高速公路监控系统方案设计

高速公路监控系统方案设计内容摘要：

器，使监控中心计算机局域网与收费系统、监控总中心局域网之间通过网络连接器件及通信系统构成广域网。 见图 1: 图 1 监控系统总体设计图 高速公路监控中心计算机系统采用 C/S(即客户机 /服务器 )工作模式，服务器负责运算与信息存储，客户机负责处理用户界面。 服务器和工作站通过计算机网络设备连成一个局域网。 监控中心局域网除了挂接上述的服务器和 客户机外，还外接打印机、光盘刻录机、扫描仪等外围设备。 同时通过相关的计算机对大屏幕投影仪、视频切换矩阵、电视墙、地图板等设备进行控制。 路段设备的采集信息通过专线调制解调器及金属缆送至通信工作站，再将数据传至监控中心计算机局域网。 外场信息发布由计算机系统经通信工作站，并通 10 过调制解调器将信息在外场设备上显示。 隧道一个隧道现场控制室，现场控制室位于 隧道出口外两线间。 在控制室内设置了一套现场计算机系统，在现场计算机控制系统和中心控制系统之间敷设有一条以太网光缆数据通道。 另外，还有闭路电视监控系统、紧急电话系统和 收费计算机系统。 闭路电视监控系统由路段外场摄像机、隧道摄像机、图像处理终端、图像传输设备及附属设施构成。 图像处理终端设在监控中心内，通过视频监控工作站进入监控中心计算机系统。 紧急电话系统通过专门的紧急电话工作站对高速公路上的紧急电话进行管理，并及时将紧急电话的信息通过局域网传给图形处理工作站进行地图板显示。 收费计算机系统，数据传给服务器数据库。 下面 分别对各主要模块的结构组成进行介绍。 路段通信模块 通信模块在整个监控系统中起着至关重要的作用。 路交通流的分析以及对各种交通状况采取相应控制预案的决策均依 赖于通信模块的数据采集和命令下发功能的实现，该模块的结构见图 1，采用集中监控方式。 与通信模块相连的路段监控系统的设备分属于信息采集系统和信息发布系统，包括 : (l)交通信息采集系统高速公路监控系统的信息采集的方式，有人工的，也有自动的。 主要有下而几种 : ① 车俩检测装置。 在高速公路主线上以及入口匝道和出口匝道等处设置车辆检测装置，用来收集监控所需的数据，作为监控中心分析判断、做出控制方案的主要依据。 ② 能见度检测装置。 能见度定义为 :视力正常的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物的最大水平距 离 :夜间则是能够看到和确定出一定强度灯光的最大水平距离。 能见度对高速公路上的安全行驶是一个非常重要的影响因素。 因大雾使能见度降低而造成的交通事故屡有发生，因此高速公路上常设有仪器测定能见度。 测定能见度的仪器在国内外出现的类型很多，主要有透射型和散射型两大类，前者根据光的透射系数来确定能见度距离，后者根据光的散射特性来确定能见度距离。 高 速公路的高速、安全、舒适等功能与气候条件密切相关，由于 高速公路 有的 地区属多雾区，有许多易起雾的地段，对高速公路上的行车极为不利，设置能见度检测器，可以及时检测出雾的生成情况及能 见度， 11 控制相应的信息发布设备的显示内容，限制、诱导车辆的通行，减少或避免事故的发生。 ③ 闭路电视 (CCTV)。 在车流量比较大，车辆密度比较高的区域，重点监控地点和事故易发区等地区安装 CCTV 摄像机，通过视觉的方式掌握有关区段的交通情况。 一旦出现故障或发生交通事故，控制中心可以及时地掌握事故发生地点、时间和严重程度，以便迅速地做出反应，采取相应措施，排除故障或妥善地处理事故。 ④ 紧急电话。 在高速公路上下行线上每隔一定距离安装一部紧急电话，当车辆发生故障或出现交通事故时，驾驶员可及时向监控中心通报，同时在监控中 心的紧急电话监控计算机上可以显示发信电话所在的地点和编号，以便采取相应的应急措施。 (2)信息发布 系统是高速公路上设置的用来向道路使用者提供路交通信息和诱导控制指令的设备，以及向管理、救助部门和社会提供求助指令或道路交通信息的设施，其主要设备包括可变情报和可变限速标志等。 ① 可变情报板。 在可变情报板上显示文字，图形向驾驶员发出道路信息及行车指示，可向路使用者提供信息，如前方道路的交通堵塞情况、事故告苦、气象情况、道路施工情况等。 ② 可变限速标志。 向道路的使用者提供动态显示当前指定的或建议的最高车速，调节路段 的车流密度和平均速度等信息。 随着多串口卡出现，一种基于多串口卡的通信方式被广泛采用。 该方式中，沿路各监控设备分别通过 Modem经独立的低速信道，与监控中心的枷 dem对应，各个 Modem引出的串行电缆再与监控中心的多串口卡的扩展模板的串行端口对应连接，然后通过扩展模板的主引出电缆与通信机主板上的多串口卡连接。 这种方式可以保证多个低速通道能够同时与通信机通信，每个设备占用不同的串行端口，大大提高了实时通信能力。 本课题采取了多串扩展卡加多线程技术的策略。 每个串口对应一路外场设备，通过多线程调度减少任务排队的时间 以满足实时性要求。 视频监控模块 在高速公路监控系统中，对需要随时了解全面情况的重要地点，利用车辆检 12 测器等设备往往难以获得完整的信息，使用视频监控的手段能够将现场数据传送到监控室，使监控人员看到检测地点的全面情况，对交通事件进行确认。 因此，视频监控系统在交通监控系统中有广泛的应用门。 摄像系统将现场的视频信号采集拾取到监视系统中，由传输系统完成视频信号的传递，视频信号在监控室连接到监视器、 录像机 等输出设备，系统用户通过控制键盘、解码器等控制子系统的设备完成变焦、旋转等功能。 高速公路沿线监控外场摄像机 的图像采用模拟传输方式，经过光端机、光缆传至就近收费站，进入收费站 CCTV 系统，通过专用输出通道， 汇同收费图像通过光多路复用器上传监控中心监控系统的视频切换矩阵。 附近外场监控图像直接传到监控中心。 隧道摄像机的图像通过光纤和光端机一对一直接传至 监控中心视频切换矩阵。 隧道视频传输光缆采用恺装单模光缆，具有防鼠、防潮、阻燃等特性。 隧道视频传输光缆采用 18 芯与 2 芯各两根。 两隧道内的 18 芯光缆间隔 150 米左右分歧至该处摄像机的视频设备箱，每芯光纤供一台摄像机传输视频信号，在分歧连接端预留 1 芯 2~3 米，并根据现场情 况考虑备份适当数量的尾纤。 两隧道外的摄像机分两种情况 :在隧道外上和 隧道 外界 洞外摄像机单独用 2 芯光缆。 其余洞外摄像机由 18 芯干线光缆分歧到其视频设备箱，与 2 芯以太网光缆一起上光配线架，给一根 40 芯光缆连接到中控室。 结构如图 2 所示。 视频监控机采用一台工业控制计算机，内含一块视频采集卡，采集卡连接主视频矩阵的一路视频输出，实现视频采集 .主视频切换矩阵还与图形管理工作站中的大屏幕投影仪连接，负责把图像 输出到大屏幕投影仪 .它们之间采用串口通信。 视频监控机和视频矩阵的控制接口相连，视频矩阵内含专用的解码器，解码器连接到 云台，来控制云台和镜头的各种动作、报苦信号的处理等操作。 13 图 2 视频模块总体结构图 路段 有一个收费站，含若干个收费亭，每个收费亭安装一台收费站主机，各个收费站主机也通过交换机相连，组成一个以太网。 视频监控机安装双网卡，一块接入监控中心的以太网，另一快接入收费站以太网。 收费站主机也连接了一台视频矩阵 (从视频矩阵 )，并连接车道上的若干摄像机。 在本系统中，视频监控机采用一台工控机，要求内存 512MB 以上，显存 64MB 以上，采用 19 寸高分辨率彩色显示器，操作系统采用 WINDOWS98 或者 WINDOWSXP。 网络 环境为支持 TCP/IP 协议的以太网。 视频矩阵采用 VICON 公司的 V14“，支持 64 路视频输入， 8 路视频输出。 视频矩阵系统由一个主视频矩阵和若干个从视频矩阵组成。 主视频矩阵主要连接隧道的摄像机，从视频矩阵主要连接路段和收费站的摄像机。 视频矩阵系统采用联级工作方式。 视频矩阵的输入接口，这样，路段和收费站的场景图象就可以上送到监控中心了。 另外，由于系统需要长时间的实时采集视频信号，因此，有必要选择一块高质量的视频采集卡。 通过综合考虑性能、价格等诸多因素， 决定选用微视公司 14 的 DVR200()AV 采集卡。 如图 3 所示，视频矩阵连接了若干个视频分配器作为视频输入端，同时有五路视频输出，两路输出到两个主监视器，一路接入硬盘录像机，一路接入到视频监控主机，另一路接到墙上的投影仪。 路段及收费站与隧道的视频除了送入视频矩阵外，还送到墙上的相应的固定监视器。 图 3 视屏传输和控制图 图 3 显示了路段和收费站的视频传输与控制示意图，路段摄像机接收通过光纤从主视频矩阵送过来的控制信号，完成控制功能。 路段和隧道摄像机的控制 :视频监控机通过串口发送控制信号给视频矩阵，视频矩阵通过内含的解码器将控制信号解码成云台和镜头可以识别的信号， 通过控制信号分配器 (l 分 10)发送到光端机，通过光缆送到摄像机一侧的光端机，还原成电信号，从而对摄像机进行控制。 收费站摄像机的控制 :从图 3 可知，收费站的视频矩阵没有与监控中心的视频监控主机直接相连，所以与路段和隧道摄像机的控制方式不同。 矩阵进行间接控制。 将控制信息封装在 IP 数据包内，通过网络发送给带有指定 IP 的收费站主机，收费站主机按照规定的报文格式，进行解包，取出其中 15 的控制信息，通过串口发送到本地的视频矩阵，达到对本地摄像机进行控制的目的。 隧道监控模块 高速隧道监控系统是高速公路监控系统的子系 统。 它实时采集隧道段内的各种数据 (交通量、速度、占有率、车头距、气象、 CO 乃月检测值、光强检测值、火灾报警、事故等 )，对它们进行实时运算、分析与处理。 并具有事故自动检测功能。 交通控制方案自动选择功能。 显示功能。 统计、查询功能。 图像监视功能。 系统设备检测功能。 协调处理系统内部交通管理业务功能等，实施对隧道的宏观管理和调度，为驾驶员提供一个安全、舒适、通畅的行车环境。 其系统结构见图 1 及图4: 图 4 道监控系统结构图 监控中心通过一条光缆数据通道与隧道现场计算机连接，隧道现场计算机再与隧道现场监控设备相连。 在 该通道畅通时，隧道现场计算机与中心控制系统构成一个局域网，二者之间通过局域网传递信息。 为了提高系统的可靠性，再由沿线通信线路在二者之间提供一条低速数据通道。 当以太网通道故障时，该低速通道可启用。 隧道现场计算机可通过该通道向中心控制系统 隧道现场监控计算机是隧道现场控制系统的核心部分。 它必须具备对各种数据进行存储、运算，对隧道交通、通风、照明、消防、火灾报替等进行 控制的能力。 隧道监控系统按照三级控制方案设计，分别是 :区域控制级、现场控制级和中心控制级。 其主要设备包括 :中心服务器、隧道监控计算机、隧道现场计 算机 16 和区域控制器 (PLC)。 其中 : 中心服务器 : 中心服务器是隧道监控系统的核心部分，负责运算、数据存储、数据库管理，提供网络共享信息服务、并对数据进行综合处理和打印服务管理。 隧道监控计算机 (上位机 ): 隧道监控计算机负责隧道通风、照明、火灾报警、消防、电力的监控。 从服务器中读取数据，对各种隧道数据进行运算，并实时显示隧道火灾检测器的变化曲线，对隧道通风、照明、消防、变电所等设备进行控制，在操作员确认或修改后向外场数据终端发出控制命令，操作员也可通过手动选择预案指令向外场设备发出控制命令。 同时，上位机还与 视频监控系统和图形管理系统通过数据库进行数据交换，当发生异常情况时，上位机发出相应的控制命令，视频监控系统和图形管理系统分别控制视频切换和地图板显示。 隧道现场计算机 (下位机 ): 隧道现场计算机是隧道现场控制系统的核心部分，它主要负责实时读写 PLC中的过程数据，对各种数据进行运算，并将其上传至中心数据库服务器，也将上位机下发的命令写入 PLC。 同时也可独立地对隧道交通、通风、照明、消防、火灾报普等进行控制。 区域控制器 (PLC): PLC 负责采集数据，并管理和控制相。