高速公路机电监控系统的设计探讨

庄国雄

摘 要：随着社会经济的发展，交通运输业也得到了迅猛发展，尤其是高速公路工程的建设，缩短了城市之间交通运输耗时，给人们和企业带来了极大的便利性。作为高速公路工程建设重要组成部分，高速公路机电监控系统还是高速公路交通情况管理的重要手段之一。文章将简单概述高速公路机电监控系统，对其设计应用进行分析研究，为相关工作者提供参考。

关键词：高速公路；机电监控系统；设计分析

中图分类号：U495 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）26-0089-02

Abstract： With the development of social economy， the transportation industry has also been developed rapidly， especially the construction of highway projects， which shortens the time consuming of transportation between cities and brings great convenience to people and enterprises. As an important part of expressway engineering construction， expressway electromechanical monitoring system is also one of the important means of expressway traffic management. In this paper， the motorway electromechanical monitoring system will be summarized， and the design and application of it will be analyzed， which will provide reference for the related workers.

Keywords： highway； electromechanical monitoring system； design analysis

1 概述

通过高速公路机电监控系统，可以有效地对高速公路的交通情况进行实时管理，保障了高速公路的安全性和高效性。高速公路机电监控系统基于当前的道路环境下，对道路中相关信息进行实时的采集和分析处理，如果发生突发的交通事故或者其他意外事故，引发交通产生拥堵时，高速公路机电监控系统提醒相关工作者积极采取必要的措施进行问题的解决，从而提高了高速公路的安全性和稳定性。因此，研究分析高速公路机电监控系统的设计具有重要的现实意义。

2 高速公路机电监控系统分类研究

随着我国高速公路的不断发展和建设，其安全性和高效率越来越受社会的关注。现阶段，常采用设置机电监控系统的方式，对高速公路的交通情况以及安全运行进行管理，其根据应用方式的不同，可以分为以下三个方面：

2.1 高速公路收费站监控系统

由于高速公路在进行建设过程中，采用贷款的方式进行项目资金的筹集，因此大部分高速公路都会设置收费站，进行贷款资金的回收。通过在收费站设置机电监控系统，一方面可以对相关收费工作人员的日常工作进行监督，避免徇私舞弊，职务侵占的犯罪行为出现；另外一方面还能够提升安高速公路的管理水平，为车流量情况以及违章车辆的监管提供支持渠道。

2.2 隧道或者桥梁监控

高速公路行驶过程中，部分驾驶人员在驾驶过程中，如果驾驶行为不良或者驾驶的车辆存在性能问题，在遇到一些桥梁和隧道时，很容易出现安全事故，不仅严重损害了周围车辆的安全，而且对高速公路的基础建设带来严重的破坏。因此，通过在隧道、桥梁等特殊路段，设置监控系统，对途径该区域的车辆进行重点监控和违章行为拍照，可以有效提升高速公路的安全性。

2.3 路面監控系统

借助路面监控系统，高速公路的管理人员，可以对高速公路的实时交通情况掌握了解。借助于计算机的强大处理能力，将路面监控系统的摄像头、传感器等收集到的交通相关的数据信息传递给管理人员，可以帮助他们制定符合当前交通情况的交通管理方案，提升了高速公路运行的效率。

3 高速公路监控系统组成及关键技术

在进行高速公路监控系统设计过程中，应严格按照国家相关标准要求，并结合用户的是情况进行设计。常见的高速公路机电监控系统选用闭路电视监控方案设计。分别由前端系统、传输系统、控制系统、显示系统四个部分组成，对现场采集到的相关图像信息，可以进行分配切换、存储、处理以及还原等操作。

3.1 前端系统的设计

摄像机是前端系统的重要组成部分，通过摄像机可以实现对高速公路的实时路面进行信息的观察和收集工作。在设计过程中，对于摄像机的选择尤为重要，它决定了整个高速公路监控系统的质量好坏。现阶段，常采用的设计相为电荷祸合器件摄像机，简称为CCD摄像机。其主要性能和参数如下：（1）色彩：一般的摄像机在色彩方面分为两种：黑白和彩色。相比较彩色摄像机而言，黑白摄像不仅本身更加灵敏，更加适用于光线不足或者夜间灯光不足的区域，而且在水平清晰度方面，也比彩色摄像机更加清晰，同时价格优势也较为明显。而彩色的摄像机所拍摄到的图像，在衣服和场景的区分方面较为便利，可以有利对现场进行明显的区分。（2）清晰度：受到电视制式的影响，摄像头在垂直清晰度方面，受到一定程度的影响，一般为400行。而在水平清晰度方面，常采用人眼在观看到电视图形时，图像呈现的水平细节的清晰度的量度情况，一般采用电视线TVL表示水平清晰度。在进行高速公路机电监控系统设计时，如果选用黑白摄像机，一般采用500线以上的水平清晰度；如果选用彩色摄像机，一般采用400线以上的水平清晰度。（3）照度设计要求：对于单位面积上，阳光照射的所接受的光通量被成为照度。对于高速公路的摄像机而言，其灵敏度就是以照度来进行表示的。将特定的测试卡作为摄像机的目标，当起镜头光圈调整为0.4时，对其光源照度进行调节，同时对其输出端的视频信号幅度，借助示波器对其进行测量，确保其控制在10%左右，这个时候所得到的测试卡照度就是摄像机的最低照度。在实际应用过程中，如果摄像机照射的对象的照度大于其最低照度的10倍以上，这时摄像机采集到的图像才能较为清晰。在高速公路机电监控系统设计过程中，对于黑白照相机的最低照度选择时，一般选用低于0.1Lux；二对于彩色照相机的最低照度选择时，一般选用低于0.2Lux。（4）同步：为了方便高速公路的远程管理工作，采用的摄像机应具备电源和外接信号的同步功能。对于电源同步的选择，一般采用由高速公路的监控中心提供的交流同相电源。（5）电源：摄像机的电源一般采用交流220V、交流24V以及滞留12V。在高速公路机电监控系统设计过程中，应结合现场的实际情况，对摄像机的电源同步进行选择，必要时可以采用外同步的方法，实现系统同步进行切换。（6）自动增益控制（AGC）：借助自动增益控制系统的设计，当光照不足以及低灯光亮度的情况下，实现对摄像机信号采集的强度提升，从而确保获得的图像信息较为清晰。（7）自动白平衡：对于彩色摄像机而言，只有实现自动进行平衡性调整，才能实现对相关车辆和物品进行还原色彩的查看。（8）电子亮度控制：部分CCD摄像机可以对射入光线的强度，对CCD的图像传感器的曝光时间进行有效的控制和调节。

3.2 传输系统的设计

由于高速公路机电监控系统的图像采集现场和控制中心之间存在一定的距离，需要借助传输系统对前端采集到的图像信息进行传递，同时还要将控制中心发出的控制指令，反馈到执行现场。在进行设计过程中，主要包含对视频信息的传输以及控制信息的传输两种。

3.3 控制系统

3.3.1 模拟控制系统

（1）视频矩阵切换器：可以对多路的视频输入输出信号进行控制和切换，借助于电子开关，可以组成切换矩阵，对任何一路的输入视频信号进行切换。在进行此部分设计过程中，需要注意输入和输出的容量问题，设计要充分考虑未来的扩展需求。（2）双工多画面视频处理器：通过将多路的视频信号进行处理，整合成一幅图像，在显示器上进行多路信号的展示。常采用16画面的显示分割器。此外，双工多画面视频处理器也可以通过一个摄像机对多路视频信号进行录制，并可以进行视频相关数据的回访，便于相关管理人员进行视频数据的查找。（3）多画面分割器：就是将多个画面处理之后，合并成呈现在一个显示器当中。现阶段，常见的多画面分割器有4画面、9画面以及16画面的分割器。

3.3.2 数字化图像监控系统

实现对视频信号的传输功能，可以在较短的距离内，实现信号的无衰减传输，一般超过200米以上，就会出现衰减问题，需要进行补偿放大处理。而数字化图像监控系统，借助了先进的计算机网络技术和多媒体技术，可以对高速公路采集到的图像信息进行高清晰和高同步的传输，在高速公路机电监控系统中的应用日渐广泛。

3.3.3 数字硬盘录像系统

设计使用数字硬盘录像系统，可以为高速公路机电监控系统的数据进行压缩保存。相关管理人员在进行所需的图像记录查询时，可以进行任意检索。相比较传统的硬盘储存设备，大幅度降低了相关管理人员的工作量，提高了他们的工作效率。而且，采用数字记录的方式，可以提升图像的抗衰减和抗干扰性能，无论相关数据被回放和检索多少次，都不会影响图像的质量。

3.4 显示系统

一般情况下，显示系统都位于高速公路的控制中心和安保控制时。其主要由监视器和相关处理设备组成。

（1）监视器：对高速公路前端采集到的图像信息进行呈现，如果设计时选用的黑白监视器，则监视器的水平清晰度应高于600线；如果设计时选用的彩色监视器，则监视器的水平清晰度应高于350线。（2）录像机：主要是对实现系统的记录和重放。如果摄录像系统和安全报警系统进行联动式，也应对其配备单独的录像机设备。

4 结束语

综上所述，随着我国经济的高速发展，高速公路也得到了迅猛的发展。人們在关注出行便利的同时，也对高速公路的安全性和稳定性极为关注。通过设置高速公路机电监控系统，不仅帮助相关管理人员可以及时掌握实施交通情况，对一些违章行为进行记录跟踪，而且提升了高速公路的管理水平，提升了紧急情况下的效应速率。因此，相关工作者应加强自身专业能力，优化高速公路的机电监控系统设计，推动我国高速公路的可持续发展。

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