段河霞

摘要：為了提高公路車輛運(yùn)行的安全性，設(shè)計(jì)一種公路交通信息采集及監(jiān)測系統(tǒng)。從交通事件監(jiān)測、人行橫道交匯預(yù)警監(jiān)測、車輛測速監(jiān)測及反饋、交通量調(diào)查、合流交匯預(yù)警、氣象環(huán)境監(jiān)測、無人機(jī)巡航監(jiān)測、交通信息顯示等方面，對各項(xiàng)子系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。該系統(tǒng)對于提高交通信息的采集效率和數(shù)據(jù)分析能力有顯著改善，有利于減少交通事故的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：公路；交通信息；采集；監(jiān)測；系統(tǒng)

0? ?引言

信息采集是公路建設(shè)和管理的基礎(chǔ)，是保證公路安全暢通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對提高交通管理水平和服務(wù)質(zhì)量具有重要意義。交通信息的獲取主要有兩種途徑，一是直接采集，二是通過通信網(wǎng)絡(luò)從其他系統(tǒng)中獲取。由于公路存在著環(huán)境復(fù)雜、車流量大、通行速度快等特點(diǎn)，如果單純依靠傳統(tǒng)方式進(jìn)行信息采集，則會(huì)造成大量的人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)，對公路管理和運(yùn)營帶來極大影響。為了保障公路正常運(yùn)營，提高公路車輛運(yùn)行的安全性，本文介紹一種公路交通信息采集及監(jiān)測系統(tǒng)。

1? ?系統(tǒng)功能分析

公路交通信息采集及監(jiān)測系統(tǒng)，主要是將車輛檢測器采集到的數(shù)據(jù)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街笓]中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和統(tǒng)一管理，對交通運(yùn)行狀況進(jìn)行綜合分析，為制定交通規(guī)劃、改善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高管理水平提供依據(jù)[1]。

其主要功能包括：實(shí)時(shí)采集車輛行駛速度、運(yùn)行狀態(tài)、行駛方向等信息，并通過無線傳輸設(shè)備將信息傳送到指揮中心，由指揮中心根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，分析判斷交通運(yùn)行狀況，從而制定相應(yīng)的管理策略。通過視頻檢測設(shè)備獲取車輛的運(yùn)行情況和行駛方向，并將圖像數(shù)據(jù)通過無線傳輸設(shè)備傳送至指揮中心[2]。對監(jiān)控路段上的交通量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和存儲(chǔ)。通過數(shù)據(jù)處理中心對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析車流量和通行能力等信息。通過相關(guān)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表生成等操作。通過無線傳輸設(shè)備將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)街笓]中心，并進(jìn)行存儲(chǔ)。

2? ?系統(tǒng)組成

公路交通信息采集及監(jiān)測系統(tǒng)的硬件，由公路交通信息采集設(shè)備、公路交通信息監(jiān)測設(shè)備組成。系統(tǒng)的軟件由智能交通數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、信息發(fā)布子系統(tǒng)和智能交通應(yīng)用系統(tǒng)組成。智能交通數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，由多個(gè)安裝在道路兩側(cè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和高精度道路測速系統(tǒng)，以多路視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，測速系統(tǒng)為輔，為該路段提供實(shí)時(shí)的路面行車狀況信息[3]。

智能交通數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)中心構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元主要負(fù)責(zé)采集各類車輛、道路、橋梁的狀態(tài)和參數(shù)，并通過網(wǎng)絡(luò)將其傳送到數(shù)據(jù)中心。傳輸單元主要負(fù)責(zé)將采集到的各種數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心主要負(fù)責(zé)接收來自各個(gè)采集單元的各類數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)的需求[4]。

信息發(fā)布子系統(tǒng)由車載電視、LED燈箱和網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布平臺(tái)組成，為社會(huì)公眾提供實(shí)時(shí)的交通路況信息。智能交通應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)集成系統(tǒng)，它將各個(gè)子系統(tǒng)集成起來，以滿足用戶不同層次的需要，實(shí)現(xiàn)信息的共享和交換。

智能交通應(yīng)用系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)、智能交通控制子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)及系統(tǒng)管理等部分組成。智能交通應(yīng)用系統(tǒng)主要包括車輛監(jiān)控管理、誘導(dǎo)發(fā)布和路況信息查詢等功能。

3? ?系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

3.1? ?交通事件監(jiān)測

我國的公路里程較長，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，尤其是大霧、大風(fēng)、強(qiáng)光、霧霾、沙塵、夜間能見度降低等問題，嚴(yán)重影響著公路安全運(yùn)行，因此對交通事件進(jìn)行監(jiān)測是所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要功能之一。

目前，對公路上車輛運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測的方法主要有雷達(dá)監(jiān)測和圖像視頻監(jiān)測2種，這2種方法都有各自的特點(diǎn)。雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)是指使用毫米波雷達(dá)，對單個(gè)或多個(gè)路面上出現(xiàn)的不正常目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測的監(jiān)控裝置。雷達(dá)探針在公路上不斷地對公路上的特定地區(qū)進(jìn)行探測，并將探測到的外來物體的定位信息傳送給后端的用戶監(jiān)測系統(tǒng)。雷達(dá)探測具有探測面積大、受氣象干擾小等優(yōu)點(diǎn)，但存在成像真實(shí)感差、造價(jià)高等缺點(diǎn)[5]。

圖像視頻監(jiān)測系統(tǒng)可對事故事件、拋灑物事件、停車事件等更復(fù)雜的道路交通突發(fā)狀況進(jìn)行快速、有效監(jiān)測，在一定程度上，它可以滿足公路運(yùn)營管理中對救援指揮、應(yīng)急處理、防災(zāi)調(diào)控、信息發(fā)布、視頻監(jiān)控等方面的應(yīng)用要求。

3.2? ?人行橫道交匯預(yù)警監(jiān)測

人行橫道交匯預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置，通常在不影響主線交通前提下，將雷視一體機(jī)與誘導(dǎo)屏、高閃設(shè)施和地面警示牌相結(jié)合，構(gòu)建一套斑馬線交叉報(bào)警監(jiān)控體系，對主輔支路上的過往車輛和行人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對主要交通流的實(shí)時(shí)報(bào)警，從而達(dá)到改善路口交通安全的目的[6]。具體設(shè)置方式如下：

在相距主路口30m的位置，安裝一塊情報(bào)板誘導(dǎo)顯示屏和一塊高閃光燈，提醒主路上的車輛，在紅燈或有行人通過時(shí)，需要減速或停車，確保路口的行車安全。根據(jù)路面條件確定顯示屏及高閃燈的安裝位置，如果有綠化帶則應(yīng)選擇中分帶，如果沒有中分帶則選擇懸掛式立柱，并將其布置在懸掛式立柱上。

在主路入口兩側(cè)地面設(shè)置發(fā)光警示地?zé)?，并路?cè)設(shè)置地?zé)艨刂破?，用于控制路口的警示地?zé)?，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在夜間或者雨水、積雪、雨水等惡劣環(huán)境下，如輔路或支路監(jiān)測到有車輛或者行人，主路上的警示牌就會(huì)與指示牌及其他的閃光燈結(jié)合起來，為主道上的車輛提供警示，提高行車的安全性。

在兩條支路的入口端5～10m處，安裝一臺(tái)雷達(dá)視覺一體化裝置。該裝置面向支路進(jìn)入安設(shè)（裝置一方的支路），監(jiān)視支路上的車輛、行人的情況，一旦監(jiān)視到有車輛、行人進(jìn)入，立即向路口的控制主機(jī)發(fā)送該消息。

在無信控交叉口，配備一臺(tái)路口控制器。該控制器設(shè)在路邊的一個(gè)機(jī)箱內(nèi)（與其他設(shè)備共用一個(gè)機(jī)箱），以便對前方的雷視一體機(jī)、信息板引導(dǎo)屏、地?zé)艨刂破?、高閃設(shè)備等進(jìn)行控制，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸和共享。

3.3? ?車輛測速監(jiān)測及反饋

車輛測速監(jiān)測及反饋系統(tǒng)主要是針對公路上的超速車輛，通過在公路上設(shè)置相應(yīng)的測速裝置，對超速車輛進(jìn)行報(bào)警提示，并根據(jù)不同路段的限速標(biāo)準(zhǔn)對超速車輛進(jìn)行處罰。其可將超速信息實(shí)時(shí)上傳，可通過4G/5G網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測到的超速車輛數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至公路運(yùn)營管理單位。另外，該系統(tǒng)可對車流量、車速、交通流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而得出車流量和交通流量變化趨勢。

3.4? ?交通量調(diào)查

交通量調(diào)查系統(tǒng)包括前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、后端管理子系統(tǒng)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。前端子系統(tǒng)中視頻抓拍單元與激光監(jiān)測單元協(xié)同工作，抓拍單元主要由圖像采集卡、觸發(fā)線、圖像采集桿三部分組成。圖像采集卡提供高清圖像，可實(shí)時(shí)拍攝路面車輛行駛的外輪廓線。觸發(fā)線設(shè)置在龍門架上，當(dāng)龍門架觸發(fā)觸發(fā)線時(shí)，抓拍單元通過觸發(fā)線對車輛進(jìn)行監(jiān)測。

激光監(jiān)測單元構(gòu)造包括激光發(fā)射器、激光接收器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三部分。激光發(fā)射器將激光能量集中射向目標(biāo)，通過反射光傳感器，把目標(biāo)反射的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，以電信號形式送入激光接收器。激光接收器將接收到的電信號轉(zhuǎn)換為激光脈沖信號，然后送至旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)將脈沖光轉(zhuǎn)換成二維坐標(biāo)信息。根據(jù)二維坐標(biāo)信息，確定被測物體的位置。

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由精密運(yùn)動(dòng)部件、直線導(dǎo)軌、彈性元件、擺桿裝置和齒輪機(jī)構(gòu)組成。其采用高精度、高可靠性的液壓系統(tǒng)和電器系統(tǒng)，具有較高的傳動(dòng)效率、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠以及結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，通過彈性元件調(diào)節(jié)擺桿角度，使激光脈沖能按照一定角度間隔發(fā)射。

3.5? ?合流交匯預(yù)警

合流交匯預(yù)警系統(tǒng)主要是在不同的天氣條件下，通過智能道釘?shù)拈W爍頻率變化，提醒駕駛?cè)藛T注意合流危險(xiǎn)。它利用雷達(dá)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測合流車輛的速度、位置、方向等信息，將監(jiān)測到的信息，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行倪M(jìn)行綜合分析[7]。

控制中心通過智能道釘控制器接收實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)監(jiān)測到合流車輛的速度、位置等信息時(shí)，控制中心會(huì)通過短信平臺(tái)，向所屬區(qū)域內(nèi)的道路交通管理單位發(fā)送預(yù)警信息。收到預(yù)警信息后，相關(guān)管理人員會(huì)按照事先設(shè)置的提示音進(jìn)行提醒，同時(shí)在電子地圖上對該區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記。智能道釘主要由智能道釘控制器、LED閃爍指示燈、雷達(dá)傳感器、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等組成。

3.6? ?氣象環(huán)境監(jiān)測

公路氣象環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由氣象監(jiān)測子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)組成，它通過對氣象要素進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)掌握和發(fā)布公路交通氣象信息，提高交通安全水平。

氣象監(jiān)測子系統(tǒng)主要由溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓等傳感器以及無線通信模塊組成，通過安裝在各監(jiān)測點(diǎn)的傳感器，對采集到的氣象要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)上傳至通信子系統(tǒng)。通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，完成對各監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集。

通信子系統(tǒng)是由無線通信模塊、太陽能電源模塊和蓄電池組成。無線通信模塊用于與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，太陽能電源模塊用于供電。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)是基于GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，通過GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，將各監(jiān)測設(shè)備的測量結(jié)果通過無線通信模塊傳送至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

3.7? ?無人機(jī)巡航監(jiān)測

無人機(jī)巡航監(jiān)測系統(tǒng)是一套面向公路監(jiān)控中心的無人機(jī)巡航監(jiān)測系統(tǒng)，其主要由飛行控制系統(tǒng)、機(jī)載攝像機(jī)、自動(dòng)巡檢相機(jī)、GPS定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)設(shè)備組成。

無人機(jī)巡航監(jiān)測系統(tǒng)通過控制軟件，實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)的飛行規(guī)劃和路徑選擇，完成對無人機(jī)的航線規(guī)劃，并可確定無人機(jī)的飛行高度和飛行速度等飛行參數(shù)。通過GPS定位系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取無人機(jī)的三維位置坐標(biāo)，并通過數(shù)據(jù)傳輸方式將數(shù)據(jù)傳送至控制中心。另外，還可以通過自動(dòng)巡檢相機(jī)獲取現(xiàn)場路面圖像信息，為現(xiàn)場交通管理部門提供詳細(xì)的現(xiàn)場路況信息。

機(jī)載攝像機(jī)對路面交通狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，進(jìn)行后期處理后，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將圖像傳送至控制中心。數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)設(shè)備主要包括無線網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器等，用于為無人機(jī)巡航監(jiān)測系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

在無人機(jī)巡航監(jiān)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備能夠?qū)⒁曨l流和圖片流實(shí)時(shí)保存至服務(wù)器，保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。通信傳輸設(shè)備能夠?qū)σ曨l流進(jìn)行編碼和壓縮處理，并利用無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?？刂浦行哪軌?qū)σ曨l流和圖片流進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制。

3.8? ?交通信息顯示

根據(jù)公路交通信息采集的特點(diǎn)，對現(xiàn)有的信息發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，開發(fā)以公路監(jiān)控中心為中心、以車載智能終端為終端、以路側(cè)LED顯示屏為媒介、以公路誘導(dǎo)屏為補(bǔ)充的多層次、全方位的信息發(fā)布系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由車載智能終端、路側(cè)LED顯示屏及誘導(dǎo)屏三部分組成。車載智能終端安裝在駕駛員可直接觀察到的地方，利用視頻采集模塊采集視頻流，并將視頻流上傳到車載智能終端。由車載智能終端對視頻流進(jìn)行解碼處理，生成所需的數(shù)據(jù)信息。

將數(shù)據(jù)信息上傳到路側(cè)LED顯示屏，利用LED顯示屏對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和發(fā)布。路側(cè)LED顯示屏安裝在公路路肩、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)等醒目位置，根據(jù)不同路況和不同需求，發(fā)布包括收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、道路天氣狀況、道路交通誘導(dǎo)等信息，同時(shí)提供公路地圖導(dǎo)航功能。誘導(dǎo)屏用于在公路沿線或易擁堵路段發(fā)布實(shí)時(shí)路況信息，以引導(dǎo)駕駛員快速安全地到達(dá)目的地的顯示屏。

4? ?結(jié)束語

公路交通信息采集及監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于公路交通事故分析、公路路況分析、道路施工評估、隧道安全評估、城市道路監(jiān)控、公路交通秩序管理等方面，可為交通管理部門提供科學(xué)準(zhǔn)確的決策支持，提升道路交通安全管理水平。所設(shè)計(jì)系統(tǒng)對于提高交通信息的采集效率和數(shù)據(jù)分析能力有顯著改善，有利于減少交通事故的出現(xiàn)。

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