赣定高速公路智能交通管理与控制系统工程项目实施介绍

2009-07-21 13:25:00 来源:王平
安全自动化杂志征稿

目前,高速公路的管理与监控系统也成为一种必然需求,本文针对江西赣定高速公路的智能交通管理与控制系统工程项目,主要从工程概况、系统特点、系统功能、系统构成等方面进行详细介绍。

工程概况
    江西赣州至定南高速公路是国家主干线,是国家实施南北连接开发战略重点规划建设的重要通道之一,起于南康市龙岭镇,与泰和至赣州高速公路的终点相接,终于定南县赣粤交界处的野猪塘,与赣粤高速公路相接,全长126.758公里。全线共有特大桥1座,高架桥22座,隧道16座,大、中桥23座,互通立交7处,分离立交45处。根据江西省交通厅统一规划,对本高速公路实施和完善道路监控系统、交通诱导系统、气象检测系统及交警交通安全管理系统(超速抓拍系统、卡口拦截及接处警系统)等。

    赣定高速公路全线设置了南康监控分中心一处,管理运营全线监控设施。根据系统总体方案,本路段利用现有南康监控分中心,管理全线智能交通监控,同时公安交警部门参与高速公路交通事故和交通违章监控处理。具体系统结构见图1。

 

系统特点
    管理模式上既要按照江西省交通部门的三级管理模式实施,遵循江西省高速公路联网规范及江西省高速公路智能交通管理与控制系统建设总体方案,同时满足交警部门对高速公路管理的需要实施。

    外场监控设施分布广,采用2种组合供电方式,监控外场设备距变电所小于1.5km的采用从就近的箱式变压器或收费站变电所低压开关柜提供,用电等级为交流380V/220V 50Hz,供电电缆采用直埋施工。监控外场设备距离变电所大于1.5km的采用太阳能电池供电的方式。外场监控数据图像的传输方式采用光传输平台综合接入方式。

系统主要功能
    系统功能示意图如图2。

 

[nextpage] 信息采集
系统主机通过通信系统收集来自外场设备的信息:
·交通流参数:交通量、速度、占有率和车行方向;
·气象参数:大气温度、湿度、风速、风向、能见度、雨、雪、路面状况等;
·可变情报板显示的反馈信号;
·可变限速标志的反馈信号;
·外场摄像机的视频图像;
·管辖路段各种设备工作状态的反馈信号;
·接收省中心下发的控制指令;
·接收巡逻车或其它信息渠道报告的路上交通信息或事件;
·操作员输入的事件、事故信息。

数据处理
    处理车辆检测器、气象检测器、外场摄像机等提供的各种信息,以判断交通状况、天气状况,并通过人机接口报警。

交通控制
    在道路交通正常情况下,分中心计算机综合分析交通和环境指标状况后,根据系统内已配置可变情报板和可变限速标志的控制方案,对交通进行控制。

    在交通异常或事故等紧急情况下,监控分中心计算机根据数据处理结果,一方面迅速向操作员显示相应的控制方案,待操作员根据巡逻车、摄像机、紧急电话等确认或修正后,向外场设备(可变情报板、可变限速标志)发出指令,必要时应向路政、交警等有关单位通报。

配合交警进行交通管理
    本项目配合交警实现测收集证据、卡口处罚、中心管理。

系统构成
体结构及指标

    本系统设备(见图3)主要由分中心设施、监控外场设施、图像及数据传输传输设备、外场和供电设施、传输光缆及预埋管道与预留基础构成。

[nextpage]     在系统功能结构上,在系统应用软件平台整合下,由交通信息采集系统(监控系统、气象检测系统)、交通诱导系统、超速抓拍系统、卡口拦截及接处警系统组成。

系统总体指标:
·系统采样周期:≤15s;
·主控机显示刷新周期:≤3s;
·信息传输误码率:≤10-6;
·系统平均无故障时间(MTBF):≥60000h;
·故障修复时间(MTTR):≤2h;
·24h连续工作。

系统软件平台
    本系软件支持分层高级的监控网络结构,采用了地理信息、多媒体、专家辅助决策的多种技术,将高速公路沿线的交通信息、天气状况、图像监控信息、电话信息以及专家辅助决策方案,通过地图、图表、多媒体视频影像及语音等各个层面,交叉立体地呈现在用户面前,使管理人员方便、直观、及时、迅捷有效地实施交通管理和服务。

1、系统支撑软件
    其包括:操作系统、数据库管理、网管系统、软件平台开发工具、网络反病毒软件等系统软件运行所必备的支撑软件。

2、系统应用软件
    本项目应用软件主要由通信软件、信息处理控制软件、图形软件三大部分组成(见图4)。通信软件实时采集外场设备状态、交通数据、图像监控设备的工作状态及视频事件检测数据将其存入服务器数据库;信息处理控制软件根据采集的数据,进行交通监控和统计查询工作,以及向可变信息标志发布信息与控制命令;图像控制与图形处理软件将采集的数据图形化显示于大屏幕投影系统及彩色图形计算机或其他监控工作站显示器上。

    本系统软件建立在赣定高速公路监控系统的要求之上,负责整条高速公路的日常运营、维护、事件记录和处理工作。具体操作见图5、图6、图7。 [nextpage]

交通信息采集系统
    交通信息采集系统包括交通流采集及道路气象采集,交通流采集是通过在高速公路沿线敷设车辆检测器,实时检测道路上的车流量、平均车速、车道占有率及车型分类等交通流信息,为交通诱导系统的信息发布提供数据源,同时建立交通流基础数据库,为交通管理、交通规划的决策提供数据支持。

    气象采集高速公路上的气象条件,主要包括:能见度检测、路面检测(干、潮、湿度、霜、黑冰、冰雪、水厚度、残盐)、雨量检测、温度湿度检测及风速风向检测,自动进行处理并及时上传到监控分中心,为系统生成合理的交通策略提供依据。

[nextpage] 道路视频监视及基于视频事件分析报警系统
1、道路视频监控
    道路监控摄像机是视频监控子系统的外场摄像部分,闭路电视监视系统的主要功能,是使监控值班人员能通过监视器主观地了解道路摄像覆盖区的交通情况,根据所在路段摄像机摄取的图像信息进行分析,作出决策,采取相应的措施,保证道路的安全畅通。同时通过录像装置,可对某些特殊事件记录存档,为以后分析取证提供可靠依据。

    在前期已实施的基础上,本项目增加25套监控摄像机,道路监控摄像机采用带云台低照度彩色转黑白摄像机,包括镜头、云台、防护罩、解码器、立柱等。

2、视频事件检测系统
    目前,依靠人工通过交通指挥中心的监控系统来检测道路上车辆运行状况的方式,已经很难满足目前日益复杂的交通管理的需要。为此,本项目采用动态交通信息采集与事件分析检测仪。

    动态交通信息采集与事件分析检测仪,是通过对道路监控系统中的视频图像进行处理和综合分析,采用基于视频检测和目标跟踪的技术,来实现对道路交通发生影响正常交通秩序的事件过程进行实时检测、报警、记录、传输、统计。检测道路上的机动车辆运动状态及道路信息。如果发现某机动车的运行状态出现异常(如撞车、突然停车、遗撒物等)立即报警并将该路视频图像及报警区域图像切换到主监控画面。道路信息包括:车流量统计、平均车速、车道占有率、车间距等。

    本项目采用多目标识别与跟踪技术,在对机动车进行目标识别时,采用了自适应技术。以充分适应各种道路、气候状况和不同光照的环境。

1、系统组成
    动态交通信息采集与事件分析检测仪主要由摄像机、网络传输设备、及视频信息采集与事件分析仪、视频分配器、数据服务器、管理计算机等主要组成。

    本项目配置4路视频事件检测系统,接入分中心配置的光纤数字视频矩阵切换输出的图像。

2、系统功能特点
·实时数据采集:对道路交通车辆进行速度测定、车型分类、行车时间、车辆排队长度均可通过系统检测,实时显示在管理软件界面上;
·全画面检测:在摄像机的图像画面范围内,发生的交通事件和事故,系统都能检测到;
·系统具有即变焦即检测功能:对于遥控摄像机,画面拉近或推远后,系统可以自动学习适应新的背景画面,2~3分钟后立即自动进行事件、事故检测。对于遥控摄像机,如果摄像机角度发生变化,系统可以自动学习,适应新的背景画面;2~3分钟后立即自动进行事件、事故的检测。输入视频信号切换后,系统可以自动学习、适应新的背景。2~3 分钟后立即自动进行事件、事故的检测;
·全天候检测功能:在昼、夜、雨、雪、雾及各种气候条件下,只要人眼能看见车辆的移动,即使在道路没有照明的情况下,只要车辆有正常的前灯、尾灯照明,均可有效检测事件、事故。

3、系统指标
    系统可自动检测下列交通事件,在每个车道类型(行车道、紧急道、停车道、匝道)和任何交通状态改变(流动、拥堵、停/开)等,如:交通事故(撞车、着火)、车流量、车辆停驶、平均车速、车辆慢行、车道占有率、行人横穿马路、车间距、车辆突然驶出车道、抛弃物、路面突发异常。

交通信息发布和诱导系统
    交通诱导系统是利用交通诱导模型,对采集到的交通流数据进行计算、挖掘,生成各种不同类型、不同表现形式的交通诱导信息,通过安装在公路沿线上的可变情报板实时发布给交通参与者。交通诱导主要采用人工确认发布和自动发布,内容主要包括:体现交通管制信息、发布旅行时间、拥堵信息和安全提示信息等;发布形式主要包括:文字、图形和图文相结合。[nextpage]

交警交通安全管理系统
    本项目高速公路交通安全智能化系统主要由测收集证据、卡口处罚、中心管理三部分组成,实现对高速公路实施全天候监控,对超速行驶的违法车辆实施全程动态抓拍、识别,在各收费站出口处实施现场处罚(或后期非现场处罚),其主要功能如下:

    ·测收集证据部分:全天候实时动态抓拍车辆图像并识别车牌;自动测量车辆行驶速度;通过网络通讯系统将经过车辆信息传回管理中心;超速等违法车辆的信息自动存入违法数据库;具有远程配置和故障诊断功能;具有监控现场视频图像远程数据传输功能;

    ·卡口处罚部分:全天候实时动态抓拍车辆图像并识别车牌;通过网络通讯系统将经过车辆 信息传回管理中心;自动比对超速等违法车辆并发出声光报警信号;经人工确认后对超速等违法车辆进行处罚;具有远程配置和故障诊断功能;

    ·管理中心部分:接收超收集证据部分及卡口处罚部分的车辆通行数据和图像;超速等违法车辆的信息自动存入违法数据库;自动将超速等违法车辆信息发送给卡口处罚部分;发布或取消对犯罪嫌疑车辆的布控;系统提供系统分中心车牌修正功能;根据号牌识别和车辆检测器能够自行确认车辆类型;对不同路段限速值进行设置;能够计算车辆经过某两个测速点或卡口处的平均速度;具有对系统内所有设备进行时钟校对和运行状态监测功能;具有完善的系统管理、分类查询统计及输出报表的功能;可与交警其它管理系统联网。

    本项目工程的交警交通安全管理系统包含了超速抓拍系统、卡口拦截系统两部分组成。

1、超速抓拍子系统
    超速抓拍设备由测速雷达、图像抓拍单元、控制计算机单元、闪光灯、设备机箱、立柱等构成。超速抓拍系统是交警管理系统的主要组成之一,前端高清工业级摄像机获取超速车辆的图像资料,雷达可测试过行车辆的行驶车速,当有车辆的车速超过设定限速时,系统就会报警,并将车辆图片和车速等资料通过光端机传回监控中心的超速抓拍执法工作站。同时,超速抓拍执法工作站通过网络传输系统与卡口拦截执法工作站连接,将超速车辆信息传至卡口执法工作站,给交警工作人员设卡拦截超速车辆提供依据。

2、卡口拦截子系统
    本路段在赣粤省界收费站设置卡口拦截子系统,卡口拦截子系统车牌数据采集设备与收费系统车牌识别共用,治安卡口与拦截子系统在车牌识别装置基础上实施改造,卡口拦截执法工作站包含车牌比照软件、黑名单数据库软件等应用软件。

    所有抓拍车辆信息上传到监控分中心超速抓拍执法工作站系统数据库,然后与卡口拦截执法工作站违法数据库进行比对,确认是否属违法行为。系统自建有黑名单数据库,可以导入超速抓拍系统黑名单库和手动输入黑名单,上传的车辆信息与黑名单数据库进行比对,记录黑名单车辆通过检测点的信息。

图像数据传输
    赣定高速公路为江西省重点高速公路,本项目需要完成闭路电视监控系统通信网络、高速通信中心及基础软件的各项任务,具体要求如下:
·新建一个南康监控分中心,汇聚赣定全路段各外场、监控所监控点图像、数据信号、以太网数据等业务;
·全路段外场共30个监控点(视频21个),采用链网结构传输监控点视频等业务至数据中心。全路段外场敷设4芯光纤用于传输图像、数据、以太网业务;
·信丰、龙南监控所分别上传相应图像至南康分中心,接入光平台;
·实现省中心、通信中心及赣定路段分中心对视频的权限分级控制。[nextpage]

1、传输方案
    根据项目实际情况,对于全路段外场的30个监控点(含21个视频监控点),设计采用光纤链网模式,通过4芯光纤将前端30路图像、以太网数据、串行数据上传至数据中心管理平台,数据中心通过数字光矩阵输出2路非压缩图像至电视墙,进行实时监看;输出以太网信号至中心交换机;输出4路非压缩图像至视频事件检测器。

    信丰监控所占用1芯光纤传输8路图像至南康分中心;龙南监控所占用2芯光纤传输12路图像至分中心,在分中心统一接入光交换平台。

2、数据交换中心配置
    分中心配置光纤数字视频矩阵,通过光纤方式接入新建30个监控点的图像及数据,将图像输出至主监视器进行监控。

    数字视频光传输交换平台是一个支持多种业务接入、全网信息交换和传输的数字视频光传输交换平台。它具有全光网、大容量、高品质图像、数字矩阵功能,为视频监控高端用户提供工业级综合解决方案,实现视频接入,切换,传输和管理控制。同时可提供音频、数据、以太网等各类业务传输接口。

外场供电方案
    本系统外场监控设施分布广,采用2种组合供电方式,监控外场设备距变电所小于1.5km的采用从就近的箱式变压器或收费站变电所低压开关柜提供,用电等级为交流380V/220V 50Hz,供电电缆采用直埋施工;监控外场设备距离变电所大于1.5km的采用太阳能电池供电的方式;大型可变信息标志、超速抓拍设备、气象检测器、能见度检测器采用低压电缆供电。

    本方案主要是采用太阳能智能监控系统成套技术,将太阳能供电与摄像机、信号传输、节能控制作为一个整体来规划设计,它是一种专门为高速公路外场无法供电的监控系统提供整体解决方案的优化系统,能够在无交流供电的情况下利用太阳能使监控摄像机和相应的光端机等设备正常工作,提供视频采集、传输和数据、语音接入、传输服务。

本系统优化方案具有以下主要特点:
·整合节能控制与信号传输,一体化设计、专业化生产、成套设备提供;
·与传统的集成方案相比,能大幅度地提高蓄能、节能效率,有效地降低成本,提高系统稳定性;
·外场设备全部采用高杆安装(包括蓄电池箱),施工维护方便,防盗性能好,支持微波雷达监测器、信号灯、线圈车检器、情报板等功能扩展;
·远程软件控制蓄电池充放电和设备耗能,按工程地域光资源情况选配光伏组件和蓄电池,最佳组合配置;
·随时检测各监控点设备情况,包括信号传输、太阳能蓄能、蓄电池电压等,出现故障自动报警。同时记录设备运行状况;
·云台节能控制,在云台不工作时及时关闭云台AC24V逆变器,节省能源;
·用软件取代云台控制编码器,省掉了硬件云台编码器,节省了能源;
·采用太阳能最大功率点跟踪(Mppt)技术,大幅度提升太阳能组件的蓄能效率。

结语
    本项目考虑高速公路的管理部门和交警管理部门不同业务需求,在管理模式上建立起兼顾双方需求特点的综合智能交通管理平台,且采用智能的交通事件事故检测系统,另外本项目是对赣定高速公路全程监控,针对外场远程供电困难问题采用了太阳能供电方式,将太阳能供电与摄像机、信号传输、节能控制作为一个整体规划设计,能有效提高蓄能、节能效率,降低成本。在高速公路的监控中,外场设备种类较多,通信接口方式多样,所以采用多业务接入平台传输音视频、各种类型数据的模式逐渐增多,本项目用光传输平台方式传输外场音视频及各种数据。(本文作者现任职于广州海特天高信息系统工程有限公司)

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[责任编辑:张利芬]

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