基于GPRS的高速公路智能收费系统设计

高速马路监控系统设计与应用专业软件工程研究生任真指导老师所在学院天津高校软件学院2011年11月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的探讨工作和取得的探讨成果，除了文中特殊加以标注和致谢之外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的探讨成果，也不包含为获得天津高校或其他教化机构的学位或证书而运用过的材料。与我一同工作的同志对本探讨所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：任真签字日期：2011年11月13日学位论文版权运用授权书本学位论文作者完全了解天津高校有关保留、运用学位论文的规定。特授权天津高校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采纳影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：任真导师签名：签字日期：2011年月日签字日期：2011年月日中文摘要：以AT89S8252为核心，结合nRF2401和GR47设计一套高速马路智能收费系统。采纳无线通信方式，实现车辆与收费站之间收费的无人化操作；收费信息借助GPRS网络传输到网络银行，再进行相应的代收费。GPRS模块和GPRS网络的应用，增加系统的牢靠性、收费的便捷性，降低成本。系统给智能收费系统的实现供应新方案，具有良好的市场前景。

英文摘要：ItdesignsasetofintelligenttollingsystemforexpresswaywhichusesAT89S8252ascorecombiningnRF2401andGR47.Unmannedoperationisrealizedbetweenautomobileandtollingstationbywirelesscommunication.ThetolliscompletedaccordingtollinginformationwhichwastransmittedtoNetBankbytheexistingGPRSnetwork.Itenhancesreliabilityandconvenienceofsystem,bytheapplicationofGPRSmoduleandGPRSnetwork.Atthesametime,thecostofsystemisreduced.Systemprovidesanewschemeforth...目录：第一章绪论1.1高速马路发呈现状1.2高速马路收费系统发呈现状1.3高速马路收费系统的发展前景1.4课题的提出背景1.5论文的组织结构其次章系统设计2.1系统框图和原理2.2系统硬件

2.2．1微处理器模块

2.2．2无线模块

2.2．3液晶显示模块2.2．4GPRS模块2.3系统软件

第三章结束语参考文献致谢第一章高速马路发呈现状

1.1我国高速马路发呈现状

1988年我国第一条高速马路上海至嘉定高速马路的建成通车，实现了我国大陆高速马路零的突破之后，我国的高速马路建设步入了加速发展的快车道。2008年，总规模3.5万公里的“五纵七横”国道主干线系统全面建成，标记着我国高速马路网骨架的基本形成。到2010年底，全国高速马路由“十五”期末的4.1万公里发展到7.4万公里，新增3.3万公里。整个“十一五”阶段，全社会高速马路建设累计投资达2万亿元，是我国马路交通发展速度最快、发展质量最好、服务水平提升最为显著的时期。

从总量上看，我国高速马路已经得到了飞跃式发展，基本能够满意经济和生活的需求；从面积密度来看，东部等发达地区并不亚于美国等发达国家，甚至还超过了发达国家水平。

目前我国各地区高速马路建设状况同其经济发达状况大体保持一样。经济发达的地区，高速马路面积密度比较大；经济较落后的地区，高速马路面积密度也相对滞后。这一局面的形成主要同我国之前推行的优先发展发达地区交通基础建设的战略规划有很大关系。从我国高速马路规划布局状况来看，高速马路发展将参考经济发展状况的同时，兼顾区域间的均衡化发展。这将有助于减小和改善东西部地区高速马路建设的巨大差距和区域协调发展。

“十二五”期间我国交通运输仍处于大建设、大发展的关键时期。2011年5月26日，交通运输部正式发布了《交通运输“十二五”发展规划》。到“十二五”末，我国国家高速马路网将基本建成，高速马路总里程达到10.8万公里，届时将覆盖90%以上的20万以上城镇人口城市。

1.2陕西高速马路发呈现状“十一五”以来，陕西省交通运输系统以建设西部强省、富有三秦百姓为目标，实现了全行业超常规、跨越式、大规模发展。截止2010年底，全省马路总里程达到14.7万公里，路网密度71.7公里/百平方公里。特殊是建成秦岭终南山马路特长隧道、西汉高速马路、机场专用高速马路等一批在国内外具有重大影响力的项目，充分呈现了陕西交通发展新形象。同时，陕西省还在全国领先签订部省共建协议，制定“群众打底子、政府铺面子”等系列惠民政策，掀起交通运输行业建设的新高潮。“十二五”陕西将建立更加全面、高效的交通运输运行监测网络，进一步提升交通运输信息资源的深度开发与综合利用水平，通运输系统全网联动、协同应用程度进一步提高，在保障畅通运行方面取得显著实效，在提升运行效率、服务公众出行方面取得明显突破，在规范市场秩序、强化平安应急、服务决策支持方面全面提升，在推动综合运输体系建设、发呈现代物流、实现低碳绿色交通方面取得重大进展，为现代交通运输业发展供应坚毅支撑与保障，是“十二五”马路水路交通运输信息化发展总体目标。陕西省位于中国的空间地理中心，周边与七省相接，是我国连通东西、贯穿南北的重要交通枢纽，目前拥有高速马路3400公里，已经形成了省域范围的高速马路网。“十二五”时期，陕西省交通运输系统将紧扣“科学发展、富民强省”主题，以打造全国交通枢纽和西部交通强省为目标，以“构建大交通、完善大路网、强化大枢纽、发展大物流”为方向，接着加快马路建设，大力加强道路运输，主要实施高速马路网化、干线马路升等、农村马路惠民、运输服务强化、应急保障提升等五项工程，力争到2015年基本实现县县通高速马路，全面实现县县通二级以上马路，路网总规模提高到16万公里，路网密度增加78公里/百平方公里。其次章高速马路监控系统高速马路监控内容主要包括高速马路、收费站两个部分。监控系统的应用部门包括高速马路管理处、分公司、省交通厅等各个领域。2.1高速马路路远地偏，如何组建平安牢靠的监控系统？

高速马路都修建在城市与城市之间，空间跨度大，室外环境恶劣，维护成本高。在设计监控系统的时候应当选用技术成熟，工作稳定的设备。应采纳光端机加硬盘录像机的实现模式。在高速马路的延长线上，铺设光纤，传输视频和反向限制信号。光纤的传输距离远，信号衰减小，价格又便宜，适合于远距离传输。一旦铺设完成，可常年运用，可有效降低维护成本。在前端采纳高速球云台对来往车辆进行监控，球云台内置温控调整系统，可以在更大的温度范围内正常工作。而在监控中心可以通过接收光端机将视频信号还原出来输入给硬盘录像机，这套系统均采纳成熟牢靠的设备实现。

2.2收费站位置分散，如何实现集中的监控管理？

作为高速马路的末端收费站的监控，在设计上和高速马路则迥然不同。它的位置相当分散，如何将这么多分散在各地区的收费站集中起来监控是个难题。高速马路专用监控系统设计利用各个收费站的网络资源实现分布式的网络监控。目前每个收费站都有2M的专线接入，用于马路计费信息管理等。系统设计在每个收费站安装一台网络或网络视频服务器，干脆将网络信号接入即可。在监控中心安装一台综合业务管理系统实现收费站的统一集中式监控。

2.3如何解决众多用户对大量设备的管理问题？

在这样一个大型的监控系统中，管理机构和管理人员众多，同时监控资源也特别丰富，如何让每一个用户都可以恰当的管理每一个监控设备，对于一套系统的正常运行至关重要。天地伟业高速马路专用监控系统采纳了分组的概念，将众多用户分成了用户组，将众多设备分成了设备组。这样一个大的系统就被分解成了若干个小的系统。同时对用户组和设备组之间作权限的映射管理。包括视频阅读的权限、限制的权限、管理的权限等等。在设置权限的时候实行谁管理谁负责的原则，并对同样具有管理的人设置权限的级别，这样就可以保证不会出现没人管理或交叉管理的问题。

2.4如何快速定位事故，做到快速出警？

高速马路系统中地理位置分布广泛，事故发生具有不确定性。收费站地处城市郊区，抢劫、冲关事务也时有发生，如何快速定位事故，快速出警。系统中应设计电子地图双屏显示功能，同时显示现场实时的视频和电子地图画面，并可以在地图上用不同的颜色区分出当前的设备状态。当有报警的时候，可以自动地将报警点所在的视频切换到主显示区。主机收到报警信号后，可以用不同语音提示当前的报警状态，也可以自动地给责任人发送报警短信。

2.5系统如何依据多级结构进行设计？省、市、地区多级，适合于组建大型监控网络。同时各个子系统又可以独立运行，不依靠于其他部分。在高速马路部分采纳数字化监控模式，通过光纤将视频信号汇合到高速马路监控系统主机。在收费站部分采纳网络化传输模式，通过原有的网络资源，汇合到综合业务管理系统主机，实现统一管理。同时上级机构也可以利用交通专网实现远程监控，组建多级监控系统。

第三章陕西高速马路监控系统省内交通运输行业的蓬勃发展以及高速路网的建设不断加快，行业面临的监管局面也更加困难和艰难，须要借助信息化手段加以推动。为提高高速马路的服务与管理水平，服务于社会经济发展，陕西省交通厅启动了“陕西高速马路网综合监控系统（一期工程）”项目，该项目于2010年7月建成并投入试运营，覆盖了以西安为中心共878公里的高速马路，在2011年春运和第41届世界园艺博览会期间发挥了重要的交通保畅作用，取得了良好的管理效果。系统采纳SuperMapGIS平台作为业务应用的基本支撑，具有五个主要特点：3.1设备驱动库，支持各类设备、各型设备的动态扩充系统兼容十余个主流厂家的H.264编解码器设备（如北京蛙视、海康威视、数码视讯、亚邦伟业、中兴智能、AB、武汉微创、金三立、浙江大华、华三等），兼容主流的光平台及视频矩阵限制功能（如杭州中威、北京蛙视、英飞拓、AB等），兼容主流云台限制协议（Pelco-D/Pelco-P/YAAN/SAMSUNG等）。系统兼容同鑫、同洲、优创、三思、元亨等多个厂家的情报板，兼容Advantech、中控、SmartSensor等主流车辆检测器设备。如下为在地图上显示全部路段上车检器、情报板和摄像机等设备的界面，点击摄像机图标可以干脆查看视频图像：3.2兼顾具体与抽象、局部与整体、微观与宏观的大跨度信息汇合系统将全省全部路段的设备配置信息以及设备采集到信息汇合到一起，可以展示原始采集数据以及经过加工后得到的数据，为管理人员供应从局部到全局的决策信息。如下为交通状态显示界面，将车检器采集到的交通状态转换为在地图中以图形表达的形式，不同颜色代表不同的状态：3.3形成采集、处理、分析、限制的完全闭环限制系统省监控中心系统不但能采集到各路段监控中心的监控数据，而且也可以在所得数据基础上依据管理须要下发各种交通限制信息，如向情报板发布信息。如下为情报板信息发布后的监视界面：3.4路段中心、路网中心应急处置的协调联动路段上发生紧急事务后，通过系统可以马上将事务信息上报至省中心，便于省中心在路网中做好应急救援的协调调度工作并进行适当的诱导，防止车辆接着进入事发路段。3.5交通参数的专题分析工具以及决策支持系统在运行过程中积累了大量的交通监控的历史数据，在这些历史数据的基础上，采纳智能算法实现了交通预料、时间最短路径查询以及事务影响分析等高级功能。下面为交通预料、时间最短路径查询和事务影响分析三个功能与历史数据库之间的结构示意图：时间最短路径查询功能主要为12122高速马路报警救援呼叫热线坐席员所运用，供其在路网中查询从动身地点到目的地点用时最短的一条路途，为司乘人员供应路径询问服务，有效提高了服务水平。如下为系统截图：路网事务影响分析功能主要为路政管理人员和路网管理人员所运用，便于分析事务对路网所产生的影响，可分析出随着时间的推移受到事务影响的路段范围，为交通限制管理、事务处理以及指挥调度起到有效的决策支持作用。如下为系统截图：第四章监控系统设计存在的主要问题

4.1设计市场与队伍

设计单位的扩展与整个行业人员培育的不同步，导致一些单位虽取得了设计资质，可设计力气差别特别大，有些刚组建的单位仅有个别人员参与过设计，有的设计单位甚至都没有人员做过具体的设计，仅靠聘用退休的或具有丰富设计阅历的专家来指导，以求达到提高设计水平，作好设计文件。笔者去年曾经与某设计单位人员沟通，得知其在完全不懂的状况下，尽然照猫画虎的把设计搞完，这样的设计质量可想而知。

4.2设计水平与审查

监控系统设计是一个比较困难、涉及内容比较多的专业，要设计好一个项目的监控系统必需具体分析其主体线型、构造物、自然地理条件、人文、气候特点、交通量发展、路网状况等等。而目前设计照搬照抄现象还是比较严峻，甚至出现只要知道项目长度、互通位置，不须要任何主体资料，就可以完成一个项目的设计，完全没有针对性；另外，监控系统应用软件的功能设计也是目前普遍存在的问题。

设计审查对提高设计质量有特别重要的作用，一般分为内部审查和外部审查。内部审查由设计单位内部人员审核完成，外部审查由业主组织专家或托付询问单位进行。但目前各级审查状况也不容乐观。一些设计单位由于设计任务比较饱满，无暇顾及，审查也只是签字画押而已；某些业主组织的专家审查由于专家成员的构成、审查时间等问题，审查质量和效果也不是特别好，甚至有的成为走过场。目前很多省份的主管领导已意识到审查的重要性，正主动实行措施解决。

4.3系统施工与验收

设计完成后，项目实施的好坏与施工单位的选择特别重要，目前国内的机电施工单位大都阅历比较丰富，对于设备安装、综合布线、土建施工等都没有什么问题，但目前主要问题集中在监控软件的编制以及数据通信方面。依据笔者了解的状况，很多项目的现场采集设备能精确采集到信息，但通过协议转换、通信传输以及数据统计后，数据失真特别严峻；另外，监控系统应用软件处理深度特别欠缺，即使外场数据能精确采集到数据库中，但应用软件只能完成基本的数据统计，还无法完成自动处理、自动限制等最急需的功能。

自2005年1月1日起先，交通部发布了机电工程质量检验评定标准，使得项目验收有章可寻，弥补以前机电工程验收有问题相互推卸责任，甚至走形式的做法。但是目前的验收标准针对应用软件的验收仍旧不特别完善。$Page_Split$

4.4运营管理与维护

一个项目的监控系统设计和施工得再好，假如运营管理不佳，监控系统也起不到大多作用，很可能成了摆设，可见运营管理对监控系统特别重要，设计和施工也是围绕运营管理服务。一些交通量不大、事故较少的路段，对运营管理的要求可能还不很突出，但是对于交通特别大、事故频发的路段，如广深、沪杭涌、沪宁等高速马路对运营管理的要求就特别高。目前，我国高速马路监控系统的运营管理水平除个别建设较早或重视高的项目外，普遍水平不高，其缘由除缺乏专业人才外，不重视也是一个方面。

系统维护的问题目前也比较突出，除维护人才缺乏外，维护成本也是一个主要缘由。据调查，一些项目由于交通量小，甚至出现除个别外场摄像机可运用外，其它基本都瘫痪的状况。

4.5应急救援与诱导

事故当然可怕，但在事故发生后，假如没有相应合理的应急救援预案以及诱导方案实施，那后果更可怕。众所周知的缘由，国内正在主动投入高速马路的建设当中，各科研设计单位对设计、施工当中的课题投入的精力原来就有限，而对于后期运营应急救援关切就更少了，即使一些管理单位在实际运营管理中形成了一些应急救援方案，但是否合理、是否可推广运用并没有机构在做调查、分析、确认、推广应用的工作。

第五章监控系统发展趋势

5.1联网监控、大势所趋

目前，我国绝大部分省份高速马路已形成路网，单独路段的异样事务影响的范围越来越广，必定要求相临路段之间能互通协调，这就带来了联网的需求，联网主要包括数据和视频两部分。到现在为止，全国约13个省建立了联网监控中心，基本实现了监控系统联网。在将来2-3年的时间里，全国大部分省都将实现省内监控系统联网，全国监控系统联网目前也在进行当中。技术上要实现联网监控，已没有难点，很多已实现的省份积累了丰富的阅历，但目前主要问题还是集中在管理体制上。

5.2信息化建设、燃眉之急

“十一五”期间，国家印发了《2006-2020年国家信息化发展战略》，对交通信息化建设提出了更高的要求，交通部依据发展战略确定了交通信息化发展方向，并开展实施示范工程，为信息化建设积累了丰富阅历。在“十一五”期间，交通信息化建设是整个交通行业的工作重点，而监控系统的信息化建设正是高速马路信息化建设的一部分，主要包括完善信息采集、整合数据资源、实现公众出行信息服务系统、办公自动化系统、地理信息系统、综合应急指挥调度平台、呼叫中心、网络平安等等。

5.3运营管理及应急救援预案

依据国家宏观政策，今后几年高速马路建设将急剧削减，2007年预料只有20个新项目、2008年及以后每年可能只有几个新项目。高速马路以后的工作重点将由建设转入运营管理，特殊是交通量增长快速，交通异样事务常发或影响到车辆通行、收费的道路，提高运营管理水平是主要的解决方法。

第六章电力监控系统的设计高速马路电力系统运行的稳定是高速马路通信系统、收费系统、监控系统正常运行的重要因素，为了解决收费站配电房采纳电工值守维护管理模式效率低、成本高的问题，通过论证和比较，电力监控模块和应用软件，组成了电力遥测、遥信、遥控的自动监控系统。6.1系统的体系结构

高速马路电力监控系统采纳分层分布式系统结构，整个监控系统依据功能划分为站控层网络和间隔层网络，采纳10/100BASE-T以太网组成骨干网，以充分保证系统通信时的实时性和抗干扰性。其结构示意图如下图所示。

高速马路电力监控系统体系结构示意图

其中RTU为远程智能通信限制器，RTU各单元之间采纳现场总线组成底层通信网络。由于采纳了现场总线组网，使得网络具备了数据传输效率高、传输速率快。即使某个智能测控节点出现故障也不会影响整个网络的正常运行。

现场数据采集和限制设备为ICU，电流变送器、电压变送器等传感器信号送至ICU。由于ICU单元自带CPU，信号采集周期短、实时性强、系统冗余度高，通信时为短祯传送，削减了通信时的误码率。ICU通过智能通信限制器RTU相连，实现数据的双向传送。

站控层网络主要通过通信管理主机与远程监控中心相连，实现数据的远程交换。6.2系统主要硬件设备及其功能

依据硬件设备成熟牢靠,软件技术先进的原则,在实际运用中采纳GED25多功能智能装置作为监控系统通信管理机，GEMIF微机爱护测控装置作为10kV间隔爱护装置，GEPLC实现低压系统三遥功能，供应一整套高速马路变电站监控系统解决方案。监控系统通信管理机

监控系统中通信管理机的是采纳GE公司的生产的D25多功能智能设备。D25采纳了高速、低功耗、低噪音、高牢靠性、超大规模CMOS限制器件和可编程阵列技术，具有更高的敏捷性，并削减了逻辑线路。D25采纳了标准的开放式的软件平台。从整个系统性能和功能来看，配置D25是优于运用工控机作为通信管理机的系统方案。

D25还具有GE公司最新研制开发出来的智能沟通I/O单元，它综合了全世界不同厂家I/O单元的特点，以及GE公司生产的设备自身设备的优点。在与爱护设备通讯，就地操作闭锁，数据采集限制上都有独特之处，其中CPU采纳32位Motorola68360，而且还有特地的数字信号处理器DSP芯片，沟通信号每个周波采样为64次，精度为0.2%，并可测量最高21次的谐波。D25另外还有两个IED通信口，可干脆同其他IED设备接口，完成对其他IED设备I/O数据采集和限制功能。

D25具有测量、状态监视、限制和通讯等功能集于一身的装置。D25作为一个智能测控装置已被用作开关站、发电厂站间隔层测控及配电网的通信管理测控单元。D25能适用各种分别的输入点，如状态/数字量输入，SOE，脉冲累加器，AC或DC模拟量输入以及限制/数字量输出，通讯敏捷，具有两个RS232串行口，和两个以太网LAN（DNP/UDP/IP）通讯接口，两个同其他IED的通信接口。

D25装置可支持干脆上网功能，这样就很好地解决了变电站监控系统前端数据采集量大，当通过串行口与后台机通讯时，因数据量大，通信任务重，实时性差等缺点。D25干脆上网的传送速率已达到了10MB/s，从而牢靠地保证本系统实时性能。10kV间隔层爱护测控装置

10kV间隔层进线、变压器配置的GEMIF数字型间隔管理装置，供应10kV各间隔所需的爱护、测控及通信功能。在与监控系统通信方面，采纳现场总线网络方式，通过网络适配器经光纤接入站控层网络。MIF是M系列的一种基于微处理器的爱护继电器。用于任何电压等级配电网络馈电线路的主爱护，也可以作为变压器、发电机和电动机的后备或协助爱护。基本爱护功能包括三相延时过流，相瞬时过流，接地延时过流，接地瞬时过流和模拟发热爱护。每个爱护元件可以通过面板或通讯选择为enabled（可用）。敏捷的整定，可选的ANSI或IEC曲线，再加上用户可配置的过流曲线，保证了与其他智能设备的精确协作。低压部分测控系统配置

在低压配电系统中，我们采纳美国GEFanucPLC集成的LCU自动化系统，实现低压系统遥控、遥信和遥测功能。依据低压测控系统三遥功能要求，配电柜的每个回路要进行测控的状况如下：每个回路的单相或三相电流，每个回路的4个遥信、2个遥控。这样，GEPLC相应敏捷地可以配置模拟量输入模块、开关量输入模块及开关量输出模块，实现高速马路配电站的具体要求。6.3系统设计的功能模块的划分

在电力系统中，限制系统有如下功能：数据的采集、信息显示、监控、报警处理、信息数据报表和数据的处理计算。通过将系统功能模块进行划分，使得各个模块之间相互独立，以提高系统的牢靠性。数据采集

数据采集过程其实是一些专用及高度相关子过程的过程集。这些子过程为:

（1）对RTU内部数据库的查询及快速修改;

（2）通信管理主机周期性地对RTU进行查询;

（3）把限制中心所需的RTU数据传送给限制中心;

（4）校核因传送所引起的数据错误;

（5）把数据换算为工程单位;

（6）通过写入来覆盖数据库中的原有状态或数据。信息显示

信息显示信息显示是有选择地检索数据库中固定数据及实时数据,并将其组合、供应应运行人员的过程。固定数据包括变电站、配电接线图的信息及其他不随时间改变可显示信息。实时数据包括二态或三态设备的状态和数量改变并可能带有符号的模拟量，主要有：测量电流、母线和线路的线电压、有功功率、有功电度、功率因数、频率等数据。监控模块

监控是指在远方操纵设备运行的过程。这个过程包括:变电站的选择,被控设备的选择以及执行断开或闭合这样的吩咐。正确的选择和操作是保障人身平安及电力系统平安的关键。用此需采纳选择确认选择操作的操作依次(简称为“操作前校核”)。必需避开未被选中设备的操作,或未发吩咐就进行错误操作的状况发生,这是监控及数据采集系统中一个重要的设计环节。这种限制形式须要运行人员从计算机输入设定数值,作为对外部设备及限制回路按比例整定的模拟量输出,或一个RTU的限量。这种限制方式一般常用于负荷监控。报警处理

报警处理警告运行人员发生了异样事务并报告发生的时间、站号、设备和事务的实质。处理方法的细微环节大都作为监控及数据采集系统设计制造该系统中的一个功能块。最常用的报警处理输出是按时间先后排列显示在CRT报警表中,打印机硬拷贝输出和语言报警。运行人员确认报警之后,并把运行状态干脆转到与其相关的运行位置,实现重要的人工干预。信息数据报表和数据的处理计算

信息存储及报告记录保存运行过程中的状态、数据是电力系统运行中的一个重要任务。须要精确记录满意各种统计要求,支持和预料系统将来运行状况及用电规划方面的需求。记录保存的一般实现方法是按肯定的周期间隔获得预先选定的数据集,并把它们保存在一个滚动文件中。存储周期常被设定为1h,但有些特殊的配电系统要更频繁地获得和保存信息。监控及数据采集系统中的历史文件为产生各种报表、报告供应了一个极为有效的数据、状态信息流。可在保存历史数据文件的基础上设置各种报表格式,如日、月、年报表,以满意用户最终需求。

数据计算处理须要不断利用所采集的数据进行各种计算。其中包括工程量转换,在给定时间间隔内最大或最小值的计算,以及对时间的积分。对大变压器组进行负荷监控,就是一个计算过程实例,通过数据处理的这一过程，能确定高速马路供电系统中某些部分的特殊状态,如断路器的通断状态。结论

实现整个高速马路供电网络实时、牢靠、敏捷、高效是广阔用户和设计者所追求的目标。本文所设计的电力自动监控系统。能在无人管理的状况下工作，模拟量测量综合误差小于0.5%，事务依次记录辨别率(SOE)小于2ms，遥控动作胜利率大于99.99%，系统平均无故障间隔时间(MTBF)大于20000h，完全满意当前高速马路供配电的需求。在处理远程通信任务时，一方面现场限制系统向远程限制中心发送遥信及报警数据和遥测及限制数据，另一方面本地监控系统也接受远程中心发送的遥控吩咐，依据发送来的吩咐执行相应的操作，为了保证数据的牢靠和平安，在设计中采CRC（循环冗余效验）系统来保证通信的精确率。设计的同时还考虑到系统的冗余，以备将来系统的扩展。

该系统是一套融合现代电网最新限制技术、计算机网络通信技术、计算机图形处理技术、嵌入型实时操作系统和数据库系统技术、专家系统技术的电力限制系统，中江高速马路通过采纳这套电力监控系统实现了对收费站配电房供电系统运行状况的远程监控和无人值守，为高速马路的收费系统、监控系统和通信系统供应了平安、稳定的电力保障。

1.2高速马路收费系统发呈现状

高速马路机电系统设计理念基本是沿袭《高速马路监控系统》—国家七五攻关项目的高速马路，该项目包括路面交通量数据采集、综合信息发布、视频实时监控、紧急电话系统等，主要是将道路采集的交通流量、占有率、平均车速等具体参数，反映在限制中心的地图板上，为监控人员信息发布供应依据。随着电子技术的飞速发展，以及高速马路通车里程的增加和不断地阅历积累，我国高速马路的机电系统无论规模还是技术上都与世界接轨，并在收费系统上采纳了计重收费这一方式，开创了历史。高速马路收费系统可以实现人工半自动和ETC(不停车电子收费)两种收费方式，可选用IC卡、磁票、二维条卡作为通行券，支持现金、预付卡、储值卡等支付方式；各级可以实现监控下级的操作异样事务；实时监测出入口车道的设备状态；各级系统可以自动统计交通量、通告量曲线图；实现了对路费、通行券、票据、设备等的严格管理，杜绝舞弊行为；供应独特的专家分析系统等。各省高速马路联网收费管理体制分为四级，分别是省收费总中心、片区收费分中心、路段收费分中心以及收费站。相应收费计算机网络系统也分为四层，各层之间由路由器或者三层以太网交换机通过通信系统供应的10/looM或ZM通道相连，每层以太网交换机为节点构成星型网络拓扑结构，同时各层配有功能不同的工作站和服务器等设备。整个系统分为车道软件和站管软件两大部分，其主要功能:(l)车道软件子系统的主要功能是对过往车辆收取通行费:入口车道发卡，出口车道收费。入口系统获得车型、车种信息并输人计算机，计算机自动统计车流，限制自动栏杆和通行灯等外设，并将收费数据上传到站服务器。出口系统获得车辆车型、车种、人口站代码信息，限制自动栏杆、票据打印机等外设，打印收费票据，并将收费数据上传到站服务器。（2）站管软件子系统的主要功能是进行收费结算、统计报表、系统管理和数据拆帐。收费结算对收费员的车道收费数据进行分类汇总统计，汇总结果是核查收费员工作的依据。统计报表对收费结算数据进行汇总，生成收费站的各种统计报表。系统管理基础数据并下发到车道计算机，进行数据设置等工作，以保证整个收费软件正常运行。数据拆帐主要依据每条出入口信息和拆帐公式对原始交易信息进行拆帐处理，生成收费站的拆帐报表。1.3高速马路收费系统的发展前景随着高速马路里程的不断增加，高速马路在交通运输行业中的作用日益增加，针对其应用的系统探讨在不断地进行，收费系统的发展趋势正朝着以下方面进行:(l)采纳多层体系结构，使应用系统具有良好的可扩充性和可维护性；(2)采纳嵌入式操作系统，适应用户对功能、成本、体积、功耗的严格要求；(3)符合相关标准，同时具有极强的兼容性，可与国内外设备供应商的标准与非标准产品实现完备连接；采纳优化算法，保证系统的实时陛；(5)良好的系统平安防范机制，供应以过滤网技术为核心的“软网关”功能，屏蔽非法地址的服务恳求和超出系统最大处理实力的异样数据攻击，保障系统的坚实性；(6)路网模型具有良好的适应性，在路网结构发生改变时，只需用户做很少的调整。1.4课题的提出背景目前，我国的高速马路建设发展快速，建设里程逐年增加；高速马路编号命名也在像世界上发达国家学习，更多地采纳英文字母、数字或图形符号等对高速马路进行编号管理。尽管加快了高速马路的建设，但是马路的大部分收费系统还停留在人工停车收费的状态。车辆流量的加大与收费效率低下形成了显明的冲突。为此而作此文。1.5论文的组织结构本文采纳无线通信和GPRS网络传输，设计的一套高速马路智能收费系统，省掉停车收费时间，提高工作效率、提高车辆的通过率，降低经营成本。第七章智能视频监控系统

传统的高速马路监控系统主要关注在收费站、服务区、隧道、大桥等。完成车辆收费、车牌记录、重点地段监控等基本功能。目前国内国外的轨道、隧道、高速交通中都实施了很严密的视频监控系统，通过架设大量各种各样的摄像机来监控各个场合，协作其他的平安措施，以避开意外事务的发生。但是现有的、传统的CCTV监控系统也面临着很大的挑战。大量的摄像机都须要大量的显示器来显示其所监控到的画面，而监控室或监控中心中的空间有限，所能安装的显示器也特别有限，因而只能通过轮换画面来监视全部的场景。同时，依据IMSResearch的探讨，“在传统的闭路电视监控模式下，监控人员须要监视太多的视频画面，远远超出人类的接受实力，导致实际监控效果降低。试验结果表明，在盯着视频画面仅仅22分钟之后，人眼将对视频画面里95%以上的活动信息视而不见。”因而，监视这些摄像机也为我们带来了两个挑战。第一，由于人类本身的弱点，7x24小时的实时监控更是一件不行能的工作，因而只起到了事后取证的作用。其次，当一个事务发生后，要想快速、精确地在这些海量存储的视频中搜寻这个事务的视频是一件特别费时、费劲的事情。但随着高速马路基础建设的不断完善。对整个高速马路的总体服务质量也提出了更高的要求。

7.1智能视觉监控系统概述目前高速马路监控已经具备了基本的电视监控系统。入侵报警系统的设计应依据建筑物的运用功能、建设标准及业主的要求，并贯彻国家已颁布实施的有关“规范”和“标准”，考虑到节约成本，需充分利用已有的设备，并综合运用电子信息技术、计算机网络技术、平安防范技术等，构成先进、牢靠、经济适用的平安防范体系。

从平安防范角度来说，高速马路监控自身具有交警等“人防”体系，加上智能视觉监控系统的“技防”体系，“人防”与“技防”亲密结合，发挥各自优点。建立较完善的保安监控体系。

严密监控区域的前端系统的核心是“发觉可疑行为”和“摄像”。尤其以“发觉可疑行为”作为设计基础。只有在发觉了可疑行为的基础，摄像才有更加实际的意义。在传统的闭路电视监控模式下，保安人员须要监视太多的视频画面，远远超出人的接受实力，导致实际监控效果低下。试验结果表明，在盯着视频画面仅仅22分钟之后，人眼将对视频画面里95%以上的活动信息视而不见。因此我们须要智能视觉监控来改善监控效果，同时减轻保安人员的负担。这样才能真正让限制中心人员从繁杂的电视监控工作中解脱出来，以便有更多的资源应对可疑现场。7.2智能视觉监控跟踪系统遗留物检测：为防止从车辆上滚落的物品或施工过程中遗留的物件影响道路状况，运用遗留物检测模块，当有遗留物事务发生时通过光标、音频及联动三种报警方式同时报警。

非法停车检测：在特定或一段道路上，设定一防区，车辆停留时间超过肯定时间或位置时，产生报警。

行人检测：防止机动车道行人行走，发觉目标马上报警

监控一些路口或易拥堵的路段，当车辆密度达到某一值时，发生报警。

车辆逆行：防止车辆逆向行驶而带来交通堵塞或交通事故，当有车辆逆行时，设备也产生报警。

车辆统计：对某一路段经过的车流量进行统计

自动跟踪：对违返设置规则的车辆进行自动跟。

指定车辆自动跟踪：为了更加敏捷限制以及防止多辆车辆违规而须要人工确定，本系统支持指定车辆跟踪功能（手动跟踪），即监控人员在画面上运用鼠标点击所要跟踪的车辆，智能视频分析服务器即可跟踪此车辆。

防护栏、广告牌、标记牌被盗发出报警。

桥梁坍塌、路面出现较大破损时发出报警。

7.3监控系统拓展图

每个摄像机通过光端机将模拟摄像机的视频源传送到监控中心机房，然后进过贝尔信智能分析服务器分析，再用海康的DVR进行实时录像的存储；在中心机房部署对应的视频分析器，事务分析器同时联结网络，一旦检测到意外事务，通过开关量信号马上将信息发送给报警服务器。这样可以做到马路内的全程事务监控。必要的话，报警服务器还可以通过管理服务器将相关的数据传送给总集成系统以便限制相应的交通灯以及信息屏。

7.4后端管理平台软件

bellsentware限制中心软件系统功能强大，可以为用户供应集中式管理、录像管理、系统管理、企业级指挥和限制功能。

采纳智能化布局和简洁易用的设计理念，bellsentware视频，操作管理贝尔信公司的bellsentbox和bellsentcam系列产品，内置分级地图系统，双向音频通信，报警管理，连续录像、报警联动录像、时间调度设防，多摄像机轮循显示，多预置位巡察，PTZ操作等等。

bellsentware限制中心软件系统大大简化了bellsentbox和bellsentcam产品系列的配置和管理，作为一套大型监控管理软件，它可以将bellsentbox、bellsentcam、第三方报警传感器以及报警联动输出设备集成起来，为用户供应一体化的安防解决方案。

7.5、系统模块描述

管理服务器模块

管理服务模块是系统的核心，是整个系统的主服务器，桥接了其他的各个服务模块。主要用于管理系统平台全部的设备和与其它的管理服务器进行通讯和同步。可以实现对远程数字视频设备的机构、人员、设备、任务、报警、日志等的配置、设备巡检和实时访问权限限制等管理。

流媒体转发模块

流媒体服务模块分为实时流媒体服务模块和回放流媒体服务模块。实时流媒体服务模块用于对本地的实时视频流进行转发。回放流媒体服务模块用于对本地的回放视频流进行转发。

报警管理模块

通过串口或网络通讯的方式，将分散在各个地方的独立的报警子系统进行联网，报警管理中心可对任何一个子系统进行报警限制，如：报警布防、撤防、旁路、清除报警、报警输出的打开、关闭等。当任何一个报警子系统有报警发生时，报警管理中心能快速精确的显示出报警的具体信息，如：报警地点、名称、类型、子系统号、防区号等，并会自动依据预先设置的报警预案进行联动操作，如：视频弹出播放、播放指定声音、视频群组播放、视频群组沦陷、联动报警输出、报警布撤防、电视墙切换、联动云台预置位、巡航、发送手机短信、LED屏显示、打印机打印等。

电子地图模块

支持多级多层多文件电子地图，通过电子地图可以干脆对监控点进行调看、设置、报警联动操作，让运用者更加形象地感受与应用，可以通过电子地图编辑器编辑生成地图，原始地图可以来源于jpg、bmp、png、gif或wmf矢量地图。

集中存储模块

集中存储服务对于前端没有存储功能、或者不适合在前端进行录像文件存储的状况尤为适用。也适用于一些重要的录像文件在前端不适合保存的，可以集中存储在后端集中存储主机上。该功能可以设置集中存储安排，从而在集中存储服务器上实现定时文件存储功能。

数字矩阵模块

通过虚拟数字矩阵实现对电视墙的视频画面切换及云台限制等动作。网络虚拟数字矩阵和传统模拟矩阵不同，它以视频压缩模块（或视频编码软件）代替模拟矩阵中的视频输入模块，以视频解压缩模块（或视频解码软件）代替模拟矩阵中的视频输出模块，以网络视频服务器代替模拟矩阵主机，以基于TCP/IP协议的IP网代替模拟总线（或模拟视频总线结合IP限制总线），以数字高速处理芯片代替模拟电开关，运用高速处理芯片的运算完成视频从输入到输出的切换，将视频信号传输至电视墙。

WEB功能管理模块

用户可在任何地点通过IE方式接入平台软件进行操作和管理，运用时不需修改IE的平安限制即可正常运用，不受IE参数设置局限，和正常运用客户端软件是一样的，较一般的用控件实现WEB功能的方式更为先进好用。

模拟量采集模块

可对市场主流的模拟量采集设备进行管理，实现对前端的温度、湿度、电压、电流等模拟数据的采集和实时数据值显示，并可通过预设的报警上限和下限值进行自定义的报警处理。

客户端模块

客户端模块是最终呈现在用户面前，供用户操作运用的模块，客户端通过与各个服务组件进行通讯，用于实现电子地图、显示实时视频和回放录像、视频分析参数配置、报警联动管理、限制云台镜头动作、限制报警输入输出等监控操作，以及配置电子地图、外部设备及用户权限等管理功能。

应急预案模块

用户可以预先设置多种应急处理预案，在同一个预案里可以设置一系列要执行的操作。在必要时，例如有报警信息触发时，就可以干脆调用某些预案刚好对事务做出反应，实行必要的手段和措施，切实发挥出高速马路监控系统的好用效果。

四、方案小结高速马路监控系统方案通过应用智能视频分析技术，可以在高速交通中帮助安防部门实现主动、实时的监控，刚好有效地避开或处理有威逼的或突发性事务。可以实时的对健康画面分析推断并对紧急状况和事务进行处理（显示、报警等）。应用在高速马路监控领域，可以自主分析道路状况，实现流量限制、自动记录各种违章行为、烟、火的自动检测，道路遗弃物检测，防护栏防盗、行人穿越道路报警等一系列智能功能。协作后端管理软件的强大功能，更可以实现对高速路段平安的轻松简易管理，最大程度的保障高速路段的平安。其次章系统设计2.1系统框图和原理

收费系统主要包括两部分：车载系统和出入口值守系统。框图如图1和图2所示。

2.1.1车载系统系统要求车辆进入高速马路入口限速区时，司机依据入口现场的状况通过键盘输入入口站编号以及通道编号。输入完毕就启动车载系统的放射电路向入口值守系统发送本车的基本信息和司机输入的编号信息，同时车载系统将这些信息存储在内存中作为出高速时发送信息的一部分。通过入口后关闭车载系统。

2.1.2入口值守系统入口值守系统收到信息后，将对信息进行核查，确定键盘输入是否正确和车辆是否具有自动交费功能，核查无误将存储接收的信息并抬起栏杆放行，否

则拒绝通行。当车辆进入高速马路出口限速区时，司机通过键盘输入出口站编号以及通道编号，同时启动放射电路将存储在车载系统内存的信息发送给出口值守系统。通过出口后关闭车载系统。出口值守系统出口系统确认收到信息后也和入口值守系统一样做核查，区分是在出口还将核查收到的信息是否具有入口站编号信息。核查无误抬起栏杆放行，否则拒绝通行。出口值守系统将提取车辆入口、出口、车牌号码、车辆类型和时间等信息，确定收费标准以及收费金额。最终将车辆的收费恳求通过无线通信传到银行收费系统，由银行进行费用扣除以及反馈消息给车主。2.1.4系统原理车载系统与高速马路出入口值守系统之间的通信为短距离无线通信，出口值守系统与银行收费系统间的通信借助GPRS网络。选用的短距离无线通信模块有效距离不小于100米，所以从车载发送信息到出入口值守系统确认信息并抬起栏杆所耗的时间限制在2—5秒内完成（以30km／h速度通过）。

2.2系统硬件

2.2．1微处理器模块

采纳的ATMEL89系列单片机中的AT89S8252型号。它采纳ATMEL的高密度非易失性存储器技术制造，与工业上标准的80C51的指令系统及引脚兼容。它还有8K的FLASH、2K的EEPROM；9个中断响应、SPI接口、WATCHDOG定时器和双数据指针。89S8252也是目前以51为核心的单片机中功能较强，性价比较高的一款。在车载系统中，89S8252完成键盘输入识别、送LCD显示并与nRF2401间进行数据通信。在出入口值守系统中，89S8252完成与nRF2401、GR47之间通信和相应的数据处理。

2.2．2无线模块

采纳nRF2401无线收发一体芯片。有效距离不小于100米，工作在2.4GHz自由频段，能够在全球无线市场畅通无阻；支持多点间通信，最高传输速率超过1Mbit／S，比蓝牙技术具有更高的传输速；采纳SOC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路；与蓝牙不同的是，nRF2401没有困难的通信协议，它完全对用户透亮，同种产品之间可以自由通信。更重要的是，nRF2401比蓝牙产品更便宜，应用时须要的外围元件更少。

nRF2401通过SPI接口与89S8252进行通讯。在收发模式下nRF2401有ShockBurst和DirectMode两种工作方式。本系统采纳了前一种方式，一路信号收发。与89S8252相连的引脚包括PWR_UP、CE和CS，用来负责工作模式的选择；DR1、CLK1和DATA，为数据通道1端口，DATA也是发送数和配置数据的输入端口。电路如图3所示：

置SPCR中的SPE位后，使能SP