高速公路監(jiān)控系統(tǒng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)功能

交通狀況檢測及信息顯示發(fā)布系統(tǒng)

CCTV監(jiān)控系統(tǒng)緊急電話系統(tǒng)監(jiān)控中心計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)GPS監(jiān)控技術(shù)

§1監(jiān)控系統(tǒng)功能監(jiān)控系統(tǒng)的組成和分類

監(jiān)控系統(tǒng)的功能

一、組成

1．信息采集子系統(tǒng)信息采集子系統(tǒng)是高速公路上設(shè)置的用來采集信息的設(shè)備和配備。采集的信息主要包括如下幾個方面：1)交通流信息2)氣象信息3)道路環(huán)境信息4)異常事件信息2．信息提供子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：1)向道路使用者提供信息；2)向道路使用者提供建議或控制指令；3)向管理和救助部門提供信息；4)向社會提供信息。3．監(jiān)控中心監(jiān)控中心是介于信息采集子系統(tǒng)和信息提供子系統(tǒng)之間的中間環(huán)節(jié)，是監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。監(jiān)控中心通常由計算機系統(tǒng)、室內(nèi)顯示設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)控制臺組成。二、分類1．主線控制主線控制是高速公路主干線的交通控制。2．隧道控制3．匝道控制4．通道控制5．綜合控制綜合控制的監(jiān)控系統(tǒng)是更大范圍的高速公路網(wǎng)和城市路網(wǎng)的交通監(jiān)控系統(tǒng)，其目標是尋求整個路網(wǎng)上的交通運行效果最佳。集中式監(jiān)控系統(tǒng)三、監(jiān)控系統(tǒng)的功能1．信息采集功能2．交通、氣象及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視功能3．交通信息發(fā)布與控制功能4．自動告警及處理功能5．報表統(tǒng)計與打印功能6．查詢功能7．自動數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)恢復功能8．系統(tǒng)具有自診斷功能9．安全功能10．數(shù)據(jù)傳輸功能11．協(xié)調(diào)處理功能12．自動備用功能§2交通狀況檢測和信息顯示發(fā)布系統(tǒng)一、交通狀況檢測二、交通綜合信息發(fā)布一、交通狀況檢測

交通狀況檢測主要設(shè)備包括：車輛檢測器，氣象和環(huán)境道路檢測器，各種狀態(tài)報警信號的采集設(shè)備等。（一）車輛檢測器車輛檢測器是高速公路交通管理與控制系統(tǒng)的主要組成部分之一，是交通流信息的采集設(shè)備。1．車輛檢測器的分類磁頻車輛檢測器、波頻車輛檢測器和視頻車輛檢測器。2．磁頻車輛檢測器磁頻車輛檢測器是基于電磁感應原理的車輛檢測器。（1）環(huán)形線圈檢測器

1）工作原理車經(jīng)過磁場變化電感變化電信號三種形式輸出：頻率輸出可用測速數(shù)字信號便于車輛計數(shù)模擬量可用于計算車長和識別車型

（1）環(huán)形線圈檢測器

2）結(jié)構(gòu)和安裝

環(huán)形線圈由多芯低阻抗軟線的電纜繞成，單芯銅線直徑約0.5mm，導電總截面積約為1.5mm2（如7芯銅線），外包聚丙烯或交鍵聚乙烯（XH－HW）作為絕緣層，絕緣層的平均厚度約0.8～1.0mm；電纜外徑不大于4mm，介電常數(shù)不超過2.3，其性能指標應滿足超低壓（32VA以下）電纜的要求。（1）環(huán)形線圈檢測器

2）結(jié)構(gòu)和安裝

一般將電纜繞四匝成為線圈，線圈的邊長和形狀（正方、長方或其它）根據(jù)需要而定，主車道的線圈大都為2m×2m的正方形；線圈加饋線長度應<500m，最好控制在150m以內(nèi)，線圈與饋線串聯(lián)電阻應小于10Ω。

（1）環(huán)形線圈檢測器

2）結(jié)構(gòu)和安裝

線圈埋設(shè)點應避開鐵磁全體。安裝時，在路面切一深約40～50mm、寬約6～8mm的矩形槽，槽底平直無金屬屑，槽內(nèi)干燥清潔。當線圈置于鋼筋混凝土上時，線圈距鋼筋至少為50mm。（1）環(huán)形線圈檢測器

2）結(jié)構(gòu)和安裝

放入線圈后，將饋線穿過承重管，引到路肩外側(cè)監(jiān)控機箱內(nèi)與檢測單元相接。槽口用膠化瀝青或環(huán)氧樹脂料密封，防止雨水滲入。饋線最好與線圈采用同規(guī)格電纜，成對擰在一起，每米纏繞16圈以上，并應進行屏蔽。（1）環(huán)形線圈檢測器

2）結(jié)構(gòu)和安裝

埋設(shè)后環(huán)圈加饋線的對地絕緣電阻>10MΩ（DC500V）。為精確測量車速，沿車道主軸，連續(xù)布設(shè)兩個線圈，線圈間距為2～4m，相鄰車道的環(huán)形線圈，距離應大于1m。

（1）環(huán)形線圈檢測器３）技術(shù)指標可接12組環(huán)形線圈測速范圍：0～180km/h測速精度≥98%計數(shù)精度≥99%占有率檢測精度≥95%頻率調(diào)整：20～150KHz可調(diào)通信接口：RS232消耗功率：≤100W（1）環(huán)形線圈檢測器

４）使用和調(diào)試

環(huán)形圈檢測器的頻率、靈敏度和信號存在時間應根據(jù)使用需要進行調(diào)整。相鄰線圈的工作頻率應該不同，以防止相互干擾；檢測器上的頻率可調(diào)檔級一般為4～6級，可保證相鄰線圈具有不同的工作頻率。（1）環(huán)形線圈檢測器

４）使用和調(diào)試

車輛大小不同，檢測要求的靈敏度不一樣，如自行車和摩托車要求檢測靈敏度高。檢測器一般有4～7檔靈敏度可供選用，應該注意的是過高的靈敏度使鄰近線圈相互干擾的可能性也加大。當環(huán)形線圈用來控制收費車道的開閉時，需對繼電器的開閉時間（存在時間）進行調(diào)整。環(huán)形線圈模擬輸出圖像（2）地磁檢測器

地磁檢測器是把一個具有高導磁率鐵芯和線圈裝在一個保護套內(nèi)，里面填滿非導電的防水材料，形成一根磁棒。（3）車輛磁映像檢測器

磁映像檢測器利用車輛對通過地磁場的影響，檢測車輛交通參數(shù)。（4）壓電傳感器

壓電傳感器可檢測軸數(shù)、軸載和車速，其主要特點是體積小、使用方便。壓電傳感器的工作原理為壓電效應。3．波頻車輛檢測器

波頻車輛檢測器是以微波、超聲波和紅外線等對車輛發(fā)射電磁波而產(chǎn)生感應的檢測器。（1）超聲波檢測器超聲檢測器是波頻車輛檢測器的一種。波頻車輛檢測器有多種型式，都由波束發(fā)射器、接收器和時控電路組成。（2）紅外檢測器

紅外檢測器有主動（兩種）和被動兩種型式。主動紅外檢測示意圖被動紅外檢測示意圖（3）微波檢測器1）結(jié)構(gòu)和安裝檢測器由三部分組成：微波發(fā)射、接收探頭及其控制器、調(diào)制解調(diào)器和專用電源。（3）微波檢測器1）結(jié)構(gòu)和安裝發(fā)射器可安裝在路側(cè)燈桿或?qū)Ｓ昧⒅希惭b高度大于5m，稱為側(cè)視安裝，微波波束俯仰角40°～50°，水平方位角15°，作用距離3～60m。也可像超聲檢測一樣安裝在車道上方龍門架上，稱為前視安裝。（3）微波檢測器2）使用和設(shè)置微波檢測器向檢測區(qū)發(fā)射微波，進行分區(qū)掃描，掃描區(qū)域的數(shù)量和大小可由軟件控制，最多可分為8個檢測區(qū)，每區(qū)長度2～10m（可調(diào)），寬度為2m（覆蓋一個車道）；每區(qū)還可進一步細分2～4個窄區(qū)，供測速使用。（3）微波檢測器2）使用和設(shè)置通常前視檢測可延長縱向區(qū)（車道）監(jiān)測長度，提供更精確的數(shù)據(jù)，但每條車道均需配置檢測器；而側(cè)視檢測只需沿車道布置一臺檢測器即可同時得出各車道的交通流狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)。可應用于高速公路監(jiān)測、城市交通信號控制和區(qū)域交通事件報警等不同場合。（3）微波檢測器技術(shù)指標測速范圍：0～180km/h測速精度≥90%計數(shù)精度≥96%占有率檢測精度≥95%頻率調(diào)整：20～150KHz可調(diào)通信接口：RS232消耗功率：≤40W4．視頻車輛檢測器

視頻車輛檢測器是運用視頻圖像處理和計算機圖形識別技術(shù)于近年開發(fā)出來的新產(chǎn)品，它可以取代環(huán)形線圈，進行高效益的廣域視頻監(jiān)視并現(xiàn)場實時采取各種交通參數(shù)。

5．幾種車輛檢測器比較

環(huán)形線圈、壓電、超聲、微波、紅外、視頻等傳感器用作車輛檢測器的定性比較檢測器比較內(nèi)容環(huán)形線圈壓電超聲微波紅外視頻檢測車道數(shù)目１１１８１８或更多檢測項常規(guī)﹡常規(guī)+軸數(shù)+軸載車數(shù)+車存在多﹡常規(guī)+車長+車形多檢測精度中低低高中中抗干擾能力較強較強弱較強不強強安裝位置及方便需切割路面需切割路面方便方便方便方便維修影響交通影響交通方便方便方便方便具備智能不不不是不是價格偏高低低中低高（二）氣象和環(huán)境道路檢測器

氣象檢測項目有：風速、風向、氣溫、相對濕度、能見度等。道路環(huán)境檢測項目有：路面溫度、路面相對濕度、路面積雪深度、路面冰凍、一氧化碳濃度等。1．常規(guī)氣象檢測器（1）溫度檢測器

大氣溫度測量常采用薄膜工藝制作的鉑電阻，路面溫度檢測常用繞線工藝制作的鉑電阻。（2）濕度檢測器

濕度傳感器常用聚合物濕敏電容。（3）風速、風向檢測器

風速檢測器的傳感元件為安裝在軸承上的三個風杯。（4）雨量檢測器

常采用雙翻斗式雨量傳感器。（5）能見度檢測器

能見度定義為：正常人視力能將目標區(qū)別出來的最大水平距離（m或km）。

2．道路環(huán)境檢測器（1）路面干/濕狀態(tài)檢測器

將四個路面狀態(tài)檢測探頭均勻埋設(shè)在所檢測路面的四周。（2）非接觸式冰凍檢測器

非接觸式冰凍檢測器是利用冰凍表面和干燥路面對光的不同反射性制成。（3）路面積雪厚度檢測器（4）一氧化碳紅外檢測器二、信息顯示發(fā)布系統(tǒng)主要由可變信息顯示子系統(tǒng)和大型顯示系統(tǒng)組成。（一）可變信息顯示子系統(tǒng)顯示器控制執(zhí)行器可變信息控制計算機二、信息顯示發(fā)布系統(tǒng)有聯(lián)機和脫機兩種方式：聯(lián)機是由監(jiān)控系統(tǒng)直接控制顯示子系統(tǒng)的工作，它從交通監(jiān)控計算機接受控制指令，驅(qū)動可變信息控制計算機檢索圖文數(shù)據(jù)庫，是否存在有與指令相符的圖文，如有則立即提出并傳輸給執(zhí)行器，在路段現(xiàn)場可變信息顯示器上顯示，并將所顯示的圖文信息反饋給控制計算機，在其顯示屏上求得操作者的確認和終止控制；如數(shù)據(jù)庫沒有與指令相符的圖文，則需調(diào)出專用軟件，繪制所需的圖文，傳輸給控制器執(zhí)行。脫機是指脫離中心控制，由現(xiàn)場控制信息顯示，主要用于特殊情況和現(xiàn)場檢測調(diào)試。小型可變情報板（立柱式）顯示屏：由48×48點陣組成，可顯示4個24×24點陣漢字或9個16×16點陣漢字、英文、簡單圖形和限速值，顯示面積為1.6m×1.6m。顯示器件：高亮度發(fā)光二極管（LED），二基色顯示平均壽命10萬小時，像素管為方形，尺寸為26mm×26mm，點間距為31.25mm。顯示四個漢字時，漢字顯示尺寸不小于80cm×80cm，一個漢字為24×24點陣。每個像素管有4紅，2純綠共6個LED組成。小型可變情報板（立柱式）動態(tài)可視距離≥210m（車速為120km/h）消耗功率≤2000W通信接口：RS232C或RS485傳輸速率：2.4kbps～19.2kbps自動調(diào)節(jié)亮度MTBF：≥10000小時大型可變情報板（門架式）顯示屏：顯示板顯示面積為12m×1m，包括12個模塊。第一個模塊為1m×1m，主要用于顯示圖形，解析度32×32點陣，采用全彩顯示，每個像素由紅、純綠、純蘭三種LED組成。其余11個模塊也分別為1m×1m，主要用于顯示漢字、英文、符號、圖形等，每個模塊解析度32×32點，采用二基色顯示，每個像素由紅、純綠二種LED組成。像素管均為方形，尺寸為26mm×26mm，點間距為31.25mm。消耗功率≤6000W顯示器件：高亮度LED平均壽命

10萬小時（二）大型顯示系統(tǒng)目前監(jiān)控中心的大型顯示系統(tǒng)有兩種：大型鑲嵌式電子地圖板和大型投影屏幕1．大型電子地圖板地圖板由鑲嵌式電子地圖板、地圖板控制器和支架等附屬設(shè)備組成。（二）大型顯示系統(tǒng)地圖板靜態(tài)顯示的內(nèi)容有：公路走向，分隔帶和樁號；路段劃分和各管理（監(jiān)控）分中心位置及所轄路段范圍的標示；互通式立交圖形；重要河流及橋梁、隧道位置；沿線重要城市名稱、位置和現(xiàn)場設(shè)備圖例。地圖板動態(tài)顯示內(nèi)容有：各路段交通狀態(tài)；救援活動；交通流檢測數(shù)據(jù)；可變信息顯示板工作狀態(tài)及顯示內(nèi)容（含可變限速）；時間、氣象參數(shù)和能見度等。動態(tài)顯示大都以約定的光亮色彩（紅、綠、橙）與顯示方式（閃爍或固定）表示。（二）大型顯示系統(tǒng)2.大屏幕投影系統(tǒng)投影機可以接受以下三類信號：視頻監(jiān)控錄像機等視頻信號；計算機等輸送的VGA數(shù)字信號；RGB等模擬信號。投影機可以通過遙控器遙控或控制計算機控制、也可手工控制。控制計算機通過RS232口控制投影機的顯示狀態(tài)。操作員可以在控制臺上通過鼠標或鍵盤任意選擇改變畫面，選擇控制方案。

（二）大型顯示系統(tǒng)2.大屏幕投影系統(tǒng)投影顯示內(nèi)容監(jiān)控室工作站顯示的圖形、文字、表格、標繪內(nèi)容、定位信息、報警信息等；視頻監(jiān)控系統(tǒng)輸出的視頻信號；便攜式數(shù)據(jù)終端顯示的圖形、表格、報文、定位信息；網(wǎng)絡信息、其它監(jiān)控信息、實物投影顯示、文稿投影顯示等；經(jīng)專門編輯制作的，用于回放、匯報、演示，存貯在計算機內(nèi)或以VCD、DVD、錄像方式存儲的圖形、圖像、文字、數(shù)據(jù)、表格等。高速公路上預設(shè)攝像點拍攝的現(xiàn)場圖像；§3視頻監(jiān)控系統(tǒng)

一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成二、監(jiān)控數(shù)據(jù)圖像傳輸三、高速公路專用數(shù)字化視頻設(shè)備四、交通事件視頻管理系統(tǒng)一、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

監(jiān)控中心CCTV系統(tǒng)由視頻綜合顯示系統(tǒng)、視頻切換矩陣、視頻工作站及數(shù)字硬盤錄像機等組成。視頻切換矩陣：從各收費站調(diào)取一定路數(shù)的視頻數(shù)據(jù)，完成外場攝像機視頻數(shù)據(jù)在中心視頻綜合顯示系統(tǒng)上的切換顯示及控制功能。視頻工作站：視頻數(shù)據(jù)管理及查詢。二、監(jiān)控數(shù)據(jù)圖像傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)缆费鼐€的所有監(jiān)控外場設(shè)備分別通過一對數(shù)據(jù)光端機點對點的傳輸至附近的通信站，接入通信系統(tǒng)綜合業(yè)務接入網(wǎng)ONU提供的低速數(shù)據(jù)通道，利用接入網(wǎng)傳輸至監(jiān)控中心。圖像傳輸路段的監(jiān)控視頻圖像通過一對單路視頻數(shù)據(jù)復用光端機點對點的傳輸至監(jiān)控中心，與監(jiān)控中心的視頻切換矩陣相連。三、高速公路專用數(shù)字化視頻設(shè)備（一）數(shù)字硬盤錄像機實時錄像功能系統(tǒng)提供基于MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4的視頻編碼格式，具有單路或多路音視頻同步實時錄像功能，可設(shè)置每路的錄像和錄音模式（如：單視頻、單音頻、混合同步）。特殊錄像標記功能數(shù)字硬盤錄像機在錄像過程中可以對特殊事件錄像進行標記，以便錄像管理器或控制軟件對特殊錄像進行檢索。

三、高速公路專用數(shù)字化視頻設(shè)備（二）視頻編解碼器支持基于寬帶IP網(wǎng)的圖像上傳方式和基于SDH的E1專線圖像上傳方式。通過分配IP地址、連接IP網(wǎng)絡，視頻編碼器即可自動開始以組播或者單播的方式將MPEG碼流送往網(wǎng)絡上指定的目標IP地址。視頻編解碼器支持MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4三種視頻壓縮標準，通過通信網(wǎng)絡，視頻編碼器將視頻圖像數(shù)字化、壓縮、發(fā)送到接收端，接收端接收到數(shù)據(jù)流后，進行解碼可以輸出視頻圖像，也可以接收后存貯到錄像硬盤中。閉路電視系統(tǒng)構(gòu)成圖四、交通事件視頻管理系統(tǒng)1．系統(tǒng)工作要求2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)交通事件視頻自動管理系統(tǒng)框圖§4緊急電話系統(tǒng)一、系統(tǒng)功能高速公路緊急電話系統(tǒng)的主要用途是為高速公路的使用者提供救助。而管理中心則要立即確定呼叫者所在的位置以便迅速處理。系統(tǒng)應具有以下功能：使用方便、接續(xù)迅速單向呼叫、雙向通話呼叫顯示、中心控制免提通話、話音清晰遇忙等待、順序通話呼叫記錄、顯示打印運行可靠、易于管理§4緊急電話系統(tǒng)二、系統(tǒng)構(gòu)成緊急電話系統(tǒng)由緊急電話控制臺、傳輸線路（傳輸媒質(zhì)）和緊急電話分機三個部分組成。根椐傳輸媒質(zhì)不同可分為有線緊急電話系統(tǒng)和無線緊急電話系統(tǒng)。無線緊急電話系統(tǒng)無線緊急電話系統(tǒng)是以無線電波作為傳輸媒質(zhì)。一般在監(jiān)控中心設(shè)置無線基地站和控制主機，在道路沿線兩側(cè)設(shè)置無線電臺（收發(fā)信機）作為無線緊急電話分機。無線信道可選用VHF和UHF頻段（160MHz、450MHz、800MHz、900MHz）。無線緊急電話分機電源可采用220V交流供電、太陽能供電或自備蓄電池等。無線緊急電話系統(tǒng)的特點是無需傳輸電纜，節(jié)省電纜投資，但需增加通信鐵塔投資。分機操作過程分機操作過程十分簡單，一般采用麥克風和揚聲器方式，按“通話鍵”→通話→完畢。控制臺主機操作過程主機操作過程如下：主機開機→接通各外圍設(shè)備→計算機開機→置入日期、時鐘和值班員姓名→振鈴和閃燈告警→摘機（拿起電話機手柄）→通話→掛機（電話機手柄復位）→人工置入本次呼叫內(nèi)容（由管理所設(shè)置，如車輛故障、撞車、車輛起火、傷人或死亡、撞護欄等）→完畢。§5監(jiān)控（分）中心計算機系統(tǒng)

一、系統(tǒng)的組成和功能二、計算機系統(tǒng)硬件三、計算機系統(tǒng)軟件一、系統(tǒng)的組成和功能監(jiān)控中心負責收集外場設(shè)備數(shù)據(jù)、話音、圖像，進行分析處理，制定控制方案，并與收費中心、相鄰路段監(jiān)控中心進行數(shù)據(jù)傳輸，并將數(shù)據(jù)上傳給區(qū)域監(jiān)控中心。監(jiān)控中心計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)由網(wǎng)絡服務器、信息處理工作站、交通控制工作站、通信工作站、圖形工作站、緊急電話工作站（由通信系統(tǒng)提供）等設(shè)備以及相應的網(wǎng)絡設(shè)備構(gòu)成局域網(wǎng)，網(wǎng)絡拓撲為星形結(jié)構(gòu)。二、計算機系統(tǒng)硬件

1.網(wǎng)絡服務器主要負責數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)庫的管理，提供網(wǎng)絡的共享信息服務。2.信息處理工作站對外場設(shè)備采集的信息進行處理，生成各種報表。3.交通控制工作站對外場設(shè)備采集的信息進行分析，形成控制命令后，反饋給外場的信息發(fā)布設(shè)備。特殊情況下，向視頻切換矩陣發(fā)送報警信號。4.圖形工作站將采集和分析得到的各種數(shù)據(jù)以圖形和數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式直觀的顯示出來，同時提供修改和維護管理。二、計算機系統(tǒng)硬件

5.通信工作站具體負責數(shù)據(jù)通信，對外場設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進行預處理，并下傳給外場設(shè)備輪詢指令或信息發(fā)布數(shù)據(jù)。并對中心和分中心之間的遠程網(wǎng)絡信息通信進行控制。6.緊急電話工作站（由通信系統(tǒng)提供）主要負責緊急電話機的控制、話務處理、狀態(tài)檢測、故障報警、錄音自動控制、事件和操作員操作實時記錄。其它相關(guān)設(shè)備還包括路由器、以太網(wǎng)交換機、多串口設(shè)備、光盤刻錄機、掃描儀、彩色噴墨打印機、激光打印機等。三、計算機系統(tǒng)軟件計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件可分為兩類：系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件是支持計算機網(wǎng)絡正常運行的通用軟件，它是由軟件公司編制并被廣泛使用的一種軟件，如網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件和圖形支持軟件等。應用軟件是完成高速公路交通監(jiān)控功能的專用軟件，由研制交通監(jiān)控軟件的單位提供，如交通數(shù)據(jù)采集及處理軟件等。雷城監(jiān)控中心系統(tǒng)構(gòu)成圖計算機系統(tǒng)閉路電視、大屏幕、LED屏§6

GPS監(jiān)控技術(shù)

一、GPS監(jiān)控系統(tǒng)的特點和結(jié)構(gòu)二、地理信息系統(tǒng)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應用和功能GPS全球定位系統(tǒng)GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防部于1973年授權(quán)研制的第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供高精度、全天候，全球覆蓋的定位信息，1995年將預設(shè)的24顆衛(wèi)星全部配