監(jiān)控課程設(shè)計

1、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)課程設(shè)計設(shè)計題目： 公路隧道交通流檢測系統(tǒng)設(shè)計 系 部： 電子與控制工程學(xué)院 專 業(yè)： 自 動 化 作 者： 吳振江 班 級: 24010501-38 日 期: 2008年12月 指導(dǎo)教師: 許 世 燕 _目 錄1 第一章 工程概述12第二章 設(shè)計內(nèi)容13第二章 設(shè)計原則及目標14第四章 設(shè)計依據(jù) 25第五章 設(shè)備選擇及設(shè)置 36第六章 系統(tǒng)構(gòu)成47第七章 技術(shù)要求78 附圖 9第一章 工程概述交通流檢測系統(tǒng)可以獲得隧道內(nèi)的車輛速度，車流量，空間占有率，時間占有率等等。檢測器一般有線圈檢測，視頻檢測，雷達檢測，紅外檢測幾種。公路隧道交通流檢測系統(tǒng)是隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分

2、,它是用于隧道內(nèi)交通流誘導(dǎo)及事故疏散的依據(jù)。對隧道的長期管理提供數(shù)據(jù)依據(jù)，根據(jù)檢測結(jié)果合理調(diào)節(jié)隧道交通流。通過交通流檢測系統(tǒng)可以更好的監(jiān)控隧道的交通，實現(xiàn)最佳的運營效益。第二章 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一長度3km隧道，雙洞雙車道單向交通，設(shè)計車速80km/h，設(shè)車行橫洞2處，人行橫洞3處；根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)來設(shè)計交通流檢測系統(tǒng)，用視頻檢測器來檢測交通量、車速、占有率等交通流參數(shù)。主要的設(shè)計內(nèi)容：1，設(shè)備的選型，性能測試，數(shù)量統(tǒng)計。2，隧道內(nèi)外攝像機的分布安排。3，隧道內(nèi)外攝像機單個設(shè)置。4，交通流檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成。5，交通流檢測算法設(shè)計。6，視頻檢測圖像處理軟件的設(shè)計第三章 設(shè)計原則及目標3.1 系統(tǒng)設(shè)計原

3、則隧道監(jiān)控系統(tǒng)為用戶進行實時管理和監(jiān)控提供直接 、簡單 、有效的操作法 。因此該系統(tǒng)應(yīng)當既要技術(shù)先進 ，更要符合實際需要a.實用性。系統(tǒng)應(yīng)以用戶需求為導(dǎo)向，結(jié)合先進、合理的管理模式，功能全面，切合實際.b.先進性。應(yīng)用軟件工作平臺選用流行、成熟的軟件產(chǎn)品，開發(fā)工具先進、功能強 。應(yīng)用軟件系統(tǒng)力求方案的先進 、靈活、高效 。c.可靠性與安全性。當前端檢測設(shè)備出現(xiàn)故障時 ，軟件能最大限度地對其道路與隧道交通流進行檢測，并提供必要的恢復(fù)功能。系統(tǒng)為具有不同職責的用戶設(shè)定相應(yīng)的權(quán)限。d.擴展性。系統(tǒng)設(shè)計不但要考慮當前的實際需要，并且還要考慮將來發(fā)展的需要，使系統(tǒng)具有良好的擴展性 。e友好性。系統(tǒng) 維護

4、應(yīng)簡單、方便。用戶界面直觀清晰?？蓾M足不同素質(zhì)的運行操作人員需求 。3.2 設(shè)計目標（1）能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的路段上通過車輛的數(shù)目、車型進行實時計數(shù)。（2）能夠?qū)ΡO(jiān)視區(qū)域內(nèi)的運動車輛進行實時速度、占有率、密度。（3）監(jiān)測、監(jiān)視和控制隧道內(nèi)的交通運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)由車輛故障、交通事故等引起的各種交通異常情況，實時做出判斷和確定、實施處理方案，控制車速，平滑交通流，減少交通擁擠和阻塞，防止二次事故的發(fā)生，以保證道路的服務(wù)水平和通行能力，減少行車延誤第四章 設(shè)計依據(jù)4.1 視頻監(jiān)檢測器的選擇依據(jù)1)隧道外攝像機應(yīng)配置具有光圈自動調(diào)節(jié)、變焦鏡頭、云臺、全天候防護罩和解碼器的低照度攝像機；2)隧道內(nèi)攝像機

5、宜配置具有自動光圈、定焦距和防護罩的低照度攝像機；3)攝像機防護等級應(yīng)不低于IP65。由于以上要求，攝像機的選擇如下：（1）隧道外攝像機一般選用CCD彩色攝像機，信噪比>46dB,最低照度0.31lx，掃描制式為CCIR 625行，50幀/s，中心分辨率>420TVL(最低不得低于380TVL)。攝像機鏡頭可選用變焦鏡頭或定焦鏡頭，鏡頭接口配合選用的攝像機，一般為“C”型或“CS”型。為了能適應(yīng)隧道的特殊環(huán)境，一般采用自動光圈鏡頭，使攝像機適應(yīng)全天候的照明變化。在夜間觀察交通狀況時，對突然出現(xiàn)的汽車大燈燈光的照射，可采用手動光圈控制，使觀察者得到較滿意的圖像。所以在隧道洞口安裝全方

6、位低照度紅外視頻攝像機，由于洞口的外界光照環(huán)境會晝夜變化，所以采用紅外視頻攝像機，可以采用同一算法，提高了信息采集效率。為實現(xiàn)全方位數(shù)據(jù)采集，選擇變焦視頻攝像機鏡頭。（2）隧道內(nèi)攝像機隧道攝像機一般選用CCD黑白攝像機，具有背景光抑制作用。固定焦距鏡頭，自動光圈。洞內(nèi)攝像機因隧道內(nèi)污染較嚴重，一般需配置室內(nèi)防護罩。若環(huán)境條件特殊，則需增加散熱功能，或根據(jù)投資情況可配備帶電動云臺的變焦攝像機，平時云臺不動，出現(xiàn)事故時轉(zhuǎn)動云臺并調(diào)整焦距到所需要的區(qū)域。所以在每個車行橫洞口安裝兩臺定焦彩色攝像機，由于隧道洞內(nèi)光照情況晝夜變化不明顯，所以可采用定焦低照度黑白攝像機（攝像機的詳細參數(shù)見工程量清單）。4.

7、2 攝像機設(shè)置依據(jù)4.2.1 單個攝像機設(shè)置依據(jù)A 隧道口的攝像機應(yīng)設(shè)置在100400m處，若兩洞相離太遠則設(shè)置兩個攝像機。如果離得近，就在中間帶設(shè)置。應(yīng)該設(shè)置5m左右高的立桿。B 洞內(nèi)攝像機設(shè)置依據(jù)：1，攝像機應(yīng)設(shè)置為指向交通流的方向。2，攝像機應(yīng)懸掛在正中或信號電纜溝的一側(cè)側(cè)壁上。3，多個攝像機應(yīng)設(shè)置在同一高度。4，攝像機不應(yīng)設(shè)置在通風機，消防水噴嘴附近。5，應(yīng)設(shè)置在照明燈具之上。4.2.2 攝像機的整體設(shè)置依據(jù)隧道內(nèi)的攝像機以全區(qū)間沒有死角為目的，來確定透鏡的規(guī)格和配置及間隔，如表一。一般安裝間距150-200m，鏡頭焦距為50-75mm。F值（mm）12.5255075100135監(jiān)視

8、可認距離4284165255330460死角3.68.217.024.434.342.9設(shè)置距離38.475.8148230.4295.7417.1表一第五章 設(shè)備選擇及設(shè)置5.1設(shè)備選擇（見工程量清單）設(shè)備名稱型 號廠商數(shù)量備 注洞口攝像機C&C-510C NEC41/3SONY CCD彩色高解晰度數(shù)字式攝象機，480線，最低照度0.2Lux/F1.2，自動白平衡，自動增益，逆光補償，自動電子快門，自動光圈可選用Video/DC驅(qū)動，直流12V洞內(nèi)攝像機TK-S241E141/3”單CCD低照度黑白攝像機(0.095lux)鏡頭(洞口)H10Z0812AMS4電動變焦自動光

9、圈 7.5-112.5mm f1.6-f360 1/2”ND SPOT鏡頭(洞內(nèi))LAST5014定焦自動光圈 f=135mm防護罩(洞口)HW550S24F4全天候, 恒溫控制, 內(nèi)置風扇、除霧氣遮陽罩, 帶雨刷, 符合IP66標準防護罩(洞內(nèi))HW330S2414全天候, 恒溫控制, 內(nèi)置風扇, 符合IP66標準云臺SM12KIT18側(cè)裝, 中載, 洞口攝像機支架WS100018側(cè)裝, 中載,解碼器RX8H55D2401810功能, 防護罩內(nèi)置, 符合IP56標準圖形計算機TM-290ZE1主頻3.0GHz;內(nèi)存：512MB；硬盤：160GB;視頻切換/控制臺TTX6324AVJ1內(nèi)含畫面

10、分割器,SW502EG視頻分配器,VIS256矩陣系統(tǒng), TTX39PC控制器控制臺監(jiān)視器TM-290ZE129” CRT彩色監(jiān)視器分辨率：550線，兩路視/音頻輸入，帶RGB接口光端發(fā)射/接收器MTR-3400S1多路單模視頻/數(shù)據(jù)發(fā)射/接收端光端接收/發(fā)射器MTR-34004單路單模視頻/數(shù)據(jù)接收/發(fā)射端光纖分配器MTT-4SE14路分配光端發(fā)射器MT-34001 多路單模視頻發(fā)射端光端接收器MR-3400S1多路單模視頻接收端光纖分配器MTT-8SE114路分配5.2 隧道口攝像機設(shè)置：分別在四個洞口各設(shè)一個攝像頭。設(shè)置在離洞口300m處，并且立桿高為5m。（詳見附圖1）5.3 隧道內(nèi)攝

11、像機設(shè)置： 設(shè)置在隧道頂部正中央，高于照明燈具。（詳見附圖2,3）5.4 隧道攝像機整體布置：分別在四個洞口各設(shè)置一個攝像頭，在洞內(nèi)每隔417m設(shè)置一個焦距為135mm的攝像頭。（詳見附圖4，5,6）第六章 系統(tǒng)構(gòu)成6.1 工作原理各檢測斷面的視頻攝像機錄下交通流實時圖像并將其通過光端機、光纖等通信設(shè)備傳送到視頻處理器,視頻處理器通過模式識別等算法將圖像信息轉(zhuǎn)化為交通流量等實時的交通流數(shù)據(jù)，并將交通流數(shù)據(jù)及配有虛擬檢測線圈的圖像一起傳給站處理機，由處理機內(nèi)部的視頻檢測上位軟件完成對數(shù)據(jù)的處理和圖像的存儲；同時，處理機將圖像傳到監(jiān)視屏幕上，方便管理人員的監(jiān)視。此外，所有的站處理機將檢測獲得的數(shù)據(jù)

12、與圖像資料傳送到“監(jiān)控中心視頻檢測總站”內(nèi)的視頻檢測服務(wù)器上，完成所有數(shù)據(jù)與圖像的匯總、處理工作，圖像通過監(jiān)控系統(tǒng)矩陣的處理，能夠在監(jiān)控中心的監(jiān)視屏上切換顯示，以供人工監(jiān)視及錄像；監(jiān)控中心的管理人員還可以根據(jù)實際工作的需要，從視頻檢測服務(wù)器中調(diào)取交通流量、事件等信息，通過可變情報板實現(xiàn)檢測信息的動態(tài)發(fā)布。詳見附圖76.2系統(tǒng)構(gòu)成基于視頻的隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)主要由信息采集子系統(tǒng)、信息處理子系統(tǒng)、信息發(fā)布和誘導(dǎo)控制子系統(tǒng)（ 由監(jiān)控處理中心提供）三個部分組成，共同完成交通流信息的采集、傳輸、處理、顯示與發(fā)布等功能。系統(tǒng)的構(gòu)成如附圖86.2.1信息采集子系統(tǒng)以視頻攝像頭, 全天候拍攝檢測范圍內(nèi)的車流運行

13、圖像；采集與事故相關(guān)的異常事件信息，提供事追憶和預(yù)警的信息。6.2.2信息處理子系統(tǒng)主要設(shè)備有: 視頻分配器, 視頻分析器, 視頻切換矩陣，控制主機，畫面分割器，主監(jiān)視器，數(shù)字錄像機，操縱桿/編程器。主要任務(wù)有以下幾個方面。1) 處理圖像, 獲取并處理實時的交通流運行參數(shù), 如車流量、車輛平均速度、車輛分類、路面占有率、車流密度、車輛間距、車輛時距、排隊長度等交通數(shù)據(jù)。A 檢測車流量的算法（1）各車道平均車流量Ci單位時間內(nèi)該路段某車道通過的車輛個數(shù)，單位為（輛/秒）。數(shù)學(xué)模型：在t到t+t1這段時間內(nèi)，車道i有n輛汽車通過，則Cki=Nt1.這里的k表示測試次數(shù)，測量一定次數(shù)后，則Ci=1k

14、k=1kCki（2）路段平均車流量C定義：單位時間該路段通過的車輛個數(shù)，單位（輛/秒）。數(shù)學(xué)模型：車道i的車流量為Ci，若該路段同方向上有R條車道。則C=1Ri=1RCiB 車輛平均速度算法（1）各車道平均車速Vi定義:車道i上，單位時間內(nèi)車輛經(jīng)過的路程，單位為（米秒）數(shù)學(xué)模型：車道i的某輛汽車，在T時刻剛好進入車道觀測路段，在t+t1時刻，該車剛好離開車道觀測路段。若車道路段長x，則Vki=xt1，這里的K表示測試次數(shù)，測量一定次數(shù)K以后，則該車道平均車速為：Vi=1Ki=1RVki（2）路段平均車速v定義：該路段上，單位時間內(nèi)車輛經(jīng)過的路程，單位為（米秒）數(shù)學(xué)模型：車道i的平均車速Vi，若

15、該路段同方向上共有R條車道，則V=1Ri=1RViC 占有率算法(1)空間占有率定義：在觀測路段內(nèi)，行駛車輛長度占該段長度的比例稱為空間占有率。用Os表示。Os=iLix×100%式中：Li-第i輛車的長度； X-觀測路段長度。（2）時間占有率定義：在一定時間內(nèi)，全部車輛通過某一路段斷面所需要的累計值占該時間的比例稱之為時間占有率，用Ot表示，即Ot=i（Livi）T×100%式中：vi-第i輛車的地點車速。T-觀測時間。2) 傳送帶有虛擬檢測線圈的圖像, 使管理者能夠監(jiān)視交通流的運行狀況，如違章停車、超速（ 超高速車輛和超低速車輛）、跨線行駛、逆向行駛、超長車輛等車輛運行

16、數(shù)據(jù)，以及照明變化（ 能見度檢測）、散落物等環(huán)境數(shù)據(jù)。3) 進行車輛事件跟蹤檢測及判別, 必要時報警?？梢詸z測高速、高密度、高占有率、排隊長度、逆向行駛、停車或行駛緩慢的車輛。并通過對異常數(shù)據(jù)的識別，可以實現(xiàn)對異常情況的自動監(jiān)測、自動預(yù)警，提高反應(yīng)速度，避免人為的疏漏。4) 進行隧道服務(wù)水平評價。利用采集并處理的各種有關(guān)參數(shù)通過模型算法可以準確地得到基本路段的服務(wù)水平，可以監(jiān)測隧道的整體運行狀況。6.2.3 系統(tǒng)檢測信息流程視頻檢測系統(tǒng)得到的交通流運行參數(shù)、車型、事件、擁擠、圖像等信息由視頻攝像頭傳到隧道監(jiān)控處理中心后，監(jiān)控處理中心通過對這些數(shù)據(jù)進行分、處理及功能實現(xiàn)，最后輸出有關(guān)報表或圖片。

17、第七章 技術(shù)要求7.1 主要的技術(shù)指標7.1.1處理速度1) 視頻處理器處理速度：20ms/幀2) 上位軟件參數(shù)更新速度：30秒（可根據(jù)用戶要求調(diào)整）7.1.2檢測精度1) 交通流量95%2) 時間占有率90%3) 平均速度90%4) 車頭時距90%5) 車頭間距90%6) 正確觸發(fā)率90%7.2攝像機技術(shù)要求  掃描系統(tǒng)：PAL標準，625行，每秒25幀攝像器件：1/2”CCD分辨率：水平480線，垂直350線信噪比：大于50dB最低照度：0.005Lux/F1.2鏡頭架：C/CS快門：關(guān)、1/1001

18、/100000、自動光圈控制：ALC/ELC數(shù)碼變焦：210倍7.3 GDW-VD-2002型視頻檢測處理器GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器接受標準視頻流，攝像機需架設(shè)在道路或隧道的合適位置(道路上方、路中央的隔離帶、路側(cè)、隧道內(nèi)壁)，視頻信號經(jīng)傳輸設(shè)備輸入視頻處理器，通過對圖像的分析與處理獲得所需的各種交通數(shù)據(jù)，檢測區(qū)域可在計算機或監(jiān)視器的圖像畫面上自由設(shè)置。設(shè)備檢測到的各種交通數(shù)據(jù)既可存儲在設(shè)備本身的大容量非易失存儲器中，也可以通過通訊接口（RS232、RS485、以太網(wǎng)接口等），將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h端數(shù)據(jù)中心。    GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器的使用非常簡單，用戶只需對照顯示器 或監(jiān)視器上的現(xiàn)場圖像設(shè)置好檢測區(qū)域（模擬線圈），就可以同時檢測6-8個車道。當車輛經(jīng)過這些模擬線圈時，各種交通數(shù)據(jù)就被提取出來，檢測數(shù)據(jù)可以實時發(fā)送，也可存在設(shè)備本身，在合適的時間傳送。    GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器采用了嵌入式設(shè)計方案，采用工業(yè)級芯片，可以適應(yīng)惡劣環(huán)境條件。 GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器的技術(shù)指標如下：1)