1、高速公路監控系統課程設計設計題目： 公路隧道交通流檢測系統設計 系 部： 電子與控制工程學院 專 業： 自 動 化 作 者： 吳振江 班 級: 24010501-38 日 期: 2008年12月 指導教師: 許 世 燕 _目 錄1 第一章 工程概述12第二章 設計內容13第二章 設計原則及目標14第四章 設計依據 25第五章 設備選擇及設置 36第六章 系統構成47第七章 技術要求78 附圖 9第一章 工程概述交通流檢測系統可以獲得隧道內的車輛速度，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是隧道交通監控系統的主要組成部分

2、,它是用于隧道內交通流誘導及事故疏散的依據。對隧道的長期管理提供數據依據，根據檢測結果合理調節隧道交通流。通過交通流檢測系統可以更好的監控隧道的交通，實現最佳的運營效益。第二章 設計內容設計一長度3km隧道，雙洞雙車道單向交通，設計車速80km/h，設車行橫洞2處，人行橫洞3處；根據設計數據來設計交通流檢測系統，用視頻檢測器來檢測交通量、車速、占有率等交通流參數。主要的設計內容：1，設備的選型，性能測試，數量統計。2，隧道內外攝像機的分布安排。3，隧道內外攝像機單個設置。4，交通流檢測系統的系統構成。5，交通流檢測算法設計。6，視頻檢測圖像處理軟件的設計第三章 設計原則及目標3.1 系統設計原

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

4、應簡單、方便。用戶界面直觀清晰。可滿足不同素質的運行操作人員需求 。3.2 設計目標（1）能夠對監視區域內的路段上通過車輛的數目、車型進行實時計數。（2）能夠對監視區域內的運動車輛進行實時速度、占有率、密度。（3）監測、監視和控制隧道內的交通運行狀況，及時發現由車輛故障、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，防止二次事故的發生，以保證道路的服務水平和通行能力，減少行車延誤第四章 設計依據4.1 視頻監檢測器的選擇依據1)隧道外攝像機應配置具有光圈自動調節、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。為了能適應隧道的特殊環境，一般采用自動光圈鏡頭，使攝像機適應全天候的照明變化。在夜間觀察交通狀況時，對突然出現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。為實現全方位數據采集，選擇變焦視頻攝像機鏡頭。（2）隧道內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。洞內攝像機因隧道內污染較嚴重，一般需配置室內防護罩。若環境條件特殊，則需增加散熱功能，或根據投資情況可配備帶電動云臺的變焦攝像機，平時云臺不動，出現事故時轉動云臺并調整焦距到所需要的區域。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（攝像機的詳細參數見工程量清單）。4.

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

8、可認距離4284165255330460死角3.68.217.024.434.342.9設置距離38.475.8148230.4295.7417.1表一第五章 設備選擇及設置5.1設備選擇（見工程量清單）設備名稱型 號廠商數量備 注洞口攝像機C&C-510C NEC41/3SONY CCD彩色高解晰度數字式攝象機，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驅動，直流12V洞內攝像機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)LAST5014定焦自動光圈 f=135mm防護罩(洞口)HW550S24F4全天候, 恒溫控制, 內置風扇、除霧氣遮陽罩, 帶雨刷, 符合IP66標準防護罩(洞內)HW330S2414全天候, 恒溫控制, 內置風扇, 符合IP66標準云臺SM12KIT18側裝, 中載, 洞口攝像機支架WS100018側裝, 中載,解碼器RX8H55D2401810功能, 防護罩內置, 符合IP56標準圖形計算機TM-290ZE1主頻3.0GHz;內存：512MB；硬盤：160GB;視頻切換/控制臺TTX6324AVJ1內含畫面

10、分割器,SW502EG視頻分配器,VIS256矩陣系統, TTX39PC控制器控制臺監視器TM-290ZE129” CRT彩色監視器分辨率：550線，兩路視/音頻輸入，帶RGB接口光端發射/接收器MTR-3400S1多路單模視頻/數據發射/接收端光端接收/發射器MTR-34004單路單模視頻/數據接收/發射端光纖分配器MTT-4SE14路分配光端發射器MT-34001 多路單模視頻發射端光端接收器MR-3400S1多路單模視頻接收端光纖分配器MTT-8SE114路分配5.2 隧道口攝像機設置：分別在四個洞口各設一個攝像頭。設置在離洞口300m處，并且立桿高為5m。（詳見附圖1）5.3 隧道內攝

11、像機設置： 設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置一個攝像頭，在洞內每隔417m設置一個焦距為135mm的攝像頭。（詳見附圖4，5,6）第六章 系統構成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化為交通流量等實時的交通流數據，并將交通流數據及配有虛擬檢測線圈的圖像一起傳給站處理機，由處理機內部的視頻檢測上位軟件完成對數據的處理和圖像的存儲；同時，處理機將圖像傳到監視屏幕上，方便管理人員的監視。此外，所有的站處理機將檢測獲得的數據

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

13、圖像；采集與事故相關的異常事件信息，提供事追憶和預警的信息。6.2.2信息處理子系統主要設備有: 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，主監視器，數字錄像機，操縱桿/編程器。主要任務有以下幾個方面。1) 處理圖像, 獲取并處理實時的交通流運行參數, 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、排隊長度等交通數據。A 檢測車流量的算法（1）各車道平均車流量Ci單位時間內該路段某車道通過的車輛個數，單位為（輛/秒）。數學模型：在t到t+t1這段時間內，車道i有n輛汽車通過，則Cki=Nt1.這里的k表示測試次數，測量一定次數后，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，單位（輛/秒）。數學模型：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，單位時間內車輛經過的路程，單位為（米秒）數學模型：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，測量一定次數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，單位時間內車輛經過的路程，單位為（米秒）數學模型：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，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，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、數據，以及照明變化（ 能見度檢測）、散落物等環境數據。3) 進行車輛事件跟蹤檢測及判別, 必要時報警。可以檢測高速、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。并通過對異常數據的識別，可以實現對異常情況的自動監測、自動預警，提高反應速度，避免人為的疏漏。4) 進行隧道服務水平評價。利用采集并處理的各種有關參數通過模型算法可以準確地得到基本路段的服務水平，可以監測隧道的整體運行狀況。6.2.3 系統檢測信息流程視頻檢測系統得到的交通流運行參數、車型、事件、擁擠、圖像等信息由視頻攝像頭傳到隧道監控處理中心后，監控處理中心通過對這些數據進行分、處理及功能實現，最后輸出有關報表或圖片。

17、第七章 技術要求7.1 主要的技術指標7.1.1處理速度1) 視頻處理器處理速度：20ms/幀2) 上位軟件參數更新速度：30秒（可根據用戶要求調整）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) 正確觸發率90%7.2攝像機技術要求  掃描系統：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、1/1001

18、/100000、自動光圈控制：ALC/ELC數碼變焦：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，攝像機需架設在道路或隧道的合適位置(道路上方、路中央的隔離帶、路側、隧道內壁)，視頻信號經傳輸設備輸入視頻處理器，通過對圖像的分析與處理獲得所需的各種交通數據，檢測區域可在計算機或監視器的圖像畫面上自由設置。設備檢測到的各種交通數據既可存儲在設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、以太網接口等），將檢測數據傳輸到遠端數據中心。    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 或監視器上的現場圖像設置好檢測區域（模擬線圈），就可以同時檢測6-8個車道。當車輛經過這些模擬線圈時，各種交通數據就被提取出來，檢測數據可以實時發送，也可存在設備本身，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計方案，采用工業級芯片，可以適應惡劣環境條件。 GDW-VD-2002型視頻車輛檢測器的技術指標如下：1)