设计、预留接口、分期实施。

6 结束语

本项目是国内首批长距离高速公路上的全程监控系统，许多技术及施工工艺都是创新的，没有可借鉴的经验，我们与设计、监理单位一起，对各种设备及沿线实际情况进行了充分的调查研究，克服了遇到了各项技术难题，也为今后类似工程的建设积累了宝贵的经验。在建设完成全程监控系统的基础上，山东高速集团配合交通诱导系统，依靠科技手段强化高速公路快速反应能力和应急处置能力，确保高速公路安全畅通，为社会和人民群众提供便捷、安全的通行环境。