[Doc]高速公路需求分析报告2009-1.doc

目录1概述22需求分析33收费站部分64沿线部分85桥梁部分116隧道部分121 概述近年来随着信息技术的不断发展和应用，全面推动了相关产业的迅猛发展，在这场信息革命中，我国的交通行业也正在经历脱胎换骨的变化，以高速公路为代表的道路交通信息化正悄然改变着我们的出行环境，人们设想中的智能交通已不再是梦想。自我国1984年开始建设第一条高速公路（沪嘉高速15.9公里）开始，到现在已经走过20多个年头。截止2008年底，全国已贯穿通车的高速公路总里程达到6.03万公里，位居世界第二，路网格局已基本形成。保卫一方平安的视频监控系统也广泛应用于各条高速公路，从无到有、从小到大、从模仿国外到完全自主设计并制定适合我国国情的相关标准，取得了相当大的成绩。高速公路安防监控系统的应用目前主要有两大类：一是高速公路管理部门的使用需求，包括高速公路路面状况监控、车流量监测（尤其是车流量较大的路段）、收费站卡口监控（车牌抓拍）、环境检测、气象检测及使用电子警示牌实现交通诱导等；二是高速公路交警部门的使用需求，包括超速违章抓拍、卡口抓拍及拦截等。因此，不难看出目前高速公路安防监控系统主要包括交通监控、交通信息和交通气象信息的采集、传输、处理及交通诱导信息的发布。整套监控系统将全面覆盖整条高速公路，多包括高速公路沿线（含立交、隧道和桥梁）与收费站等重点部位，并作为未来路网联网监控系统的一部分。2 需求分析目前国内大多数高速公路监控系统主要分为四级，至下而上分别是外场监控设备、路段监控分中心、路段监控中心和省高速公路管理中心。如图xx所示：1、外场监控设备：广泛分布在收费站、沿线路面、隧道和桥梁等位置，主要完成视频图像的采集工作。收费站、隧道和桥梁都有现场的监控室，视频图像利用模拟线缆加光端机传输到监控室，在监控室部署编码模块，对视频数据编码压缩以后，常常借助监控室的MSTP/SDH专线传输网络将图像上传到路段监控分中心；沿线路面则利用光传输平台和光级联技术将视频图像无压缩地传输到路段监控分中心；2、路段监控分中心：负责该路段的收费站及道路沿线监控视频信息的统一监管，同时对该路段的报警信息进行过滤，按报警级别与处理流程对报警信息进行处理。将重要路段、事故点的报警信息和图像信息以便捷、快速、准确的方式上传给路段监控中心；3、路段监控中心：负责整条高速公路的监管，路段监控中心除了能任意调用整条高速公路的监控资源以外，更重要的是对报警信息的联动处理。以应急预案体系为核心，将高速公路发生的紧急事故与交警、公安、消防、医疗急救、交通诱导等有机地结合起来，通过先进的系统来提升高速公路的应急反应，来最大限度的保护、挽救人民的人身财产安全。4、省高速公路管理中心：负责省内路网的监管，由各路段监控中心将本路段的视频资源选择性地上传到省高速公路管理中心，通常是一些事故多发点、出事点的图像和因工作抽查监督需要上传的工作区图像。最重要的功能是对重大交通事故进行应急指挥，完成组织体系内的调度工作和组织体系外的协调工作。从当前对高速公路相关管理部门的调研结果来看，收费站、（长/特长）隧道、（跨海）桥梁需建立一套具有独立自治域的监控系统，同时还为未来路网级联网视频监控预留了设备联网接口。高速公路沿线视频图像直接汇集至路段监控中心，在实现路网级联网视频监控系统以后，收费站、（长/特长）隧道、（跨海）桥梁也可不设本地监控系统，直接由路段监控中心集中管理。高速公路视频监控系统逐渐从关键点监控发展到路段联网监控，并进一步发展到路网级联网监控。一方面能减少当地的监控站和监控室，降低运营管理成本；另一方面能建立一套完善的应急预案体系，加快事故灾害的处理效率，降低由此产生的经济损失。同时相关的数据资源将投放到省级的数字共享平台上实现广泛区域内的资源共享。目前高速公路视频监控系统的建设按两步走：首先是各路段下辖的收费站、隧道、桥梁、立交和沿线建设相应的视频监控系统，其次是利用铺设在高速公路沿线的光纤网络（SDH+MSTP）实现路网级别的联网视频监控的建设。从处理流程上看，要求各外场监控点图像、交通检测数据可依次上传到路段监控分中心路段监控总中心省高速公路管理局。路段监控分中心实时监看管辖范围内的重点监控点图像，比如：收费站、隧道、桥梁、事故多发点的图像，并直接处理低级别的事故报警；路段监控总中心和省高速公路管理局担当指挥角色，起到协调作用。路段监控总中心对采集的交通数据进行统计分析，并以图表的方式显示出来供管理人员决策，以采取进一步的处理手段，比如对分中心下发指示、对路面的可变情报板、可变限速标志等交通诱导设备进行控制，为驾驶员提供最新的准确路况信息。以全面实现视频监控、交通数据处理与交通业务的高度统一，最大限度地发挥视频监控的作用。在上述监控系统建设过程中，联网视频监控的需求会引申出新老系统兼容的问题；同时因为外场设备工作环境复杂，如何建造一套安全可靠的视频监控系统成为目前建设的一大难题。（一）新老设备、多个品牌的设备之间的兼容问题。从目前调研结果来看，已建成的视频监控系统主要是数模结合为主，并逐步在部分路段选用全数字解决方案。而且每个区域甚至每条线路采用的监控设备与配套设施都可能不同，需要一套统一的上层软件平台来接入不同厂家不同类型的产品，尽最大程度地保护用户的投资，解决系统、设备兼容的问题。进而使高速公路联网监控系统把路段实时视频图像、交通流量数据、路段封闭情况、交通事故信息、气象数据、隧道环境数据、外场设备工作状态、各种告警异常信息以及现场施工状况等各类与高速公路顺利运营、平稳运行息息相关的信息及时汇总到路段监控分中心、路段监控中心和省高速管理局监控中心，由各级中心对按告警级别对告警信息进行过滤接收，并在不同中心及时、有效地处理。（二）构建可靠、安全、稳定的监控系统。任何监控系统都会面临潜在的错误、故障和风险。加之高速公路具有天生的空间跨度大、所处环境恶劣、存在未知风险、维护成本高昂、时间开销大等特点。因此要求通过合理地设计来规避一些安全风险，通过对关键设备的冗余设计来提高系统的可靠性和容错性，并因地制宜地选择成熟、稳定的监控设备来保障系统的稳定性。综上所述，建设一套高速公路综合视频监控系统，需要详细设计外场的摄像机及周边辅助设施、2个传输平台（非压缩光传输平台和MSTP+SDH的基于TCP/IP的数字传输平台）和3级监控中心（路段分中心、路段总中心和省高速公路管理中心）。下文将分章节详细设计各部分组成。3 收费站部分收费站视频监控系统历来都是高速公路监控系统非常重要的组成部分，主要对收费广场、收费车道和收费亭进行监控与记录，以抓拍通行车辆车牌和记录缴费过程为重点，是交通部强制要求实施的工程项目。经调研总结出以下需求信息： 收费广场收费广场是一个较宽广的监控环境，要求监视并记录收费广场上车辆排队秩序与排队长度。车主间发生摩擦、口角甚至斗殴时，事件全程的录像文件将作为事后重要取证和断案依据。 收费亭收费亭是收费员与车主交流，完成发卡、收卡和收费的工作场所。要求监视并监听收费员发卡、收卡和收费的全过程，一方面对收费员的服务态度起监督作用，对提升高速公路的服务形象有推动作用；另一方面为收费过程中发生的纠纷提供录像资料，作为后续办案评判的参考依据。收费员在日常工作中将面对形形色色的车主，存在发生冲突、突发事件的可能，若当地调解和劝告失败，形势得不到及时有效地控制，甚至已经影响到收费站的正常运作，可触碰收费亭内的紧急报警按钮或脚挑式报警开关，向路段分控中心发起报警信号，与此同时，收费亭的视频图像也因报警联动上传至路段分控中心，路段分控中心接收并确认报警信号以后，现场视频图像自动弹出到电视墙的大屏上，收费亭所处地理位置呈现在电子地图上，应急预案也将显示在大屏上。路段分控中心可按照应急预案上的联系方式拨打现场工作人员的电话了解事件起因，并远程回放案发期间的录像文件追溯事件的始末，录像文件包含视频图像和语音对话。按制定的应急预案做出反应，如有必要，请求交警方面的支援，前往现场处理。 卡口车道卡口监控要求获得过往车辆清晰的车牌和车主样貌。不仅要求拍摄连续的视频图像，还要求抓拍车辆的车牌并利用车牌识别技术提取车牌号码，将车牌号码与连续视频图像、抓拍图片相关联。连续视频和抓拍图片还包含时间、地点、卡口编号。一方面可以按车牌号码检索视频和图片，清晰辨认某车主驾驶某车于何时在何地刷卡缴费上、下某条高速公路；另一方面与交警提供的黑名单数据库对接，系统自动完成抓拍车牌号码与黑名单比对，若比对结果发现长期违规未接受处理的车辆或者公安、交警正在通缉的车辆，对其实施拦截，并按处理流程处理这些车辆。比对系统对被通缉车辆产生的报警信号将自动上传至公安、交警监控中心，并实施抓捕。因此车道卡口监控不仅要记录车辆全程通行情况，还要为交通管理、治安管理提供布控手段。支持手动周期性更新黑名单，并预留软件接口在系统联网以后，黑名单能自动更新，尤其体现在紧急布控时，在极短时间内对高速公路卡口完成布控，拦截肇事逃逸车主和盗抢机动车的犯罪分子。4 沿线部分高速公路沿线视频监控系统是对沿高速公路施行的全程视频监控，主要是对公路干线、立交、隧道、桥梁的路面实施监控，是高速公路未来监控系统的趋势。对高速公路而言，全程监控是一种非常重要的监管手段，是未来公路建设中不可或缺的一环，尤其是在加强高速公路路面全程动态控制管理的要求下，它必将发挥更加重要的作用。由于沿途的长/特长隧道和跨海大桥所处环境特殊，通常都设立一个针对性的监控中心来负责监管，以监控隧道/桥梁健康状况为主，视频监控起到复核作用。因此，隧道/桥梁监控系统的设计将于后文单列章节阐述。高速公路全程监控能帮助管理人员实时地了解高速公路的路况信息，包括：车辆通行状况，交通阻塞路段，对智能分析违章车辆产生的报警进行视频复核，对公路环境检测、气象检测、交通流量检测产生的报警进行视频复核，对交通事故进行视频复核并启动紧急预案开展救援工作。从上述需求不难看出，建设高速公路沿线的视频监控系统主要需要实现以下功能： 常规的视频监控与记录 将智能视频分析技术（车牌识别）应用于“高速公路区间测速系统”，解决传统单点雷达测速系统的片面性 利用智能视频分析技术对诸如车辆逆行、行人横穿公路、车辆拥塞、路面有散落障碍物、货车遗落物件等会产生严重交通事故的事件进行智能分析，并向各级监控中心发出警报 将视频监控系统与公路环境检测系统、气象检测系统、交通流量检测系统、交通诱导系统等集成，为管理人员提供远程视频复核功能对高速公路全程路面实施监控。从多条高速公路监控调研结果来看，监控点间距有几种选择：500米、1000米和2000米，图像成像效果与监控距离（投资成本）成反比，考察现有摄像机镜头的成像效果，500米单向监控肯定是最佳的方案，但这个方案造成的投资也最大。因此，建议选择1000米双向监控方案，以中央隔离带为中心，采用15m-18m左右的立杆双向拍摄两个方向的情况，这样两个监控点相对的摄像头交点正好是在监控点距的中间，在实现比较好成像效果的前提下，降低了投资成本。这是基于传统密集型系统设计思想提出的建设方案，前文也提到建设高速公路全程监控的意义。但是，随着高速公路建设事业的迅猛发展，探讨在节约能源、统筹经济的前提下，提升高速公路全程监控系统性能，适应新的高速公路管理需求的全程监控系统被提上日程。当前各设计院广泛研究的关于基于交通安全特性分析的安全隐患区监控技术就是一种崭新的监控模式和更加高效易行的全程监控系统技术，又称“安全隐患区域无盲区监控”。该技术是通过基于交通安全隐患区的全程监控技术，在事故多发段的判断基础上，对事故多发段采取针对性的视频改善措施，能以最经济的投入，达到最好的安全效果，进而实现最优的安全经济效益。因此，在未来两种建设方式将并存，并根据不同高速公路的具体情况而科学选择。目前沿线路面监控面临两大难题：1、外场设备供电问题外场设备供电问题一直困扰着高速公路沿线监控系统的建设。目前主流的外场设备供电方式有：专用电缆供电、独立电源供电（太阳能供电或风能供电或风光互补供电）和公路沿线就近供电。专用电缆供电，通过采用中压供电技术，在沿线埋设埋地变，全程铺设电缆，实现对外场设备的供电。该方式的优势在于供电可靠，不受供电点和供电负荷大小的影响，缺点在于建设运营成本高，施工周期长，电力电缆容易被盗，后期维护费用较高。独立电源供电，目前多为太阳能供电、风能供电和风光互补供电方式，利用光/电转换效应或风/电转换效应实现小功率外场设备供电，优点是建设运营成本较低，施工工期短，环保，缺点是太阳能供电容易受日照条件和季节性天气的影响，风力发电容易风力资源的影响，会存在供电不稳定、不可靠的问题。公路沿线就近取电，就是利用公路沿线工业用电和民用电为外场设备供电，优点是建设成本低，缺点是供电不可靠，电力电缆易被盗，且易受供电源的影响。由于三种供电方式优缺点明晰，针对现场环境不同选择合理的供电方式是符合科学设计的。2、外场设备防雷问题外场设备大多裸露在室外（甚至野外）工作，环境恶劣，又无较理想的防护措施，长期使用损坏会比较普遍。尤其体现在遭雷击比较多，尽管安装了三合一防雷器，还是容易被损坏，加上外场摄像机安装位置较高，排查也较困难。因此建议5 桥梁部分这里提及的桥梁监控主要指大型乃至特大型高速公路大桥的综合监控。大型乃至特大型高速公路大桥一般都处于高速公路网干线通道，距离长、车速快，对于高速公路路网的建设具有战略意义，因此跨海大桥的安全尤为重要。桥梁段一般不设上下匝道，只设中间隔离栏。若是跨海大桥，更容易受恶劣气候（大风、大雨、大雾）的影响，因此交通控制与事件处置机制更为复杂。既然（特）大型桥梁是高速公路网干线的一段，那么交通流中必然会存在重载或超重载的车辆，长期受此影响，会对大桥的结构安全造成危害，因此，对（特）大型桥梁的健康检测、超限管理显得特别重要。特大型桥梁监控全面利用先进的计算机技术、通信技术、数字图像技术、光纤技术等构建的一体化综合系统工程，对于全力保障特大型桥梁正常运行，保障交通安全畅通，有重要的意义。通常桥梁监控系统由全线动态摄像系统、交通流检测系统、气象检测系统、可变信息板系统、广播系统组成。从上述分析，不难看出桥梁监控系统的目标是： 以现代化的手段管理桥梁的运行状况，指挥调节交通流； 及时发现交通事故并快速反应与处理意外事件； 与气象检测系统结合，实时监视气象对交通的影响； 利用可变情报板进行交通事故、交通气象的提示与诱导； 检测并发现车辆超载、超速现象，尽量减小对桥面造成的损害； 监控路面平整度或塌陷现象；围绕着上述建设目标，在桥梁上每500米安装一只高速球对过往车辆、桥面通行情况及大桥本身的外观实施监控。6 隧道部分穿山越岭乃至越江过河的高速公路建设中，设立隧道以能缩短行车里程，提高线型标准、保障运营安全、保护生态环境等优点，得到普遍应用，并且越修越长，规模也越来越