摘要：海港道路监控系统主要由数据采集子系统、视频监控子系统、信息发布子系统、信号控制子系统组成。本文详细的说明了各个系统的工作原理，系统实现的功能，以及系统实现所需的硬件设备和控制软件。道路监控系统提高了海港港区道路的通行能力和道路服务质量，加强了道路的管理水平。
0、前言
海港港区道路一般由高架桥、地面道路和隧道组成，与货场、加油站、停车场等功能区域相连，道路交叉口多且密集，道路结构相当复杂。大型进出港集装箱货运车辆为道路交通主要构成，为提高海港港区道路的通行能力、加强管理、提高港区道路服务质量，充分发挥港区道路交通系统的功能，大量增加道路交通环境监测和交通控制设备，逐步融入智能交通（ITS）的概念。海港港区道路监控系统主要由数据采集子系统、视频监控子系统、信息发布子系统、信号控制子系统构成，对港区交通流进行监控，合理引导车流量，发挥系统的最大作用。
1、系统需求分析
（1）港区道路错综复杂，对需要随时了解全面情况的重要地点，除了利用车辆检测器等设备获得部分信息外，使用视频监控的手段使监控人员看到检测地点的全面情况，得到更完整的路况信息。
（2）将路况信息、天气信息等及时的通过高架桥上的大型龙门架可变情报板和地面道路的小型单立柱可变情报板进行显示，给司机提供准确的路况和警示，减少交通事故。
（3）合理分配路口信号灯时间，对交通流进行控制。
2、系统构成
2.1、系统组成
道路监控系统一般由四个子系统组成，分别是数据采集子系统、视频监控子系统、信息发布子系统、信号控制子系统。
数据采集子系统的功能是获取交通信息原始数据，通过车辆检测器、检测线圈、通信设备等形成的交通量采集子系统，获得各段道路的交通量数据，通过设在路边的紧急电话获取紧急救援信号；通过气象采集系统采集各地段的能见度、温度、湿度、风向、风速、雨雪等气象条件。
视频监控系统通过布置在主要交通路口的视频摄像头采集所监视路口、路段周围的车辆的流量、交通治安等情况，将监视区域内的现场图像实时地传回监控中心，迅速提供直观的信息，使管理人员直接掌握车辆排队、堵塞、信号灯等交通状况，及时调整红绿信号灯的配时或通过其它手段来疏导交通，改变交通流的分布，达到缓解交通堵塞的目的。对监控范围内的突发性治安事件录像取证，为内外事警卫工作服务，起到综合治理的效果[1]。
信息发布子系统通过大型龙门架可变情报板和地面道路的小型单立柱可变情报板发布即时的交通信息和天气信息，同时实现如下功能：
（1）向驾驶员提供前方交通拥挤信息，以减少尾撞事故，并为驾驶员提供改道信息来分流，减轻拥挤程度，以利疏导交通；
（2）平滑交通流，使同一路段上车速分布均匀，减少相邻两路段的平均速度差，从而减少事故发生的可能性；
（3）提供主线、匝道的开通、关闭情况，供驾驶员选择合适的线路；
（4）向驾驶员提供事故、灾害、气象、施工等信息，以减轻其急躁和失望情绪，以利行车。
信号控制子系统主要实现对外场交通信号的控制，包括隧道开关标志和红绿信号灯等。通过PLC控制隧道开关标志，外场信号机控制红绿信号灯，PLC和信号机与中心直接通讯。
所有的子系统设备利用上位机监控软件编辑控制命令，通过数据通讯网络将控制命令发送给外场设备，实现对外场设备的实时控制，以实现监控系统"控"的目的。
2.2、系统设备
道路监控系统主要由四个子系统构成，涉及的设备主要包括：
数据采集子系统：车辆检测器、车辆检测线圈、光端机、气象检测器、紧急电话；
视频监控子系统：球型摄像机、光端机、视频分配器、硬盘录像机、视频切换控制矩阵和控制键盘、监视器、图形计算机、以太网交换机；
信息发布子系统：大型龙门架可变情报板、小型单立柱可变情报板、光端机、信息发布计算机、通信计算机、以太网交换机、多串口服务器、服务器；
信号控制子系统：隧道开关标志、PLC、光端机、红绿信号灯、信号机。
3、系统硬件实现
3.1、数据采集子系统
数据采集子系统包括车流量检测和气象检测，车流量检测的原理是当车辆经过路面的检测线圈时，车轮压到环形线圈使电感发生变化而产生检测信号，车流量检测器将检测的结果通过光端机传输至监控中心软件，对结果进行分析计算后得出当前的交通路况信息，判断是否存在拥堵现象，从而决定是否发布拥堵信息或者改变主要路口红绿信号灯的配时改善道路拥堵。
气象检测是通过气象检测器采集天气信息，包括各地段的能见度、温度、湿度、风向、风速、雨雪等，数据通过光端机传送至监控中心，管理人员根据当前的天气情况发送信息提醒司机安全驾驶。
3.2、视频监控子系统
整个视频监控系统由视频摄像子系统，图像传输子系统，输出子系统和控制子系统组成。摄像系统将检测地点的视频信号采集到监视系统中，由传输系统完成视频信号的传递，视频信号在监控室连接到监视器、录像机等输出设备，用户可以通过控制键盘、解码器等控制子系统的设备完成变焦、旋转等功能。
视频摄像子系统主要由球型摄像机和枪型摄像机组成，球型摄像机采用Pelco_Spectra_IV SD4C22-PG-E-X型室外一体化快球，能够实现水平方向360度旋转，垂直方向90度旋转，拥有光学22倍变焦，422通讯接口。枪型摄像机采用BOSCH公司的LTC0485摄像机，主要安装在隧道内进行定向监控，考虑到隧道内光照的原因，该产品的最低使用照度为0.07lux，使用后效果良好。
摄像点与监控中心的距离为1-5KM，用专用视频线不能传输如此长的距离，所以考虑采用光缆进行传输，由光端机发送接收视频和控制信号。球型摄像机需要传输视频和控制信号，所以需要1路视频+1路数据的光端机，选用OSD416-1V1D型光端机，枪型摄像机传输视频信号，所以选用OSD416-1V型光端机。
接收到视频信号后，通过视频分配器将1路视频复制成两路，1路提供给硬盘录像机进行录像的保存，1路提供给视频切换矩阵作为视频输入端，对视频切换矩阵进行一些参数设置以后，根据用户需求，将视频输出到监视器墙相应的监视器上。硬盘录像机能够对16通道进行24小时录像，采用260G硬盘能保存7天的视频数据，输出信号通过局域网传送到监控计算机上，通过软件可以对硬盘录像机的录像内容进行随意调用查看和参数设置的远程控制。
控制信号采用总线方式进行控制，所以将所有摄像头的控制信号连接在一起，与视频切换矩阵的通讯端口进行连接。只要将外场球型摄像机的地址进行正确编码，控制信号就能根据地址对相应的球型摄像机进行控制。控制键盘与矩阵的控制端口连接，对键盘进行相应的设置以后就能够实现对外场摄像头的旋转、变焦控制。
图1 视频监控系统实现图
3.3、信息发布子系统
信息发布子系统主要是通过设置在高架桥上的大型龙门架情报板和地面道路旁的小型立柱式情报板发布及时的路况信息，提醒司机根据当前的路况选择合理的路线和车速，达到疏导交通的目的。
大型龙门架情报板和小型情报板选用上海邦达的KXB系列产品，门架式可变情报板通过双向数据光端机OSD136与监控中心计算机相连，接收并执行监控中心计算机指令，反馈设备运行状态、各种故障信息及通信连接故障等。
LED可变情报板系统由显示屏体、控制器（内含软件）、数据采集器、配电箱等组成，如图2所示。系统各组成部分说明如下：
(1) 控制器由CPU、存储器、通信接口、日历时钟、扫描显示和检测电路等组成，具有通信、故障检测和屏体显示检测等功能。
（2）显示屏体是由1个控制箱体和若干个显示模组箱体组合而成，显示屏体采用积木化结构组合。
（3）数据采集器采集电源及防雷器的电压、温度、亮度等数据提供给控制器。
（4）配电箱由信号及交流电防雷器、过流和过压保护断路器、照明灯、工作插座等部件组成。
图2 LED可变情报板系统
LED可变情报板可以实现：
（1）显示控制：在监控中心，选择预先存入数据库中的标语信息或者使用信息发布软件自行添加标语信息，通过专用的通信软件以命令的形式发送给显示屏体控制器，控制器对命令进行分析处理后驱动显示模块，显示发送的标语信息。可实现多条标语的轮番显示。
（2）亮度控制：分为手动控制和自动控制方式。手动方式是按监控中心操作员在显示控制命令中设定的亮度值进行亮度控制。自动方式是根据亮度传感器测得的环境亮度进行自动亮度控制。自动方式能根据外界环境光的变化改变显示屏的亮度，能够不影响司机的视线。
（3）信息反馈：情报板当前的显示内容回传到监控中心的信息发布软件上。
（4）故障检测：对控制器、显示模块、亮度传感器、防雷器、电源、温度传感器等进行自动检测，并将检测结果在信息发布软件上显示。
图3 信息发布子系统结构图
在图3的信息发布子系统图中，监控中心内信息发布计算机将储存于数据库内的标语信息通过信息发布软件发送至通信计算机，通信软件通过交换机找到局域网内的多串口服务器，通过多串口服务器发送信息给外场的LED可变信息标志。
3.4、信号控制子系统
信号控制子系统主要实现对外场交通信号控制，包括隧道开关标志和红绿信号灯等。
隧道开关标志主要由红绿LED组成，隧道禁止行车时红色LED显示"X"，隧道允许通车时绿色LED显示"↑"。显示信号由PLC控制，当显示"X"时，PLC给出24V的信号开关量，使继电器合上后接通红色发光支路，驱动红色LED点亮；当显示"↑"时，PLC给出24V的信号开关量，使继电器合上后接通绿色发光支路，驱动绿色LED点亮。在隧道内同一个方向的 "X"和"↑"不能同时点亮，在隧道的两个行车方向也不能同时点亮"↑"。这些可以通过控制软件做到屏蔽。PLC通过光端机与监控中心的控制计算机直接通讯，通讯方式雷同于可变信息标志。车道器选用上海邦达的CDQ系列产品，PLC选用日本欧姆龙CS系列。
红绿信号灯主要由红色、绿色、黄色LED信号灯组成，根据灯的排列方式分为满灯和箭头灯，在交通信号中，满灯可以直行和转弯，箭头灯只能按照箭头的指向行车。所以在每个交叉路口需要根据路口的差异、交通流的走向设置不同的红绿信号灯组合方式。信号灯由信号机控制。
信号机可控制8个相位的红绿信号灯，有10种方案可供选择，根据道路情况的不同设置合理的方案。信号机与监控中心计算机的通讯连接如图4所示
图4 信号灯、信号机与监控中心连接关系
4、系统软件实现
系统软件主要包括：信息发布软件、通信控制软件、视频切换控制软件、视频记录查看软件等。其中信息发布软件主要完成对外场大型龙门架情报板、小型立柱式情报板、隧道开关标志、红绿信号灯、车流量检测器的控制，能够发布交通和天气信息，提示司机道路情况；根据车流量信息对路口红绿信号灯进行合理配时；控制隧道开关标志应对隧道突发状况。管理人员通过不同的登陆帐号进行软件的操作，所有操作信息均存入中心数据库。通信控制软件发送信息发布软件需要发送的信息，同时接收外场设备返回到监控中心的所有数据。视频切换控制软件完成视频源在监视器上的切换显示。视频记录查看软件能够对硬盘录像机内存储的录像进行查看，为某些突发状况提供证据。
5、结论
根据上述内容设计的道路监控系统能够很好的满足本文开篇提到的需求，四个子系统组合成一个完整的监控系统对海港港区道路进行实时监控。建成后的道路监控系统必将提高海港港区道路的通行能力、提高港区道路服务质量，充分发挥港区道路交通系统的功能。
参考文献
[1]赵祥模等 高速公路监控系统理论及应用. 电子工业出版社 2003.1
作者单位
樊灵晶、 曹娜：上海邦达电子系统工程有限公司
龚兆岗、徐戈：上海海事大学信息工程学院
