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交通监控网络系统自适应优化设计研究
摘要：道路是城市的基本骨架，从某种意义上讲，城市道路监控网络就是城市治安监控系统的骨架。作为道路交通管理的主力军，交警承担了城市道路交通电视监控、机动车交通违法监测抓拍、智能卡口等系统建设，这三个系统的监控范围都是机动车道，监控对象都是机动车辆，是城市道路监控网络系统的重要组成部分，对构建城市治安防控网络系统都有着十分重要的作用。本文就交通监控网络系统自适应优化设计进行了分析与研究。
关键词：交通；监控网络系统；优化设计
一、交通监控系统
（1）、监控系统层次
目前公路监控管理机构一般采用“省级监控中心—路段监控（分）中心—基层监控单元”三级监控管理架构。路段监控（分）中心及基层监控单元具体负责所辖路段和隧道等的运营管理工作。基层监控单元包括隧道管理站（无人值守隧道管理站和有人值守隧道管理站）、桥梁管理站及监控外场设施等。
（2）、系统构成
1、省监控中心负责全省（自治区、直辖市）公路网的综合监控和管理。主要由计算机子系统、信息显示子系统、信息发布子系统、网络管理子系统等构成，各子系统间相互结合，完成监控系统功能。
2、路段监控（分）中心应根据路段建设情况、投资主体、运营管理模式，结合路段实际道路交通特点和长度设置。主要由计算机子系统、信息显示子系统、信息发布子系统、网络管理子系统等构成，各子系统规模应比照省中心适当缩小。
3、基层监控单元包括隧道管理站（根据隧道监控规模，可分为无人值守隧道管理站和有人值守隧道管理站）、桥梁管理站及监控外场设施等。隧道管理站的设置应根据隧道长度、交通量、隧道分布特点、隧道群位置、管理站建设运营成本以及管理人员生活方便等因素综合决定；跨大江、大河、海湾等特大桥，可设置桥梁管理站
二、公路监控系统应用
随着中国公路里程的不断扩大，投资建设的规模不断增大。作为公路交通工程中的一部分，监控系统在公路的管理中所发挥的作用也越来越重要。为了保证现有的公路可以安全、高效地运行，公路的监控系统必须满足收费站监控，公路路面状况监控，隧道和特大桥监控及特殊路段多元化监控等需求。
（1）、收费站监控系统的应用
目前，大多数公路都是通过贷款的方法来进行资本筹集的。因此，设立公路收费监控系统的目的之一是为了监视工作人员在工作中是否徇私舞弊现象，这也是为了保护国家的财产安全。而且，为了方便公路的交通管理工作，除了监视收费站之内的收费工作情况外，公路监控系统还可以对过往的车辆在进收费站之前和出收费站之后的行驶情况进行查看，可以监察违章车辆的行驶情况。
（2）、路面监控系统应用
路面监控系统的主要作用是对公路的干线进行监视，实时掌握公路交通状况。它主要是利用计算机应用技术，将摄像机、公路周围埋设的各种传感器等连接起来。收集实时的交通数据，将车流量等路面情况及时传输至公路管理部门。得到的这些信息通过预置的交通控制策略方案处理之后，再以信息情报板等方式及时提供给车辆驾驶人员。由于路面监控系统具有直观性和准确性，可以及时帮助交通管理人员疏导交通拥挤、阻塞现象。及时发现、指挥和处理车辆故障等事故，以确保“路畅人安”。
三、公路监控系统结构和设计
（1）、公路监控系统结构
目前来说，国内现有的公路监控系统主要是由外场设备、广场摄像机图像采集子系统、气象检测传感器、可变情报板、车辆检测器子系统、可变限速标志、地图板子系统以及投影仪和计算机处理系统等模块构成。一般来说，公路的监控系统结构一般可以分为 3 级：
1、 收费站管理所
公路路段一般包括若干个收费站，其作用是把收费亭和相关道路上摄像机采集的数据上传至收费站的管理所。
2、 公路路段监控
此监控分中心负责公路该路段的收费和道路监控，其作用是把各收费站管理所采集的部分图像上传至公路路段监控中心。
3、 省级监控中心
省级公路管理局需要对公路省内所有的公路进行统一管理。各公路监控分中心把选择的视频信号上传到省级监控中心，并省监控中心统一进行监控。
（2）、监控系统的构成分析
公路监控系统可以分为外场设备、内场设备两个子系统。外场子系统主要设置在公路的沿线部位，主要是由气象检测器、外场摄像机、车辆检测器、可变情报板和可变的限速标志等设施组成。它的作用是对公路全线的交通状况以及路口收费站的实际工作状况进行实时的监控。目的是增强对公路的交通状况的感知、控制能力以及对突发性交通事故的应变和处理能力。
内场子系统主要是由电子地图板系统、计算机系统、大屏幕投影系统以及闭路电视监视系统等模块所构成的。这些内场监控设备不但可以直观地显示从外场设备传输来的各种信息，同时能够通过计算机控制系统对采集的信息进行统计、分析与处理，同时发布相应的交通引导信息，以辅助司机可以在公路上安全、正常行驶。
从功能结构上分析，公路监控系统可以分为收费监控系统、公路交通状况监控系统两个部分。收费监控系统的作用主要是参照通过收费车道的车辆类型，对收费站内的收费员的收费过程进行有效的记录和监督。公路交通状况监控系统的主要作用是及时掌握路面交通状况，监视公路主干线上的车辆违章情况，监视互通立交和隧道等重点路段，同时记录相关图像留待交通管理部门进行处理。监控系统可以有效地减低交通管理部门的工作量，有效地保证公路的安全性、通畅性。
三、交通监控网络系统结构的优化设计
根据国际通行的交通智能监控系统的基本要求，结合现场实际情况，基于最小生成树原理，改进了克鲁斯卡尔算法，优化设计了现有监控网络结构，消除监控专网独立设置所造成的信息孤岛，不需重建专网，用最小代价实现了联网覆盖所有监控范围，在一定范围内实现交通监控系统“大联网”，最终减少了重复投资，实现了资源共享，并且系统今后的维护、使用、保养及扩展方便。
四、加强交通监控网络系统建设的措施
（1）、城市道路交通电视监控网络建设
道路交通电视监控以快球监控为主，监控点分布在车流、人流比较集中的城市道路交叉口、重点路段，这些监控点都是城市路网和街面的主要节点，要实现对整个城市或者某个区域的交通治安监控，首先就要控制住这些节点。不论是从交通管理需要出发还是从城市治安防控需要考虑，这些监控点的规划布局都必须力求科学合理。总的设想是：依托路网结构，逐步建成点、线、面三级监控。点控，就是要实现对所有道路交叉口和重点路段的逐点监控。线控，就是要在点控基础上逐步实现点与点之间的衔接，尽可能做到全程监控、无缝覆盖。面控，就是要在点控和线控基础上实现对某一区域的围控，从中心区域向外围依次形成一、二、三、四、五……等多级监控环网。
（2）、加强视频监控系统的集成应用
目前，国内许多城市的视频监控系统建设和应用水平还处在非常初级的水平，尤其是不同的视频监控系统还没有集成关联，视频资源还没整合利用。视频监控技术的发展方向是分布采集集中管理、高品质图像压缩处理、开放标准统一接口、统一认证确保安全、操作人性化、功能集成化、结构模块化、传输多样化。道路交通监控系统既是城市监控网络的一部分，同时也有其独特之处并自成体系。因此，在积极参与城市治安监控大平台建设的同时，还要认真做好智能交通系统集成控制平台的建设，构建具有交通管理业务特色的应用平台，如将视频监控、智能卡口路口电子警察等道路监控系统集成起来，实现对各种道路监控的资源整合、关联运用等。
（3）、关于交通违法监测抓拍系统的功能扩展
目前，很多城市都安装有交通违法监测抓拍系统即电子警察，视频资源的扩展应用潜力很大。笔者建议，在所有路口电子警察系统中增加视频录像机，甚至可以考虑增加卡口抓拍功能，实现对所有通过路口的机动车辆进行录像或号牌识别，既可以通过网络进行远程监视，还能有效弥补路口快球监控存在的不足，提高视频监控的覆盖面，在需要时可进行远程或者本地回放查询，实现视频资源的综合利用，可以有效地对城区各组团、街区实行网格化的密集监控，对查处路口交通事故、治安刑事案件都是有益的。
五、交通监控网络系统流量的自适应优化处理
自适应控制可以看作是一个能根据环境变化智能调节自身特性的反馈控制系统。我们在交通监控网络传输数据的处理和分析过程中采用了自适应滤波器技术。自适应滤波器能够根据输入信号自动调整性能进行数字信号处理的数字滤波器。根据处理数据的数据特征自动调整处理方法、处理顺序、处理参数、边界条件或约束条件,使其与所处理数据的统计分布特征、结构特征相适应，以使系统能按照一些设定的标准工作在最优状态。
基于自适应技术原理，我们将集中在各监控服务器上的负载状况合理分配，使得负载均衡，优化了流量管理，从而提高系统智能化水平和效率，保证整个监控网络系统的高可靠性。
六、结语
随着社会经济发展水平和人民生活水平的不断提高，社会和公众对公路的管理水平和服务质量都提出了更高的要求。交通监控网络系统自适应优化设计，可以节约建设和管理成本，消除信息孤岛，真正实现资源共享，在公安交通部门联网收费、应急抢险、指挥调度等方面节约大量的人力、物力和财力。为了能够适应新的发展形势，我国公路监控系统还需不断进行深入的研究和开发工作。
参考文献
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