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内容提要：
本文通过对目前较为常见的两种高速公路监控系统进行讨论，分析其优缺点，并提出自己构想的一种监控系统并加以分析。
关键词：
高速公路 监控系统 结构。
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
1、概述
随着国内高速公路的建设普及化，人们已经开始越来越多的与道路相关联。而道路安全则是保障人民生命财产安全的重点。于是，使监控员能够直观及时的了解现场情况并下发执行处理命令的监控系统，也就成了道路建设中越来越关心的重点。本文便是针对一些常见的监控结构提出一些相应的看法，并提出出自己的一点意见以供探讨。
高速公路监控系统是在一般街道内交通管制系统基础上发展起来的。近年来，随着计算机技术、自动化控制技术和光纤通信技术的发展，一些国家的高速公路监控系统的技术结构也随之发生变化。由单一的计算机集中处理方式代之为多计算机功能分散的计算机网络处理方式，从而使系统可靠性提高，程序编制简单，易于维护和功能扩展。由于光缆超小型计算机及微电子技术的发展，使应用于监控系统中的各种设备向智能化方向发展，使今后高速公路的监控系统具有更强的功能。
目前的高速公路监控系统主要由信息采集子系统、监控中心及信息提供子系统三大部分组成。 信息采集子系统包括：车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。 监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制。 信息提供子系统包括交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式。
高速公路监控系统实质上是一个闭环系统。系统的输入是反映公路上车辆运行情况的交通参数和交通状况，这些信息经监控系统分析、处理、判断后，可发生指令，控制道路情报板，变更其显示内容，实施对交通流的调节和控制。其性能的优劣，在一定程度上取决于车辆驾驶员能否协调配合工作，接受系统的调度和指挥。
2、监控系統类型及分析
2.1 综述
目前常见的高速公路监控系统，按照构成方式，可以大致分为两个类型。一种是通过光缆，或者由PLC作为传送通道，直接将现场设备与控制服务器相连，用软件来直接控制设备的运行，其结构如图1；
图1
另外一种则是利用PLC的编程功能和通信功能，作为维持设备运行和数据传输的核心，以环网的方式进行运作，其结构如图2。在这里，暂时将第一类名称定为透传型监控系统，后一类名称定为环网型监控系统。
图2
以下将针对这两种网络进行相应的分析和比较。
2.2 透传型监控系统
透传型监控系统，即直接透过PLC层进行信号、数据的传输工作。实行这种系统构造可以通过多种方式实现，较为常见的是通过光缆直连和PLC通道传输。利用PLC通道进行传输，也就是将PLC作为一个传输节点，将内存中的指定范围划出来作为软件和设备的通信通道，其本质与光缆直连相同。
作为直连性的监控系统，由于其通信过程中节点少，所以在硬件能够满足条件的情况下，信号的采集传递时间相对来说较短，使得状态的控制和反馈更加灵敏。同时，由于节点数的减少，也使信号在传递过程中由于意外导致的错误概率大大减小，增加了控制的准确性。在前期的调试和后期的维护中，也提供了不少便利。同时，由于控制核心集中于服务器中的软件程序，所以在面对需要进行定制内容以及程序修改的时候，会节省不少的人力物力。
但是同样的，透传式的搭建方法让这种系统缺点也是较为突出。当进行控制的服务器出现错误时（如重启或者断电时），因为通信会中断，导致现场设备状态出现错误，进而影响道路的安全以及数据的采集，甚至有可能造成恶劣的后果。
2.3 环网型监控系统
环网型监控系统，即利用PLC作为核心，若干PLC组成环状网络的监控系统。较为常见的是通过将一个或者几个隧道的PLC组成双向环网，利用PLC的可编程性，将现场设备的控制和反馈均集中于PLC上，服务器从PLC采集相应的数据即可。
利用PLC作为控制核心搭建的系统，其内部已经有了相应的设备控制程序以及数据处理程序，这就意味着许多的运算过程都不必在服务器中进行，降低了对硬件环境的要求。同时，双环网的结构也使得当某一段通道出现问题时，环网内的信息可以经由反方向的流通进行传送，保证了控制的稳定性。而且，由于PLC自己的结构特性，当服务器通信中断甚至PLC断电的情况下，仍然可以保持之前的控制状态和信息，这对于将安全性能放在首位的高速公路监控系统来说，是一个必不可少的因素。
但是，将PLC作为核心的系统，也有着相应的缺点。
1.因为将PLC作为了信号传递的一个节点，并且要经过相应的处理之后才会传送至服务器，因此信号的响应时间有所延长，受网络等影响导致反应延迟或者错误的可能性增加；
2.当系统内出现问题时，多了一个排查环节，可能导致故障的排除时间增加；
3.目前常用方法是用OPC SERVER轮询来采集PLC上的数据并提供给服务器上的软件，当某一个或几个PLC故障时，OPC SERVER的尝试连接时间将会导致系统的整体响应时间变慢，甚至达到延迟极大的程度；
4.在调试过程中，需同时对PLC程序以及服务器上的软件程序加以调试，容易导致排查问题。
2.4 小结
以上就是针对目前较为常见的两种高速公路监控系统搭建方式提出了一些自己的看法，两种系统都各有优缺点，但是考虑到高速公路监控系统对于稳定性和可靠性低的特殊要求，第二种构网方式还是较为合理一些，其缺点都可以通过科学合理的维护来加以避免。下面，则是一种对其做了一些改进的系统。
3、改进型监控系统类型及分析
针对上面第二种高速公路监控系统所表现出来的优缺点，提出一种加以改变的的系统结构，其模型如下图
如图所示，整个系统的通信过程为：
现场设备将实时数据与信号反馈给PLC，而PLC则接收反馈信号，并且按照上层指示发送控制信号；
每个隧道的PLC组成一个小型环网，每个小型环网中配备一台现场分站式主机，主机将从PLC上收集的数据信号发送给服务器，同时将服务器发送的控制信号传送给PLC；
服务器与主机通信，接收反馈信号，并经过处理后发送给工作站，同时接收工作站发出的控制指令，处理后下发给现场主机。
工作站接收现场设备的反馈信息，通过人机界面将信息直观的表达给操作员，同时接收操作员的操作指令并发送给服务器。
对于以上结构的监控系统，其缺点为：
同样是以PLC作为控制核心来搭建系统，要经过多层节点传送至工作站，中间受网络等因素影响较大；2.
节点层数继续增多，排查问题时可能耗费更多时间。
但是，其优点也同样明显：
因为在现场增加了分站式主机，所以调试时可以不必有专人在工作站前配合，现场调试条件得到了优化；
分站式主机上均装有OPC SERVER，使数据采集周期缩短，并且减少了出现故障PLC时系统的重连时间，保证了整个系统的响应速度和操作稳定性；
服务器和分站式主机间采用UDP方式通信，使得在网络正常的情况下具有通信及时，占用流量小的特点。
以上的系统构建方式，能够在较大程度上减少故障PLC给整个系统带来的影响，保证系统的稳定性。而且，由于目前的OPC SERVER软件中能支持64个PLC同时在线进行数据处理的尚属于少数，而且具有同一网段内互不兼容的特性，所以采用这种方式可以有效地避免超大范围PLC组网数据流量拥挤的问题。
四、总结与展望
据高速公路监控系统运行资料表明，它不仅能改善高峰期间车辆行驶的平均速度，增加高峰期间的交通量，减少交通堵塞程度和车辆延滞时间，同时也能大大减少交通事故和保证交通安全，节约燃料和减少车辆的磨损，缩短运输时间，减少污染，发挥高速公路快速、安全、舒适和高效率的功能，具有较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。可以预见到，高速公路监控系统将会越来越受到重视，其结构和技术也会不断的得到创新和改进。而且伴随着最近十几年来通信事业的迅猛发展，我们有理由认为，今后的监控系统，可以抛开沉重的通信线缆，用无线的方式来进行信号的传输与控制，而这样做，不但可以降低成本，也可以为国家节省大量的贵重金属，具有相当的意义。
参考文献
[1] 刘天时，刘赏，付春。一种新型高速公路路灯智能控制系统设计。西南石油大学学报 2011年3月第26卷第2期
[2] 林寿英，林建烽。基于PLC的高速公路隧道电力监控系统优化设计。武汉工程大学学报 2009年3月第31卷第3期
本文通过对目前较为常见的两种高速公路监控系统进行讨论，分析其优缺点，并提出自己构想的一种监控系统并加以分析。
关键词：
高速公路 监控系统 结构。
中图分类号：U412.36+6 文献标识码：A 文章编号：
1、概述
随着国内高速公路的建设普及化，人们已经开始越来越多的与道路相关联。而道路安全则是保障人民生命财产安全的重点。于是，使监控员能够直观及时的了解现场情况并下发执行处理命令的监控系统，也就成了道路建设中越来越关心的重点。本文便是针对一些常见的监控结构提出一些相应的看法，并提出出自己的一点意见以供探讨。
高速公路监控系统是在一般街道内交通管制系统基础上发展起来的。近年来，随着计算机技术、自动化控制技术和光纤通信技术的发展，一些国家的高速公路监控系统的技术结构也随之发生变化。由单一的计算机集中处理方式代之为多计算机功能分散的计算机网络处理方式，从而使系统可靠性提高，程序编制简单，易于维护和功能扩展。由于光缆超小型计算机及微电子技术的发展，使应用于监控系统中的各种设备向智能化方向发展，使今后高速公路的监控系统具有更强的功能。
目前的高速公路监控系统主要由信息采集子系统、监控中心及信息提供子系统三大部分组成。 信息采集子系统包括：车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。 监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制。 信息提供子系统包括交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式。
高速公路监控系统实质上是一个闭环系统。系统的输入是反映公路上车辆运行情况的交通参数和交通状况，这些信息经监控系统分析、处理、判断后，可发生指令，控制道路情报板，变更其显示内容，实施对交通流的调节和控制。其性能的优劣，在一定程度上取决于车辆驾驶员能否协调配合工作，接受系统的调度和指挥。
2、监控系統类型及分析
2.1 综述
目前常见的高速公路监控系统，按照构成方式，可以大致分为两个类型。一种是通过光缆，或者由PLC作为传送通道，直接将现场设备与控制服务器相连，用软件来直接控制设备的运行，其结构如图1；
图1
另外一种则是利用PLC的编程功能和通信功能，作为维持设备运行和数据传输的核心，以环网的方式进行运作，其结构如图2。在这里，暂时将第一类名称定为透传型监控系统，后一类名称定为环网型监控系统。
图2
以下将针对这两种网络进行相应的分析和比较。
2.2 透传型监控系统
透传型监控系统，即直接透过PLC层进行信号、数据的传输工作。实行这种系统构造可以通过多种方式实现，较为常见的是通过光缆直连和PLC通道传输。利用PLC通道进行传输，也就是将PLC作为一个传输节点，将内存中的指定范围划出来作为软件和设备的通信通道，其本质与光缆直连相同。
作为直连性的监控系统，由于其通信过程中节点少，所以在硬件能够满足条件的情况下，信号的采集传递时间相对来说较短，使得状态的控制和反馈更加灵敏。同时，由于节点数的减少，也使信号在传递过程中由于意外导致的错误概率大大减小，增加了控制的准确性。在前期的调试和后期的维护中，也提供了不少便利。同时，由于控制核心集中于服务器中的软件程序，所以在面对需要进行定制内容以及程序修改的时候，会节省不少的人力物力。
但是同样的，透传式的搭建方法让这种系统缺点也是较为突出。当进行控制的服务器出现错误时（如重启或者断电时），因为通信会中断，导致现场设备状态出现错误，进而影响道路的安全以及数据的采集，甚至有可能造成恶劣的后果。
2.3 环网型监控系统
环网型监控系统，即利用PLC作为核心，若干PLC组成环状网络的监控系统。较为常见的是通过将一个或者几个隧道的PLC组成双向环网，利用PLC的可编程性，将现场设备的控制和反馈均集中于PLC上，服务器从PLC采集相应的数据即可。
利用PLC作为控制核心搭建的系统，其内部已经有了相应的设备控制程序以及数据处理程序，这就意味着许多的运算过程都不必在服务器中进行，降低了对硬件环境的要求。同时，双环网的结构也使得当某一段通道出现问题时，环网内的信息可以经由反方向的流通进行传送，保证了控制的稳定性。而且，由于PLC自己的结构特性，当服务器通信中断甚至PLC断电的情况下，仍然可以保持之前的控制状态和信息，这对于将安全性能放在首位的高速公路监控系统来说，是一个必不可少的因素。
但是，将PLC作为核心的系统，也有着相应的缺点。
1.因为将PLC作为了信号传递的一个节点，并且要经过相应的处理之后才会传送至服务器，因此信号的响应时间有所延长，受网络等影响导致反应延迟或者错误的可能性增加；
2.当系统内出现问题时，多了一个排查环节，可能导致故障的排除时间增加；
3.目前常用方法是用OPC SERVER轮询来采集PLC上的数据并提供给服务器上的软件，当某一个或几个PLC故障时，OPC SERVER的尝试连接时间将会导致系统的整体响应时间变慢，甚至达到延迟极大的程度；
4.在调试过程中，需同时对PLC程序以及服务器上的软件程序加以调试，容易导致排查问题。
2.4 小结
以上就是针对目前较为常见的两种高速公路监控系统搭建方式提出了一些自己的看法，两种系统都各有优缺点，但是考虑到高速公路监控系统对于稳定性和可靠性低的特殊要求，第二种构网方式还是较为合理一些，其缺点都可以通过科学合理的维护来加以避免。下面，则是一种对其做了一些改进的系统。
3、改进型监控系统类型及分析
针对上面第二种高速公路监控系统所表现出来的优缺点，提出一种加以改变的的系统结构，其模型如下图
如图所示，整个系统的通信过程为：
现场设备将实时数据与信号反馈给PLC，而PLC则接收反馈信号，并且按照上层指示发送控制信号；
每个隧道的PLC组成一个小型环网，每个小型环网中配备一台现场分站式主机，主机将从PLC上收集的数据信号发送给服务器，同时将服务器发送的控制信号传送给PLC；
服务器与主机通信，接收反馈信号，并经过处理后发送给工作站，同时接收工作站发出的控制指令，处理后下发给现场主机。
工作站接收现场设备的反馈信息，通过人机界面将信息直观的表达给操作员，同时接收操作员的操作指令并发送给服务器。
对于以上结构的监控系统，其缺点为：
同样是以PLC作为控制核心来搭建系统，要经过多层节点传送至工作站，中间受网络等因素影响较大；2.
节点层数继续增多，排查问题时可能耗费更多时间。
但是，其优点也同样明显：
因为在现场增加了分站式主机，所以调试时可以不必有专人在工作站前配合，现场调试条件得到了优化；
分站式主机上均装有OPC SERVER，使数据采集周期缩短，并且减少了出现故障PLC时系统的重连时间，保证了整个系统的响应速度和操作稳定性；
服务器和分站式主机间采用UDP方式通信，使得在网络正常的情况下具有通信及时，占用流量小的特点。
以上的系统构建方式，能够在较大程度上减少故障PLC给整个系统带来的影响，保证系统的稳定性。而且，由于目前的OPC SERVER软件中能支持64个PLC同时在线进行数据处理的尚属于少数，而且具有同一网段内互不兼容的特性，所以采用这种方式可以有效地避免超大范围PLC组网数据流量拥挤的问题。
四、总结与展望
据高速公路监控系统运行资料表明，它不仅能改善高峰期间车辆行驶的平均速度，增加高峰期间的交通量，减少交通堵塞程度和车辆延滞时间，同时也能大大减少交通事故和保证交通安全，节约燃料和减少车辆的磨损，缩短运输时间，减少污染，发挥高速公路快速、安全、舒适和高效率的功能，具有较为显著的经济效益、社会效益和环境效益。可以预见到，高速公路监控系统将会越来越受到重视，其结构和技术也会不断的得到创新和改进。而且伴随着最近十几年来通信事业的迅猛发展，我们有理由认为，今后的监控系统，可以抛开沉重的通信线缆，用无线的方式来进行信号的传输与控制，而这样做，不但可以降低成本，也可以为国家节省大量的贵重金属，具有相当的意义。
参考文献
[1] 刘天时，刘赏，付春。一种新型高速公路路灯智能控制系统设计。西南石油大学学报 2011年3月第26卷第2期
[2] 林寿英，林建烽。基于PLC的高速公路隧道电力监控系统优化设计。武汉工程大学学报 2009年3月第31卷第3期