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摘要：随着经济的不断发展，高速公路也越来越贴近大众生活，已逐渐成为人们商务休闲、假日旅行的首选出行方式。但随着通行车辆的持续增长，并由此带来的交通拥堵及事故也不可避免的成为制约高速公路健康发展的瓶颈。为确保司乘人员的外出安全与便捷，构建一套技术先进、数据传输率高、性能稳定的监控系统已成为调整车流量分布状态，实现车辆安全、有序运行的重要手段与共识。
关键词：监控系统体系结构传输技术
Abstract: with the development of economy, the highway is also more and more close to public life, have gradually become people business leisure, holiday travel preferred way to travel. But along with the continuous growth of the vehicles, and that leads to traffic congestion and accident may inevitably become the main highway health development of bottleneck. To ensure the safety of the personnel department take out with convenient, construct a set of advanced technology, data transfer rate high, performance and stability of monitoring and control system has become a smooth adjustment distribution condition, realize the vehicle safety, orderly operation of the means and consensus.
Keywords: monitoring system structure transmission technology
中图分类号：X924.3文献标识码：A文章编号：
高速公路道路监控系统是将先进的信息、数据传输技术，电子控制以及计算机处理等技术综合运用于地面运输管理体系。并能有效的加强对交通流的交通监视诱导，改善交通管理、提高道路服务水平。
同时能进一步改善道路的通行流量，控制车辆运行速度，有效避免偶然事件引发的交通阻塞，最大限度保证车辆的通行能力，加快对突发事件的反应和处理的速度。
一、监控系统管理结构
高速公路监控系统是一个地理范围分布很广的系统，从监控中心的硬件设备到高速公路沿线布设一系列外场设备都必须进行统一协调的管理。
从控制论角度考虑，高速公路路段多且相互关联。受控变量和控制量多，并且随时间作不确定的变化，这就使得对各路段进行集中式最优控制的难度加大。所以监控系统要做到对各路段交通情况及时、准确的了解，并对各种交通事件进行快速有效的响应，就要根据整个高速公路的路网情况制定合理的监控系统的层次结构。
一般来说，一条50km以下的高速公路可设一个监控中心，而对于更长的高速公路可设一个监控中心和若干监控分中心，每个分中心管辖部分路段，监控中心对分中心进行协调管理。为便于管理，目前高速公路大多采用由上至下、分级分散监控管理方式。监控系统按照监控中心和监控分中心采用C/S模式三级分布式的系统架构，同时三个层次用计算机网络远程联系，形成多级计算机网络监控系统（如图1所示）。
二、监控系统体系结构
高速公路道路监控系统主要通过外场设备对公路全线的交通量、交通状况、环境气象等情况进行检测和监视，以交通流的监视和诱导作为主要的监控策略。随着路网的监视和控制手段的完善，整个高速公路信息管理系统将向ITS方向发展。按照道路监控系统的功能和设备特点，系统又可分为交通信息采集子系统、交通状态分析子系统、交通控制子系统、交通诱导子系统等。
1、交通信息采集子系统
交通信息采集子系统的功能是获取交通信息原始数据，通过车辆检测单元、感应线圈、外场设备获取高速路段的交通量；通过气象信息系统采集重要路段能见度、温度、湿度、风向、风速、雨雪等气象情况。并将收集到的所有信息及时准确的送至道路指挥中心，以便对交通实行诱导和控制。
2、交通状态分析子系统
交通状态分析子系统根据采集到的交通信息，控制系统中央计算机及控制软件，对采集到的各种信息进行分析处理，做出对实时交通状况的判断并为控制方案提供依据。
3、交通控制子系统
交通控制子系统根据交通状态分析子系统输出的交通状态数据，自动生成最佳紧急交通诱导控制方案并发送给交通发布子系统；若不是交通事故，则根据交通状态，气候数据及管理需要，按预定正常交通诱导方案执行。
4、交通信息发布子系统
高速公路交通发布子系统是将信息控制系统形成的交通控制信息进行实时显示、发布。该系统包括指挥信息的可变情报板系统、可变限速诱导系统，向车辆提供准确的交通状态和警告。
三、传输方式
监控系统要实现对车流量、交通环境的管理与协调，离不开信息的传输与交换。采用什么形式的传输方式，将决定了监控系统的技术架构和类型。目前市场上主要有以下两种方式：
1、节点式传输方式
目前大多高速公路监控系统采用多节点的模拟视频传输方式，它应用了非压缩数字视频技术，通过TDM（时分复用）和ADM（电分插复用）技术将图像、语音等数据信号进行无损传输中继。
同时光端机可以根据用户要求在若干个传输结点连接多路视频信号，并将路段上各节点图像信息进行汇聚，然后按照顺序依次编排，将所有图像信号上传到监控中心。这样，每条传输通道只需占用一根芯光纤，每两个汇聚点间的最远传输距离可达几十公里，而每条光缆至少可设置10-16个数据汇聚点，大大提高了光纤的利用率。目前节点式传输已成为高速公路监控系统的传输方式的主流。
2、IP传输方式
随着互联网技术的应用，监控系统的IP化已然成为了行业发展新趋势。IP化的视频监控系统最明显的特征表现为：在该系统内的任何一个主要设备，比如图像采集设备（摄像机）、图像处理/管理设备（浏览服务器、管理服务器等）、图像存储设备（NVR、存储服务器、IPSAN等）均具有唯一一个IP地址，并且部分设备还可采用PoE方式直接取电，减少了走线的麻烦。
通过分配I P地址、连接IP网络，视频编码器即可以组播或者单播的方式将MPEG码流送往网络上指定的目标IP地址。并根据高速公路通信系统预留的通信接口，按照需要将各收费站、道路沿线视频图像传输至各监控点及监控中心。
同时用户在获得相应的授权后，通过网络便可实现在任意时间、任意地点，对系统内的各种设备进行登录访问、浏览控制、参数调整等操作控制。IP化的视频监控系统，从根本上克服了以往传统视频监控系统存在的技术瓶颈，实现了视频信息的多通道数字交换、支持任意形态网络拓扑结构与设备扩展，从而使IP传输具有适应多环节、长距离的传输特点。不但如此，数字视频信号具有可扩展性和互操作性，便于在各类通信系统中传输。这些技术优势又恰恰满足高速公路联网和扩展的基本特征和需要。
從发展的角度来看，数字系统不仅较模拟系统性能优越、功能强大，而且在今后的全数字化时代，IP传输必将占据主导地位。但就目前来看全IP化的视频监控系统，还并没有达到大面积普及的地步，主要有以下几方面原因：
首先IP技术和IP网络，从技术层面来说其本身并不是为实时的、大容量的视频传输业务而设计的。而IP摄像机、IP存储设备均是将视频流通过特殊算法，打包成IP数据包在网络上进行传输。这些大容量IP数据包在网络上进行传输时，不可避免的经过交换机、路由器等设备，这些设备的数据交换效率，将对视频的实时性、图像质量、准确性、延迟抖动等产生较大的影响。
其次，IP化的视频监控，必须依赖现有的IP网络作为视频流的传输载体/介质。比较国内外的平均带宽水平，我们会发现国内的网络带宽并不能真正提供适合监控视频流的传输。国内目前的带宽水平一般为0.5M（512k）～2M（桌面带宽）。而以现在主流的H.264/MPEG4为压缩格式的视频，在中等画质的情况下，其单路视频的码流一般都在1.5Mbps～2Mbps之间；百万像素以上的高清摄像机，在百万像素的模式下，全实时传输，其码流可以达到15Mbps左右。显而易见，目前国内的带宽水平是不足以支持高清视频传输的（当然，局域网内不存在这个问题）。
因此无论对于视频监控系统的设计者和使用者而言，要想解决前两个问题，是比较困难的。尤其是网络环境，目前带宽的限制，严重制约了百万像素网络摄像机的使用。在带宽问题得到解决后，IP化的视频监控将得到真正的发展和应用。
高速公路监控系统是高速公路建设不可缺少的重要组成部分，通过它不仅可以及时监视、处理和引导交通流，更是保证服务品质的主要手段。随着路网的完善及信息技术的发展，未来一个功能完善、技术先进的现代化高速公路交通监控系统必将改变传统交通运营管理模式，使管理更加人性化、科学化、规范化。
参考文献：
【1】何红梅;高速公路移动视频监控系统应用研究[J];中国交通信息产业;2008年10期
【2】陈磊;董金明;新型远程监控系统的设计[J];电子测量技术;2006年02期
【3】齐运书；高速公路建设远程监控系统设计方案；《中国交通信息化》 2012年01期
【4】王建军；高速公路管理设施系统设计理论与方法；人民教育出版社，2008.6
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：监控系统体系结构传输技术
Abstract: with the development of economy, the highway is also more and more close to public life, have gradually become people business leisure, holiday travel preferred way to travel. But along with the continuous growth of the vehicles, and that leads to traffic congestion and accident may inevitably become the main highway health development of bottleneck. To ensure the safety of the personnel department take out with convenient, construct a set of advanced technology, data transfer rate high, performance and stability of monitoring and control system has become a smooth adjustment distribution condition, realize the vehicle safety, orderly operation of the means and consensus.
Keywords: monitoring system structure transmission technology
中图分类号：X924.3文献标识码：A文章编号：
高速公路道路监控系统是将先进的信息、数据传输技术，电子控制以及计算机处理等技术综合运用于地面运输管理体系。并能有效的加强对交通流的交通监视诱导，改善交通管理、提高道路服务水平。
同时能进一步改善道路的通行流量，控制车辆运行速度，有效避免偶然事件引发的交通阻塞，最大限度保证车辆的通行能力，加快对突发事件的反应和处理的速度。
一、监控系统管理结构
高速公路监控系统是一个地理范围分布很广的系统，从监控中心的硬件设备到高速公路沿线布设一系列外场设备都必须进行统一协调的管理。
从控制论角度考虑，高速公路路段多且相互关联。受控变量和控制量多，并且随时间作不确定的变化，这就使得对各路段进行集中式最优控制的难度加大。所以监控系统要做到对各路段交通情况及时、准确的了解，并对各种交通事件进行快速有效的响应，就要根据整个高速公路的路网情况制定合理的监控系统的层次结构。
一般来说，一条50km以下的高速公路可设一个监控中心，而对于更长的高速公路可设一个监控中心和若干监控分中心，每个分中心管辖部分路段，监控中心对分中心进行协调管理。为便于管理，目前高速公路大多采用由上至下、分级分散监控管理方式。监控系统按照监控中心和监控分中心采用C/S模式三级分布式的系统架构，同时三个层次用计算机网络远程联系，形成多级计算机网络监控系统（如图1所示）。
二、监控系统体系结构
高速公路道路监控系统主要通过外场设备对公路全线的交通量、交通状况、环境气象等情况进行检测和监视，以交通流的监视和诱导作为主要的监控策略。随着路网的监视和控制手段的完善，整个高速公路信息管理系统将向ITS方向发展。按照道路监控系统的功能和设备特点，系统又可分为交通信息采集子系统、交通状态分析子系统、交通控制子系统、交通诱导子系统等。
1、交通信息采集子系统
交通信息采集子系统的功能是获取交通信息原始数据，通过车辆检测单元、感应线圈、外场设备获取高速路段的交通量；通过气象信息系统采集重要路段能见度、温度、湿度、风向、风速、雨雪等气象情况。并将收集到的所有信息及时准确的送至道路指挥中心，以便对交通实行诱导和控制。
2、交通状态分析子系统
交通状态分析子系统根据采集到的交通信息，控制系统中央计算机及控制软件，对采集到的各种信息进行分析处理，做出对实时交通状况的判断并为控制方案提供依据。
3、交通控制子系统
交通控制子系统根据交通状态分析子系统输出的交通状态数据，自动生成最佳紧急交通诱导控制方案并发送给交通发布子系统；若不是交通事故，则根据交通状态，气候数据及管理需要，按预定正常交通诱导方案执行。
4、交通信息发布子系统
高速公路交通发布子系统是将信息控制系统形成的交通控制信息进行实时显示、发布。该系统包括指挥信息的可变情报板系统、可变限速诱导系统，向车辆提供准确的交通状态和警告。
三、传输方式
监控系统要实现对车流量、交通环境的管理与协调，离不开信息的传输与交换。采用什么形式的传输方式，将决定了监控系统的技术架构和类型。目前市场上主要有以下两种方式：
1、节点式传输方式
目前大多高速公路监控系统采用多节点的模拟视频传输方式，它应用了非压缩数字视频技术，通过TDM（时分复用）和ADM（电分插复用）技术将图像、语音等数据信号进行无损传输中继。
同时光端机可以根据用户要求在若干个传输结点连接多路视频信号，并将路段上各节点图像信息进行汇聚，然后按照顺序依次编排，将所有图像信号上传到监控中心。这样，每条传输通道只需占用一根芯光纤，每两个汇聚点间的最远传输距离可达几十公里，而每条光缆至少可设置10-16个数据汇聚点，大大提高了光纤的利用率。目前节点式传输已成为高速公路监控系统的传输方式的主流。
2、IP传输方式
随着互联网技术的应用，监控系统的IP化已然成为了行业发展新趋势。IP化的视频监控系统最明显的特征表现为：在该系统内的任何一个主要设备，比如图像采集设备（摄像机）、图像处理/管理设备（浏览服务器、管理服务器等）、图像存储设备（NVR、存储服务器、IPSAN等）均具有唯一一个IP地址，并且部分设备还可采用PoE方式直接取电，减少了走线的麻烦。
通过分配I P地址、连接IP网络，视频编码器即可以组播或者单播的方式将MPEG码流送往网络上指定的目标IP地址。并根据高速公路通信系统预留的通信接口，按照需要将各收费站、道路沿线视频图像传输至各监控点及监控中心。
同时用户在获得相应的授权后，通过网络便可实现在任意时间、任意地点，对系统内的各种设备进行登录访问、浏览控制、参数调整等操作控制。IP化的视频监控系统，从根本上克服了以往传统视频监控系统存在的技术瓶颈，实现了视频信息的多通道数字交换、支持任意形态网络拓扑结构与设备扩展，从而使IP传输具有适应多环节、长距离的传输特点。不但如此，数字视频信号具有可扩展性和互操作性，便于在各类通信系统中传输。这些技术优势又恰恰满足高速公路联网和扩展的基本特征和需要。
從发展的角度来看，数字系统不仅较模拟系统性能优越、功能强大，而且在今后的全数字化时代，IP传输必将占据主导地位。但就目前来看全IP化的视频监控系统，还并没有达到大面积普及的地步，主要有以下几方面原因：
首先IP技术和IP网络，从技术层面来说其本身并不是为实时的、大容量的视频传输业务而设计的。而IP摄像机、IP存储设备均是将视频流通过特殊算法，打包成IP数据包在网络上进行传输。这些大容量IP数据包在网络上进行传输时，不可避免的经过交换机、路由器等设备，这些设备的数据交换效率，将对视频的实时性、图像质量、准确性、延迟抖动等产生较大的影响。
其次，IP化的视频监控，必须依赖现有的IP网络作为视频流的传输载体/介质。比较国内外的平均带宽水平，我们会发现国内的网络带宽并不能真正提供适合监控视频流的传输。国内目前的带宽水平一般为0.5M（512k）～2M（桌面带宽）。而以现在主流的H.264/MPEG4为压缩格式的视频，在中等画质的情况下，其单路视频的码流一般都在1.5Mbps～2Mbps之间；百万像素以上的高清摄像机，在百万像素的模式下，全实时传输，其码流可以达到15Mbps左右。显而易见，目前国内的带宽水平是不足以支持高清视频传输的（当然，局域网内不存在这个问题）。
因此无论对于视频监控系统的设计者和使用者而言，要想解决前两个问题，是比较困难的。尤其是网络环境，目前带宽的限制，严重制约了百万像素网络摄像机的使用。在带宽问题得到解决后，IP化的视频监控将得到真正的发展和应用。
高速公路监控系统是高速公路建设不可缺少的重要组成部分，通过它不仅可以及时监视、处理和引导交通流，更是保证服务品质的主要手段。随着路网的完善及信息技术的发展，未来一个功能完善、技术先进的现代化高速公路交通监控系统必将改变传统交通运营管理模式，使管理更加人性化、科学化、规范化。
参考文献：
【1】何红梅;高速公路移动视频监控系统应用研究[J];中国交通信息产业;2008年10期
【2】陈磊;董金明;新型远程监控系统的设计[J];电子测量技术;2006年02期
【3】齐运书；高速公路建设远程监控系统设计方案；《中国交通信息化》 2012年01期
【4】王建军；高速公路管理设施系统设计理论与方法；人民教育出版社，2008.6
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。