高速公路监控系统在高速公路的发展初期，就在整个机电合同中占有很重要的地位，基本上完全借鉴国外高速公路监控系统的设计思路，在高速公路沿线安装摄像机、车辆检测器、可变情报板、气象检测器等设备，以获取道路的实时视频图像，并通过设备上传的数据来分析交通流量特点和气候环境状况，通过可变情报板发布信息，对交通进行疏导。

　　在众多监控设备中，无疑视频监控系统因其实时、直观的特点，发挥着越来越重要的作用，尤其是在隧道监控中，视频监控系统基本做到了无缝隙覆盖。随着高速公路的飞速发展，车流量的增加，道路交通状况越来越复杂，司乘人员对高速公路服务质量的要求越来越高，高速公路管理者本身也需要更加及时、便捷的道路信息，全程监控系统的建设就成为了必然趋势，尤其是作为其子系统的视频监控系统被优先放在了最为重要的位置。

　　全程监控面临的几个问题

　　全程监控设备的供电问题

　　众所周知，高速公路因其路线较长，收费站之间距离也较远，道路监控设备通常都是设计安装在收费站附近，由各收费站对所属附近地区的道路监控设备进行供电。全程监控系统要求要在整个高速公路沿线，均匀设置数量众多的道路监控设备(主要设备是摄像机)，这就必须要解决全程监控系统外场设备的供电问题。

　　新建设的全程监控系统如何与已建设多年的监控系统进行整合的问题

　　我国高速公路道路监控系统的发展已经有了十几年的历史，而全程监控的概念被提出到工程实施也不过是最近几年的事情。基本上新建的全程监控项目都面临与已建设完成的原有监控系统如何进行整合的问题。

　　全程监控系统统一管理的问题

　　全程监控系统相比较以往某路段的监控系统而言，所涵盖的范围变大了，不在局限于某条高速公路，而是从全省甚至全国的角度去规划、建设，从而使全省监控系统和全国监控系统联网成为了可能，尽管要实现这一目标还有很多的困难和很长的路要走。

　　总体上，就目前全程监控系统的发展来说，全程监控系统解决方案急需解决上述问题中的前两个。

　　供电解决方案

　　为了解决高速公路沿线监控设备的供电问题，可以引入太阳能供电、风力发电或风光互补供电，各地区可根据当地太阳能资源、风力资源以及系统的供电需求，来选择适合的解决方案。

　　这里可以通过某省全程监控系统的外场设备供电案例，来描述此类问题的解决方案，如图1所示。

图1 风光互补供电系统构成图

　　通过实际勘测和多年气象局提供的气候资料，某省太阳能和风能资源都非常丰富，非常适合采用风光互补供电系统来为高速公路沿线全程监控设备进行供电。所以，系统除了靠近收费站的监控设备或功耗巨大的监控设备继续使用市电进行供电之外，其余的监控设备均采用风光互补供电系统进行供电。

　　在该项目中，太阳能电池板在此项目中作为主要的能源转化设备，风力发电机作为辅助设备。卸荷器在风速较大或蓄电池组已饱满的情况下对风机进行保护，尽量减少设备磨损。蓄电池组通过放电给系统各类设备供电的同时，将太阳能电池板和风力发电机产生的多余电力进行储备。风光互补控制器作为整个供电系统的核心设备，在对所有接入设备充放电状态检测的同时，选择相应的控制策略，来维持系统的电力平衡，既要保证尽可能让系统电力处于饱满的状态，又要避免过度充电或者过度放电对蓄电池组造成伤害。

　　相对于市电来说，风光互补供电系统还不是很稳定，尤其是在供电时间上受气候条件的制约，而气候环境也有很大的不确定性。在进行方案设计时，既要考虑极限气候条件下(多日无太阳和风力的支持)，系统能够维持的时间，又要考虑项目的投资造价，同时还会受到技术困难的限制。

　　这就需要在做方案设计时，从多个方面来优化系统，确保外场监控设备的稳定供电，尽可能长时间在线，包括：

　　· 尽可能减少系统的供电功耗，采用低功耗的设备;

　　· 尽可能减少电源转换等中间环节，避免不必要的电力资源浪费;

　　· 尽可能不因为某处设备的电力中断，造成全部设备图像和数据无法上传(解决办法有采用点对点传输方式或增加光纤跳接保护器);

　　· 采用分级优先的供电方式，舍弃系统部分耗电高、重要程度低的功能，确保整个系统的图像或数据的上传;

　　· 风力发电机、太阳能电池板以及风光互补控制器最好能够统一品牌进行采购;

　　· 准备必要的后备电力支援(备用蓄电池组和发电机)。[nextpage]

　　新旧系统的整合

　　在一般的高速公路全程监控系统中，摄像机是使用数量最多的监控设备，其次辅以其他的数据采集设备和信息发布设备，如车辆检测器、气象检测器、可变信息情报板等等。

　　大量的设备要消耗大量的光纤资源，所以，目前大多数全程监控的网络结构都采用双纤自愈环网保护技术。既可以有效节约监控外场的光纤资源不足的问题，减少投资，又可以在一定程度上保证系统的安全性(对于监控外场，点对点的传输方式安全性最好)。

　　这里还是根据某省全程监控系统的实际应用，来简单描述系统的结构和功能，以及如何完成与旧有的监控系统进行整合的解决方案。

图2 全程监控系统网络构成图

　　从图2中，可以看出整个系统的管理体系分成四个等级，由上至下分别是监控中心、监控分中心、收费站和监控外场，每个层级都采用双纤自愈环网保护结构。

　　除监控外场之外，监控中心、监控分中心和收费站都可以根据需要解析和提取外场监控设备上传的视频图像和路况数据以及设备的工作状态等，并能根据一定权限进行操作，比如解码视频图像至电视墙或大屏幕投影，根据监控软件提供的预案进行信息发布和对交通进行疏导。

　　全程监控系统的主要功能

　　在此简单介绍此项目全程监控的系统功能如下。

　　数据分析处理功能

　　(1)对交通流量数据(包括交通量、平均车速、车道占有率等)进行采集统计处理;

　　(2)对视频交通事件检测图像进行分析处理和判断;

　　(3)对气象数据(包括路面状态、温度、降雨量)进行采集统计处理;

　　(4)根据设备通信状态和数据，分析设备状态报警和通信故障报警。

　　数据存储功能

　　(1)道路交通流量数据;

　　(2)设备状态信息;

　　(3)气象检测信息;

　　(4)交通事件事故信息;

　　(5)预警、报警信息;

　　(6)控制方案存储。

　　显示与控制功能

　　(1)监控中心和分中心可通过数字软矩阵调用外场摄像机图像在中心和分中心监视器上显示;

　　(2)实现报警联动，将报警信息所关联的图像或信息切换到主画面(或大屏幕)，综合控制台上放置的主监视器具有“强插”显示功能;

　　(3)可控制道路沿线设置的遥控摄像机动作;可切换显示摄像机图像在任一台监视器上显示，或到监视大屏上显示，并在收费站和监控分中心对所有图像进行录像;

　　(4)控制方式有人工控制和自动控制两种，人工控制优先;

　　(5)显示可变信息标志内容。

　　智能决策功能

　　(1)系统能利用视频交通事件自动检测数据，对该断面的交通拥挤、事故等交通异常事件作出自动判断，作出相应的预警或告警信息;同时可以通过交通流量数据、交通事件检测数据根据设定的阀值，判断交通拥挤、交通阻塞或事件等交通状况，作出相应的预警或告警信息;[nextpage]

　　(2)系统可根据告警事件的严重程度分成预警、轻故障、重故障、严重故障四个级别分别进行处理。一旦有告警信息，则在操作员工作站上立即显示告警信息，并自动弹出控制诱导预案等，并且有相应的声光信号提示操作员;

　　(3)监控计算机在接到报警信息后，能自动弹出报警窗口，可输出报警图像在监视器进行“强插”显示;同时，监控计算机上的视频管理软件也能通过软解码方式看到报警点的视频图像;系统能通过I/O模块自动监控计算机网络的声光报警器进行声光报警;

　　(4)当系统自身发生故障(包括设备故障、通信故障等)时，能在监控计算机上自动弹出报警窗口，同时在监控计算机上发出报警声音;

　　(5)出现报警后，系统能自动记录事件的属性(如事件类型、事件、地点等)以及事件的处置过程。并能够对存贮的告警事件进行打印，打印内容包括故障日期、时间、地点、故障性质等;

　　(6)半自动控制：对系统自动提出控制诱导方案，操作员根据外场摄像机及巡逻车等确认或修正后，再下发控制指令(包括通知路政、交警部门)，执行控制诱导方案;

　　(7)手动控制：任何情况下，操作员在得到各方面的确认信息后，可手工编制控制诱导方案;

　　(8)手动控制的优先级最高，半自动控制次之;

　　(9)控制诱导方案被确认后，将诱导信息发送到大型可变情报标志;交通事件处理结束后，将改变大型可变情报标志的信息内容，同时填写事故处理情况备案。

　　统计查询、报表功能

　　(1)完成数据统计、数据查询;

　　(2)按预先规定的格式和内容，定时进行日、周或旬、月、季、年报表的统计处理，并且进行打印;

　　(3)关于报表的类型和格式可根据要求确定。

　　系统管理功能

　　(1)系统参数设置功能;

　　(2)安全防御功能：具有针对网络攻击的防御能力，具有防范网络病毒的措施。对中心、分中心不同层次和职责的人员，分别设置不同的操作使用权限，设置不同的操作口令和密码，防止越权存取和修改，保障数据的完整性，并且对值班员的操作进行存贮、记录、打印;

　　(3)自动数据备份和系统恢复功能：系统具有数据自动备份功能，系统能自动完成每日的系统数据备份，包括重要事件，操作，设备状态变化等的记录。记录的同时，自动进行时间标记;在系统出现故障时，系统具备提供能迅速恢复运行的措施;

　　(4)系统具有自诊断功能;能自动测试系统的工作状况，并且在检测到异常情况时，自动显示和打印诊断报告;能自动并循环测试系统的软、硬件及外场设备的工作状况，并且在检测到异常情况时，自动显示和打印诊断报告，并向值班员发出信息。发生故障时，可及时准确地报告故障点的位置和类型，并提示值班人员尽快采取措施，排除故障。

　　系统扩展功能

　　(1)预留联网数据接口;

　　(2)预留与其他系统整合的数据接口，比如：信息发布、路政、养护、公路交警等;

　　(3)预留社会公众发布途径的接口;

　　(4)预留其他路段全程监控系统的接口。

　　值得注意的是，在该高速公路项目中，新建的全程监控项目必须与旧有的监控系统进行整合，发挥数据和信息互补的优势才能在信息容量、监控策略制定、应急指挥等方面发挥全面的作用，提高整个系统的准确性和响应效率。与此同时，要完成系统的整合和全省或是更大范围的系统联网，也需要形成统一的技术规范，从软件和硬件方面都要进行必要的改造， 包括软件的升级或重新研发、硬件的升级或更换等等。