贵州省高速公路路网监控系统构成方案

贵州省高速公路路网监控系统构成方案

龚彦

龚彦

贵州高速公路集团有限公司贵州贵阳550000

摘要：西部大开发以来，贵州省交通运输发展迅速，高速公路建设全面推进，至2015年未，全省通车高速公路累计里程达5100公里，成为全国第九、西部第一的县县通高速公路的省份。贵州省高速公路建设管理前期主要由贵州高速公路集团有限公司承担，随着近年来多种建设管理模式的引入，中交集团、省公路局、省交通建设集团、地方投资开发公司也以BOT等多方式参与建设运营管理，形成了多业主的建管格局。

关键词：高速公路；路网；监控

一、管理体制

贵州省高速公路网框架为棋盘状格局，路网布局较为复杂，存在多种多路由，若将全省高速公路均按单个路段进行划分管理，由省级中心直接对路段进行监控管理，则难以实现路网整体协调功能，同时需要建立规模较大的省级路网监控中心。

根据贵州省高速公路条件，同时考虑到监控系统的业务特点，应按照监控业务实际需求的不同对全省高速公路进行有效监控，实现全省高速公路统一监控、统一指挥、统一救援、信息共享的目的，以省高速集团所辖高速公路网为基础，综合考虑全省高速公路网形成后的整体机电系统数据、图像、语音传输需求，以“精简、统一、集中、高效”为原则，既方便管理又要降低运营成本，并充分考虑监控、收费和通信系统的业务特点以及技术发展的情况，确立了三级监控的管理体制。

第一级为省路网监控中心，作为全省高速公路网最高级别的运营以及应急指挥调度机构，负责全省高速公路的监控业务管理、监控指挥、控制、运营工作，行使对全省高速公路以及各区域中心的指挥、控制职能。

通过接收各区域监控中心上传的交通数据、交通事故或其它异常事件的信息，宏观掌握所辖各高速公路的交通运行情况，同时，可通过闭路电视监视系统对关键路段或关键点进行实时监视。对交通信息的分析和处理，统计和分析各类交通数据、交通事故、异常事件、处置对策的效果以及监控设备的完好率等，为进一步的宏观决策服务。对重大事故的救援指挥，在发生重大事故时，路网中心通过接收交通监控数据并实时调用事故现场的闭路电视图像，准确掌握现场的情况，会同相关部门对事故的紧急救援进行宏观指挥和调度。同时承担交通信息发布，通过交通广播电台、网站、短信以及信息电话等向公众提供全省高速公路网的交通出行信息以及有关的服务信息等。

第二级为区域监控中心，即在全省贵阳、遵义、安顺、都匀、凯里、毕节、六盘水、兴义、铜仁9行政区划设置区域监控中心，在各行政区域内的高速集团、公路局、BOT等所有高速公路均应直接划归区域监控中心统一负责监控管理及数据、图像监控工作。由省路网中心对各区域监控中心的监控业务进行协调，保证相邻区域监控中心的控制指令协调一致。

区域中心实时掌握区域内部路网运行的实际情况，包括区域路网的交通运行情况、道路气象条件、重要设施、隧道运行状况等，重点关注相邻路段间的监控敏感区，对发生在本区域路网上的主要交通事件具有监测功能，按分级控制的模式干预区域层面的交通调度和指挥；对发生在区域间路网上的主要交通事件或重大交通事件上报省路网中心，并听从总中心统一指挥，实时接收各路段设备或路段监控站、隧道监控管理站上传的交通数据、交通事故或其它异常事件的数据、图像信息，掌握所管辖区域内各路段的交通运行情况，同时可通过闭路电视监视系统对关键路段和关键点进行实时监视。

区域中心对所收集的信息进行分析、处理，确定各路段交通运行情况以及隧道内的环境条件是否正常。在正常情况下，对道路运行情况进行监控。在异常情况下，根据异常情况发生的地点确定相应的控制方案，并实时下发给相应路段中心。

当某一路段发生重大交通事故且其影响波及相邻路段时，区域监控中心向相应路段或监控管理站下传有关信息和控制指令，如区域内（路段、隧道）可变情报板、可变限速板、信号灯、车道通行灯等的信息显示指令等。

根据区域内的交通运行情况，对于路网内的交通进行宏观优化，确定最佳的路网交通运行方案，并下达至相关的外场设备或监控管理站执行。

省路网中心对区域中心进行数据、图像访问，根据需要实时了解各区域内道路运行情况，可主动的对各区域及路段进行信息交换和共享，信息的获取及指令的下发均与区域中心对接，从而简单、清晰、科学、有效的组织路网监控，实施路网信息发布及路网管理。区域内部道路可实现统一管理、统一监控、统一救援及信息共享等功能，对于新建路段的接入和管理也简单明了，具有可持续发展性。

第三级为路段中心和隧道管理站，高速集团营运管理的高速公路不设置路段中心，由区域中心直接管理各路段监控管理站；其他业主则根据自身管理需要，设置路段管理中心，路段中心接受区域中心的管理。

各路段监控管理站（路段监控中心）的主要工作是通过设置在道路上的外场设备，监视路段上的交通运行情况，在发生事故等交通异常情况时快速获息、快速确认，并迅速通知相关的路政、交警，进行事故处理和紧急救援，同时，利用设置在路段上的情报发布设备向驾驶员提供信息，疏导交通，避免发生二次事故。另外，在恶劣气候条件下，向驾驶员发布气象信息以及交通控制信息等。对设有监控站的长大隧道，其监控工作主要由隧道管理站负责。

二、系统构成方案

1、组网原则

监控系统的网络构成应考虑贵州省高速公路网的特点，满足不同建设、运营、管理业主对监控数据，图像的需求以监控系统运营管理模式为基础，为各级监控管理单位提供灵活、方便的监控业务平台，结合通信及计算机技术的发展情况，采用先进、成熟的技术手段，并应具有一定的技术前瞻性。

根据高速公路网的建设特点，监控系统的网络将随着高速公路的建设分阶段逐步形成，由于前期应充分考虑已建高速公路监控设施的建设情况，尽可能利用已有设备，以保护现有投资。

2、网络构成

监控系统的网络总体结构分为三级。第一级为省路网中心，第二级为区域监控中心，第三级为隧道管理站和监控外场设备。

监控系统网络总体结构中的各级均由局域网构成。省路网中心、区域监控中心、隧道管理站由以太网交换机组成各自局域网，具体配置模型为：省路网中心作为全省高速公路信息对内共享、对外服务的多业务平台。设备配置按高速公路联网监控业务需求，包括：服务器（双机热备加磁盘阵列）、监控管理工作站、监控视频工作站、图像服务器、三层以太网交换机、打印机、视频分配器、电视墙、大屏幕投影（报警图像控制器）等设备。

区域监控中心级负责各自区域内道路监控和管理，其配置模型应包括：服务器（双机热备加磁盘阵列）、监控管理工作站、监控视频工作站、图像服务器、三层以太网交换机、打印机、视频分配器、电视墙、大屏幕投影（报警图像控制器）等设备。

隧道管理站负责各自路段内特长隧道、隧道群的具体监控工作，其配置模型应包括：服务器（双机热备）、隧道控制工作站、监控视频工作站、图像服务器、三层以太网交换机、打印机、视频分配器、电视墙、大屏幕投影（报警图像控制器）等设备。

外场设备监控数据利用数据光端机通过光缆传至就近的通信站，通过通信系统多业务传输平台（MSTP）技术逐级上传至区域监控中心、省路网监控中心。

隧道内利用PLC及工业以太网交换机组成工业以太网环网，并通过光缆接入就近隧道管理站通信站，通过通信系统多业务传输平台（MSTP）技术逐级上传至区域监控中心、省路网监控中心。

各级局域网之间通过通信系统提供的传输平台组成广域网。在局域网之间，监控数据采用通信系统的多业务传输平台传输，传输带宽可在通信系统传输带宽允许范围内由2Mbit/s至100Mbit/s任意调整。

3、闭路电视监视系统

目前，国内应用较成熟的视频图像传输技术主要包括模拟视频图像传输技术、数字非压缩图像传输技术、数字压缩图像传输技术。贵州已建道路及贵州省高速公路隧道多、图像量大等特点，图像传输采用数字非压缩和数字压缩图像传输两种技术方案。

在底层未进行事件检测的图像传输仍采用数字非压缩图像传输系统，检测后的图像可根据实际情况采用数字非压缩或H.264图像编码技术传输，可以保证事件检测的正确率。

为便于全省图像联网，从隧道管理站、收费站至区域监控中心以上级别的图像传输均采用H.264图像编码技术，并通过通信系统组成数字图像传输网。

4、图像传输网络构成

(1)隧道→隧道管理站图像传输

隧道内的摄像机图像利用数字非压缩光端机或节点机通过光缆将图像传至就近的隧道值守点，在值守点内将上传的图像接入隧道值守点视频分配器，一路将需要的图像进行事件检测，另一路将所有图像进行H.264编码，编码后接入三层以太网交换机，并在本地进行IPSAN录像。最后通过交换机利用光缆传至上级隧道管理站。在隧道管理站内，利用三层以太网交换机与所辖隧道值守点三层以太网交换机联网，并通过图像调用、控制软件完成切换电视墙及大屏显示、图像上传等工作。

(2)路段图像传输

路段摄像机图像利用数字非压缩光端机或节点机通过光缆将图像传至就近的隧道管理站，需要事件检测的即在本地进行，事件检测后进入图像控制平台或编码处理，并在本地录像。

(3)隧道管理站→区域监控中心图像传输

从隧道管理站以上级别图像传输及控制全部采用数字化方式，操作人员可通过工作站实现对摄像机的控制和对图像的调用。监控系统和其他系统共用通信系统提供的传输通道。

考虑到各区域路网、路况较为复杂，道路上桥隧相连，长大隧道较多，外场设备众多，图像量较大。为掌握路网内的交通情况，区域监控中心需从各隧道管理站调用图像。考虑到图像调用量、带宽占用以及调用的便捷性，拟采用弹性分组环（RPR）技术，将区域监控中心与所管辖路网内隧道管理站共同组成RPR环网，环网上开通64路图像传输通道。图像传输通道可动态分配，即：区域监控中心可控制各路段中心隧道管理站所辖的0～64个摄像机并调用0～64路监控图像。

(4)区域监控中心→省路网中心图像传输

从区域监控中心至省路网中心图像传输及控制全部采用数字化方式，操作人员可通过工作站实现对摄像机的控制和对图像的调用。监控系统和收费系统共用通信系统提供的传输通道。

全省共9个区域监控中心，每个区域监控中心负责管辖300～500km道路的监控业务。从机构的功能定位分析，省路网中心负责高开司所辖路段的监控宏观管理及特殊重大事件的指挥、控制工作。日常的路段事故发现、控制、指令下发、路网协调等具体工作均由区域监控中心负责。省路网中心具备总揽全局的图像监控功能，并能够灵活的实现对每个区域的图像监视、控制的动态处置能力。建议采用弹性分组环（RPR）技术，将各区域监控中心与省路网中心共同组成RPR环网，环网上开通90路图像传输通道。图像传输通道可动态分配，即：省路网中心可控制各区域监控中心所辖的0～90个摄像机并调用0～90路监控图像。

四、通信系统

1、业务需求及分析

根据监控系统、的业务需求，通信系统承载的通信业务主要有语音、图像、以太网、高速数字电路等几类。

在各个隧道管理站，应用系统均须对下级传送来的图像信息进行监控、存储及上传。应用系统有2种技术体系可供选用，其一为前端编码传送，其二为图像光传输平台。从隧道管理站和收费监控站将采用H.264格式编码后的图像信息上传至区域监控中心及区域收费中心，并进一步上传至省路网监控中心。

在一个通信系统接入环网内，可能会有若干个隧道监控站及收费监控站存在，省路网中心及区域中心需要同时调用图像可能相同，且同时与隧道管理站观察的图像相同。在采用路由及组播技术后，接入网环网内同时传输的图像数量取决于区域中心及省路网中心同时观看的不同的图像的数量，在接入网系统中开放弹性分组环（ResilientPacketRing）业务主要用于传输图像信息。从区域中心至总中心拟采用干线传输系统可在网状路网形成后开通RPR业务，在近期可直接按透明通道组织电路。

各个隧道管理站、接入有道路监控外场设备的通信站至区域监控中心需开通1条透传的以太网通道。各个区域监控中心至省路网中心间需开通1条透传的以太网传输通道。

2、通信传输网的构成

按贵州省路网结构通信基本网络结构采用网格型，开放自动交换光网络特性，通信系统传输网按三层建设。

第一层干线传输层，今后随着业务需求的发展和通信传输技术的进步再考虑是否需要增加，近期以汇聚层的骨干网满足使用需求。

干线光传输网络结构为网格网，由三纵三横基本路由组成，其网格横线为毕节－遵义－铜仁、六盘水－省路网中心－凯里、兴义－安顺－都匀；网格纵线为毕节－六盘水－兴义、遵义－贵阳(小璧)－省路网中心－安顺、铜仁－凯里－都匀。

第二层为汇聚层，分插复用节点设置于省路网中心以、遵义、安顺、都匀、凯里、毕节、六盘水、兴义、铜仁等区域通信中心，节点间视传输需要布置必要的中继节点或光线路放大设备。

第三层接入层，由位于收费站、隧道管理站、以及部分服务区和隧道变电所等处的光网络单元(ONU)，和位于各个区域通信中心的光线路终端(OLT)组成。接入网将所有各类图像、数据、语音业务终端接入至通信系统。接入网应按环型拓扑组织，开放RPR业务，用于图像信息等的传送。

3、系统配置方案

(1)干线光传输网

结合全省高速公路网规划及建设现状，为了充分利用现有设备资源，尽快实现总中心与各个区域中心的联网运行，并为干线传输网的最终建成打下良好的基础，近期的网络建设为：

干线传输系统节点设备总中心应采用STM-64等级的设备，一般节点采用可升级至STM-64等级的设备。考虑到STM-64等级的设备交叉连接的颗粒应以VC-4为宜，各区域中心可以增设子架安装用于低阶交叉连接的分插复用设备。

干线网络中应开放ASON业务特性，所有的传输系统中应开放MSTP。

干线光线路采用STM-16等级，分段建设过程中暂按1+1建设。当业务发展需增加传送能力时，可优先考虑通过稀疏波分复用，以较少的费用提高传输能力。

(2)接入网

接入网的网络拓扑宜采用二纤单向通道保护环，在收费站、隧道监控管理站、及部分服务区、及隧道变电所等处设置ONU，业务接入模块应提供各类低速用户端口，光传送模块应开放RPR和MSTP。接入网传送模块采用的系统等级应视系统接入业务量的大小配置，传输等级根据业务量在STM-4或16等级选择。接入网设备和干线光传输设备间接口宜尽量采用STM-1或SMT-4等级电或光端口。在设备选型和系统组织有利时可以使用干线光传输设备作为接入网光传输模块。

(3)第三层网络交换机

在无人通信站设置网络交换机，用于将包括图像业务在内的以太网业务汇集后接入接入网光传送模块。

在配置有接入网光线路终端的通信站，第三层网络交换机用于提取和处理图像等以太网业务，连接接入网RPR端口和干线光传输系统的SMTP端口或骨干网环的RPR端口。

交换机与接入网接入模块及光传输节点设备连接以采用高速的千兆以太网端口方式为佳。

(4)网管

干线光传输网的网络管理应由设置在总中心的传输网管系统统一进行，并在区域中心增加辅助网管设备以方便维护、管理。

接入网的网络管理应由区域中心进行管理，也可按公路路段投资或运营主体，增设网管设备进行辅助管理。

三、结语

以上分析了贵州省高速公路监控系统的构成方案，方案从路网监控管理的需要出发，考虑了系统的经济性和可行性，且功能具有可扩展性，随着管理的需求变化各种新技术的开发和投入使用，在使用过程中可以对系统进行升级和扩展。