【高速公路监控系统方案的设计8500字（论文）】

高速公路监控系统方案的设计摘要：本设计给出了高速公路的系统监控方案，在本方案中为了使车、路、行车安全等便于监控，包括车流，道路事故等为了及时掌握这些现象，保证高速公路车流畅通，使车流达到自由流状态。现在高速公路监控系统通过视频监控的方式，判断一些紧急情况，也可以将气象、温度、湿度、拥堵等数据显示在显示设备上，通过远程监控、数据传输和现场显示的流程实现高速公路监控系统的设计，高速公路监控系统已经成为了现在不可缺少的一部分。关键词：高速公路；监控；数据传输；数据显示目录308471、绪论 455871.1背景 4273891.2现状与分析 483772、系统方案设计 6270822.1系统设计思路 6291822.2系统方案设计框图以及作用 722023、硬件系统设备选型 11273383.1摄像机选型 11304943.2主控云台 1227293.3服务器选型 14294073.4路由器选型 15113693.5硬盘录像机 15228413.6液晶显示屏选型 16303823.7数据传输系统的设计 16251044、软件系统功能及作用 1716234.1软件系统 1743934.2系统软件作用 18186735、系统方案预算 196991总结 2128611参考文献 221、绪论1.1背景高速公路的发展也是在普通道路的基础上建立起来的，在以前没有高速公路的时候，都是从地方上的普通道路行驶，这样行驶会耽误大量的时间，且路程还会变得很远，所以高速公路的建立就是为了解决普通公路行驶速度慢且绕路远的问题，但是高速公路的建立也随之带来了很多的交通问题，速度非常快的时候也容易发生交通事故，还有每个路段都有固定的下高速的点，有时错过下高速的位置，经常会遇到有一些逆行，还有由于高速公路是很多地方的必经之路，所以高速公路拥堵也是一种常态，在很多拥堵的时候，很多人都会占用应急车道，这些都是违法行为，所以在以前高速公路监控系统不健全的情况下，很多的事故也会因此而发生。1.2现状与分析高速公路凭借其速度快、路程短的优势，已经成为了现在人们生活中不可缺少的一部分，还有作为交通运输的快速通道，也是现在很多陆地运输的重要途径，然而在方便快捷的同时，也伴随着很多的交通事故等问题影响了高速公路的发展，所以高速公路上安全与快速是最主要的。现在对高速公路监控系统的研究非常多，三个部分组成了高速公路监控系统，第一部分是负责数据、视频、路况等数据的采集，第二对于这些数据进行处理和分析，对于一些必要的数据还要进行存储，第三部分就是对交通信息提供一些必要的资源，这些部分都保障了在高速公路行车时的安全。通过资料显示在贵州高速公路中有大量的研究和调研，本次分析对贵州省和贵州高速公路的监控系统进行分析，确定高速公路主要的功能包括4个部分，分别为信息采集，信息发布，信息处理和系统管理，通过这4个部分基本上可以比较全面的概括高速公路监控系统的功能。而在高速公路监控系统设计与实现的文章中提到了对于高速公路监控系统的需求进行分析，设计其硬件、软件系统模块，对高速公路总体的设计，让人们知道高速公路监控系统的整体构成，通过系统实现数据的点对点发送，让人们了解到高速公路上数据传输的重要点。在高速公路发生事故的时候，在最短的时间内，通知交警，赶到现场，尽快解决事故问题，也是安全保障的一个重要措施。在南昌绕城高速的监控系统设计研究当中提出了，以系统工程的思想方法，设计高速公路监控系统，为交警大队提供第一手数据的支持，保证整个系统的稳定运行，为交警大队对于高速公路的平时管理、事故预警、以及事故发生地段提供快速的数据支持，高速监控管理提供了非常好的预规划。对高速公路类似的研究还有很多，除了对于高速公路监控系统的核心组成以及功能需求分析，还有对于高速公路监控系统的电源、监控分类等等都有很多深入的研究，目前考虑到用太阳能作为高速监控系统供电的设计也在不断的深入中，利用新能源为高速公路监控系统提供能源支持，也是对于交通安全的保障，同时也节约了不可再生资源的浪费，研究者们从不同的方向，对设计进行研究是非常有意义的，相信在不远的将来高速公路监控系统会变得更加完善。

2、系统方案设计2.1系统设计思路高速公路监控系统的设计与制作，主要的点可以分为两个部分，设计和制作，设计部分需要考虑设计的目的是什么、设计需要哪些部分、设计需要哪些电路、设计需要实现哪些功能等。通过分析可以得出以下结论。目的：高速公路监控系统的关键点在于方便了交通安全管理，监控系统可以远程监控高速公路的状态，不需要交警巡查，节约了很多的时间，不需要全天候24小时连续监视，并且省去了很多的麻烦，提升高速公路的安全，方便人们的出行生活，同时也方便交通管理部门对高速公路上的一些交通事故的及时处理和交通违法行为的及时记录和处理。（2）组成部分：高速公路监控系统可以参考现有高速公路监控系统的设计，结合自身方案的需求，决定使用摄像头、视频服务器、矩形切换器、交换机、解码器、显示屏、监控计算机、数字视频录像机等模块组成。（3）功能：能够在短时间内反应是高速公路监控系统其中一个功能，提供通过车辆外形的动态图像，将“车型”、“车情”、“收费金额”、“时间”等信息，给站内监控人员对收费人员的收费操作的正确性进行观察。在完成用户的需求性内容之后需要考虑，整个设计的稳定性、安全性和可扩充性。在整个方案设计中，稳定性是首要的，一个好的稳定性能给客户带来很好的体验，并且可以减少设计者后期的维护，那么这就要求在设计硬件电路的时候，对于模块的选取，线路的检查和设计完成之后的测试，不同的模块的稳定性是不一样的，环境的影响也是非常的大，需要考虑用户的使用环境，例如湿度较大或者是高温环境中，这些对于硬件的考验是非常的大的，特别是电子器件，湿度较大可能会造成电路板生锈，腐蚀等等情况出现，长时间都是处于高温、雨水、降雪等等情况，在这种环境下，电子摄像头灯设备都是非常容易老化且易损坏的，所以设备的稳定性是非常的重要的，在选择厂家的时候需要考虑公司产品的功能性，例如适应的温度范围、湿度范围、防水性怎么样，这些重要的参考是涉及到高速公路监控系统是否能够稳定工作的重要保证，也是减少售后维修的工程量。设计的安全性，这也是前面稳定性的设计中提到的，在不同的环境下是不是能正常的运行，会不会在进水的时候发生电路的升温，烧毁，发生火灾等情况出现，在充电的时候是不是会出现短路，造成用电的跳闸，造成公共的资源的损失，以及使用的时候会不会漏电，造成设计者在使用的时候会发现触电事故，这一类问题也是重点考虑的，高速公路上是非常复杂的环境，如果出现损坏，售后维修是一个非常大的工作量，所以在布置线路的时候要保证符合国家标准，同时布置线路的时候需要考虑日后维修的便捷性。最后是设计的可扩展性，一个设计在出产之后会经历一定的时间，在这个时间里面都会有用新颖性和淘汰的时期，一个产品能否不断的进行功能的扩展和升级，这是用户能否接受的一个关键点，所以在设计的时候需要预留升级的区域，在设计电路的时候或者是程序的设计的时候，预留一部分区域或者是预留一部分空间在以后用户需要或者是开发者可以扩展的时候使用，高速公路监控系统的扩展性是必然的，现在为了保证高速公路全覆盖，需要考虑再摄像头布置的数量上拓展，摄像头的扩展和视频服务器、接口数量、数据传输的量和速度都有很大的影响，所以在完成初始的功能的时候，就一定要留有裕量，这样在日后扩展的时候会方便很多。2.2系统方案设计框图以及作用现在公路收费站已经是重点区域了，通过网络来监控，对车道和收费的过程，全程都是录像保存的，不需要全天24小时监视，现在的高速公路收费站已经智能化了，各个角落都分布着不同的摄像机，根据方案设计画了3个车道，分别是大客车车道、小型客户车道和ETC车道，每个道都分布着枪机摄像机和全球摄像机，在收费亭内，每个车道安装了半球摄像机，在收费广场也安装了全球摄像机，全程监控交通情况。通过这些摄像机，拍摄的图像都会传输到监控室里，更方便了人们的需求。图1收费站监控系统图如图1所示是收费站监控系统图，在此图中描绘的是收费站的一个监控系统，收费站的系统是由收费车道、收费亭内和收费广场三部分组成。里面有3种摄像机，入口处放着枪式摄像机和全球摄像机，出口处放着全球摄像机，车道使用的摄像机是枪机摄像机，主要是为了防止驾驶员逃费等等情况，收费亭内使用的摄像机是半球摄像机，这边主要是用来监视收费过程，收费广场使用的摄像机是全球摄像机，是为了拍摄整个收费广场的运行情况，这些主要摄像机所记录的图像，都会传输到视频分配器中，再通过硬盘录像机传输到收费分中心，通过电视墙显示出来，在现场有相应的技术人员对视频进行监管处理，及时发现远程高速公路上收费站的一些应急情况。收费站摄像头收费站摄像头光线传输高速路摄像头分中心服务器总中心服务器LED指示牌图2监控系统架构图如图2所示是监控系统架构图，此图可以简要的概括高速公路监控系统的结构组成。在摄像头的分布上，高速公路一般有两个部分，一部分是作为收费站的监控摄像头，而另一部分则是在高速公路上的摄像头。摄像头可以通过光纤技术或者短距离的微波传输技术，在此还是采用光纤技术作为数据传输的介质。一般在高速公路上都会设立一个分中心的服务器管理站，通过分中心接收数据，再将数据通过网络传输到总中心的服务器上，通过总中心可以将此数据一部分存储在服务器中，另一部分可以将其显示在屏幕上对其进行观察，而分中心接受到摄像头的一些传输回来的数据，可以对其进行计算分析，再将数据传输到高速公路收费站，或者是高速公路上的LED指示牌中。通过LED指示牌及时的反映当前的路况，例如堵车、车祸，对其需要变道或者是提醒司机可以进行绕行，又或者是对当天的气象信息、温湿度等等进行预报，及时进行提醒，注意天气情况，如出现大雾，或者是暴雨暴雪，不适宜上高速或者是提前预防，也可以通过LED显示屏显示出来。摄像头摄入的数据图像等信息是无法直接通过光纤或者是网络传输的，必须对这些视频进行压缩编码之后，才可以通过光纤等信息进行传输，所以需要采用的控制器并非单一的控制系统，需要一整套的控制设备，所以无法逐一阐述。通过对相应的控制器资料进行搜索，一般的高速公路视频监控系统都需要有数字拼接控制器和混插矩阵主机。这个控制系统主要应用在分中心的屏幕或者是总中心的屏幕。在一些监控中心当中会有一个大屏幕，屏幕上分裂了很多的小画面，这些小画面就是矩阵显示，需要有混插的矩阵控制器，将各个图像分开，该控制器具有无缝切换、自动轮巡等功能，能够自动的切换各个画面，方便监控人员的观察。除此之外，该控制器可以接受多种视频格式的解码，同时也支持视频输出。除此之外还有数字高清的采集编码这些其在摄像头采集到视频或者音频数据之后，可以通过控制器对这些视频信号进行数字化编码处理，将其以标准的格式进行压缩，对于这些视频机压缩传输支持接入输出。控制系统还包括对于数字B编码的存储，因为这些数据是需要保证一定的时间的，方便其反复调出观察，所以这些数据必须要进行存储，由于现在的摄像头都是高清摄像头，所以必须要有足够的存储空间在现有的应用当中，UTN的OTS-NVR网络存储服务器，可以对数据进行分布式集中式的管理能够很好的存储，并且可以利用以太网进行传输，具有良好的扩展性。目前使用较多的监控存储技术之一。硬件系统设备选型3.1摄像机选型枪式摄像机枪式摄像机主要是用于路上光线不好的地方和夜间没有安装照明的地方，车道摄像机是由自动光圈镜头、室外全天候防护罩和立柱组成，一般安装在收费岛面后部，安装在收费站那边，要求视角能够拍摄清楚缴费车辆和清晰的辨认车牌号，能够适应昼夜亮度变化。枪式摄像机可以选择WV-CP500L/CH型号，单个售卖价格在1480元，设计中需要3个，所以耗费4440元。表一：枪式摄像机性能参数型号WV-CP500L/CH数量3个功能防止驾驶员冲卡逃费，拍摄车辆轮廓和辨认车牌号最低照度0.002Lux环境温度-30—50°环境湿度<90%电源电压AC220V摄像机性能电子试日夜转换功能（2）半球摄像机半球摄像机具有一定的隐蔽，它的外形小巧，收费停内摄像机用的也是彩色摄像机、自动光圈镜头、室内防护罩等组成的，一般安装在收费亭内侧上方或者顶部，放在亭内光强的地方，能够拍清图像。半球摄像机可以选择DS-2CD3725F-IZS型号，单个售卖价格在489元，设计中需要3个，所以耗费1467元。表二：半球摄像机性能参数型号DS-2CD3725F-IZS数量3个功能监视收费过程图像传感器1/2.7ProgressiveScanCMOS清晰度1080P大图像尺寸1920*1080最低照度0.01Lux镜头2.7~8mm（2）全球摄像机全球摄像机能够360°旋转、水平旋转，无监视盲区和隐私区等特点，全天候实时监测与记录，它的功能是用于测速，安全带，打电话等违法行为检测。全球摄像机可以选择GS-6321G型号，单个售卖价格在1700元，设计中需要4个，所以总价6800元。表三：全球摄像机性能参数型号GS-6321G数量4个功能监视整个广场的收费运作以及交通情况视频压缩滤32Kbps/S~4Mbit/S输入电源DC14V2A最大功率小于20W视频帧滤1-25帧/秒3.2主控云台云台在控制信号的作用下，摄像机可以自动扫描监视区域。云台可以按环境分为室内和室外，这两个的区别在于室外密封性好，防尘，防水，更能很好的使用。前端设备：包括摄像机、云台、解码器和摄像机防护罩等。（1）摄像机可以分为3种，第一种是枪机摄像机，第二种是吸顶式半球摄像机，第三种是一体化全球摄像机。解码器：主要是主控制机设备发来的信号，对主控云台进行控制。摄像机防护罩：道路上的摄像机是一直放在外面的，对外面的环境要求也很高，要是恶劣的环境，会带来干扰，所以防护罩起到防户作用。后端设备：包括硬盘录像机、视频分配器和监视器等。硬盘录像机又可称为数字视频录像机，是视频监控的核心。视频分配器具有多路视频输出功能，主要用于同一图像同时多种应用的场合。监视器是和摄像机一起配套使用的，在监控室里播放交通图像。可以用多个监视器组成监控室电视墙。云台可以选用DY-DL8220D的型号，单个售卖价格为359元，该设计需要一个云台，所以总价格为359元。表四：云台的型号DY-DL8220D性能参数型号DY-DL8220D水平预置位速度100°/S垂直预置位速度30°/S水平角度360°无限位旋转相对湿度小于90%工作湿度-35°~35°重量10KG3.3服务器选型监控系统里也有很多的服务器，例如存储服务器、流媒体服务器、视频编码服务器和视频管理服务器等，它们都有不同的用处。存储服务器是一台具有多个硬盘接口的。流媒体服务器是以流方式在网络中传输音频和视频，它主要作用是对流媒体的内容惊喜采集、缓存、调度和传输播放。视频编码服务器主要是用来对视频进行编码的。视频服务器可以选用PN-6500系列的型号，单个售卖价格在1890元，该设计需要1个视频服务器，所以总价格为1890元。表五：视频服务器性能参数型号PN-6500数量1个视频压缩率SUPERWAVE-LET视频帧滤1-30帧/秒电源电压DC12V电源功率10w网络接口RJ-453.4路由器选型路由器就是一个对不同网络之间的数据包进行存储，高速公路上的一些数据可以通过路由器的路由功能来进行处理，路由器也是互联网中重要的设备，路由器主要的功能就是信息传输。路由器可以选用AR2240C的型号，单个售卖价格在700元，该设计需要1个路由器，所以总价为700元。表六：路由器性能参数型号AR2240C数量1个传输速率10/100/1000Mbps广域网接口同步/异步接口接口模块WAN接口模块电源220VAC,50HZ功率350W(单电源）/700(双电源）工作环境0~45℃3.5硬盘录像机硬盘录像机简称“DVR”,它主要是用于对图像存储，监视，录像，回放，报警，控制等功能，应用广泛。硬盘录像机可以选用DS-7808N-K2/8P的型号，单个售卖价格为2304元，该设计需要一个硬盘录像机，所以总价为2304元。表七：硬盘录像机参数型号DS-7808H-ST数量1个分辨滤704*576视频压缩标准H.264视频帧滤1/16-25帧/秒最大容量6TB工作温度-10℃~55℃3.6液晶显示屏选型电视墙是一个中心控制系统，可以显示一个大画面，也可以显示多个小画面，现在很多视频监控都是采用电视墙来作为显示设备，它更直观，更方便。液晶显示屏可以选用MJ-P5535SL的型号，单个售卖价格在3790元，该设计需要一个55寸的液晶显示屏，所以总价为3790元。表八：液晶显示屏性能参数型号MJ-P5535SL尺寸55寸功能更能直观的看到监控目标的异常情况分辨率1920*1080显示面积大、体积小、重量轻视角178°，接近水平外观金属外壳工作湿度10%~85%3.7数据传输系统的设计图3数据传输系统框图图3.5是高速公路收费站的数据传输系统图，此图反映了通过数据和视频来传输，通过光纤技术传输到每个光端机中，运用了计算机科学与通信技术结合起来，是把通信技术中的信息传输、交换同计算机的技术中的数据处理。高速公路视频传输的方法有很多，在最开始利用全模拟矩阵到光传输交换平台，以及到现在应用的全数字高清IP组网系统。传输的方式上有很大的进步。以前使用的技术便不再阐述，对目前使用较多的视频信号的纯数字传输进行分析，对于数字编码来说，纯数字编码时经过编码器进行介入的，也就是高速公路上对摄像头录摄的视频进行数字采样技术，然后再经过编码对高速公路视频数据进行算法完成压缩。光端机;通过信号的调制、光纤技术转换等技术，来利用光传输特性达到远程传输的目的。模拟视频矩阵：它主要特性是输入大于等于输出。控制键盘：一般是用来控制球机的，也是用来控制录像机等多个设备。4、软件系统功能及作用4.1软件系统软件系统部分主要是对高速公路监控系统收费站的软件工作流程等进行分析，现在高速公路收费系统已经越来越成熟了，应用也越来越广泛，提高了管理效率。4.2系统软件作用收费站计算机管理系统软件是用来对交通流量、收费金额等进行的统计和分析，能够快速的了解到收费站的运行和交通情况，收费站系统软件减轻了对收费站管理人员的工作强度，提高了收费站的效率。收费站系统是由好几个模块所组成的，其中包括模块有系统管理模块，数据通信模块，监视模块，录入模块，检索模块，统计模块，维护模块和帮助模块。图4收费站计算机系统框图系统管理模块：主要是管理并调度计算机系统资源的使用。数据通信模块：里面还包括站级模块和车道及模块，站级模块主要是对收费站的收费数据进行传输，车道级模块主要是采集收费车道的收费信息。（3）监视模块:是监视各收费车道运行、收费、流量等情况，对所有的车道进行不间断的监视。（4）录入模块：对那些计算机中没及时录入进去的信息，需要人工输入。（5）检索模块：根据给定的检索条件，对车道、班次、车型等在给定的时间范围内快速检索出相关数据信息，对数据进行对比分析。（6）统计模块：对交通流量个通行费进行统计分析。（7）维护模块：主要是给系统管理人员使用的，对一些相关数据进行调整、修改等操作。（8）帮助模块：能在系统中提供有效的帮助，及时解决问题，提供操作方法。系统方案预算如图5.1系统设计材料清单设备名称型号参数品牌数量单价总价枪式摄像机WV-CP500L/CHAC220V松下摄像头31480元4440元半球摄像机DS-2CD3725F-IZS0.01Lux海康威视摄像机3489元1467元全球摄像机GS-6321GDC14V2A索拓高速球摄像机41700元6800元云台DY-DL8220D360°无限位旋转海康威视1359元359元视频服务器PN-6500系列数字矩阵壹加恩11890元1890元路由器AR2240C千兆端口华为17000元7000元硬盘录像机DS-7808N-K2/8P6TB海康威视12304元2304元电视墙MJ-P5535SL55寸高清电视墙美佳爱13790元3790元人工设计费25000元合计49054元汇总以上所有数据，本方案设计消费总共清单，一共花费49054元总结在高速公路监控系统方案的设计中为了提高高速公路行车安全及提供安全保证，同时也是为了让高速公路上的一些违法行为得到应有的处罚，以及在高速公路上出现的交通事故，能够在第一时间被得知，便于交警或者是急救人员能够及时赶到现场进行急救，通过对整个方案的设计，可以得出高速公路监控系统在现代这个社会当中是非常有作用，也是非常有意义的，可以保障人员生命安全，但是本课题只是建立在理论的分析基础上，只能对其功能，非功能以及其硬件组成的进行分析，想要真正的去付出实践，也是需要很大的难度的，也许这一生都无法实现，但是通过对于本设计的了解，也对整个高速公路的系统有了一个大致的了解，希望高速公路监控系统能够在未来变得更加成熟。

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