浅析某高速公路全程监控系统方案设计.doc

刘 欣（湖南省张花高速公路建设开发有限公司，湖南 长沙 410000）摘 要：具体分析、研究了某高速公路的全程监控系统，对全程监控系统的功能需求作了重点分析，给出了系统总体构成和软件构成，最后 提出了外场设备的布设方案。关键词：高速公路；监控系统；信息为了提高道路的使用率，保证道路畅通，减少交通事故的发生，交通部要求各地相关部门加强高速公路机电工程的建设，采用 先进监控技术手段，在保证高速公路畅通的同时，为高速公路的养 护及堵截漏逃费行为提供辅助手段，减少并及时处理交通事故，使 监控系统功能发挥实现最大化。对目前高速公路来讲保障道路畅 通和交通安全已成为提高运营服务质量的首要任务。因此，本文研 究高速公路全程监控系统具有极其现实的意义。1 某 高 速 公 路 概 况某高速公路道路中线与 02 省道基本一致，高速公路路段长约12.2 km，利用 02 省道 9.0 m 宽的中央分隔带布置桥梁下部结构， 在其上建高架桥，基本跨径 25 m，桥面宽 24 m，高架桥全长约 12.5 km。2 某 高速公路全程监控系统 2.1 监 控 系 统 功 能设立高速公路全程监控系统的目的是为了保证道路较高的服 务水平，发挥高速公路“高速、安全、舒适、高效”的功能特性，实现对交通运行的宏观管理和调度。具体来说全程监控系统应达到以下目标：2.1.1 信息采集功能 交通信息采集是利用高速公路上布设的信息采集设备实时地采集变化着的道路交通状态信息，采集的主要信息包括：（1）气象及能见度信息：采集设备主要是气象检测器和能见度 检测器，主要指标如风向、风力、湿度、温度、能见度等。（2）交通流信息：如车辆速度、行车方向、交通量、车辆占有率、 车辆运行画面等，这些数据均是实时的，交通流信息的采集设备主 要是视频车辆检测器和线圈车辆检测器。（3）接收和记录告警或求援信息等异常事件信息：如车辆抛 锚、交通事故、道路设施损坏、物品散落、道路施工现场情况等等。 这些信息主要依靠闭路电视、紧急电话、巡逻车等设施进行搜集提 供，也可通过交通流信息进行辅助分析判断。（4）收集监控系统内其他设备的信息：如摄像机画面、沿线箱 式变电站电量检测值、路灯工作状态内容反馈、可变情报板和可变 限速标志显示内容反馈等。2.1.2 信息处理、显示功能 在该系统中，我们把通过信息采集系统所获得的相关数据进行分析和处理，对交通异常事件严重程度进行确认，这就是信息的分析处理功能；通过该功能可以实现对交通运行状态正常与否进 行判断和对交通异常状态进行预测；而且对于可能发生或已经发 生的异常事件确定处置方案等等。其主要内容包括：（1）交通控制方案的生成：对于不同的交通状态及状态的变 化，确定监控系统中各种控制设备应发布的指令，如可变情报板的 显示内容、可变限速标志的限速值或相关图案等。（2）交通信息数据的处理：对已经收集到的交通信息数据通过 监控中心计算机处理，对处理的结果加以分析以判断是否出现交（3）系统运行状态的判断：即系统运行正常与否的实时自诊断功能。监控中心可对其他信息的合理性进行综合分析，也可对系统 运行状态进行判断，从而确定外场设备甚至中心内设备、监控系统传输线路等系统工作链路中各个环节是否正常工作。通过提供道路交通状况信息向交通事故和其他异常事件的处 理部门提供处置指令，并发送给行驶在高速公路上的司乘人员，从 而对行驶车辆发出引导、限制、建议性指令，对信息媒体或社会提 供更多的高速公路交通信息，这就是信息显示功能。同时，将计算 机监视器上每一区段设备的工作状态、交通运行状态和监控中心 的大屏幕投影屏、地图板以及报警位置和各种图表、报告等做动态 显示。2.1.3 控制功能 评定全程监控系统优劣的关键是能否及时准确地实施交通控制。高速公路全程监控系统应具有以下控制功能：（1）对可变车道控制标志显示，可变信息标志进行人工编辑与 发布。（2）能够分析处理系统采集的信息，值班员可根据实际情况对 系统自动提出的控制方案进行修改或确认后再执行。（3）通过设置摄像机预置位实现与其他检测设备联动控制。（4）道路沿线设置的遥控摄像机可以控制其动作，包括遥控镜 头自动光圈、变焦，遥控云台上下左右旋转等；可切换显示摄像机图像在主监视器上显示，任选多路图像进行录像。2.1.4 报表统计与查询功能（1）系统的日、周或旬、月、季、年报表统计处理能按预先规定 的格式和内容定时进行，并进行自动打印。气象报表、交通报表、各种事故与事件报表、发布命令报表以及设备工作状态报表等都是 报表包括的内容。（2）值班员可随时查询当前数据和历史数据，也可以进行预案 查询、地理信息查询，并按值班员的要求进行显示或打印。2.2 监 控 系 统 总 体 构 成某高速公路全程监控系统外场设备包括气象检测器 1 套、车 辆检测器 36 套、门架式可变情报板 3 套、能见度检测器 2 套、摄像机 18 台、可变车道控制标志 3 套、电子显示屏 3 套。监控中心设备包括计算机系统及外设（如光盘刻录机、显示器、打印机等）、闭路 电视监视系统、大屏幕投影系统及电源设备。高架桥监控系统包括交通控制子系统、闭路电视子系统、调度 电话子系统和紧急电话子系统，设置在高架桥监控站。其中，交通控制子系统负责气象状态的采集检测、交通流参数，通过分析并以 此为依据进行交通流状态判别，形成控制方案，通过信息发布设备进行信息发布和交通诱导。闭路电视子系统为交通监控系统提供以往和实时图像显示。包括视频矩阵、65等离子显示器、数字硬 盘录像机、电视墙、主显示器、视频网络控制器、控制键盘以及为显 示设备服务的控制计算机。其中监控大厅监视器墙配置 30 台监视 器，监控视频、金库视频、收费亭视频、收费车道视频为 2 切 1 显。的 30%50%。机械增压器在正常的工作范围内，在压差一定的情况下，对于本台增压器通气孔的尺寸还应进一步优化。对罗茨增压 器做了温升和噪声试验，这也是机械增压器随着转速的加大其容积效率逐步提高并稳定在一个数值附近的原因。随着转速的提高单位时间内罗茨增压器的泄漏量不会明显的改变。在高速条件下， 由于转速的提高，增压器在 1 800 r/min 时噪声最大，其每转的泄 漏量有明显的减小，主要用于压缩空气等多种气体工况体积和标 况体积流量的计量网。对整车匹配罗茨增压器，回带容积对增压器 的泄漏量不可忽略。随着转速的升高，其泄漏量在单位时间内变化 不大，它具有功耗低、测量精度高、量程范围宽、压力损失小、抗扰 动能力强、操作简单等优点，经汽车检查站实测：功率、扭矩提高了23%，排放减低 50%，并且变化越来越平缓，增压器的基圆容积在从进气口到出气口的时间减少，径向间隙泄露的时间变短，增压器 每转的泄漏量逐步减小，其容积效率提高并逐渐趋于稳定，罗茨增 压器对发动机的扭矩的提高和减少有害气体的排放，效果明显。5 结 语本文在机械增压器传统转子线性的基础上，设计出一种面积 利用系数更高，转子加工更为便捷的新型渐开线线型扭叶转子。对 课题中的机械增压器的设计过程作了详细描述，并对关键部件做了有限元分析。此外，还针对机械增压器运行过程中产生泄漏这一问题作了较为深入、系统的探讨，并研究了泄漏产生的主要来源及 机理，为罗茨增压器容积效率的提高提供了理论依据参考文献1 Heinz Heisler.Adanced Engine Technology.London：EdwardArno1d，19952 Heinz Heisler.Vehicle and Engine Technolgy.2.edition.London：Arnold，19993 K.齐纳.内燃机增压与匹配理论、计算及实例M.国防出版社，19824 Corky Bell.Super charged!Bentley Publishers，20015 Wadman，B.W.3000HP-Engine in power Plant Application.Dise1 and Gas TurbineProgress，Aug.19686 Diesel，R.Die Entstehung des Dieselmotors.Springer，Berlin1913收稿日期：2010-06-06作者简介：王晓军（1965-），男，山东龙口人，机械工程师，研究方 向：机械工程设计。（上接第 189 页）1 对 1 显示，使用 6 个监视器，一路视频信号在等离子显示器上显示。制箱内的微处理器控制，微处理器通过通信系统与分中心监控计算机连接。门架式可变信息标志用于发布各种信息，如高速公路上 的事故及阻碍交通的道路维修或施工、天气异常等情况下，可通知驾驶员前方出现异常或不安全因素，提示他们可能遇到的问题，并可提供相应的建议，还可以对交通流进行诱导。门架式可变信息标 志采用 LED 类型。监 控系统外场设备布设 33.1 车 辆 检 测 器为全程监控系统判断事件提供交通参数，该高速公路段采取 每 500 m 设置一套线圈车辆检测器的布设方式。环形线圈与检测 器相连，并埋设在道路路面下，由设置在路旁的微处理器处理来自传感器的信号，并将处理后的数据通过专用通信网上传监控分中 心计算机。通过对车辆检测器采集到的数据进行分析处理，工作人 员可以为交通管理部门对道路分析提供依据，也可以掌握高速公 路全线及互通立交的交通流变化规律，有助于管理者及时对异常 情况做出反应，诱导和疏散交通流。当检测到交通异常，可以通过 遥控摄像机进行确认，确认事件后采取相关措施。3.2 气 象 能 见 度 检 测 器气象检测器能自动进行处理自动检测到的气象信息并及时传 到监控分中心，以便监控系统根据天气状况及时提出最佳监控方 案。气象检测器包括用来检测的各种探头，及用来处理探头采集信 息的处理单元。能见度检测器的控制器将自动检测到的能见度信 息数据进行分析、处理并存储，并发出适当的输出信号，将分析处 理的数据上报给高架桥监控站计算机，以便监控站根据能见度状 况及时做出控制方案。3.3 外 场 遥 控 摄 像 机通过设置预置点与能见度检测器、气象检测器、车辆检测器构 成事件检测联动。全线采取每 1 km 设置一套遥控摄像机的布设方 式，方便对全路段的交通、气象状况进行实时的监视，并对报警、事故等进行确认。当车辆检测器检测到交通异常时，可以通过遥控摄 像机进行确认，确认事件后采取相关措施。监控外场摄像机为高灵敏度的户外可变焦、聚焦和自动光圈 控制的彩色摄像机，具有防尘、防水和防腐能力，带有全天候室外 云台和防护罩，并带有防止结雾、结冰、结霜的加热器，可清晰分辨500 m 远的车辆。方案选用日夜型彩色摄像机。镜头选择配置长焦 距镜头，可视范围广、变焦灵活，能满足高速公路环境的特殊要求。3.4 门 架 式 可 变 信 息 标 志全线共设置了 3 块门架式可变信息标志。信息标志由设在控3.5可 变 车 道 控 制 标 志在互通及路段内交通出现异常情况时进行车速控制和简单信息发布，通过在 2 车道可变车道设置的 3 套控制标志全线，可在出现交通异常情况时进行车道控制和简单信息发布，及时对后续车 辆进行警告及限速，减少 2 次事故的发生。可变车道控制标志具有控制车道开通和关闭及显示限速数值 的功能，主要用于车道交通控制，其红色叉号和绿色箭头分别表示 车道的关闭和开通。正常情况下，车辆以设计时速 100 km/h 行驶 时，驾驶员距标志 200 m 远能清晰辨认显示内容，在逆光情况下， 能清楚地观看到车道控制标志显示状态。4 结 语我国的高速公路发展现况与国外差距较大，主要是由于我国 在高速公路全程监控方面的研究起步较晚，总的来说，我国的高速 公路车辆的摄像机、检测器、情报板的布设密度偏低，加上我国交 通组成复杂，地理条件多变，导致很难实现高速公路的全程、全天 候、全方位的监控功能，因此我们应该学习国外先进经验，同时结 合我国国情，发展适合我国国情的全程监控系统参考文献1 荆便顺.道路交通控制工程M.北京：人民交通出版社，1995 2 李作敏.交通工程学M.北京：人民交通出版社，20043 张起森，张亚平.道路通行能力分析M.北京：人民交通出版社，20024 王殿海.交通流理论M.北京：人民交通出版社，2003 收稿日期：2010-05-06作者简介：刘欣（1979-），男，湖南长沙人，工程师，研究方向：高速 公路机电工程。file