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摘要：高速公路相当于一个国家的经济发展命脉，与人们的日常生活联系密切。当前社会对于高速公路的需求日益增长，高速公路的智能化发展也受到更多的重视。分析高速公路监控系统的功能与作用，并深入研究其整个过程，能为高速监控系统方案设计提供理论基础与保障。
关键词：高速公路 监控系统 方案设计
一、高速公路监控系统管理体系
高速公路监控系统中，监控中心指挥系统执行某项任务，通过给系统发布某项指令，由系统进行处理执行。监控中心主要发挥一个核心指导的作用。一些孤立偏僻、分散的高速公路的交通运行状况、运行环境、发生的交通事件等信息通过监控中心可以反映出道路综合运行情况的完整画面。高速公路车辆驾驶者也能通过监控中心发布的出行信息选择合适的出行路段、最佳路线。高速公路的里程不尽相同，根据其里程长短、所需监控功能的不同以及道路的实际状况，监控中心有不同的形式，比如集中式、分布式等。里程较短的高速公路设有一个监控中心，而长里程的则设有总监控中心和分监控中心，分监控中心的道路情况都会及时反馈给总监控中心，总监控中心对分监控中心协调管理。
二、高速公路监控系统技术分析研究
（一）监控的目的与功能
高速公路监控系统的功能包括收集路况信息、传输数据资料、监控中心调控以及发布消息等。在监控中心系统的检测下，利用高速公路装配的车辆检测器、能见度检测器和气象监测器、高清摄像头等设备收集道路信息，通过特定计算方法算出道路交通的数字化信息，准确检测路况、气象情况，获得及时有效的道路运营状况，并将所采集的信息，通过算法处理整合制定出交通疏导方案，发布到子监控中心。这样不仅能给驾驶员的出行提供方便，还能为交通管理部门对预测拥堵地段或者对已出现的交通拥堵现象进行疏导提供支持，也可以及时检测到事故发生地点并快速处理事故以避免更多的事故发生。
（二）高速公路的监控过程
监控过程包括受监控对象交通流量，输出的是车辆运行状况，控制的指标是输入，而道路、气象环境以及其他影响交通运营的因素是系统的干扰因素，它表示交通运营状态特征信息，经过一系列的采集处理等环节，遵循反馈调节的控制原理，完成监控任务。
（三）监控系统设计的原则
在设计高速公路全程监控系统的过程中，要遵循下列几个设计原则：1、要选择安全性高、可靠性高的设备，这能够提高监控系统的安全性能，使系统运行更加稳定可靠；2、结合国内和国外交通监控形式的发展趋势与程度，采用高端的技术和先进的设备，选择成本合理的投资方案，获得最高的性价比；3、综合各路网交通情况，使之进行有机的结合，全面考虑监控系统的设计。为发挥监控系统最大限度的功能与效率，系统设计时应协调统一且合理，还要避免程序复杂化。4、总监控系统应该与其他路段中的子监控系统协调配合，发挥其整体作用，使道路状况畅通安全；5、为了使系统能够长期使用，就要对其定期检测升级，因此，要选择兼容性好的设备进行安装；6、系统的设计应便于操作，施行模块化管理，方便日常的维护与管理。
（四）监控系统的整体结构
设计一个功能齐全、操作简单、结构完善的监控系统是制定与实施高速公路监控系统控制方案的基础，高速公路监控系统是由监控分中心、外部设备及通信传输系统等组成。
（五）监控系统的核心部分--监控分中心
监控分中心是高速公路监控系统中的核心部分，它是一个处于信息收集子系统及信息提供子系统中间的关键环节。对于信息的接收、分析、处理、判断、预测及确认、交通突发事件的处理和发布相关指令，监视和控制设备运营状态等的一系列操作是它的主要职能。监控分中心的组成包括必须的计算机系统、室内的影像显示设备和系统控制台。根据不同路段的道路情况、所需的监控功能也分不同的形式，功能也会有所改变。
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（六）外场监控系统
外场监控设备是为了完成高速公路监控系统监视与调控的功能，它所收集的数据信息有：交通流量信息，突发事件的信息、气象状况信息以及道路环境的信息等方面。高速公路路况等信息的收集包括自动化模式与人工操作，会根据高速公路的不同情况择优选择。高速公路还装配有信息发布系统，可以为道路上的驾驶者提供可参考的道路交通信息，也能为交管部门提供事故发生地点、障碍路段和拥堵路段的情况。外场信息采集设备主要有高清摄像头、能见度检测仪、车辆检测仪、紧急电话和闭路电视等。信息发布设备主要包括可变限速标志、路况广播以及可变信息标志等。
三、高速公路全程监控系统的构建方案
为了降低事故的发生率，确保道路通畅，也为了提高道路使用率，相关部门应该把高速公路的建设看作重中之重。使用先进的设备监控高速公路运行情况，定期对设备进行保养、升级以延长使用时限，使高速公路充分发挥其高效性。
（一）、监控布点的原则
高速公路监测点的选择要根据路况进行设置，在道路状况复杂路段应选择500米的监控，及时发现问题能够及时解决；在道路状况良好路段可选择监控距离为1000米、2000米的监测点。500米监测投资成本较高，资源利用会有盈余，1000或2000米的检测效果稍差，所以应该根据道路状况及需求选择最合理的投资建设方案。
监测点布置应侧重特大桥、互通分合流处、事故频发点等容易发生交通事故的路段。在事故易发生路段，宜设置警示标语，提醒驾车司机多注意该段道路情况，以避免发生交通事故。
（二）、供电系统
高速公路供电系统一般有这几种：一是通过沿线村镇接上居民用电系统或者工业用电系统，可以节省投资成本，但易受到居民用电的影响；二是采用独立电源系统进行供电，如利用太阳能设备供电、或者风力发电系统以及风光互补系统进行供电，此供电方案有节省投资成本的功能，环保且安全可靠，但是存在供电不稳定现象；三是配置专用供电源进行供电，此方案投资成本较高，但供电稳定可靠。
（三）、图像传输系统
目前较好的图像传输系统是模拟与数字结合的综合监控系统，它的主要优点是经济可靠，能将路况视频进行集中处理，综合分析以及集中管理等，适用于大规模的数据传输以及高清晰的图像传输。
四、高速公路全程监控系统核心技术
监控系统的核心技术是算法，通过正确的算法将采集到的道路信息进行数字化处理，不仅利于相关工作人员的分析处理，也利于进行数据传输，也能转化为车辆驾驶者可参考的有效信息。
比如：1、视角归一法，高速公路配置的摄像机对于运动车辆的实际速度的测量不准确，采用视角归一法，能够根据图像中路面的分布状况，归一化到摄像机的视角；2、运动检测，它是追踪运动的车辆和行人的重要前提，可以实时、精确的提取运动物体的信息；3、运动物体追踪，是为确保运动中物体帖图像中的连续性，对运动车辆前后帖图像中相同的部分进行有效匹配，以实现对某一车辆的运动进行准确分析；4、行人检测，行人的运动与车辆不同，行人做的是非刚体运动而车辆的运动是刚体运动，可以依据这一不同点对高速公路上的物体进行余光检测，以区分行人与车辆，预测路况信息；5、静态检测，为检测动态监测中遗漏的静止车辆的运动信息。
五、结束语
阐述高速公路全程监控系统的功能和目的、结构组成、主要设备及核心技术，对监控系统方案设计中的某些关键问题进行了分析。高速公路智能化的目的是为有效防止交通事故的产生或加剧现象。为了达到此目的就需要结合高端监测技术和先进设备，根据实时路况设置监测点，从全局上统筹控制，及时处理突发状况，保障高速公路行车安全和道路畅通。
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论文作者:毛达敬
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/31
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