泉南高速公路柳南段监控系统设计方案分析

陈善超

文章以泉南高速公路柳南段监控系统设计为例，分析了该路段监控系统的建设过程以及方案设计总体规划，以期对类似高速公路监控系统设计提供参考。

泉南高速公路柳南段;监控系统;设计方案

U412.36+6-A-43-153-4

0 引言

平滑交通流是泉南高速公路柳南段监控系统设计要实现的重点，其应具备预防、减少交通阻塞的作用，同时也能对交通阻塞的蔓延进行控制和减缓，甚至对交通事故的发生有一定的反应控制能力和预判能力。监控系统实现了与用户之间的信息传递和信息沟通，为社会提供了一定量的物流信息，实现了区域路网交通流的合理调配及规整，使本区域综合交通运输效率提升，而且也能对收费站车道的开放数量与开放时间进行预测和确定。

1 工程概况

泉南高速公路柳南段全长为89.98 km，南段与市中心区连接线长度为17.81 km左右。伴随着国内高速公路设计和管理技术水平的逐步提升，监控系统也得到了更加广泛的使用。目前，国内的高速公路越来越多，由此需要不断地增强高速公路管理质量，才能规避各个方面的不良问题。所以，在建设高速公路监控系统的过程中，不但要和通信技术、自动控制技术等相互结合，还应融入网络技术，由此才能确保高速公路监控系统的有效性，也能实时地、科学地监控高速公路的路况。例如高速公路遇到了大雨大雾等恶劣的气候或者意外情况，而这些方面都能通过监控系统向车主及时汇报所发生的情况，由此也进一步保证了高速公路行车的安全性。

2 高速公路监控总体设计框架

2.1 视频监控联网建设模式

2.1.1 模拟视频监控系统

针对该系统而言，视频矩阵、录像机等均为硬件的核心部分，加上传感器模拟功能，才能有效地进行信号传输、信号控制以及信号处理等过程。就模拟视频监控系统而论，他本身依赖于视频切换矩阵联网，如果要将有关的视频图像上传，之前也需要采取多个视频端机等载体。系统本身具备多项功能，例如存储功能、传输功能以及采集功能等。工作人员也希冀图像采集的质量达到一定的水平，因为在受到电缆传输的影响的前提条件下，传统视频监控需要通过放大器才能完善功能补偿。由此，我们需要在特定范围内让信噪比下降，但容易产生图像失真等不良问题，因此应当采用视频监控系统。

2.1.2 模数结合视频监控系统

该系统的主要功能是由数字信号取代模拟视频信号，并且需要通过计算机和网络这两个承载体传输相应的视频，以此达到模拟信号与数据信号二者结合的监控模式，甚至还能实现网络化管理模式、数字化管理模式以及媒体化管理模式。将其和模拟监控系统进行对比分析可知，光传输技术以及编码技术对于数据信号和模拟信号二者结合的监控系统都十分重要。据了解，这两种技术完全可以在整个系统的内部中扩展多个组织层次，而且也能更快捷地查询以及存储相关视频信号，使整个监控系统的扩展范围延伸，最终使整个监控系统在实际的使用过程变得更加便捷和灵敏。

2.1.3 IP智能视频监控系统

对于此监控系统而言，其不但采用了数字视频传输器和视频编码器，还在高速公路的特定位置上安置了模拟摄像机。此时，相关信号被视频编码器转换成为数字信号，经过压缩以及打包程序之后，最终形成一个网络形式的视频流，而且在监控前端能实现网络化和数字化二者之间的转换，即通过网络传输的方式得到有关的视频数据。当有关人员在阅览的过程中需要解码，那么首先就要采用相应的应用软件，并最终在计算终端上进行处理和显示。

2.1.4 卡口、车辆测速系统

在高速公路中，公安交警部门原有系统的扩容由新建的卡口系统取代，而且该卡口系统遵守原系统的应用模式以及设备功能选型，作为原有系统的延续，也能和原系统相互兼容。

2.2 视频监控系统构架

2.2.1 编码与解码

通过工作人员所使用的编码、解码器所支持的编码格式这一点来分析，这一类格式类型较多，且错综复杂，单路到16路各种规格形式均被该格式对外供给，且这些格式也支持存储流、实时流的双流设计形式。除此之外，也支持128 kbps～8 mbps数码流，换言之，即为超清或者标清。这方面也可以依据不同用户的实际需求而进行调整与调配。

2.2.2 存储系统

以实现统一的资源调度功能为中心，IP存储技术十分关键，甚至也牵连到数据管理服务器网络存储系统，二者同等重要，进而才能使存储管理模式达到动态平衡。在整个管理平台中，在线部署工作能满足不同的存储质量和存储容量的基本要求，从而达到不同用户的存储需求。另外，也能将更加完善的备份功能对外提供，而且同样支持NAS备份。

2.2.3 系统管理平台

此平台不但包含了客户端、媒体服务器，而且包含了视频管理服务器以及数据管理服务器。其中，视频管理服务器包含了认证过程、注册过程、配置过程和控制过程以及警报过程等，由此才能使视频解码完善，也能达到编码设备功能的基本要求。同时，还支持多个服务器协同工作，最终将多层级以及多领域的管理平台组建起来。除此之外，数据管理服务器的内容也比较繁杂，需要准确地剖析，其主要原因是该服务器内也包含了层层内容，例如存储资源、有关数据、存储设备等。存储资源的管理和监控，这些内容均和该服务器息息相关。其同样支持一段时间的回放功能、剪切功能以及檢索功能等。人机交互的平台是客户端所供给的，该平台包含了警报功能、云控制和查询功能等，需要逐渐融GIS功能，这样更加便于用户实际操作。

3 视频监控系统总体架构设计

3.1 道路沿线监控

首先，我们需要在前端解码器内接入路况监控分中心（如表1所示），这一过程和应用EPON组网系统息息相关，此时也需要在系统交换机中接入众多编码器，通过EPON光纤进行线路的连接过程，将数据传输的损耗率降低。

3.2 服务站和收费站监控

如在编码器中连接了服务站和收费站的监控设备，此时编码器将会通过SRP光纤接入交换器内部，即球机和枪机。

3.3 监控中心

要提升监控中心的控制范围，则需要将管理服务器以及IPSAN技术中的NVR网络设备配置在其中，才能将客户端和解码器配置于其中，达到电视墙的控制管理功能。另外，如工作人员通过监控中心系统看到了高速公路中意外的实际情况，也就会在处理的过程中采取警报系统，并且进行及时处理。

4 交通信息发布系统

4.1 系统总体设计

智能交通系统有多个组成部分，其中最重要的部分是交通信息发布系统，其主要由室外显示屏、指挥中心控制系统以及通信系统三个部分构成。该项目重点以高速公路设置LED诱导显示牌为核心，对于搜集到的重要的交通数据，工作人员首先应当利用卡口等系统，再经过交通管理综合应用平台进行处置，导出能面向公众的即将发布的诱导信息，当自动生成了诱导信息后还需要经过人工的再三确认才能正式对外发布。

4.2 系统架构

监控系统由两个部分构成，其一是下端屏体控制系统二级结构，其二是管理控制中心。在TCP/IP协议的实际作用下，其能够将光纤专用网络和管理中心的电脑二者相互联袂，也能和各下端屏体控制系统联网进行通信。上端诱导系统和下端诱导系统二者完全不同，其能够在数据接口交互各种专用数据的引导下通过B/S架构且依据不同的控制中心而进行需求的扩展。此外，其也可以采取降级使用的方式进行。

4.3 管理控制中心

管理控制中心主要负责整个系统的数据通信、统一管理以及屏体监控等。这一系列内容包含了信息生成功能、预案库管理以及预案信息生成功能等。

4.4 下端屏体控制系统设备

下端LED屏体控制系统包含了控制机、显示控制器、LED屏体等。该设备的主要功能就是将控制中心发布的节目全部接收，而且还需要在特定的时间将设备的状态上传到控制中心。与此同时，也能为现场维护供给通信接口以及操作接口。整个系统的播放控制均由设备控制箱内部的工控主板负责，当处于播放节目和存储控制参数的过程中，首先需要控制中心和光纤网络二者共同作用，其次才能通过RS485的实际作用将播放数据（由播放节目生成）传递给显示控制器播放。

4.5 设备安装点位

当车主在高速公路中驾驶的时候，他们一般都会关注交通诱导屏发布的动态路况信息（如表2所示），所以，要起到良好的分流效果，一定要合理地布设诱导屏。下面是交通诱导屏设置点位分析：

（1）交通诱导屏应当设置在高速公路的入口和出口两个位置，而且要尽可能地靠近路面段，更好地为驾驶员提供相应的交通信息。同时，在设置的过程中也应当考虑到设备的可视化范围，使车主很容易看清楚前方的路况。（2）如果在出口安置交通诱导屏，并起到交通实际的诱导效果，需要对行驶速率以及驾驶员的反应时间进行周全的考虑。当然，在出口前方也需要保持一定的距离，这样才能直观地让驾驶员有充裕的时间对自己驾驶的状态进行调整。如果在距离出口过近的前方安置交通诱导屏，或者在出口渐变带边上安置交通诱导屏，那么其所呈现的信息很容易被驾驶员忽略掉，甚至很有可能产生难以预料的交通事故。

5 组网设计

5.1 现状通信网络系统

根据实际的调查与研究，中心网络和接入网络二者构成了交通监控通信系统，组网结构也就是普通的星型以太网结构。通过汇聚交换机的作用，道路监控外场设备将重要的信息传输到监控中心。同时，也需要通过网闸将接入网络和中心网络二者隔离开来。但是本次工程设计的监控外场设备通信链路应当重新接入新机房中，与此同时还能设置数据通道，并接入交通管理指挥中心的旧机房中，这为后续的系统双备份功能做好铺垫。经过一系列的调研可知，不论是新机房，还是旧机房，均早已拉通了光缆，且完全能达到双向通信。

5.2 监控数据中心区网络建设

整个监控系统的显示中心、存储中心以及控制中心均由监控中心取代，不论是磁盘阵例系统还是媒体转发服务器，抑或是视频管理服务器等都可以作为整个监控系统的神经中枢。监控网络执行效率和数据中的网络建设息息相关，本次在对监控数据中心设计的过程中采取了两种完全不同的两层网络结构，依次是中心网络和接入网络。

6 系统的优点

泉南高速公路柳南段监控系统的实际应用效果良好，该监控系统具有以下优点：

（1）安全性高。通常情况下，就一个完整的高速公路监控系统而言，其包含了各个方面的内容，例如服务区、收费站监控以及道路沿线监控等。其中，服务区和收费站的监控系统主要针对收费亭、站车道以及收费广场等场合的全面管理，尤其是收费站的突发事件、服务区的突发事件、收费员操作行为是否规范等内容，通过该监控系统能全面操作以及管理高速公路行车过程的安全性。

（2）管理性强。高速公路上各个环节的实际运作情况均能通过高速公路内部监控系统实时地反映出来，而且系统所采取的是分级分区域管理模式，这样既能满足高速公路管理的基本要求，同时也能使监控中心在不同的领域中进行全盘管理。

（3）可靠性。实时监控是监控系统的核心功能之一，唯有此功能才能将资料影像全部历历在目地映入管理人员的脑海和视觉中。该监控系统运行较为稳定，在运作和管理的过程中具备可靠性和实效性，能将高速公路的突发情况实时地显示出来，使整个流程更加具备客观真实性。

（4）联动性。一旦高速公路上发生了任何异常情况，该系统均能和报警系统以及通知系统相互联动，从而预警意外事故的发生。

（5）可扩展性。整个监控系统均采取了开放式的架构，也同样支持功能的扩展，由此保证整个监控空间不存在任何死角。

7 结语

国内各个地区的高速公路监控系统的建设力度随着高速公路数量的增多以及科学水平的提升而增强，这对高速公路的行业发展有着很强的实际意义。鉴于此，本文提出了一种IP智能视频监控系统，从而使传统监控系统的劣势不断改善，不但能让视频清晰度提升，还能让数据传输损耗量缩减，应用效果良好。但对于未来的展望，还有不少问题需要改善：

（1）为能弥补漏洞，设计人员需要使整个系统平台的融合性更强，这一点也包含了车辆识别、计费卡口以及视频监控等各个方面的信息，由此才能使整个管理系统更加完整，而且也更加趋于服务化的发展，从而增强系统的融合性和协调性。

（2）目前，国内高速公路逐渐形成了四通八达的路网，但是监控系统还没能做到全覆盖，有很多路段在发生异常情况后却没能被发现。为了防止此类情况继续发生，今后需要使各个子系统实现信息交互能力的提升，避免异常问题扩大。

（3）未来监控系统随着高速公路监控系统技术的革新和发展必将从简单的监控系统朝着专业化的视频监控发展，即通过融入智能化技术而自主地判断高速公路监控系统所监测到的问题，并提示解决方案，这将成为国内高速公路监控系统的发展趋势。

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