学士学位论文楼宇智能化工程技术监控系统在高速公路中的应用Word格式文档下载.docx
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2系统监控系统设计1
2.1目标及原则1
2.2设计依据2
2.3监控系统2
2.4监控系统管理模式3
2.5监控系统构成3
2.6监控策略3
3监控系统方案4
3.1交通事件检测方案4
3.2交通管理方案4
3.3交通参数采集方案4
3.4外场监控设备的供电方案5
4系统设计及设备选型5
4.1交通监控子系统5
4.2视频子系统6
4.3服务区安防监控8
4.4停车区安防监控11
4.5监控中心12
4.6供电及浪涌保护设备14
结论18
致谢19
参考文献20
附录21
1引言
随着通讯、电子等高新行业的蓬勃发展，高速公路安防行业所应用的产品及技术在这几年突飞猛进，从简单的模拟CCTV产品，过渡到数字化的CCTV产品，进而又演变出网络化CCTV产品。
网络CCTV系统包括网络摄像机、网络视频服务器和网络编解码等产品作为第三代监控产品。
未来高速监控系统发展趋势是：
数字化、智能化、自动化和网络化。
随着网络和计算机技术的逐步发展以及国内市场高速公路安防应用环境的不断成熟，基于视频交换的网络化CCTV系统已经成为高速安防监控系统发展方向。
网络高速公路监控系统是一种将计算机网络技术、多媒体与监控等技术有机结合起来的全新控制系统，通过计算机网络技术将数字化监控信息传递到网络上与现有的信息管理系统融为一体。
这是现阶段的国际国内高速公路安防行业应用的热点，这从今年高速公路安防行业的媒体、大小展会、各厂商宣传中可见一斑。
可以预计的是凭借网络视频监控系统以其远距离监控、可管理性和良好的扩充性，有着易于与其它系统进行集成等模拟视频监控系统永无超越的优势，最终定将完全取代模拟的视频监控系统，而成为安防监控行业的新标准。
2系统监控系统设计
2.1目标及原则
根据本项目施工图设计已知，高速公路监控系统是为充分发挥高速公路“高速、安全、舒适、高效”等功能特性，保证道路较高的服务水平，实现对交通运行的宏观管理和实时调度而建立的。
通过本次设计将使监控系统达到下列目标：
1、监视全线交通运行状况，预告交通拥挤和阻塞路段；
2、平滑交通流、控制车速，减少交通拥挤和阻塞；
3、及时发现和处理交通事故，减少二次事故的发生；
4、监视大桥上车辆事故情况，迅速处理故障，恢复正常交通；
5、及时提供必要的信息，给道路使用者提供帮助；
6、保证服务水平，提高通行能力、减少车辆延误；
7、发布养护、维修信息。
监控系统设计将遵循以下基本原则：
1、安全性和可靠性：
选择成熟可靠的设备，通过合理的设备冗余提高系统的安全性，保证系统可靠运行；
2、先进性和实用性：
综合考虑国内外交通监控发展趋势，采用先进的技术和设备，同时尽量节约投资，保证最优的性价比；
3、易操作、便于维护和可扩展性：
系统具有友好的人机界面，实现硬软件模块化，使系统易于操作，便于维护和管理；
同时选用开放性和兼容性好的设备，使系统易于扩充和升级；
4、系统性和协调性：
结合整个路网的情况全面考虑监控系统的设计，在功能设计上区分重点，在设备布设上避免重复、矛盾，使系统设计合理、协调统一；
同时实施规模及水平与道路系统其他部分协调一致，最大限度的发挥交通工程设施的整体作用；
重视与相邻道路的衔接，保证路网安全畅通。
2.2设计依据
本合同所有的设计、制造、安装和开通工作使用下列最新版本的标准与规程：
1、中华人民共和国国家标准
2、中华人民共和国交通部标准
3、中华人民共和国信息产业部标准
4、中华人民共和国原邮电部标准
5、中华人民共和国公安部消防安全条例
6、产品生产国的国家标准及相关国际标准
7、江苏省交通厅《江苏省高速公路联网收费暂行技术要求》（2007年版）
8、江苏省交通厅《江苏省高速公路联网不停车收费暂行技术要求》（2009年版）
9、江苏省交通厅《公路收费车道计重设备技术及安装施工规范》（2004年版）
10、《公路工程质量检验评定标准》（机电工程）（JTGF80/2-2004）
2.3监控系统
2010年10月12日，江苏某高速公路有限公司开始现场调研。
本项目建成后将由宁宿徐公司管理，设置一处监控中心，位于该高速公路宿迁管理中心（该高速公路宿迁主线收费站）
该全线共设21路道路视频监控，80路服务区视频监控。
其中南段49路视频通过海康威视编码器实现数字化管理，通过1000M网传输至宁宿中心；
该段道路监控视频和服务区监控视频通过H3CISC3000实现数字化管理；
北段采用苏高信的数字硬盘录像机进行管理。
2.4监控系统管理模式
本路监控系统管理模式采用监控中心+外场监控设备二级管理模式。
根据本路管养机构设置方案，本路段监控中心设置在该主线收费站（该高速公路管理中心）。
监控中心将全面负责本路段沿线的交通管理，可进行交通及气象参数检测、CCTV视频监视、交通事件事故检测及报警、异常情况处理、交通信息发布、交通诱导以及系统日常操作维护；
对路段的交通监控数据资料及其它各种参数进行汇总、统计、打印；
与相邻路网监控中心（京沪高速、连徐高速、宿淮高速、宁宿徐高速等）协调控制，实现联网监控功能。
2.5监控系统构成
监控系统主要由信息采集子系统、信息发布子系统、监控中心以及信息传输子系统等构成。
各子系统相互紧密协助，保证高速公路在交通监控下安全运营。
1、信息采集子系统
信息采集子系统主要完成交通基本参数、道路环境信息、交通事件信息等信息的实时采集。
信息采集的手段主要有两类：
一类以人工采集为主，如：
电话呼入（值班热线、特服号96777及报警电话110转接）、巡逻车（人员）报告、闭路电视人工监视、固定观察人员等；
另一类以自动采集为主，如：
交通参数（交通量、占有率、车速）采集、气象参数（能见度、等）采集等。
2、信息传输子系统
信息传输子系统主要负责监控外场设备（含信息采集系统和信息发布系统）的数据与监控分中心之间实现实时数据通信。
本项目的信息传输的主要设备包括：
视频/数据光传输设备、通信光缆（通信系统提供）。
3、监控中心
监控中心负责全线的交通管理，对全路段的交通监控数据及其他各种参数进行汇总、统计，与路网的其他监控中心协调控制，向上一级监控中心传输监控数据和图像，并接受其调度控制。
2.6监控策略
依据该高速道路特点以及交通量的构成特点，结合现场调研及《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范》（JTGD80-2006）的相关规定等，本项目按A21类配置。
监控策略细化如下：
重点监视该高速高接高的互通、枢纽、特大桥梁段和服务设施区段的交通运行状况，能快速检测和确认全线的交通事件和气象状况。
在主要交通流的入口设置信息发布设施，可进行有效的交通控制和诱导。
做好区域高速路网的交通诱导和应急救援预案，建立快速的交通事故反应机制，及早恢复交通正常运行，避免二次事故的发生。
3监控系统方案
3.1交通事件检测方案
交通事件是指引起道路通行能力下降的偶发性事件或者对交通需求的异常增长。
前者有交通事故、车辆抛锚、物品散落、道路养护等；
后者主要是由特殊事件引起的，如救灾、军事行动等。
一般来说，交通管理部门由通报制度可预知道路养护和特殊事件的发生时间，但对交通事故等突发事件的检测需有专门的技术手段。
交通事件检测是事件管理流程中的重要环节，交通事件检测得越快，对事件处理就越及时，事件对交通得影响就越小。
视频事件自动检测技术
基于图像识别的交通事件检测技术通过对摄像机图像信息的提取和分析，可以检测出交通事故、停车、拥堵等交通事件，还可检测车速、交通量等参数。
算法的研究进展改善了光线变化和雨雾等气象条件下的检测精度和速度。
3.2交通管理方案
该高速监控中心（位于该主线收费站）在综合分析监控系统采集的交通事件、气象等信息后，通过外场信息发布设备、现场管理人员等实现对交通流的控制和诱导。
在突发性事件或发生交通堵塞时，公路管理机构、高速公路经营单位应当积极协助公安机关交通管理部门将有关交通管制信息向通行车辆进行提示并疏导交通。
3.3交通参数采集方案
交通参数数据的采集依赖车辆检测器。
规范规定A21监控规模为“在互通式立体交叉、长大桥、中长隧道等重点区段，宜设置少量车辆检测器”。
目前高速公路上常用的车辆检测器主要有环形线圈车辆检测器、视频车辆检测器和微波车辆检测器、超声波检测器、红外检测器。
各种车辆检测器性能比选如下表：
设备名称
功能
优缺点
环形线圈
车辆检测器
交通量、车速、占有率、车长
适应性强、精度高、抗干扰性好，但安装不方便、破坏路面、维护相对困难且影响交通；
设备造价适中，约5.5万元/套；
微波车辆
检测器
交通量、平均车速、占有率、车型、排队长度
检测数据较全面、成本适中、使用方便、气候影响小、维护成本低，安装及维护不影响交通、不破坏路面，但在车辆拥堵路段受遮挡影响易降低检测精度；
设备造价适中，约6万元/套；
视频车辆检测器
车辆数量、车速、车型、占有率、区域检测、交通事件检测
功能强大、多道检测、设置灵活、使用方便、安装及维护不影响交通、不破坏路面，但容易受气候影响，夜间检测需设置道路照明设施，设备造价较高；
超声波车辆检测器
车速、车长、时间占有率
价格便宜、安装方便、维修容易、寿命长，但检测精度不高、抗干扰性不强；
高速公路使用实例较少；
红外车辆检测器
功耗低、安装方便，但可检测数据较少、检测精度易受气候、障碍物等影响；
3.4外场监控设备的供电方案
陆集互通、宿迁东互通、宿迁北互通、马陵山互通、北沟互通距离供电点较近的外场设备以及曹集服务区、王庄停车区附近的外场设备采用常规的电缆供电方式，其他距离供电点超过2km的外场设备采用太阳能供电方式，采用24VDC供电方式，保证摄像机和视频、数据传输设备每天24小时工作,云台每天不低于2小时工作时间，可以保证连续7个阴雨天正常工作。
该南枢纽、北沟枢纽采用恒流供电方案，该南枢纽、北沟枢纽分别在该公司变电所以及北沟互通设置恒流电源发生器，供电电缆采用吹缆方式敷设于中央分隔带内，沿线采用8KVA隔离电源转换器为现场设备提供合格稳定的AC220V用电。
4系统设计及设备选型
4.1交通监控子系统
交通监控子系统主要接收外场检测设备采集到的检测数据，进行数据信息的分析、处理，并以此为依据制定相应的控制方案，从而控制外场设备显示限速、警告、交通拥挤等有关信息。
在特殊情况时，利用可变情报板等进行交通诱导和控制。
交通监控子系统由外场设备（摄像机除外）以及传输通道等组成。
外场设备包括：
微波车辆检测器
（1）外场摄像机
本项目主线段实施全程CCTV视频监视，每约2公里设1台遥控摄像机（兼顾互通枢纽）。
曹集服务区、王庄停车区主线两侧分别设置1套遥控摄像机，摄像机采用一体化云台枪式遥控摄像机。
Ø
每个互通两侧主线设置枪式摄像机2套，全线共设置10套，提供互通两侧实时监视画面，由箱变或互通变电所直接供电。
本项目主线段实施全程CCTV视频监视，每约2公里设1台遥控摄像机，全线共设置27套，路基路段远离互通区域采用太阳能供电。
IP高清枪式遥控摄像机（沿线路侧）
采用低功耗一体化摄像机，由IP高清摄像机、一体机部分、变焦镜头等组成。
品牌型号：
英飞拓V6202-G02
选择高清遥控摄像机要，需要有效像素：
1920×
1080成像器件：
1/2.7英寸逐行扫描CMOS，在高速边上需要可以很清楚的看路边的事物而且支持的协议要多以选择该参数为网络接口：
1×
RJ45，1×
10Base-T/100Base-TX，编码格式：
H.264/MPEG-4/MotionJPEG多种选择，支持协议：
TCP/IP,HTTP,ICMP,DHCP,UDP,SMTP,RTP,RTSP,SNMP,ARP的镜头极大的满足了需求。
全路段的监控数据均通过节点式数字非压缩光端机通过交换机接入该高速监控中心（该主线收费站），由监控中心的计算机系统进行数据分析、处理并产生相应的控制方案。
2、数字视频编码阵列
巨视IPRACK4000
用于收费站高清数字视频和标清模拟视频的编解码。
选择的该设备需要有一下功能：
支持多种形式的业务卡，包括：
模拟标清视/音频编码卡、低速率数据业务卡、SDI高清数字视频编码卡、标清视/音频解码卡等，支持视频、数据等多种业务的数字背板交换功能，交换能力不低于2Gb，设备掉电恢复后，可自动恢复正常运行。
选择该设备满足需求。
4.2视频子系统
视频系统主要用于道路交通状况的监视、交通事件的确认，为选择控制方案提供依据。
对视频图像进行录像，重要的图像可长期保存，以便事后的分析取证。
本子系统主要由外场摄像机、监控中心闭路电视控制设备以及传输通道等组成。
1、外场摄像机布设方案：
全路段按照平均2公里间距，在道路两侧设置全程视频监控。
2、图像传输方案
（1）各收费站/服务区/停车区
曹集服务区内设置安防监控室1个，广场警务室2个，负责对本服务区安防摄像机进行实时监视，王庄停车区安防摄像机通过视频数据复用光端机传输至曹集服务区。
收费站和服务区的视频通过视频编码器进行编码，并进行本地监控和存储，根据需要每个站选传视频至该高速监控中心，编码格式采用H.264。
道路沿线的枪式摄像机视频通过节点式多业务光端机传输至该高速监控中心的数字视频压缩矩阵，视频信号以数字方式通过光纤传输。
（2）监控中心
由该高速公路监控中心负责监控和管理。
各收费站/服务区/停车区的视频图像选择部分上传到此，道路沿线监控图像则全部上传到该监控中心，进行统一监控和管理。
3、图像存储方案
监控中心只存储监控外场摄像机图像，收费站视频和服务区视频的图像分别存储于各收费站和服务区的视频存储服务器。
外场监控视频全部进入视频图像存储服务器，编码后存储时间为15天。
4、图像显示方案
监控中心的图像显示设备有：
屏幕墙上的3x4共12台70英寸大屏幕投影系统的DLP显示单元和8台视频监视计算机。
视频监视计算机设置于监控中心桌面，主要用于监控员的日常监控管理；
DLP显示单元主要用于特殊情况下的视频显示。
在正常情况下，大屏幕投影系统在全线平面图上显示各路段的交通状况、外场设备工作状态等，监控员通过视频监视计算机监控本项目道路视频、收费视频和服务区视频。
特殊情况（如处理交通事件的情况下），需要对特定图像进行观察时，将事件影响区域内的遥控摄像机图像显示在大屏幕投影系统上，方便指挥调度时对现场情况的实时观察。
1、IP高清枪式遥控摄像机立柱（含机箱）
包括摄像机安装支架、电源、控制码转换器及设备机箱等。
摄像机安装高度为离开路面12m
立柱为钢管，八棱形或圆形，可采用变截面，壁厚l0mm
设备机箱的制作材料采用不锈钢。
2、数字视频压缩矩阵
巨视IPRACK4000
本项目中的数字压缩视频矩阵用于高清/模拟（标清）视频的解码与切换。
数字压缩视频矩阵采用防毒稳定的嵌入式Linux操作系统，为工业化制作技术的产品，具有以下特征：
选择的数字视频压缩矩阵要求应该满足最大支持12块多业务光接口卡，每块卡最大同时支持8路IP高清视频、8路模拟（标清）视频、30路点到点低速数据、2路共享低速数据，最大支持12块高清解码卡，每块卡支持2路高清视频解码或8路模式（标清）视频解码，支持IP数字矩阵级联，可以扩展到24路高清视频、300路模拟（标清）视频输出，满足用户需求。
3、平台管理服务器
巨视DS4000
监控分中心的平台管理服务器实现设备管理、用户权限管理及图像资源管理以及系统运维管理。
平台管理服务器基于Linux操作系统，安全稳定防毒。
系统管理服务器运行后台支持Oracle、PostGreSQL或MySQL数据库方式存储用户及资源数据。
采用模块化设计结构，可应用于模拟视频监控系统、数字视频系统以及数字模拟混合联网系统的配置管理，系统管理服务器至少由以下软件功能模块组成：
摄像机管理模块：
包括数字/模拟摄像机的统一编码、分组等管理
4、存储服务器
巨视NVR-8024-V80（存储容量20T）
巨视NVR-8016-V80（存储容量12T）
用于高清/标清视频的混合存储，采用支持RAID0/1/5的IPSAN存储设备。
根据存储服务器要求：
监控分中心存储服务器：
存储容量20T，收费站存储服务器：
存储容量12T，存储服务器提供2个（含两个）千兆的以太网络数据接口（100/1000Mbps自适应）。
该存储服务器满足用户需求。
4.3服务区安防监控
为了达到无盲区、全天候监控的目的，该高速公路在服务区两侧设置服务区安防监控系统。
服务区安防监控系统设计主要监控以下地点：
服务区广场、周界围墙、服务区加油站进出口、加油站收费室、服务区内商场、营业大厅、财务室。
服务区安防监控系统结构包括：
1、摄像机安装位置和要求
室外型球型摄像机分别安装于东区、西区，监视服务区广场、周界围墙、服务区加油站进出口等地。
室外型枪式摄像机安装于两侧服务区之间的通道内，安装1套。
室内型球型摄像机用于室内服务区公共区域（营业大厅和超市）、加油站收银室、地下油库、加油站出入口、财务室、办公区、宿舍区等区域的视频监视。
加油站收银室固定式摄像机和加油站两侧的球型摄像机采用具备防爆功能的摄像机。
2、视频图像传输
室外摄像机采用光缆和同轴视频电缆传输，通信机房侧服务区摄像机采用同轴视频电缆直接传输至警务室（设于通信机房），对侧服务区摄像机采用同轴视频电缆将视频数据传输至楼内的视频控制箱，通过视频/数据光端机复用后传输至警务室。
3、视频图像显示
在警务室设置数字视频编解码阵列1套、视频存储服务器1台、操作台1套，视频计算机1台，通过太网交换机连接。
视频计算机上安装视频客户端软件，通过多画面分割监视服务区监控视频，实现对整个区域的综合全面监控。
服务区两侧各设置广场警务亭1套，内设有视频监视计算机1台，经光纤收发器接入警务室内的视频以太网交换机。
在视频计算机上安装综合视频监控系统视频客户端软件，通过多画面分割监视所在侧的服务区监控视频。
4、视频存储
服务区视频存储于本地视频存储服务器，并通过光纤与监控中心的视频以太网交换机相连。
5、设备供电
在警务室安装5KVAUPS1台，为警务室监控设备供电，在警务亭内各安装1KVAUPS1台，为亭内视频监视计算机供电。
外场摄像机由A区、B区配电间供电，室内摄像机就近取电。
所选择的设备产品类型
1、室外型固定枪式摄像机
英飞拓V1036-1
（1）室外固定摄像机的选择，需要内同步/外同步/电源同步，要清楚所以水平分辨率要较高彩色540TVL、黑白570TVL，
1/3”CCD彩色摄像头所以该设备满足需求。
2、室外型球型一体化高清摄像机
英飞拓V1913A-C1C2C6
（1）根据服务区要求摄像机配置要求为1/4”CCD球形彩色摄像机，水平旋转角度：
360，垂直旋转角度：
90°
，最低照度：
彩色1lux，黑白0.01lux。
该摄像机满足用户需求。
3、服务区
升级会员 