南京机场高速公路监控系统
南京机场高速公路监控系统
摘 要：监控系统是南京机场高速公路交通工程的三大系统之一，与高速公路同步建
成和使用，这在全国尚属首例。本文较详细地阐述了该监控系统的概况、系统构成和
特点、体会等，对保障南京机场高速公路的安全畅通发挥了积极作用。
关键词：高速公路 监控系统
1工程概况
南京机场高速公路是南京禄口国际机场的重要配套工程，也是规划中宁杭高速公
路的一个组成部分，被誉为江苏省“省门第一路”，列为江苏省的六大重点工程之
一。起点位于南京市绕城公路花神庙，终点至禄口机场。路线全长28.756km，全线采
用四车道高速公路标准设计，设计行车速度为主线120km/h，互通匝道40km/h；全线共
设互通立交4处，使南京机场高速公路与南京绕城公路、江宁经济开发区道路、宁溧公
路相互顺接；并设有服务中心和指挥中心各1处。1995年6月28日开工，1997年6月28日建成通车。
能否将南京机场高速公路建成路面工程和管理水平一流的高速公路，关键问题是
在两年工期内不仅要完成28.756km的主体工程，而且要同步完成交通工程、绿化、供
电照明等管理附属设施，做到一步到位、同步建成。
南京机场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、通信三大系统由中国公路工程咨询监理总公司
北京泰克公路科学技术研究所设计和监理，通过国际招投标，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约3600万元，合同工期为10个月，于1996年9 月签订合同，1997年6月28日建成交付使用。
2南京机场高速公路监控系统
2.1系统概况
高速公路与一般公路相比，具有线型好、设计标准高、交通流量大、行车速度快
等特点，如不采用先进的管理措施，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通
事故和交通阻塞。为此，南京机场高速公路监控系统对机场高速公路全线实施交通流
量和交通运行监视，对关键点进行气象检测，对关键路段实施交通适时控制，及时发
现各种异常情况并采取应急措施，保证高速公路高速、安全、舒适、经济地运营管
理。
南京机场高速公路对其监控系统实施统一管理。整个监控系统由监控中心控制系
统和外场终端系统组成，外场终端系统通过通信系统与监控中心控制系统相联。
2.2系统构成
2.2.1监控中心控制系统
监控中心负责监视协调机场高速公路全线的交通运行状况及监控系统的运行状
况，接收紧急电话的求助信息，随时发现高速公路上可能发生的有关事件，并与交
警、路政、排障等部门联系，及时组织处理重大事故。 监控中心控制系统由下列设
备组成：
(1)监控中心计算机系统。包括主计算机、交通信息计算机、彩色图形显示计算机
等。整个系统通过快速以太网将各个计算机联成网络，各计算机与外场设备的连接方
式为分布式控制系统，并利用光环路载波系统进行数据信息的通信传输。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、可靠性强、实
时性好，可消除通信中的“瓶颈”现象。
(2)CCTV监视控制系统。主要负责监视高速公路交通运行状况、收费广场的收费秩
序和其它相关情况，随时发现可能影响交通安全的事件，并及时对有关事件进行录
像。系统主要由CCTV控制计算机、视频切换矩阵、专用控制键盘、13台彩色监视器以及彩色视频打印机、24h长延时录像机等组成。当监控中心的计算机系统收到外场设备的报警信号后，将自动向切换矩阵发出控制信号，控制摄像机将发生报警区域的图像
锁定在监视器上，并将有关事故位置、时间和摄像机编码等叠加在屏幕上。所有摄像
机拍摄的图像均能录像和打印出来。
(3)紧急电话控制系统。由控制计算机、通信终端及自动录音设备等构成，该系统
是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的救护系统。当有紧急
电话须与监控中心通信时，计算机就立即提醒值班员，同时对通话过程进行自动录
音。
(4)大型地图板显示系统。在监控中心设有一块地图板，尺寸为12×2.5m，为全国
高速公路监控系统中地图板之最，它是由模块化的聚碳酸脂-马赛克拼接而成的弧形面板。高速公路沿线所有监控外场设备、主要立交、桥梁和集镇均被标注在相应的位置上。它可以全面直观地显示高速公路全貌，并且可以动态显示外场设备的运行状况，如：紧急电话正常时，其指示灯为绿色；有电话接通时，指示灯为黄色且闪烁；当电
话有故障时，指示灯为红色。
地图板的控制是通过以微机为基础的控制器来完成。控制器与监控中心计算机系
统中的通信单元进行通信，并对信息进行实时的修改。
(5)在监控中心还设有其它配套设施，包括投影仪、投影屏、控制台、UPS和打印
机等。
2.2.2外场设备终端系统
外场设备主要包括摄像机、紧急电话、远端站、车辆检测器、气象站、可变情报
板(CMS)、可变警告标志(CWS)、稳压器(PSB)等。
(1)CCTV外场监视设备。主要由31台带有变焦镜头的彩色遥控摄像机、控制云台和
视频数字光端机及控制计算机等组成，摄像机与监控中心间的视频/控制信号采用光纤
传输。31台遥控摄像机按1台／km交叉布设在高速公路沿线，基本实现了28.756km高速公路全线监视无“盲区”。
(2)紧急电话通信设备。在高速公路上共设有13对紧急电话通话柱，平均1对/
2km。控制中心与路边的紧急电话通话柱是按双工式免提方式进行通话，即中心和路边
的紧急电话均可进行呼叫。并且采用了多个紧急电话通话柱共用一条传输线的方式，
比较经济且不影响通话质量。所有的紧急电话通话柱均采用太阳能蓄电池供电，这就
保证了不会受电网的干扰。
(3)远端站系统。高速公路全线共设有5个远端站；它是用于完成沿公路布设的各
种设备——车辆检测器、CMS、CWS、气象站等与监控中心通信的外场终端通信管理系统。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，其分辨率高达1/256。监控中心可将一些常用的命令格式存贮在远端站的
存贮单元内，并按照二级操作模式，对各远端站进行控制、管理，不仅保证了各种数
据的传输准确性，同时远端站也可轻松地管理许多控制器和采集、编辑各类数据信
息。监控中心与远端站的通信是采用迂回改线结构，可防止设备间断路现象的发生，
远端站与监控中心、外场设备通过RS-422接口进行通信。
(4)车辆检测器系统。在高速公路上共设有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，它们被安装在高速公路的不同段面上，用于收集、编辑车辆
密度、车流量和平均车速等各种交通参数。每个检测器的控制模块均是以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)；同时均带2个
通信接口、16个检测输入端，足够完成各种数据检测的任务。车辆检测器所采集的数
据将实时地传输到远端站；按照一定的时间周期(5min)，远端站中的车辆检测控制模
块将编译好的数据再通过通信系统传输给监控中心。
(5)气象站。在机场高速公路上气候最复杂的地段设有一个气象站，它由前端计算
机、Vaiscla生产的DM31道路气象检测器和FD12能见度检测器组成，其中DM31道路气象
检测器为自动气象检测器，是以计算机微处理器为基础的远控数据采集系统，它带有2
个双向RS-232接口，一个与监控中心通信，一个与能见度检测器通信，通过这些设
备，可以实时采集高速公路上的路面平均湿度、平均温度、能见度、风向、风速及雨
量等。气象站每隔3min将其所检测到的数据以1200bps的速率，在点对点的同步串行线上传至最近的远端站，远端站再通过光环路载波通信系统传送到监控中心，监控中心
在接收到有关气象信息后，通过可变情报板和可变警告标志发布各类交通控制信息，
以提醒驾驶员注意行车安全。
(6)信息显示系统。它由设在高速公路上的4块可变情报板(CMS)和2组可变警告标
志(CWS)构成。CMS的发光体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、平衡驱动方式通
信，相对于RS-232以地电平为参考电压的单端驱动方式来讲，具有抗干扰性强、传输
距离远和传输速度快等优点。通过此系统可向驾驶员提供天气情况和道路交通状况及
发生的事故等信息。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。CWS采用光纤技术制显示信息，具有高亮度、低功耗、无眩
光、易维护、可视性好等优点。在高速公路上需进行养护施工或有事故发生时，可通
过该系统显示有关警示标志及限制速度，以提醒过往驾驶员注意行车安全。CWS和监控
中心的通信方式同CMS。
(7)稳压电源系统。为保证机场高速公路沿线所有监控外场设备能够获得稳定安全
的电源，在高速公路全线共设有10组稳压器(PSB)。
2.2.3系统软件
(1)主计算机和交通控制计算机均采用UNIX多任务操作系统，应用软件采用了流行
的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
监控中心的通过快速以太网连接起来的整个计算机系统的工作状况。交通控制计算机
的应用软件包括以下模块：
①通信控制模块：与主计算机通信，并通过主计算机实现与地图板、紧急电话控
制系统、CCTV控制系统以及外场终端系统等设备的通信。
②显示模块：将所有设备的信息和运行状况、报警与故障等，在屏幕上和地图板
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数据存储：对所有系统和设备的信息可根据需要进行存贮。
⑤与紧急电话控制系统的通信：对紧急电话控制系统的所有设备运行状况和数据
进行实时采收集，并予以统计、记录和存贮。
⑥与CCTV控制系统的通信：实时显示、记录所有遥控摄像机的运行状况，并可预
设摄像机的位置、角度等。
⑦事件报表生成：可打印各种交通状况、收费信息、气象信息和设备工作状况的
报表及分析图。
(2)紧急电话控制系统也采用UNIX多任务操作系统，并利用X-WINDOW提供一整套友
好用户界面的软件包。按功能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window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工作状态。
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
系统的操作人员名单，指定每个操作人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，这样可掌握每个紧急电
话的设置与其它数据信息。
⑧记录处理模块：按时间顺序，对所有操作进行实时记录、统计。
(3)远端站系统采用汇编语言编制，按功能可分为：
①通信控制模块：实现与监控中心及外场设备间的通信功能。
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；另一方面将监
控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：周期性地或按监控中心的指令，检查自身及其所控制设备的运行状
态。
2.3系统特点
南京机场高速公路监控系统与国内其它高速公路上的监控系统相比，具有以下特
点：
(1)南京机场高速公路监控系统与机场高速公路主体工程同期设计、施工，同步建
设完成并投入使用，在全国还是首例。这不仅避免了高速公路通车后再实施监控系统所带来的施工困难，同时监控系统与高速公路的同步完成开通，也提前发挥了监控系统所特有的功能，保障了高速公路安全畅通。如南京机场高速公路开通后半年，监控中心先后发现并处理了可能影响交通安全的事件约700起，大大减少了高速公路交通事故隐患的发生。
(2)南京机场高速公路的交通监控、收费、通信三大系统全部由西班牙圣科交通控
制有限公司一家承建，保证了各系统之间良好的协调性和互容性。
(3)中国公路工程咨询监理总公司北京泰克公路科学技术研究所为南京机场高速公
路三大系统工程建设的监理单位，同时也是整个三大系统工程的设计单位。监理单位和设计单位由同一单位负责，这给工程实施过程中贯彻设计思想、加强质量监督及审核工程变更等工作带来了很大方便。
(4)南京机场高速公路实施全程监控，全线共设置31个摄像机，基本实现整个高速
公路监视无“盲区”。这为及时发现交通事故隐患、确保高速公路安全畅通提供了技术保障。
(5)设置在监控中心的大型地图板，尺寸为12×2.5m，为全国高速公路监控系统中
地图板之最。通过大型地图板，不仅可以直观地了解机场高速公路的路线线形和主要立交、桥梁及集镇的位置，而且可以实时监视到各种外场设备的运行状态等，给监控工作提供了方便。
3体会
通过南京机场高速公路交通监控系统的建设，有如下几点体会：
(1)签署一份严密、规范、完整的工程合同是工程顺利实施的基础。南京机场高速
公路监控、收费、通信三大系统从合同签署到工程完工，仅10个月时间。这期间要完成联合设计、设备采购和运输、系统的安装调试、工程测试验收等大量工作。由于工期短、项目全、任务重，所以在工程实施中难免会出现各种困难，但正因为合同签署的周密完善，承包商在合同上未能钻到任何空子，从而保证了三大系统能够保质保量的如期完成。
(2)细致的联合设计是工程顺利实施的关键。由于系统相当复杂，不可能在招标文
件中设计得非常完善。为此，待合同一经签署生效，即派出技术人员和监理人员赴西班牙，和圣科公司的工程师一起进行系统的联合设计，并制定了详细的联合设计文件，如交通控制软件的联合设计、紧急电话控制软件的联合设计等等。通过联合设计可以统一技术标准和规范，进一步细化系统的具体功能、指标，为工程的实施提供了技术保障。
(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，
我们聘请了技术水平高、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。
(4)高质量的供配电系统是监控系统正常工作的基础。