监控课程设计.docx
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监控课程设计
高速公路监控系统课程设计
设计题目：
公路隧道交通流检测系统设计
系部：
电子与控制工程学院
专业：
自动化
作者：
吴振江
班级:
24010501-38
日期:
2008年12月
指导教师:
许世燕_
目录
1第一章工程概述……………………………………………………1
2第二章设计内容……………………………………………………1
3第二章设计原则及目标……………………………………………1
4第四章设计依据…………………………………………………2
5第五章设备选择及设置…………………………………………3
6第六章系统构成……………………………………………………4
7第七章技术要求……………………………………………………7
8附图………………………………………………………………9
第一章工程概述
交通流检测系统可以获得隧道内的车辆速度，车流量，空间占有率，时间占有率等等。
检测器一般有线圈检测，视频检测，雷达检测，红外检测几种。
公路隧道交通流检测系统是隧道交通监控系统的主要组成部分,它是用于隧道内交通流诱导及事故疏散的依据。
对隧道的长期管理提供数据依据，根据检测结果合理调节隧道交通流。
通过交通流检测系统可以更好的监控隧道的交通，实现最佳的运营效益。
第二章设计内容
设计一长度3km隧道，双洞双车道单向交通，设计车速80km/h，设车行横洞2处，人行横洞3处；根据设计数据来设计交通流检测系统，用视频检测器来检测交通量、车速、占有率等交通流参数。
主要的设计内容：
1，设备的选型，性能测试，数量统计。
2，隧道内外摄像机的分布安排。
3，隧道内外摄像机单个设置。
4，交通流检测系统的系统构成。
5，交通流检测算法设计。
6，视频检测图像处理软件的设计
第三章设计原则及目标
3.1系统设计原则
隧道监控系统为用户进行实时管理和监控提供直接、简单、有效的操作法。
因此该系统应当既要技术先进，更要符合实际需要
a.实用性。
系统应以用户需求为导向，结合先进、合理的管理模式，功能全面，切合实际.
b.先进性。
应用软件工作平台选用流行、成熟的软件产品，开发工具先进、功能强。
应用软件系统力求方案的先进、灵活、高效。
c.可靠性与安全性。
当前端检测设备出现故障时，软件能最大限度地对其道路与隧道交通流进行检测，并提供必要的恢复功能。
系统为具有不同职责的用户设定相应的权限。
d.扩展性。
系统设计不但要考虑当前的实际需要，并且还要考虑将来发展的需要，使系统具有良好的扩展性。
e．友好性。
系统维护应简单、方便。
用户界面直观清晰。
可满足不同素质的运行操作人员需求。
3.2设计目标
（1）能够对监视区域内的路段上通过车辆的数目、车型进行实时计数。
（2）能够对监视区域内的运动车辆进行实时速度、占有率、密度。
（3）监测、监视和控制隧道内的交通运行状况，及时发现由车辆故障、交通事故等引起的各种交通异常情况，实时做出判断和确定、实施处理方案，控制车速，平滑交通流，减少交通拥挤和阻塞，防止二次事故的发生，以保证道路的服务水平和通行能力，减少行车延误
第四章设计依据
4.1视频监检测器的选择依据
1）隧道外摄像机应配置具有光圈自动调节、变焦镜头、云台、全天候防护罩和解码器的低照度摄像机；
2）隧道内摄像机宜配置具有自动光圈、定焦距和防护罩的低照度摄像机；
3）摄像机防护等级应不低于IP65。
由于以上要求，摄像机的选择如下：
（1）隧道外摄像机
一般选用CCD彩色摄像机，信噪比>46dB,最低照度0.31lx，扫描制式为CCIR625行，50帧/s，中心分辨率>420TVL（最低不得低于380TVL）。
摄像机镜头可选用变焦镜头或定焦镜头，镜头接口配合选用的摄像机，一般为“C”型或“CS”型。
为了能适应隧道的特殊环境，一般采用自动光圈镜头，使摄像机适应全天候的照明变化。
在夜间观察交通状况时，对突然出现的汽车大灯灯光的照射，可采用手动光圈控制，使观察者得到较满意的图像。
所以在隧道洞口安装全方位低照度红外视频摄像机，由于洞口的外界光照环境会昼夜变化，所以采用红外视频摄像机，可以采用同一算法，提高了信息采集效率。
为实现全方位数据采集，选择变焦视频摄像机镜头。
（2）隧道内摄像机
隧道摄像机一般选用CCD黑白摄像机，具有背景光抑制作用。
固定焦距镜头，自动光圈。
洞内摄像机因隧道内污染较严重，一般需配置室内防护罩。
若环境条件特殊，则需增加散热功能，或根据投资情况可配备带电动云台的变焦摄像机，平时云台不动，出现事故时转动云台并调整焦距到所需要的区域。
所以在每个车行横洞口安装两台定焦彩色摄像机，由于隧道洞内光照情况昼夜变化不明显，所以可采用定焦低照度黑白摄像机（摄像机的详细参数见工程量清单）。
4.2摄像机设置依据
4.2.1单个摄像机设置依据
A隧道口的摄像机应设置在100—400m处，若两洞相离太远则设置两个摄像机。
如果离得近，就在中间带设置。
应该设置5m左右高的立杆。
B洞内摄像机设置依据：
1，摄像机应设置为指向交通流的方向。
2，摄像机应悬挂在正中或信号电缆沟的一侧侧壁上。
3，多个摄像机应设置在同一高度。
4，摄像机不应设置在通风机，消防水喷嘴附近。
5，应设置在照明灯具之上。
4.2.2摄像机的整体设置依据
隧道内的摄像机以全区间没有死角为目的，来确定透镜的规格和配置及间隔，如表一。
一般安装间距150-200m，镜头焦距为50-75mm。
F值（mm）
12.5
25
50
75
100
135
监视可认距离
42
84
165
255
330
460
死角
3.6
8.2
17.0
24.4
34.3
42.9
设置距离
38.4
75.8
148
230.4
295.7
417.1
表一
第五章设备选择及设置
5.1设备选择（见工程量清单）
设备名称
型号
厂商
数量
备注
洞口摄像机
C&C-510C
NEC
4
1/3″SONY CCD彩色高解晰度数字式摄象机，480线，最低照度0.2Lux/F1.2，自动白平衡，自动增益，逆光补偿，自动电子快门，自动光圈可选用Video/DC驱动，直流12V
洞内摄像机
TK-S241E
14
1/3”单CCD低照度黑白摄像机（0.095lux）
镜头（洞口）
H10Z0812AMS
4
电动变焦自动光圈7.5-112.5mmf1.6-f3601/2”NDSPOT
镜头（洞内）
LAST50
14
定焦自动光圈f=135mm
防护罩（洞口）
HW550S24F
4
全天候,恒温控制,内置风扇、除雾气遮阳罩,带雨刷,符合IP66标准
防护罩（洞内）
HW330S24
14
全天候,恒温控制,内置风扇,符合IP66标准
云台
SM12KIT
18
侧装,中载,洞口摄像机
支架
WS1000
18
侧装,中载,
解码器
RX8H55D240
18
10功能,防护罩内置,符合IP56标准
图形计算机
TM-290ZE
1
主频≥3.0GHz;内存：
≥512MB；硬盘：
≥160GB;
视频切换/控制台
TTX6324AVJ
1
内含画面分割器,SW502EG视频分配器,VIS256矩阵系统,TTX39PC控制器
控制台监视器
TM-290ZE
1
29”CRT彩色监视器分辨率：
550线，两路视/音频输入，带RGB接口
光端发射/接收器
MTR-3400S
1
多路单模视频/数据发射/接收端
光端接收/发射器
MTR-3400
4
单路单模视频/数据接收/发射端
光纤分配器
MTT-4SE
1
4路分配
光端发射器
MT-3400
1
多路单模视频发射端
光端接收器
MR-3400S
1
多路单模视频接收端
光纤分配器
MTT-8SE
1
14路分配
5.2隧道口摄像机设置：
分别在四个洞口各设一个摄像头。
设置在离洞口300m处，并且立杆高为5m。
（详见附图1）
5.3隧道内摄像机设置：
设置在隧道顶部正中央，高于照明灯具。
（详见附图2,3）
5.4隧道摄像机整体布置：
分别在四个洞口各设置一个摄像头，在洞内每隔417m设置一个焦距为135mm的摄像头。
（详见附图4，5,6）
第六章系统构成
6.1工作原理
各检测断面的视频摄像机录下交通流实时图像并将其通过光端机、光纤等通信设备传送到视频处理器,视频处理器通过模式识别等算法将图像信息转化为交通流量等实时的交通流数据，并将交通流数据及配有虚拟检测线圈的图像一起传给站处理机，由处理机内部的视频检测上位软件完成对数据的处理和图像的存储；同时，处理机将图像传到监视屏幕上，方便管理人员的监视。
此外，所有的站处理机将检测获得的数据与图像资料传送到“监控中心视频检测总站”内的视频检测服务器上，完成所有数据与图像的汇总、处理工作，图像通过监控系统矩阵的处理，能够在监控中心的监视屏上切换显示，以供人工监视及录像；监控中心的管理人员还可以根据实际工作的需要，从视频检测服务器中调取交通流量、事件等信息，通过可变情报板实现检测信息的动态发布。
详见附图7
6.2系统构成
基于视频的隧道交通监控系统主要由信息采集子系统、信息处理子系统、信息发布和诱导控制子系统（由监控处理中心提供）三个部分组成，共同完成交通流信息的采集、传输、处理、显示与发布等功能。
系统的构成如附图8
6.2.1信息采集子系统
以视频摄像头,全天候拍摄检测范围内的车流运行图像；采集与事故相关的异常事件信息，提供事追忆和预警的信息。
6.2.2信息处理子系统
主要设备有:
视频分配器,视频分析器,视频切换矩阵，控制主机，画面分割器，主监视器，数字录像机，操纵杆/编程器。
主要任务有以下几个方面。
1）处理图像,获取并处理实时的交通流运行参数,如车流量、车辆平均速度、车辆分类、路面占有率、车流密度、车辆间距、车辆时距、排队长度等交通数据。
A检测车流量的算法
（1）各车道平均车流量Ci
单位时间内该路段某车道通过的车辆个数，单位为（辆/秒）。
数学模型：
在t到t+t1这段时间内，车道i有n辆汽车通过，则Cki=
.这里的k表示测试次数，测量一定次数后，则Ci=
（2）路段平均车流量C
定义：
单位时间该路段通过的车辆个数，单位（辆/秒）。
数学模型：
车道i的车流量为Ci，若该路段同方向上有R条车道。
则C=
B车辆平均速度算法
（1）各车道平均车速Vi
定义:
车道i上，单位时间内车辆经过的路程，单位为（米\秒）
数学模型：
车道i的某辆汽车，在T时刻刚好进入车道观测路段，在t+t1时刻，该车刚好离开车道观测路段。
若车道路段长
x，则Vki=
，这里的K表示测试次数，测量一定次数K以后，则该车道平均车速为：
Vi=
（2）路段平均车速v
定义：
该路段上，单位时间内车辆经过的路程，单位为（米\秒）
数学模型：
车道i的平均车速Vi，若该路段同方向上共有R条车道，则V=
C占有率算法
（1）空间占有率
定义：
在观测路段内，行驶车辆长度占该段长度的比例称为空间占有率。
用Os表示。
Os=
式中：
Li-第i辆车的长度；
X-观测路段长度。
（2）时间占有率
定义：
在一定时间内，全部车辆通过某一路段断面所需要的累计值占该时间的比例称之为时间占有率，用Ot表示，即
Ot=
式中：
vi-第i辆车的地点车速。
T-观测时间。
2）传送带有虚拟检测线圈的图像,使管理者能够监视交通流的运行状况，如违章停车、超速（超高速车辆和超低速车辆）、跨线行驶、逆向行驶、超长车辆等车辆运行数据，以及照明变化（能见度检测）、散落物等环境数据。
3）进行车辆事件跟踪检测及判别,必要时报警。
可以检测高速、高密度、高占有率、排队长度、逆向行驶、停车或行驶缓慢的车辆。
并通过对异常数据的识别，可以实现对异常情况的自动监测、自动预警，提高反应速度，避免人为的疏漏。
4）进行隧道服务水平评价。
利用采集并处理的各种有关参数通过模型算法可以准确地得到基本路段的服务水平，可以监测隧道的整体运行状况。
6.2.3系统检测信息流程
视频检测系统得到的交通流运行参数、车型、事件、拥挤、图像等信息由视频摄像头传到隧道监控处理中心后，监控处理中心通过对这些数据进行分、处理及功能实现，最后输出有关报表或图片。
第七章技术要求
7.1主要的技术指标
7.1.1处理速度
1） 视频处理器处理速度：
20ms/帧
2） 上位软件参数更新速度：
≤30秒（可根据用户要求调整）
7.1.2检测精度
1） 交通流量≥95%
2） 时间占有率≥90%
3） 平均速度≥90%
4） 车头时距≥90%
5） 车头间距≥90%
6） 正确触发率≥90%
7.2摄像机技术要求
扫描系统：
PAL标准，625行，每秒25帧
摄像器件：
1/2”CCD
分辨率：
水平480线，垂直350线
信噪比：
大于50dB
最低照度：
0.005Lux/F1.2
镜头架：
C/CS
快门：
关、1/100—1/100000、自动
光圈控制：
ALC/ELC
数码变焦：
2—10倍
7.3GDW-VD-2002型视频检测处理器
GDW-VD-2002型视频车辆检测器接受标准视频流，摄像机需架设在道路或隧道的合适位置（道路上方、路中央的隔离带、路侧、隧道内壁），视频信号经传输设备输入视频处理器，通过对图像的分析与处理获得所需的各种交通数据，检测区域可在计算机或监视器的图像画面上自由设置。
设备检测到的各种交通数据既可存储在设备本身的大容量非易失存储器中，也可以通过通讯接口（RS232、RS485、以太网接口等），将检测数据传输到远端数据中心。
GDW-VD-2002型视频车辆检测器的使用非常简单，用户只需对照显示器或监视器上的现场图像设置好检测区域（模拟线圈），就可以同时检测6-8个车道。
当车辆经过这些模拟线圈时，各种交通数据就被提取出来，检测数据可以实时发送，也可存在设备本身，在合适的时间传送。
GDW-VD-2002型视频车辆检测器采用了嵌入式设计方案，采用工业级芯片，可以适应恶劣环境条件。
GDW-VD-2002型视频车辆检测器的技术指标如下：
1） 电源：
220VAC
2） 检测精度：
车流量≥95%、平均速度：
≥90%
3） 接口：
1个RS232口，1个RJ45以太网口
4） 协议支持：
标准串行通讯协议
5） 标准IP地址和TCP/IP、IPX协议支持
6） 联网能力：
支持现有各种联网方式
7） 数据格式：
兼容其他检测设备数据格式
8） 工作温度：
-40℃--+85℃摄氏度
9） 相对湿度：
0--95%
10）视频输入：
标准PAL/NTSC/视频信号
11）视频输出：
标准PAL/NTSC/视频信号
12）数据输出：
RS232/LAN
13）控制输出：
集电极开路
14）自身检测数据缓存空间：
可以至少缓存三个月以上时间的检测数据
7.4视频检测信息处理工作站（上端软件PC机）
1）CPU：
≥2.0GHz
2） 芯片组：
支持SDRAMPC133，400MHz系统总线，ATA/100，4个USB1.1端口
3） 内存：
≥512MB133MHz同步DRAM（non-ECC），可扩充至1.5G，可通过顺序存在性检测（SDP）
4） 硬盘：
80GB（7200rpm），采用SMARTII
5） 21”纯平彩色显示器
6） 独立显卡，显存≥32MB
7） 100M网卡
8） 16倍速DVD-ROM
9） 软盘驱动器：
1.44M
10）标准键盘，鼠标
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