高速公路監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路的發(fā)展初期，就在整個(gè)機(jī)電合同中占有很重要的地位，基本上完全借鑒國(guó)外高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，在高速公路沿線安裝攝像機(jī)、車輛檢測(cè)器、可變情報(bào)板、氣象檢測(cè)器等設(shè)備，以獲取道路的實(shí)時(shí)視頻圖像，并通過(guò)設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)來(lái)分析交通流量特點(diǎn)和氣候環(huán)境狀況，通過(guò)可變情報(bào)板發(fā)布信息，對(duì)交通進(jìn)行疏導(dǎo)。
在眾多監(jiān)控設(shè)備中，無(wú)疑視頻監(jiān)控系統(tǒng)因其實(shí)時(shí)、直觀的特點(diǎn)，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，尤其是在隧道監(jiān)控中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本做到了無(wú)縫隙覆蓋。隨著高速公路的飛速發(fā)展，車流量的增加，道路交通狀況越來(lái)越復(fù)雜，司乘人員對(duì)高速公路服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高，高速公路管理者本身也需要更加及時(shí)、便捷的道路信息，全程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)就成為了必然趨勢(shì)，尤其是作為其子系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)被優(yōu)先放在了最為重要的位置。
全程監(jiān)控面臨的幾個(gè)問(wèn)題
全程監(jiān)控設(shè)備的供電問(wèn)題
眾所周知，高速公路因其路線較長(zhǎng)，收費(fèi)站之間距離也較遠(yuǎn)，道路監(jiān)控設(shè)備通常都是設(shè)計(jì)安裝在收費(fèi)站附近，由各收費(fèi)站對(duì)所屬附近地區(qū)的道路監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行供電。全程監(jiān)控系統(tǒng)要求要在整個(gè)高速公路沿線，均勻設(shè)置數(shù)量眾多的道路監(jiān)控設(shè)備(主要設(shè)備是攝像機(jī))，這就必須要解決全程監(jiān)控系統(tǒng)外場(chǎng)設(shè)備的供電問(wèn)題。
新建設(shè)的全程監(jiān)控系統(tǒng)如何與已建設(shè)多年的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整合的問(wèn)題
我國(guó)高速公路道路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)有了十幾年的歷史，而全程監(jiān)控的概念被提出到工程實(shí)施也不過(guò)是最近幾年的事情。基本上新建的全程監(jiān)控項(xiàng)目都面臨與已建設(shè)完成的原有監(jiān)控系統(tǒng)如何進(jìn)行整合的問(wèn)題。
全程監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理的問(wèn)題
全程監(jiān)控系統(tǒng)相比較以往某路段的監(jiān)控系統(tǒng)而言，所涵蓋的范圍變大了，不在局限于某條高速公路，而是從全省甚至全國(guó)的角度去規(guī)劃、建設(shè)，從而使全省監(jiān)控系統(tǒng)和全國(guó)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)成為了可能，盡管要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)還有很多的困難和很長(zhǎng)的路要走。
總體上，就目前全程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展來(lái)說(shuō)，全程監(jiān)控系統(tǒng)解決方案急需解決上述問(wèn)題中的前兩個(gè)。
供電解決方案
為了解決高速公路沿線監(jiān)控設(shè)備的供電問(wèn)題，可以引入太陽(yáng)能供電、風(fēng)力發(fā)電或風(fēng)光互補(bǔ)供電，各地區(qū)可根據(jù)當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源、風(fēng)力資源以及系統(tǒng)的供電需求，來(lái)選擇適合的解決方案。
這里可以通過(guò)某省全程監(jiān)控系統(tǒng)的外場(chǎng)設(shè)備供電案例，來(lái)描述此類問(wèn)題的解決方案，如圖1所示。
圖1 風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)構(gòu)成圖
通過(guò)實(shí)際勘測(cè)和多年氣象局提供的氣候資料，某省太陽(yáng)能和風(fēng)能資源都非常豐富，非常適合采用風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)來(lái)為高速公路沿線全程監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行供電。所以，系統(tǒng)除了靠近收費(fèi)站的監(jiān)控設(shè)備或功耗巨大的監(jiān)控設(shè)備繼續(xù)使用市電進(jìn)行供電之外，其余的監(jiān)控設(shè)備均采用風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)進(jìn)行供電。
在該項(xiàng)目中，太陽(yáng)能電池板在此項(xiàng)目中作為主要的能源轉(zhuǎn)化設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為輔助設(shè)備。卸荷器在風(fēng)速較大或蓄電池組已飽滿的情況下對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)，盡量減少設(shè)備磨損。蓄電池組通過(guò)放電給系統(tǒng)各類設(shè)備供電的同時(shí)，將太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的多余電力進(jìn)行儲(chǔ)備。風(fēng)光互補(bǔ)控制器作為整個(gè)供電系統(tǒng)的核心設(shè)備，在對(duì)所有接入設(shè)備充放電狀態(tài)檢測(cè)的同時(shí)，選擇相應(yīng)的控制策略，來(lái)維持系統(tǒng)的電力平衡，既要保證盡可能讓系統(tǒng)電力處于飽滿的狀態(tài)，又要避免過(guò)度充電或者過(guò)度放電對(duì)蓄電池組造成傷害。
相對(duì)于市電來(lái)說(shuō)，風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)還不是很穩(wěn)定，尤其是在供電時(shí)間上受氣候條件的制約，而氣候環(huán)境也有很大的不確定性。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮極限氣候條件下(多日無(wú)太陽(yáng)和風(fēng)力的支持)，系統(tǒng)能夠維持的時(shí)間，又要考慮項(xiàng)目的投資造價(jià)，同時(shí)還會(huì)受到技術(shù)困難的限制。
這就需要在做方案設(shè)計(jì)時(shí)，從多個(gè)方面來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)，確保外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的穩(wěn)定供電，盡可能長(zhǎng)時(shí)間在線，包括：
· 盡可能減少系統(tǒng)的供電功耗，采用低功耗的設(shè)備;
· 盡可能減少電源轉(zhuǎn)換等中間環(huán)節(jié)，避免不必要的電力資源浪費(fèi);
· 盡可能不因?yàn)槟程幵O(shè)備的電力中斷，造成全部設(shè)備圖像和數(shù)據(jù)無(wú)法上傳(解決辦法有采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式或增加光纖跳接保護(hù)器);
· 采用分級(jí)優(yōu)先的供電方式，舍棄系統(tǒng)部分耗電高、重要程度低的功能，確保整個(gè)系統(tǒng)的圖像或數(shù)據(jù)的上傳;
· 風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板以及風(fēng)光互補(bǔ)控制器最好能夠統(tǒng)一品牌進(jìn)行采購(gòu);
· 準(zhǔn)備必要的后備電力支援(備用蓄電池組和發(fā)電機(jī))。
新舊系統(tǒng)的整合
在一般的高速公路全程監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)是使用數(shù)量最多的監(jiān)控設(shè)備，其次輔以其他的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和信息發(fā)布設(shè)備，如車輛檢測(cè)器、氣象檢測(cè)器、可變信息情報(bào)板等等。
大量的設(shè)備要消耗大量的光纖資源，所以，目前大多數(shù)全程監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都采用雙纖自愈環(huán)網(wǎng)保護(hù)技術(shù)。既可以有效節(jié)約監(jiān)控外場(chǎng)的光纖資源不足的問(wèn)題，減少投資，又可以在一定程度上保證系統(tǒng)的安全性(對(duì)于監(jiān)控外場(chǎng)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式安全性最好)。
這里還是根據(jù)某省全程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，來(lái)簡(jiǎn)單描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，以及如何完成與舊有的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整合的解決方案。
圖2 全程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成圖
從圖2中，可以看出整個(gè)系統(tǒng)的管理體系分成四個(gè)等級(jí)，由上至下分別是監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心、收費(fèi)站和監(jiān)控外場(chǎng)，每個(gè)層級(jí)都采用雙纖自愈環(huán)網(wǎng)保護(hù)結(jié)構(gòu)。
除監(jiān)控外場(chǎng)之外，監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心和收費(fèi)站都可以根據(jù)需要解析和提取外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備上傳的視頻圖像和路況數(shù)據(jù)以及設(shè)備的工作狀態(tài)等，并能根據(jù)一定權(quán)限進(jìn)行操作，比如解碼視頻圖像至電視墻或大屏幕投影，根據(jù)監(jiān)控軟件提供的預(yù)案進(jìn)行信息發(fā)布和對(duì)交通進(jìn)行疏導(dǎo)。
全程監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
在此簡(jiǎn)單介紹此項(xiàng)目全程監(jiān)控的系統(tǒng)功能如下。
數(shù)據(jù)分析處理功能
(1)對(duì)交通流量數(shù)據(jù)(包括交通量、平均車速、車道占有率等)進(jìn)行采集統(tǒng)計(jì)處理;
(2)對(duì)視頻交通事件檢測(cè)圖像進(jìn)行分析處理和判斷;
(3)對(duì)氣象數(shù)據(jù)(包括路面狀態(tài)、溫度、降雨量)進(jìn)行采集統(tǒng)計(jì)處理;
(4)根據(jù)設(shè)備通信狀態(tài)和數(shù)據(jù)，分析設(shè)備狀態(tài)報(bào)警和通信故障報(bào)警。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能
(1)道路交通流量數(shù)據(jù);
(2)設(shè)備狀態(tài)信息;
(3)氣象檢測(cè)信息;
(4)交通事件事故信息;
(5)預(yù)警、報(bào)警信息;
(6)控制方案存儲(chǔ)。
顯示與控制功能
(1)監(jiān)控中心和分中心可通過(guò)數(shù)字軟矩陣調(diào)用外場(chǎng)攝像機(jī)圖像在中心和分中心監(jiān)視器上顯示;
(2)實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)，將報(bào)警信息所關(guān)聯(lián)的圖像或信息切換到主畫面(或大屏幕)，綜合控制臺(tái)上放置的主監(jiān)視器具有“強(qiáng)插”顯示功能;
(3)可控制道路沿線設(shè)置的遙控?cái)z像機(jī)動(dòng)作;可切換顯示攝像機(jī)圖像在任一臺(tái)監(jiān)視器上顯示，或到監(jiān)視大屏上顯示，并在收費(fèi)站和監(jiān)控分中心對(duì)所有圖像進(jìn)行錄像;
(4)控制方式有人工控制和自動(dòng)控制兩種，人工控制優(yōu)先;
(5)顯示可變信息標(biāo)志內(nèi)容。
智能決策功能
(1)系統(tǒng)能利用視頻交通事件自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該斷面的交通擁擠、事故等交通異常事件作出自動(dòng)判斷，作出相應(yīng)的預(yù)警或告警信息;同時(shí)可以通過(guò)交通流量數(shù)據(jù)、交通事件檢測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的閥值，判斷交通擁擠、交通阻塞或事件等交通狀況，作出相應(yīng)的預(yù)警或告警信息;
(2)系統(tǒng)可根據(jù)告警事件的嚴(yán)重程度分成預(yù)警、輕故障、重故障、嚴(yán)重故障四個(gè)級(jí)別分別進(jìn)行處理。一旦有告警信息，則在操作員工作站上立即顯示告警信息，并自動(dòng)彈出控制誘導(dǎo)預(yù)案等，并且有相應(yīng)的聲光信號(hào)提示操作員;
(3)監(jiān)控計(jì)算機(jī)在接到報(bào)警信息后，能自動(dòng)彈出報(bào)警窗口，可輸出報(bào)警圖像在監(jiān)視器進(jìn)行“強(qiáng)插”顯示;同時(shí)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)上的視頻管理軟件也能通過(guò)軟解碼方式看到報(bào)警點(diǎn)的視頻圖像;系統(tǒng)能通過(guò)I/O模塊自動(dòng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的聲光報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警;
(4)當(dāng)系統(tǒng)自身發(fā)生故障(包括設(shè)備故障、通信故障等)時(shí)，能在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上自動(dòng)彈出報(bào)警窗口，同時(shí)在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上發(fā)出報(bào)警聲音;
(5)出現(xiàn)報(bào)警后，系統(tǒng)能自動(dòng)記錄事件的屬性(如事件類型、事件、地點(diǎn)等)以及事件的處置過(guò)程。并能夠?qū)Υ尜A的告警事件進(jìn)行打印，打印內(nèi)容包括故障日期、時(shí)間、地點(diǎn)、故障性質(zhì)等;
(6)半自動(dòng)控制：對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)提出控制誘導(dǎo)方案，操作員根據(jù)外場(chǎng)攝像機(jī)及巡邏車等確認(rèn)或修正后，再下發(fā)控制指令(包括通知路政、交警部門)，執(zhí)行控制誘導(dǎo)方案;
(7)手動(dòng)控制：任何情況下，操作員在得到各方面的確認(rèn)信息后，可手工編制控制誘導(dǎo)方案;
(8)手動(dòng)控制的優(yōu)先級(jí)最高，半自動(dòng)控制次之;
(9)控制誘導(dǎo)方案被確認(rèn)后，將誘導(dǎo)信息發(fā)送到大型可變情報(bào)標(biāo)志;交通事件處理結(jié)束后，將改變大型可變情報(bào)標(biāo)志的信息內(nèi)容，同時(shí)填寫事故處理情況備案。
統(tǒng)計(jì)查詢、報(bào)表功能
(1)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)查詢;
(2)按預(yù)先規(guī)定的格式和內(nèi)容，定時(shí)進(jìn)行日、周或旬、月、季、年報(bào)表的統(tǒng)計(jì)處理，并且進(jìn)行打印;
(3)關(guān)于報(bào)表的類型和格式可根據(jù)要求確定。
系統(tǒng)管理功能
(1)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能;
(2)安全防御功能：具有針對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊的防御能力，具有防范網(wǎng)絡(luò)病毒的措施。對(duì)中心、分中心不同層次和職責(zé)的人員，分別設(shè)置不同的操作使用權(quán)限，設(shè)置不同的操作口令和密碼，防止越權(quán)存取和修改，保障數(shù)據(jù)的完整性，并且對(duì)值班員的操作進(jìn)行存貯、記錄、打印;
(3)自動(dòng)數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)恢復(fù)功能：系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)自動(dòng)備份功能，系統(tǒng)能自動(dòng)完成每日的系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份，包括重要事件，操作，設(shè)備狀態(tài)變化等的記錄。記錄的同時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記;在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)具備提供能迅速恢復(fù)運(yùn)行的措施;
(4)系統(tǒng)具有自診斷功能;能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的工作狀況，并且在檢測(cè)到異常情況時(shí)，自動(dòng)顯示和打印診斷報(bào)告;能自動(dòng)并循環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的軟、硬件及外場(chǎng)設(shè)備的工作狀況，并且在檢測(cè)到異常情況時(shí)，自動(dòng)顯示和打印診斷報(bào)告，并向值班員發(fā)出信息。發(fā)生故障時(shí)，可及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)告故障點(diǎn)的位置和類型，并提示值班人員盡快采取措施，排除故障。
系統(tǒng)擴(kuò)展功能
(1)預(yù)留聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接口;
(2)預(yù)留與其他系統(tǒng)整合的數(shù)據(jù)接口，比如：信息發(fā)布、路政、養(yǎng)護(hù)、公路交警等;
(3)預(yù)留社會(huì)公眾發(fā)布途徑的接口;
(4)預(yù)留其他路段全程監(jiān)控系統(tǒng)的接口。
值得注意的是，在該高速公路項(xiàng)目中，新建的全程監(jiān)控項(xiàng)目必須與舊有的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整合，發(fā)揮數(shù)據(jù)和信息互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)才能在信息容量、監(jiān)控策略制定、應(yīng)急指揮等方面發(fā)揮全面的作用，提高整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和響應(yīng)效率。與此同時(shí)，要完成系統(tǒng)的整合和全省或是更大范圍的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，也需要形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，從軟件和硬件方面都要進(jìn)行必要的改造，包括軟件的升級(jí)或重新研發(fā)、硬件的升級(jí)或更換等等。