從上世紀90年代開始，中國進入了公路建設快速發(fā)展的時期。我國高速公路總里程到目前已突破3萬公里，位居世界第二。根據(jù)國家對高速公路的發(fā)展規(guī)劃，到2020年，中國高速公路總里程將達7萬公里。高速公路的建設和發(fā)展，已成為衡量一個國家和經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標。
高速公路與一般公路相比，具有線型好、設計標準高、交通流量大、行車速度快等特點，而且一般遠離城市，所以在無法利用人力隨時掌控的情況下，如何利用現(xiàn)代化的設施來對高速公路的運營進行管理，便成為人們?nèi)找骊P(guān)注的話題。考慮到高速公路所具有的以上特點，如果在設計中不采用先進的管理措施，在交通量大、氣候惡劣的情況下，極易發(fā)生交通事故和交通阻塞。為此，在一些車流量非常大的高速公路上部署全程的監(jiān)控系統(tǒng)就是必不可少了。
通常，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)用于交通監(jiān)控、交通信息和氣象信息的采集以及交通疏導。該系統(tǒng)通過在高速公路沿線、立交、收費廣場設置CCD攝像機，并把其信號傳輸至監(jiān)控中心集中監(jiān)控，從而實現(xiàn)交通狀況圖像監(jiān)控；通過在沿線關(guān)鍵位置設置車輛計數(shù)器、車輛測速器、氣象資料采集器，并把信號傳輸至監(jiān)控中心集中處理，實現(xiàn)交通信息和氣象信息的采集；通過安裝于道路中間分隔帶的可變速標志，可以從中心對外發(fā)布交通疏導和交通控制信息。這些監(jiān)控系統(tǒng)可實施交通流量和交通運的行監(jiān)看；對關(guān)鍵點進行氣象檢測；對關(guān)鍵路段實施交通適時控制；及時發(fā)現(xiàn)各種異常情況并采取應急措施，保證高速公路高速、安全、經(jīng)濟地運營管理。
高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成
監(jiān)控系統(tǒng)作為高速公路交通工程中的一部分，在高速公路管理中發(fā)揮著越來越重要的作用。它主要分為收費站監(jiān)控、隧道／特大橋梁監(jiān)控和路面監(jiān)控三部分。
1.收費站監(jiān)控
收費監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況、對收費車道通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發(fā)事件和特殊事件進行觀察和記錄，實施有效的監(jiān)督。同時，為了配合高速公路的管理，收費站監(jiān)控系統(tǒng)除了監(jiān)看收費情況外，還需要監(jiān)看過往的車輛在進收費站之前以及在出收費站之后的情況，并可監(jiān)察違章車輛情況，以便高速公路形象化、高效率的管理。
監(jiān)控點主要設置在收費站的車道、收費廣場、收費站正中間和各個收費亭等處。各收費車道及收費亭一般采用交通專用槍型攝像機，收費廣場多采用一體化球機。
2.隧道和特大橋梁監(jiān)控
隨著交通量的不斷增長，特大橋梁、山區(qū)高速公路隧道等的存在，加之駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為、車輛性能等因素，在這些特殊路段設置監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)測交通安全，便顯得尤為必要。
目前大部分隧道監(jiān)控已經(jīng)實現(xiàn)無肓區(qū)監(jiān)控，攝像機一般安裝于隧道拱壁中央；特大橋梁等重要交通路段也大都安裝了監(jiān)控系統(tǒng)。
3.路面監(jiān)控
路面監(jiān)控系統(tǒng)主要是對高速公路干線進行監(jiān)視，掌握高速公路交通狀況。
它主要是通過計算機應用技術(shù)，將攝像機、路上埋設的各種傳感器、可變情報板等連接，收集交通數(shù)據(jù)，把車流量等情況及時傳達給管理部門，這些信息經(jīng)過預置的交通控制策略方案處理后，再通過信息情報板等方式提供給行車人員。這樣對高速公路重點路段進行監(jiān)看，掌握高速公路交通狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時給予引導，保證高速公路的安全通暢。
高速公路監(jiān)控系統(tǒng)對高速球的要求
常州宏本數(shù)碼科技有限公司謝春生介紹說，目前高速公路監(jiān)控系統(tǒng)作為高速公路交通工程機電三大項中比較重要的一項，在高速公路的管理中發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著高速公路管理要求的不斷提高，收費管理、數(shù)據(jù)通信、圖像監(jiān)控已經(jīng)是現(xiàn)代化高速公路建設中必不可少的一個部分。高速公路監(jiān)控對系統(tǒng)也更加嚴格要求，主要體現(xiàn)在下面幾個方面：
1.要求系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性
設備的低故障率和長時間的良好運行指標越來越受到人們的關(guān)注。
2.要求高的圖像質(zhì)量
系統(tǒng)要求圖像能夠清晰可辨，并能適應各種環(huán)境和氣候條件下工作的使用要求，而且要提高夜間對車輛牌號等監(jiān)控對象監(jiān)控圖像的清晰可辨度等，這些方面也成為倍受人們關(guān)注的重要指標之一。
3.要求系統(tǒng)具有較好的可維護性能
采用相對少的系統(tǒng)設備和系統(tǒng)設備的模塊化設計，方便系統(tǒng)的替換維護和使用過程中長期維護的投入，對系統(tǒng)要求有可擴展性能，在將來系統(tǒng)升級時有更多的可兼容設備，以最少最合理的代價完成系統(tǒng)升級。
高速公路的前端攝像機一般為固定點攝像機，勻速球型攝像機和高速球型攝像機等3種，根據(jù)監(jiān)控點的需求有不同的應用。通常收費亭和收費車道需實時定點監(jiān)控，因此收費亭一般采用小半球攝像機，不僅有利于監(jiān)視，且不影響環(huán)境美觀。而收費車道由于監(jiān)視范圍固定，監(jiān)視范圍也有限，宜采用室外槍式固定攝像機。
而高速球作為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成上的前端攝像機的一類，其點位分布位置一般都是收費站、廣場、互通立交或者是道路路面上。美國英飛拓有限公司中國區(qū)市場部經(jīng)理黎志洪經(jīng)理介紹說，高速球之所以主要應用在收費廣場或者是全程沿線監(jiān)控上，是因為廣場和道路監(jiān)控設備需要采用同一種攝像機，并且要求監(jiān)視的范圍較廣。由于沒有固定的監(jiān)視區(qū)域，因此必須具備自動聚焦變焦變倍全方位轉(zhuǎn)動功能，安裝方式一般采用立桿高掛的形式，通常選用一體化高速全方位攝像機或一體化定位系統(tǒng)。高速全方位攝像機所具有速度和準確性恰是廣場監(jiān)控所需要的。
鑒于高速公路的特殊性，更多先進技術(shù)的融入使前端攝像機——高速球的如下特點正好滿足了高速公路的需求：
1.監(jiān)控面積大，視角廣闊
如高速球應用于廣場，就可以發(fā)揮槍機所不具備的優(yōu)勢，節(jié)省設備的安裝，還有利于整體的美觀。
2.旋轉(zhuǎn)速度快，能夠快速捕捉和跟蹤圖像
高速球能在巡航定位方面達到高的巡航速度，實現(xiàn)準確的定位功能；可實時獲得球型攝像機的方位角信息和驅(qū)動球型攝像機到達指定的方位角，這對及時快速跟蹤和捕捉監(jiān)控對象至關(guān)重要。
3.拍攝清晰
遠的可視距離就要求選擇光學變焦倍數(shù)大的攝像機，攝像機超低照度能夠保證夜視效果好，寬動態(tài)及具有良好的噪點消除技術(shù)保證拍攝圖像清晰。在這方面廣州瀚祺電子科技占爭榮就指出，現(xiàn)在高速公路的前端攝像機部分主要就是超低感應技術(shù)，寬動態(tài)技術(shù)及強光抑制技術(shù)，現(xiàn)在廠家對技術(shù)也在不斷深入的研究，像三星光電子就推出了30倍光學變焦的具有寬動態(tài)技術(shù)一體化機型，日立推出了35倍光學變焦的一體化機型，說到底，針對不同的使用場合或環(huán)境，采用不同的高速球型攝像機，收費站使用具有強光抑制功能的高速球型攝像機，隧道和橋梁使用具有超低感應和寬動態(tài)功能的高速球型攝像機，對路面監(jiān)控來說就要求使用變焦能力強，成像質(zhì)量高的高速球型等等。只有對監(jiān)控物體進行清晰的拍攝，其資料才有價值。
另外，在傳輸方式上，針對高速球的視頻信號與控制信號的傳輸，隨著技術(shù)的發(fā)展，使用的方式有很大提高。傳統(tǒng)高速球的視頻信號是采用同軸視頻線來傳輸，控制信號是專用信號線來傳輸。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善，針對傳統(tǒng)傳輸方式傳輸距離短，工程施工復雜等不足，分別出現(xiàn)了同軸視控傳輸、網(wǎng)絡傳輸、光傳輸和無線傳輸?shù)鹊母咚偾颉Ｐ枰赋龅氖�，無論何種傳輸方式，在圖像獲取的前端和顯示圖像的后端，都需要有相應的編解碼、信號合成與分解的裝置。這樣才可以實現(xiàn)相應的傳輸功能。
高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中介傳輸是整個系統(tǒng)至關(guān)重要的部分，其信號傳輸?shù)馁|(zhì)量直接影響到圖像的質(zhì)量，關(guān)系到高速球功能與質(zhì)量的發(fā)揮。因此傳輸設備選擇尤為重要，高速公路前端監(jiān)控點覆蓋范圍廣，離監(jiān)控中心距離長，為滿足信號穩(wěn)定有效地長距離傳輸、抗環(huán)境干擾，必須設計一個完整統(tǒng)一的低損耗傳輸網(wǎng)絡來承載各種信號。光纖及相應設備組成的傳輸網(wǎng)絡具有傳輸帶寬寬、容量大、不受電磁干擾、受外界環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點，故深圳市洪迪實業(yè)有限公司夏文飛經(jīng)理介紹說，傳輸系統(tǒng)采用光端機通過光纖網(wǎng)絡傳輸是最常用最適宜的方式。高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)需采用光纖傳輸?shù)氖恰笆召M站監(jiān)控中心至路段監(jiān)控中心”和“道路路面監(jiān)控點至收費站監(jiān)控中心或路段監(jiān)控中心”。
收費站至路段監(jiān)控中心的傳輸一般會根據(jù)實際情況采用編碼器或光端機兩種方式。編碼器為數(shù)字編碼設備，將收費站輸出的模擬圖像轉(zhuǎn)換為TCP/IP或E1口信號，上傳到高速公路內(nèi)部網(wǎng)絡中。光端機一般采用點對點方式，選擇合適路數(shù)的數(shù)字光端機（數(shù)字光端機采用先進的數(shù)字編碼方式，可有效消除重影、抖動和通道間的串擾，從而可達到更高的視頻傳輸品質(zhì)），將視頻信號轉(zhuǎn)為光信號通過光纖傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。
道路路面監(jiān)控點到收費站監(jiān)控中心傳輸最適合的辦法為采用光端機通過光纖傳輸，高速路面監(jiān)控點分布間隙遠，離中心的距離逐漸延長，離監(jiān)控中心較遠的監(jiān)控點采用點對點光端機需加中介器或轉(zhuǎn)傳的方式實現(xiàn)，這樣不僅浪費了光纖數(shù)量，且圖像質(zhì)量也會受到損耗。GF級聯(lián)式光端機傳輸系統(tǒng)剛好彌補了點對點光端機的缺陷，用于傳輸高速公路路面監(jiān)控點是再適合不過了。以下著重介紹一下級聯(lián)光端機的一些特征和性能。級聯(lián)式光端機不僅大大的節(jié)省了光纖數(shù)量，而且還節(jié)省了光端機數(shù)量。
GF級聯(lián)（又稱節(jié)點式）光端機系統(tǒng)以光端機作為級聯(lián)鏈路中的基本模塊，結(jié)合電級聯(lián)技術(shù)和CWDM光級聯(lián)技術(shù)而組成，在一芯單模光纖上實現(xiàn)多達128個傳輸區(qū)間的128路視頻、多路數(shù)據(jù)、音頻的級聯(lián)傳輸。
該系統(tǒng)是光纖視頻、音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的一種高可靠性、高性價比、極為先進的傳輸方式，作為一種先進的光纖數(shù)字視頻、音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它能充分利用光纖的帶寬資源，簡化系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，提高光纖網(wǎng)絡的使用效率。與傳統(tǒng)光纖傳輸網(wǎng)絡相比，在網(wǎng)絡穩(wěn)定性，系統(tǒng)性價比等方面，它都具有明顯的優(yōu)勢。特別適合高速公路的工程應用。GF電級聯(lián)系列光端機的每個級聯(lián)點可完成視頻/音頻/數(shù)據(jù)等信號的插入，既可單路插入，也可多路插入。單纖單波長最多允許設置16個電插入點（每個插入點插入1路視頻的情況）。16個單路視頻電插入可以聚合成一個16路視頻的單纖單波長傳輸系統(tǒng)。GF光級聯(lián)系列光端機利用數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)容量大的特點，充分利用光纖的帶寬資源，大規(guī)模的采用密集波分復用器，同電級聯(lián)光端機結(jié)合，通過不同波長光波的復用和分用，能在一芯光纖上實現(xiàn)最多128個區(qū)間的128路視頻、多路音頻、多路數(shù)據(jù)光級聯(lián)傳輸，傳輸距離可達百公里以上。區(qū)間數(shù)量可以任意選擇，區(qū)間內(nèi)的視頻、音頻、數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量也可任意選擇，如一個區(qū)間插入8路視頻，一個波分最多可傳輸16路視頻，則兩個區(qū)間可共用一個波長，采用8個波長則可達到16個區(qū)間共128路視頻的傳輸。
單波長可傳輸16路視頻，采用CWDM技術(shù)單向可傳輸高達128路視頻。
獨立式節(jié)點設計，級聯(lián)線路具備診斷和恢復機制。
高速球在使用中的利弊
早幾年，高速球主要以國外品牌為主，如松下、派爾高等，昂貴的價格使其應用數(shù)量和場合非常有限，近幾年隨著國內(nèi)自主研發(fā)的高速球以更高的性價比進入市場，人們越來越多的認識和接受了這以前有些“高不可攀”的產(chǎn)品。
在使用中，當應用于較開闊的場合時，高速球能夠快速定位和跟蹤，達到監(jiān)控場所所需要的要求，而像槍機、云臺，低速球速度太慢則無法滿足這些功能。另外，縱觀全局，在監(jiān)控面積比較大時，高速球還可通過設定預制位和巡航軌跡實現(xiàn)多場景的輪循監(jiān)控，同時自帶的報警功能可應付對一些突發(fā)的緊急事件做到快速反應，通知監(jiān)控人員，起到事先預警的作用。高速球自動跟蹤功能可按照一個預先設定好的巡航路線監(jiān)控一段路況，若發(fā)現(xiàn)有已設定的可疑目標后，高速球會自動跟蹤目標，自動進行聚焦調(diào)節(jié)，回傳圖像并向監(jiān)控中心發(fā)出報警信號。高速球作為更智能化的前端監(jiān)控設備，伴隨著高速公路的建設及自身技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，高速球?qū)l(fā)揮更加重要的作用。高速球速度快，精度高的特點可以保證在更短的時間內(nèi)準確的掃描更多的預制點，提高了監(jiān)控效率，現(xiàn)在已有性能較好的高速球預置位定位精度可達到+0.07，巡航速度400度/S，長時間快速不間斷的運行也不會有大的偏位現(xiàn)象。
當然在某些條件下，使用高速球時其優(yōu)勢和特長無法發(fā)揮作用，技術(shù)方面也存在一定的問題，如夜間圖像的獲取問題，車牌的識別問題等，但長遠看其側(cè)重點必然有所變化；目前來說盡管國內(nèi)高速公路全程監(jiān)控仍存在諸多問題需要解決，但隨著市場的細化或技術(shù)的不斷發(fā)展，全程監(jiān)控將是一種必然的趨勢，那時高速球的自動跟蹤，智能圖像識別等擴展性功能優(yōu)勢將被發(fā)揮得淋漓盡致。
另一方面，由于高速公路上塵土很多，對于高速球自身清潔比較困難，在對抗溫差和環(huán)境方面都有較高要求。同時高速球沒有仰角，在上坡路、橋梁、立交等應用也受到限制。
據(jù)了解，在對監(jiān)控產(chǎn)品的應用方面，目前高速公路機電項目在迅速發(fā)展中對產(chǎn)品的應用存在忽視的現(xiàn)象，對系統(tǒng)中的應用產(chǎn)品沒有花更多的時間去了解，也沒有好的檢測設備和手段，造成個別項目驗收時難以過關(guān)，更給以后使用、維護埋下隱患；
當然對高速球的認識也存在偏差，與云臺和其他類前端監(jiān)控設備不能很好的區(qū)分，在使用中不能發(fā)揮出高速球的特點，甚至有時把高速球設置為固定位置當槍機、云臺使用，不能發(fā)揮其高速巡航的優(yōu)勢等等原因，使高速球不能得到更好更廣泛的應用。這些問題都有待解決。
高速球應用的發(fā)展趨勢
1.智能化
目前智能化在高速球上的應用也日益廣泛。例如：一些高速球擁有隨時檢測球機內(nèi)部溫度和濕度、自動啟動內(nèi)部加熱和降溫設備、智能監(jiān)控風扇轉(zhuǎn)動狀態(tài)、智能識別系統(tǒng)協(xié)議等功能。甚至一些高速球還可以按照設定，自動跟蹤監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的移動目標、判斷監(jiān)控區(qū)域內(nèi)目標的行為狀態(tài)、自動識別等強大的功能（此些功能主要體現(xiàn)在國外品牌的高端產(chǎn)品上）。隨著芯片運算能力的不斷提高，和許多新型算法的出現(xiàn)，智能判斷在高速球上的體現(xiàn)將會越來越廣泛、適用性更強，也使高速球在應用中發(fā)揮更加有效的功能。甚至在偏遠地區(qū)，太陽能供電的高速球預計也將產(chǎn)生一定的需求。
2.規(guī)范化
最近幾年高速球已經(jīng)在高速公路中廣泛被應用，基本上所有的公路都或多或少得使用上。但目前的高速公路監(jiān)控大多還是收費通道和收費崗亭互通立交和隧道和橋梁等重要路段口的監(jiān)控；大多使用鏡頭和云臺槍機，對高速球的使用率還不高，即使使用，其功能也沒有很好的發(fā)揮，就不能體現(xiàn)高速球的特點和優(yōu)勢，使得用高速球和槍機好像沒有太大的區(qū)別。因此，對于高速球合理和有效的使用將成為人們注意的問題。
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