数码连拍公路车辆超速智能监测记录系统设计方案 精品.docx

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数码连拍公路车辆超速智能监测记录系统设计方案精品

数码连拍公路车辆超速智能监测记录系统设计方案

技

术

设

计

方

案

介

绍

1、概述

1.1超速系统概述

当前，因机动车辆超速引发的交通事故不断上升，由于车速快，司机对路面情况、前方车辆、行人等各种情况的反应时间短，同时由于车速快而导致在发生紧急情况时制动距离短，轻者造成追尾，车辆受到损坏；重者导致人身伤亡，给社会和家庭带来重大损失和痛苦。

据统计，交通事故中有90％以上是由于超速而引起的。

利用现代高新技术，建设一套超速检测自动记录系统，及时发现超速，并对驾驶员进行批评、教育和经济处罚是减少超速违法行为、维护道路安全的重要途径。

地感线圈测速根据车辆通过埋设与道路上固定间距的时间，系统软件经过修正、运算可以获得所有驶过线圈车辆的速度值，将此速度值与系统设定的超速阀值做比对，可以立即判定该车辆是否超速行驶。

地感线圈具有测速准确、技术成熟、价格低的优点，是目前应用较为广泛的测速方式。

数码相机具有图片分辨率高、像素大，取景范围广、数字化等突出优点，通过数码相机所获得的图片除了可以清楚识别车牌号码、同时达到看清车辆前排座位人脸面部特征的效果。

莱安科技做为道路监控领域的先锋，充分运用科技手段，及时开发出地感线圈检测、数码相机抓拍的先进系统，为科技强警提供了更多的选择。

1.2.用户需求分析（略）

1.3系统选型

根据用户要求，本次设计采用广州莱安科技有限公司研制生产的KITOZER-680VC-V型数码连拍道路车辆超速智能监测自动记录系统。

该系统采用数码相机抓拍车辆违法超速过程的三张有代表性的照片并且记录到系统前端工控主机硬盘里，所有抓拍数据可以通过网络传回到交警数据中心。

KITOZER-680VC-V型超速道路智能监测记录系统根据公安部2004年6月4日发布的《闯红灯自动记录系统通用技术条件》（GA/497-2004）进行研制生产，并经中华人民共和国公安部交通安全产品质检中心检测合格。

已在国内很多城市成功安装使用。

2、设计依据

《中华人民共和国道路交通安全法》

《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》

《公路交通安全设施设计技术规范》（JTJ074-2003）

《安防视频监控系统技术要求》GA/T367-2001

《中华人民共和国公共安全行业标准》GA38-92

《中国电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90.92

《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》GA/497-2004

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94

《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50619

《机动车登记信息代码第四部分机动车辆类型代码》GA24.4

《中华人民共和国机动车号牌》GA36

《道路交通科技发展“九五”计划和2010年规划》

《电视接收机确保与电缆分配系统兼容的技术要求》GB12323-90

《有线电视系统工程技术规范》GB50200-94

《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

《交通电视监视系统工程验收规范》GA/T514-2004

《无屏蔽双绞线系统现场测试传输性能规范》EIA/TIATSB67

3、设计原则

1）实用性原则

方案设计在满足用户对道路超速监测记录系统的技术要求和使用要求的情况下，充分考虑系统的实用性，使系统功能尽可能地完善并得到充分利用。

2）可靠性原则

系统设计、设备选型、施工及调试等环节都将严格贯彻质量条例，完全满足系统的招标要求，符合国家及行业的有关标准，确保系统能够长期稳定、可靠安全地运行。

3）先进性原则

系统设计和设备选型方面，在考虑系统的实用性前提下，尽量采用国际上先进的图像处理与数字通讯技术，确保系统在国内的领先地位。

4）开放性原则

为了便于用户的使用，系统将公开各种通讯协议接口。

5）经济性原则

在满足以上各个原则的基础之上，同时应考虑系统建设的经济成本，力争提高系统的性价比。

6）易用性原则

系统操作简便、人机界面友好，易于维护。

7）安全性原则

系统具有防计算机病毒的能力、有较强的抗干扰能力、有可靠的防雷电保障；

同时还具备数据备份、停电后自动恢复功能，系统还为用户提供用户分级及操作权限管理，减少人为因素对系统的不必要干扰。

4、系统技术方案

本方案设计采用广州莱安科技有限公司研制生产的KITOZER-680VC－V型数码连拍公路车辆超速智能监测自动记录系统，该产品采用地感线圈检测、数码相机作为拍照主体，对违法超速车辆连续抓拍2张（或3张）图片，实现对机动车辆超速违法行为的自动记录。

KITOZER-680VC－V型超速自动记录系统已在国内多个城市成功安装使用。

并经中华人民共和国公安部交通安全产品质检中心检测合格，为国内首个通过合格检测的同类产品。

4.1.1系统组成

KITOZER-680VC-V系统从组成上分为三个单元：

前端监测点监测单元、传输单元和中心管理单元，如下图所示。

系统结构图

4.1.2前端监测点监测单元

该部分主要完成违法超速车辆的检测、图片抓拍、闪光灯控制等任务，根据实际需求，在被监测道路的各个监测点均安装1套。

如下图所示。

前端监测点示意图

1）测速部分

由地感线圈、检测主机、工控主机等组成。

2）前端拍照及辅助照明部分

该部分主要由数码相机和闪光灯组成。

3）图像采集及处理部分

该部分由工控主机及相应的控制软件组成。

控制软件包括图像采集处理软件及远程管理软件。

4.1.3网络传输部分

图片的获取有两种方式：

一是利用人工现场将图片下载到存储介质中带回数据中心，如笔记本电脑现场下载、换取活动硬盘、大容量U盘等方式均可；二是通过网络将图片传送至指定的数据中心，传输网络可以是光纤、ADSL或其他有线/无线网络。

网络传输部分主要包括远程传输设备及线路等。

该部分主要完成将前端获得的车辆违法信息传输到交警数据中心的任务，同时操作人员在交警数据中心应用远程管理软件通过该网络可对前端控制设备进行远程管理及设备参数设置。

联网数据传输时，如果遇到网络故障导致传输失败，系统具备断点续传功能。

4.1.4中心管理单元组成

该单元的组成包括计算机硬件和操作软件两部分：

1）计算机硬件：

此部分包括数据库服务器、计算机工作站、网络设备、打印设备以及电源设备等。

2）操作软件

后台管理系统软件采用基于网络的程序设计。

由服务端程序集中处理和管理数据，在客户端则实现用户的各种应用需求如查询、统计、处罚等工作。

这种结构体系也可实现多用户、多任务的操作，从而大大提高工作效率并进行有效的数据管理。

为了适应不同的用户需求，操作软件分为C/S和B/S两个版本。

C/S版本：

即客户端/服务器模式。

服务端程序安装运行在服务器上，终端用户则需要在工作站上安装客户端软件。

该版本的主要优点在于运行速度较快。

B/S版本：

即浏览器/服务器模式。

客户端程序和服务端程序都安装运行在服务器上。

终端用户只需要通过浏览器就可以实现各种应用需求，该版本的优点对于终端用户而言不需要在工作站上安装任何软件。

对于开发人员而言方便维护，节省程序部署时间，可以快速响应用户需求。

3）在数据库系统方面，系统可支持主流的数据库系统。

如Sql-server2000、Sql-server2005、Oracle等。

示意图如下：

数据中心拓扑图

4.2系统工作原理

4.2.1系统工作流程

检测主机连续检测所有经过的车辆，检测数据通过COM口传至工控主机；工控主机据此计算车辆的速度并与内部设定的限速值比较，如有超速，工控主机向数码相机发出拍照指令；抓拍到的照片通过网线传至工控主机；工控主机对照片进行加密、加载信息等处理后，将其保存在本地硬盘上。

拍照张数可通过软件设置为1～3张。

参见下面的流程图。

系统工作流程图

4.2.2检测单元工作原理

该单元包括检测主机和地感线圈。

检测主机主要完成车辆检测。

车辆检测方式采用地感线圈，因为在各种车辆检测方式当中，只有地感线圈检测方式可以满足超速捕获率大于95%的要求。

地感线圈采用耐高温的单芯多股镀锡电缆绕制而成，截面积为2.076mm2,通常绕3匝，线圈尺寸通常为80cm×250cm，埋设在停车线与斑马线之间，每一个车道埋设一组。

地感线圈采用具测速功能的埋设方式。

参见4.2.1节图示。

每条车道不仅需要独立埋设，而且要埋设2个线圈呈“吕”字形的环行线圈，当车辆由左向右行使、线圈组检测到超速时，系统将进行拍照；如果是由右向左方向触发该组线圈，系统将不予拍照。

由于每条车道的2个线圈之间埋设后有固定的间距，这样就可以通过系统设定、软件运算获得车辆的行驶速度，实现系统的测速功能。

莱安线圈检测技术的优势：

1）有效地解决了线圈之间的串扰；

2）具有更短的车检器响应时间；

3）可准确检测高底盘车；

4）可检测多种类型车辆。

线圈检测原理：

当车辆（金属物体）经过埋设在路面的地感线圈时，将导致地感线圈电感值减小。

电感值的变化，使得车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率变化。

通过公式

，可以看出，在车辆检测器中，

值是一定的，来自线圈的

值是随着有车辆（金属物体）经过而变化的，则

值变化，因此有

，式中

为无车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，

为有车辆（金属物体）经过时线圈的电感量，车检器通过精确检测

振荡电路的频率变化可以准确判断是否有车辆经过。

地感线圈检测具有检测稳定可靠、检测速度准确，莱安科技自主研发的6通道环形线圈车辆检测器可以在1ms内检测到线圈中任一线圈发生的0.01%的电感量变化，从而可以检测到车速200公里/小时以上的车辆，并且可以准确的检测到经过线圈的摩托车、轿车、卡车、工程车等各种车辆。

4.2.3超速车辆检测及车流量统计原理

由于每条需要监控的车道上沿行车方向埋设的两个线圈的间距是固定的（一般线圈的间距是5.5米），对于经过的车辆，可以取得两个时刻，分别是车辆进入第一个线圈和离开第二个线圈的时刻。

计算车辆通过两线圈所需的时间，配合两线圈的间距，即可求得平均车速。

测速原理示意图

线圈测速原理：

令T1为车辆检测器探测到移动物体进入线圈A的时刻，T2为车辆检测器探测到移动物体进入线圈B的时刻；线圈的的间距为w（一般5.5米），车辆进入线圈A和线圈B的时间差为T=T2－T1，设车速为v，则由此计算得出的车速v为：

v=w/（T2－T1）

测速误差分析及解决方法：

第一种误差因素：

线圈检测周期。

不同车速，在一个检测周期内位移不同，使得不同车速下，“线圈距离”实际值是不等的。

我公司检测主机的检测周期为1mS，以100公里/小时为例，计算理论最大误差：

Δ=（（（100×1000）/（60×60×1000））×1）/5.5=0.5％

第二种误差因素：

车辆在经过两条线圈时，感应到的部位的范围不同，这将产生一个难以估计大小的误差，产生上述误差的原因一是车辆底盘较高，检测难度大，如卡车；二是变速行驶；三是跨到行驶；本系统的解决方法是，每次测出车前轴和车后轴两个速度，将两个速度进行误差比较，保留误差合格的速度。

根据以上算法计算出来的车辆速度，与系统实现设置的限速值相比较，再考虑误差范围的存在，即可辨别车辆是否存在超速行使的行为,另外通过车辆触发线圈的顺序可以判断车辆行驶的方向从而判断车辆是否逆向行驶。

车流量统计原理：

统计在一定时间段内通过某个方向各条车道（线圈）的车辆的数量可以得出车流量统计数据。

这一功能由前端控制软件自动完成。

4.3系统功能和特点

4.3.1系统功能

1）速度监测功能

✧可进行限速设置，车辆行驶速度高于限制速度时，可对此车辆进行抓拍。

✧系统能满足250Km/h的测速范围要求。

2）超速报警功能

系统设备提供两种报警功能，实现超速报警。

✧本地声光报警：

当出现超速情况，系统通过闪灯及语音提示的方式，向现场值勤人员报警。

✧远程报警接口：

系统提供远程报警通信接口，在监控到超速情况时，通过该接口及其所连接的通信信道，实现文件传输方式的远程报警。

3）流量统计

系统可根据时段、车型、车道方向进行流量统计（包括流量图、流量表、流量曲线图等输出方式），可出具日报表、周报表、月报表以及年报表；

4）违章信息管理功能

系统具有提供违章数据的统计、查询功能的模块。

⑴数据统计功能

✧可对设定时间（如3个月）范围内所输入的违章数据进行分类统计；分类可依据时间、超限幅度（如超速5%、10%、15%等）、违章地点等进行分类统计。

✧统计包含车速、限速、违章类型、记录时间、记录地点等信息，以及车辆的照片等。

✧系统提供直观的统计分析方法，可对地点、时间段，超速范围等违章信息进行分布统计，提供相应的分析曲线。

⑵查询功能

✧打印功能，提供违章信息表格，并可根据用户要求设定打印内容，在连接打印机后可在现场打印违章信息。

✧条件查询，系统可列出供选择的多个查询条件（车速、超限幅度、记录时间、记录地点等等），用户通过单项或多项选择进行条件查询。

5）违章抓拍功能

✧大于1000万像素的数码相机可以提供非常清晰的数码照片。

✧数码相机直接控制闪光灯，保证两者同步、拍照效果好。

6）系统管理功能

✧系统支持多级用户管理，至少可定义普通操作员、主管、系统管理员等3级用户权限，不同级别用户，只能完成相应级别权限的操作。

✧普通操作员为最低级别的使用者，可对系统进行监控模式选择，违章监控、违章查询、打印等功能操作；主管为较高级别用户，可在前者各项操作的基础上，增加参数配置、现场违章要素审核及数据入库设置等等操作；系统管理员为最高级别用户，可在前二者的基础上，增加对用户权限设置等操作许可。

7）参数配置功能

参数配置主要针对系统本身不涉及功能参数的设置，包括数码相机参数配置、地感检测主机参数配置、通信配置、打印设置等等。

✧根据不同的使用场景，总结出对数码相机、线圈检测系统以及补光设备等主要部件相应的参数配置表，在用户确认对监控模式、场景（如夜间、上午、中午、下午等）设置后，可自动调取相应的参数表对设置目标进行配置，参数设置在经过设置人员确认后，系统可自动刷新，因此，一般情况下，使用者不需要对系统各种参数进行设置。

✧在前者基础上，为保证系统的适应能力及可维护性，系统提供对各类参数的配置功能及其菜单，可由权限较高（如系统管理员）用户进行设置。

较高权限（如系统管理员）用户完成的参数设置表可手动或自动保存。

8）数据传输与远程维护功能

系统能够通过网络与远端监控中心实现数据传输、远程访问以及远程维护；

9）数据检索功能

本系统具有按特定信息类别检索的应用平台，能根据不同权限对数据库进行操作，具有模糊查询、数据备份和打印输出等功能；

10）故障容错和防盗报警功能：

本系统具备防死机功能，平均无故障运行时间在5000小时以上；室外设备箱在遭到破坏（被撬、撞击、移动）时自动报警。

4.3.2系统特点

检测主机：

影响测速精度的一个主要因素是线圈的检测周期，本方案选用的KITOZER-810型检测主机，核心芯片是高速DSP，通信端口为RS-232/RS-485，检测周期是1ms，硬件测速计时，可以确保较高的测速精度以及最短的系统响应时间。

数码相机：

采用日本OLYMPUS的E-410型单反数码相机，该相机为日本OLYMPUS目前应用于交通监控系统的主流产品。

根据现场实际调试相机参数，有利于改善拍摄效果。

实例图片如下：

实例图片（上图为白天拍摄、下图为夜间拍摄）

4.4系统主要技术参数

1）适用范围：

多车道同时监测

2）监测速度范围:

20～200Km/h

3）监视车道数量1-3车道

4）拍摄距离：

5-40M

5）数码相机拍照速度：

≤50MS

6）图片格式：

JPEG

7）地感检测周期：

≤1MS

8）地感灵敏度：

16级可调

9）测速计时误差：

≤2MS

10）工控机配置：

C3/1.1G/128M/40G

11）工作温度范围：

-30℃-70℃

12）工作湿度范围：

小于95%

13）工作电压范围：

176-264VAC50Hz

14）系统无故障运行的时间不少于3000小时

4.5系统设计要点说明

4.5.1检测单元设计要点

虽然目前车辆检测手段很多，但是地感线圈检测方式因其具有稳定可靠、准确率高的优点而依然被广泛采用，同时结合使用莱安科技自主研发的、内置6路地感线圈检测电路的检测主机，使该单元的优异性能达到最大的体现。

对于具体的工程项目，当需要监控的车道数大于4条时，则需要增加检测主机的数量。

当然，其他设备也要相应地增加。

4.5.2拍照设备设计要点

方案设计采用的是数码相机的方式对车辆进行记录，因此数码相机选择直接影响到图片的质量和整个系统的可靠性。

采用日本OLYMPUS的E-410型数码相机，该相机为日本OLYMPUS目前的主流产品，具有不小于1000万像素，27mm高性能广角镜头、高分辨率4倍光学变焦镜头。

⑴工作原理

在单反数码相机的工作系统中，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏并结成影像，透过接目镜和五棱镜，我们可以在观景窗中看到外面的景物。

与此相对的，一般数码相机只能通过LCD屏或者电子取景器（EVF）看到所拍摄的影像。

在DSLR拍摄时，当按下快门钮，反光镜便会往上弹起，感光元件（CCD或CMOS）前面的快门幕帘便同时打开，通过镜头的光线便投影到感光原件上感光，然后后反光镜便立即恢复原状，观景窗中再次可以看到影像。

单镜头反光相机的这种构造，确定了它是完全透过镜头对焦拍摄的，它能使观景窗中所看到的影像和胶片上永远一样，它的取景范围和实际拍摄范围基本上一致，十分有利于直观地取景构图。

⑵主要特点

　　单反数码相机的一个很大的特点就是可以交换不同规格的镜头，这是单反相机天生的优点，是普通数码相机不能比拟的。

　另外，现在单反数码相机都定位于数码相机中的高端产品，单反数码的感光元件（CCD或CMOS）的面积远远大于普通数码相机，这使得单反数码相机的每个像素点的感光面积也远远大于普通数码相机，因此每个像素点也就能表现出更加细致的亮度和色彩范围，使单反数码相机的摄影质量明显高于普通数码相机。

在本系统应用中，当数码相机与停车线距离大于20米时需要更换长焦距镜头。

4.5.3传输单元设计要点

1）非实时传输系统：

系统前端工控主机配有容量足够的硬盘，满足前端数据在一定时段的存储需要，当系统不联网而采用人工下载方式时，只需把工控主机里边的数据导出到移动存储介质即可。

2）实时传输系统：

联网方式的实时传输系统需要有相应的光缆传输线路和光收发设备。

3）系统联网所需的通讯网络，即光缆线路设计不属于本系统方案设计范围，因此本方案对此不进行设计。

4.5.4数据中心管理单元设计要点

道路超速监测智能记录系统在运行中会采集大量的多媒体数据，如视频，图片等，因此后台管理单元的必须要有足够的硬件储存能力。

采集的数据作为有效的执法证据，也同样需要考虑数据的安全性，一般在服务器上做RAID磁盘阵列，采用镜像方式来保护数据安全。

后台管理系统为网络形的程序结构，工作站和服务器之间要求有稳定的网络连接，在有条件的情况下，可以考虑采用千兆局域网环境来增加数据传输速度。

4.5.5系统防雷设计

防雷是系统设计中必须重点考虑的部分。

由于系统前端设备长期在户外运行，因此系统采用的户外设备箱和防护罩以及所有设备都经过防锈、防腐蚀处理外。

系统的防雷措施也一定要引起重视，为此我们对每个方向的摄像机加装视频防雷器，而每个路口的电源供应端口漏电开关和电源防雷器。

立杆设计采取一点接地防雷方式。

接地电阻不大于10欧姆。

前端摄像设备置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。

避雷针架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身。

为防止雷电波沿线路侵入前端设备，在设备前的每条线路上加装避雷器，如电源线（220V或DC12V）、视频线、控制线。

数据中心的防雷最为重要，应从直击雷防护、雷电波侵入、等电位连接和电涌保护多方面进行。

数据中心所在建筑物应有防直击雷的避雷针、避雷带或避雷网。

其防直击雷措施应符合GB50057－94中有关直击雷保护的规定。

进入数据中心的各种金属管线应接到防感应雷的接地装置上。

架空电缆线直接引入时，在入户处应加装避雷器，并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。

数据中心内应设置一等电位连接母线（或金属板），该等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差。

各种电涌保护器（避雷器）的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。

由于有80％雷击高电位是从电源线侵入的，为保证设备安全，一般电源上应设置三级避雷保护。

在视频传输线、信号控制线，入侵报警信号线进入前端设备之前或进入中心控制台前应加装相应的避雷保护器。

良好的接地是防雷中至关重要的一环。

接地电阻值越小过电压值越低。

接地电阻不得大于10Ω。

。

4.6数据中心管理软件KITOZER-2000

4.6.1软件简介

当数以万计的违法照片资料被送回中心服务器后，管理工作变的十分重要和烦琐，一套功能完善的管理信息系统软件是非常必要的。

KITOZER-2000“车辆违法后台管理系统”软件，采用客户机/服务器（简称C/S）、或浏览器/服务器/服务器（简称B/S）结构。

可以管理多种格式的图片文件和录像资料，在局域网或者广域网环境下，可以根据工作量的需要建立不同规模的硬件工作环境。

4.6.2系统工作流程

本软件系统采用的是客户端/服务器（C/S）结构，中心服务器安装图片分类传输软件和数据库，客户端软件安装于客户机上，服务器操作系统建议Windows2000Server或者以上系统，客户端建议WindowsXP操作系统。

系统工作流程如下：

4.6.3软件功能

1）违法资料录入：

自动识别违法图片的相关信息（违法时间、地点、速度、红灯时间），手动选择车辆类型、违法行为、录入车辆号牌。

与当地交通管理系统（车辆管理信息系统、交通处罚系统）实现数据对接（读取或者写入信息）

2）违法事件公告：

按批次、时间公告违法事件，系统自动进行批次设定，打印或套打违法通知书或者导出电子文档通过其它媒介发布违法信息。

3）违法事件处罚：

系统按照设定的处罚工作流程对违法车主进行处罚，并打印违法处罚回执单，并可把处罚结果对接至其它交通管理系统。

4）违法事件查询：

提供多种查询方式对违法事件进行查询（语音电话、互联网、触摸屏电脑等）

5）数据统计分析：

系统提供多种统计分析方式对违法行为、处罚金额、操作人员业务进行统计分析，并且可以打印或者保存成统计分析图片。

6）系统安全处理：

系统针对不同的用户分配不同的权限，并自动记录操作人员对系统进行的每一步操作，完全实现分任务、分权限。

7）完全自主的报表管理系统：

系统自动功能强大的报表编辑系统，用户可以自己添加、编辑针对不同的违法车辆来处理的报表，报表系统支持当前市面上的所有打印机和打印格式。

5、工程实现方式

由于前端现场环境的千变万化、设备性能指标的不同和各自的特性、客户对系统要求的差异等可变因素很多，所以我们会在设备选型、系统配置、施工方案以及施工方式方法上针对不同的用户设计出最具特色、最合理的系统工程方案，以满足用户对系统的特殊要求。

5.1工控主机安装方式

工控主机的安装地点有两种方式：

1）现场型：

将图像采集及处理单