高速公路交通工程的设计，主要包括交通安全、监控、通信、收费、照明等项目。其中交通工程监控、收费、通信三大系统通过国际招标，由西班牙圣科交通控制有限公司中标承建。工程投资折合人民币3600万元，1996年9月签订合同，1997年6月28日建成交付使用。

1　监控系统

1.1　系统概况

高速公路监控系统的目的是综合使用公路现场的各种数据和信号，对道路运行进行控制和优化，以完成如下功能：

　(1)交通监测：车流量、速度、事故等；

　(2)帮助驾驶员的紧急电话系统；

　(3)天气情况监视系统；

　(4)系统通信故障和报警监视；

　(5)通过可变情报板等设备向驾驶员提供信息。

为了完成以上功能，各种检测器、可变情报板、可变警告标志、紧急电话、摄像机、气象站等设备安装在公路的适当位置，系统由监视和控制系统、外场终端系统二级计算机系统组成。

监视和控制系统安装在监控中心，用于监视、信息管理、传达指令。外场终端系统用于监视交通流量、天气状况、执行控制命令等，这一级由下列控制系统组 成：地图板、投影仪、车辆检测系统、天气探测器、可变情报板(CMS)、CCTV监视系统、可变警告标志(CWS)、远端站系统。为了控制以上系统，采用 了5个远端站作为这些系统和控制中心之间的通信接口，控制中心用于监视各种检测器、紧急电话和电视摄像机等，并对远端站收集到的故障和交通控制数据进行监 视。整个系统采用以太网将各个计算机组成一个网络，而计算机与外场设备的连接方式则为分布式控制系统，并利用环路载波系统在光缆上进行数据信息的通信。这 种局域网及其通信方式的优点是：通信灵活方便，网络结构简单，传输速率高，可＊性强，实用性好，可消除通信中的“瓶颈”现象。

1.2　系统的组成

高速公路监控系统主要可分为5大部分：

1.2.1　数据采集

　本系统的目的主要是监视和控制交通状况，所以需要大量的交通数据、气象数据等。这些数据的采集主要＊车辆检测器系统、气象站、能见度检测器等设备来完成。

车辆检测器系统通过检测高速公路不同地段车辆密度、类型、车流量等因素，可作出管理方面的最优决策；通过对各地段交通流的检测和监视来判断事故的发 生。机场路共有12个车辆检测器控制模块、24组4回路检测器、72组感应线圈。它们被安装在远端站和路上不同的段面上，以便收集各种交通参数。交通检测 器把它们的数据传输到远端站，在一定的时间周期内，远端站中的车辆检测控制模块可将编制完的数据传输给中心，每个检测器控制模块均以Motolora  68000微处理器为核心，按Hioce算法检测超负荷占有率(排队、事故等等)，均带2个通信接口、16个检测输入端，足以完成各种数据检测的任务。气 象检测器由Vaiscla生产的DM31道路气象站和FD12能见度检测器组成，其检测到的数据通过远端站送到监控中心。中心收到气象信息后，可通过 CMS、CWS显示出来提醒驾驶员。DM31为自动气象站，是以计算机微处理器为基础的远控数据采集系统。，带有2个双向RS-232接口，一个与中心通 信，一个与能见度检测器通信。气象检测系统主要有气象检测器、气象站及中心的前端计算机组成，数据以1200bps的速率，在点对点的同步串行线上传至最 近的远端站，远端站再通过环路载波通信系统传送到中心，中心可有规律地对气象站及能见度检测器查询。

1.2.2　数据分析

各种检测器检测到的数据量相当大，要经过一定的分析、计算、归纳等过程才能给管理人员。因此，在本系统中数据须由远端站先对检测器不断送来的数据进 行统计和整理，再周期性地向中心发送。中心也可随时要远端站上传数据。简单地说，远端站系统用于完成沿公路布设的各种设备：车辆检测器、CMS、CWS、 气象站与中心的通信。中心的基本目的是将常用的命令存贮在远端站的存贮单元内，它的二级操作使监控中的远端站的轮询有序。检测器控制模块、气象站与远端站 的通信也是按二级模式工作的。在这种方式下，远端站能轻松地工作和管理大量的控制器、信号文件。中心与远端站采用迂回的改线结构，可防止设备间有断路现象 发生。远端站是以Motolora 68302微处理器为核心设计的，自身带有实时时钟、8位A/D模数转换器，即分辨率高达1/256，测量精度足够。

1.2.3　信息的发布

管理人员要根据公路上的情况及时向驾驶员提供各种信息以控制交通状况，这就需要监控系统能随时在高速公路上发布信息。本系统中的可变情报板和可变警告标志就可实现相应的功能。

可变情报板(CMS)是由高强度的发光二极管组成，亮度可自动调节，能见度约270m，与远端站的通信采用RS-422接口。RS-422是以差分 输入、平衡驱动的方式通信，相对于RS-232以地电平为参考电压的通信方式来讲，具有抗干扰性强、传输距离远、速度快等优点。通过此系统可向驾驶员提供 天气情况、道路交通状况及新发生的事故等。CMS按模块化设计，可显示已有内容，也可显示实时编辑的内容，其信息由监控中心发送出来。

在公路上事故发生时，可变警告标志(CWS)可向驾驶员提供交通运行状况及相应的推荐速度。CWS采用了光纤技术，其优点是高亮度、低功耗、无眩光、易维护、可视性好。CWS也是通过远端站与监控中心通信。

1.2.4　系统的维护

本系统设备众多、结构复杂，若仅＊人工来检修和维护此系统是肯定不行的。因此，本系统在设计时就考虑到了系统应具有很强的自检功能。本系统的控制设备从远端站、气象站到中心的交通控制计算机、紧急电话控制中心、CCTV控制系统都能实现自身的检测和维护功能。

远端站能根据要求定期或随时地对所控制的外场设备进行检查，并定期向中心上传信息，一旦检测到设备有故障，就向中心报警，并报告故障的具体内容。

紧急电话中心计算机能对所有紧急电话的各种功能进行定期检查或有选择的检查，设备的所有信息均可显示，一旦发现设备有故障，则在屏幕上显示和在打印机上打印出故障的具体内容。

CCTV控制系统将系统内所有摄像机的工作状态和通信状况，按照一定的周期不停地送到交通控制计算机。

交通控制计算机能随时或定期对远端站进行检查，远端站的和其控制的外场设备的信息显示在屏幕上，可随时发现故障报警，并能在打印机上打印出来。同 时，交通计算机也能将紧急电话系统和CCTV系统的设备工作状况和报警进行显示和打印。管理人员可通过中心的各种计算机对系统进行检查和维护。

1.2.5　监控中心

监控中心主要有地图板、计算机系统、紧急电话中心、CCTV控制中心等设备。

地图板的作用在于可全面直观地显示道路全况，并可动态地显示设备运行状况。地图板设在控制中心内，由显示板和驱动器构成。地图板的尺寸为 14×2.5m，为全国高速公路监控系统中地图板之最。地图板的控制是通过以微计算机为基础的控制器来完成的，控制器与监控中心计算机系统中的通信单元进 行通信，并对信息进行实时修改。

计算机系统、紧急电话系统和CCTV控制中心均安放在一个大型操作台上。计算机系统 由主计算机、交通控制计算机、彩色图型计算机等组成，此系统的主要功能为：

①收集车辆检测数据、交通流、占有率、气象状况、CCTV图像等。

②分析以上数据并可通过CCTV确认，向CMS、CWS发出命令，以完成实时控制。

③在地图板上显示道路与外场设备的状态、检测参数等。

④在大屏幕投影仪上动态显示高速公路的曲线、运行状况等。

⑤将公路上发生事故的时间、地点，损坏、处理方式等记录下来。

⑥数据查询和统计报表，包括交通报告、事故与事件的报告、控制命令的报告、所有设备工作状况的报告。

⑦对系统的软、硬件、外设自检，若有故障发生，将报警并采取措施排障。

⑧与收费系统进行数据通信，可收集、统计各个收费站的每种车型的车流量、收费金额以及交通总量、收费总额等数据，并打印成报表。

紧急电话控制中心用来为公路用户在发生故障或抛锚情况下提供路边通信服务，中心可控制本区域内的所有紧急电话。中心设备有计算机、通信终端、自动录 音与放音机等。中心与路边的紧急电话进行双工式免提通话，即中心和路边的紧急电话均可进行呼叫。当某个紧急电话发出呼叫时，中心计算机会显示发出呼叫的该 电话的信息，操作员即可通过控制台与之通话，并可进入数据库提供诸如医院、警察、加油站等信息以援助呼叫者，通话内容将被自动录音。

CCTV系统用于监视交通状况、收费广场和其它相关情况，该系统基本上由31套装有变焦镜头的彩色摄像机组成。全线28km基本上1km一套，无死 角，摄像机与监控中心的视频/控制信号通过光纤传输。CCTV系统的控制系统也安放在监控中心，其设备包括视频、数字光端机，视频切换矩阵，录像机，闭路 电视控制器等。当有报警时，中心的计算机系统收到外设产生的报警信号后，向切换矩阵发出控制信号。该区域内摄像机的图像将锁定在中心的监视器上，录像机可 自动录像，并进行数字、时间和摄像机编码的叠加。

1.3　监控系统软件

(1)主计算机采取的操作系统为广泛使用的UNIX多任务操作系统，应用开放软件采用了流行的高级C语言和DBASE数据库语言，人机操作界面为 WINDOWS图形界面，网络通信协议采用了TCP/IP协议。主计算机负责计算机与计算机之间、计算机与其它设备的通信，并监视监控中心的通过以太网连 接起来的整个计算机系统的工作状况。

(2)由交通控制计算机采取的操作系统和使用的编程语言、通信协议同主计算机。系统的输入为从车辆检测器来的交通参数、从气象控制器来的气象参数、 事故与事件输入、外场设备的工作状态、收费站传来的交通信息等；系统输出为根据需要将整个公路及各个出、入口的信息进行显示和打印。在此基础上，应用软件 实现的功能有：

①通信控制模块：与主计算机通信，并通过主计算机与地图板通信、与紧急电话中心通信、与CCTV控制系统通信、与外场设备通信。

②显示模块：将所有设备的信息和运行状况、报警与故障等在屏幕和地图板上实时显示出来。

③事件记录模块：对设备的任何操作、系统所发生的任何故障和变化、对事故的处理等都被记录和存贮。

④数据的存贮：对所有系统和设备的信息可根据需要进行存贮。

⑤与紧急电话系统的通信：将紧急电话系统所有电话的运行状况实时地收集和显示、记录。

⑥与CCTV系统的连接：可显示、记录所有摄像机的运行状况，并可预先设置摄像机的位置、角度等。

⑦报表的产生：可打印各种交通状况的报表、收费信息的报表、气象信息的报表、设备工作状况的报表。

(3)紧急电话系统控制中心软件的操作平台也是UNIX多任务操作系统。利用X-WINDOW提供了一整套友好用户界面的软件包，按功能应用软件可分为以下几个模块：

①通信驱动模块：是用来控制计算机的RS-232接口与紧急电话前向或后向通信，起到通信协议媒介的作用。

②事件记录模块：对系统工作时发生的所有事件进行记录，在需要时可在屏幕上显示(在windows状态)或者打印出来。

③信息预处理模块：这是一个辅助功能模块，根据从路边紧急电话收到的信息，可用此功能模块来修改紧急电话的状态。

④系统管理模块：这是主要操作单元，负责对紧急电话系统的所有操作控制进行管理。

⑤单个紧急电话控制程序：操作员可随时对任何一个紧急电话进行全面控制。

⑥系统操作人员数据库管理模块：运用此模块可增加、删除或修改管理紧急电话系统的操作人员小组成员，指定每个操作员的密码和相应的功能。

⑦数据库管理：系统内安装的所有电话均在此程序注册，可掌握每个紧急电话的设置与其它数据信息。

⑧记录处理模块：可对所有操作予以记录，记录文件中记录的操作均按时间顺序显示。

(4)远端站的软件主要以汇编语言为主，汇编语言速度快、对硬件的控制功能强。
软件的功能可分为：

①通信控制模块：负责与监控中心和外场设备的通信功能。

②数据管理模块：一方面对外场设备传来的数据加以整理、统计；另一方面将中心传来的控制命令加以分析和执行，以控制外场设备。

③自检模块：周期性地或按要求检查自身与所控制设备的状态。

2　运行与管理

高速公路建设现代化的监控系统，其目的就是运用先进的技术和设备，通过实时采集高速公路运行现场的各类交通数据和信息，并加以综合分析判断，以实现对交通运行管理作出最优决策，从而最大程度地发挥高速公路的运行效益，减少各类交通事故隐患的发生。

当然，一个先进的管理系统其设计再完善，建设质量再好，但如果没有专门的部门或人员来操作使用，那么其应有的功能和效益是不可能实现的。因此，为了 加强对南京机场高速公路的交通运行管理，充分发挥监控系统的功能，首先专门成立了监控中心，具体负责南京机场高速公路的交通运行管理工作。该中心通过 CCTV监控系统和紧急电话控制系统，对高速公路上行驶的各种车辆进行24h实时监视，随时发现公路上发生的各类交通事件，并及时向交警、路政部门下达指 令，从而大大减少了交通事故隐患的发生。此外，监控中心还负责收集高速公路运行现场的各种交通信息、气象信息等，并加以分析判断后，及时通过可变情报板和 可变警告标志发布有关交通、气象信息，以通知过往车辆的驾驶人员，来实现对交通流运行状态的最优控制。因此，监控中心不仅具有道路交通控制的职能，还具有 高速公路的交通信息收集、分析和发布的职责，它是------------高速公路交通运行管理的核心机构。

其次，完善的规章制度是运用现代化监控系统加强高速公路管理的重要手段。大家都知道，高速公路交通运行管理具有其自身的特点，特别是在当前国家对高 速公路交通管理有关法律法规不健全的情况下，如何处理好交通部门与交警部门以及社会车辆之间的关系则显得非常重要。因此，为了加强对南京机场高速公路的交 通管理，我们与交警部门签定了“机场高速公路紧急事件处理步骤”等一系列协议，明确各自在交通管理中的职责和权利，从而保证了南京机场高速公路交通运行管 理工作的协调开展。

第三，专业人才是运用现代监控系统加强高速公路管理的重要基础。交通管理监控系统是个结构复杂、功能强大的综合性管理系统，它涉及到交通管理、自动 控制、网络通信和电子技术等多种学科。因此，它对系统管理工作人员的要求也不同于一般的管理工作岗位。为此，专门选调了一批学历层次较高、专业知识面广， 并有一定工作经验的同志担任监控系统的运行管理工作。从目前系统运行情况来看，这些人员不仅完全胜任监控系统的运行管理工作，而且还承担了系统的运行维护 工作，为系统的正常运行，充分发挥其在高速公路管理工作中的作用提供了保证。

自1997年6月28日高速公路交通管理监控系统与高速公路同步建成开通以来，虽然其运行时间较短，但在高速公路交通运行管理中已发挥了重要作用。 1997年7～12月份，监控中心通过CCTV监视系统等及时发现并处理了高速公路上各类交通事件约700起，大大减少了交通事故隐患，有力地保证了高速 公路的正常交通运行。随着时间的推移，监控系统在高速公路交通运行管理中的作用将愈加重要。

3　体会

通过高速公路交通监控系统的建设，我们认为：

(1)在十分繁忙的高速公路上，如果没有科学的管理，车辆故障或交通事故造成的阻塞和后果将比一般公路严重得多，在高速公路上建立现代化监控系统是完全必要的。高速公路开通以来，监控系统发挥的巨大作用就证明了这一点。

(2)高速公路与一般公路相比，一个主要的特点就是具备完善的交通工程设施，从而保证了高速公路行车速度快、通过能力大、交通事故少、服务水平高等 优点。因此，在进行高速公路设计时，统筹做好交通工程的设计十分重要。监控系统作为高速公路的一个重要配套工程，虽然是以高科技为主的技术密集性工程，但 它对土建工程、房建工程又有其特殊要求，因此监控系统的设计、施工应与高速公路主体工程通盘考虑、同步进行。高速公路在建设初期就着重做好交通工程的设计 工作，从而保证了在机场路主体工程完工的同时，交通工程三大系统同步建成 、投入使用，这在全国还是第一家。

(3)实施工程专业监理制度是系统建成和顺利投入使用的保证。在工程建设期间，聘请技术水平高、工程经验丰富的专业监理工程师，并制定了严格的专业监理制度，定人定岗定责，这些对监督工程的质量、确保工程的进度都是必不可少的。