高速公路监控系统
2.1系统概述
交通监控系统是高速公路控制系统中一个最主要的组成部分。

一条高速公路不仅需要好的道路作为基础，更需要一个有效的交通管理、控制、监视和指导交通运行的良好监控系统。

为了能够使监控系统发挥它应用的效率，还必须具有一套完整的、科学的、易于操作和控制的软件系统来支持，这样才能保证最大限制地满足对高速公路交通运营状态的控制、监督和指导，才能保证对使用高速公路的用户提供一个良好运行环境、以保证道路使用者安全舒适。

监控中心的计算机系统具有能够提供协调和全面管理所辖路段设备的能力，对外场设备提供的交通流信息进行数据处理，迅速判断交通状况对车辆通行的影响并通过人机接口报警及发布控制命令，以监视和为道路使用者提供信息。

2.2 功能需求
监控中心软件系统要实现对高速公路的有效监控，完成信息的分析、处理、交通控制和管理的辅助决策，通常情况下，系统需要满足以下需求：
●信息的收集和预处理
这部分由数据采集软件完成，它将外场设备检测到的信息和状态信息按时间、地点、性质及具体数据进行预处理，建立起便于进一步分析和处理的数据库。

●信息的分析处理
监控中心软件系统通过对接收的交通流数据进行分析，对交通状态进行判断，包括：
a.交通正常、阻塞或临界状态的判断；
b.交通异常事件的判断，这主要通过软件的自动检测和操作员通过电
视监视的确认进行；
c.状态的转移判断，即异常事件的发生或消除，交通正常变阻塞或阻
塞变正常等等。

●交通控制
用户可以选择由软件自动对交通进行控制或者手工编控制命令下发到可变情报板和可变限速标志。

系统正常运行时，可由系统自动发出控制指令，
当有事件发生时，控制方案一般应该由操作人员确认后发出。

监控中心软件系统在交通状态判断的基础上，综合气象信息，迅速准确的提出控制方案，包括可变情报板、可变限速标志以及车道控制指令。

交通控制算法给出备选的控制策略，经过操作员确认后下发。

●系统自检
监控系统包括各种外场设备都是在全天候状态下连续运行，设备的故障是在所难免的，监控进程中有一个单独的线程对设备的工作状态进行实时监视监测，一旦发现设备故障，系统自动向操作员发出报警信息。

●可变信息编辑
当用户需要手工编辑下发命令时，可以从监控进程主界面上启动可变信息编辑进程，编辑想要显示在可变情报板和可变限速标志上的图形和文字，然后将其写入命令列表等待发送。

用户编辑完后，可以将其存入文件，以后可以重新调入。

●地图的管理
用户可以指定要显示的底图，并增加、删除、修改要在地图上显示的设备和文字。

修改包括设备的位置、类型及某种类型要显示的图标。

●信息的表现
各种信息采用地图的方式在屏幕上直观的显示出来。

具体描述如下：
a.地图的底图，根据实际的地形图，经过美工处理后的图形；
b.设备信息，用标准的图标在地图上对应的位置显示。

设备的不同状态
通过不同的颜色来表示，如绿、黄、红分别代表设备处于正常工作、
待机、和故障状态。

c.交通流及交通状态，通过在地图上对应的车道上显示流动的箭头来表
示交通流，箭头流动的速度表示行车的快慢，而箭头的不同颜色则代
表不同的交通状态，如绿、黄、红分别代表交通处于畅通、饱和和阻
塞状态。

d.报警信息，包括事件报警和设备故障报警。

2.3 系统划分
基于对高速公路中心监控系统的需求分析，一个功能完善的中心监控系统应至少包含以下六个子系统：设备监控系统、事件检测与定位系统、视频监控系统、信息发布系统、紧急救援系统以及信息管理系统，如图2.1所示。

图2.1 中心监控系统组成
“设备监控系统”负责采集外场设备（车辆检测器、气象检测仪、路面分析仪等）数据，并将这些数据整理后保存到中心数据库上，同时对这些设备数据进行设备信息、状态的图形化显示，并提供用户操作外场设备的接口。

错误，是紧急电话系统是主要的来源，事件的检测主要是靠紧急电话报警，在隧道中，摄像机才是主要的来源，这也就直接决定了使用“视频监控系统”是高速公路监控中心最主要的事件检测手段。

“事件检测与定位系统”主要是进行智能事件检测定位，并根据事件类型生成控制策略，它的数据依靠“设备监控系统”提供。

当检测到交通事件、火灾、隧道一氧化碳超标等事件时，系统需告知监控员，在有可能的情况下生成控制策略供监控员参考。

由于目前实际应用中由于硬件条件原因，导致事件检测手段单一，使得现有条件下很难做到高速公路上的事件检测与定位，文中只介绍一些该系统可能用到的检测算法和控制策略。

当检测到事件的发生或出于其他目的，监控员需要通过某种手段将公告信息告知公路上的行驶车辆，“信息发布系统”就提供了这种可能。

如果高速公路上发生交通意外或火灾等事故，高速公路管理处需要出动救援车辆赶往现场救援，通过“紧急救援系统”，监控员可以实时观察到所有救援车辆的位置、配置，从而在最短的时间内形成最佳救援方案，尽量减少损失。

2.4 网络结构
高速公路监控中心的硬件配置是很大的工程，涉及的硬件数量也非常多，这里仅简要介绍一下通常一个监控中心的网络构成方式，虽然这并不能代表所有监控中心的情况，但具有一定参考价值。

我们先假设某监控中心是一个含隧道管理职责的监控中心，那么它的局域网可以由以下方式构成：管理站系统主机(服务器)、通信计算机、隧道监控计算机、彩色图形计算机和多媒体计算机通过交换集线器相连采用快速以太网的形式组成局域网，传输媒体为5类不屏蔽双绞线，网络拓扑结构为星形结构；隧道部分外场设备(包括车道信号标志、交通信号标志、COVI检测器、光强检测器等) 通过RS232/RS485转换接口分别传到4台本地控制器，再通过双环光缆现场总线连接到隧道管理站监控计算机；可变限速标志、可变情报板通过调制解调器上传隧道管理站，再经多串口卡传送到通信计算机；广播系统的扬声器和火灾报警按钮分别单独传到有线广播控制器和火灾报警控制柜。

对于一个小型的监控中心，它所拥有的硬件设备可能并没有上述的那么多，可能只有车检器、摄像机等基本设备，那么它的网络架构也就简单得多，图2.2给出了这样一个典型的小型监控中心的硬件连接示意图。

图2.2 典型的小型监控中心硬件连接示意图
由于现在的监控系统需要联网控制，而一个路段上可能会出现多个分中心以及下属的隧道管理站，那么各个中心之间的网络连接一般可以使用的方案是：各监控中心、监控分中心和隧道管理站的集线器与各局域网路由器相连上传，通信系统2M数据口实现数据传输；在各路由器的路由表中定义隧道管理站只能与其上级监控分中心通信，各分中心只能与路段监控总中心通信，各监控分中心之间不能进行数据和图像通信。

这样在网络连接上就已经进行了级别划分。

另外，路段监控总中心通过本局域网的交换集线器连接全省IP主干网的IP 交换机，与省监控总中心联网，从而达到全省联网的目的。

图2.3 多级监控中心网络连接示意图。