高速公路隧道监控系统解决方案.docx
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高速公路隧道监控系统解决方案
高速公路隧道监控系统
解决方案
2016年3月
1引言
1.1编写目的
本说明书旨在描述高速公路联网监控系统的功能和技术解决方案，明确系统目标、功能和接口规范，以便用户和开发管理人员对系统的功能达成一致，并为系统的详细设计、开发、测试和验收等工作提供参考依据。
1.2阅读对象
本说明书的读者对象包括高速公路管理处、监理方的项目负责人、技术负责人；承包方项目负责人、技术负责人和有关软件开发、测试、文档编辑团队。
高速公路管理处、监理方、承包方的项目负责人、技术负责人可通过本文档系统了解软件的开发目标、功能等；开发团队可根据本文档编制软件开发计划并实施开发；测试团队可根据本文档编辑测试计划和测试方案；文档编辑团队可根据本文档编写用户手册、培训资料等。
1.3名词解释
Ø高速公路监控系统
高速公路监控系统，是一种利用道路沿线安装的各类检测设备对有关交通、环境及设备状态资料进行采集、分析、处理，并根据一定的规则进行决策，然后，通过信息发布设备和交通控制设备来对道路交通进行指挥和调度的集检测、控制、管理于一体的综合性交通指挥系统。
它不仅能准确统计道路交通资料、有效监视道路的运营状况。
同时，在发现异常情况时，又能通过信息发布设备和交通控制设备进行限速、诱导、转移、分流、路段封闭等交通控制处理。
从而使高速公路的交通流始终保持在最佳的运行状态，及时发现和处理交通事故并减少事故的发生率，提高道路通行能力。
Ø路段监控中心
对某一路段进行交通监控的管理机构，简称路控中心。
Ø监控站
对某些监控设备比较集中的特殊路段、隧道和大桥等设立的监控信息汇集站。
包括特殊路段监控站、隧道监控站、大桥监控站等。
Ø路段外场设备
路控中心所辖范围内所有安装在道路路面的交通监控设备的统称，包括车辆检测器、可变情报板、可变限速标志、车道指示灯、交通信号灯、遥控摄像机、紧急电话设备、相关通信接口设备等。
Ø现场设备
高速公路沿线安装的外场设备的统称。
Ø车辆检测器
在对高速公路上过往的车辆进行记数和速度检测的基础上，经分析计算得到车道交通量、车速、平均占有率和车头距等交通状况信息的设备。
Ø可变限速标志
根据监控中心的指令，在高速公路上用来及时向驾驶员提出最佳行车速度和简单提示信息的设备。
Ø可变情报板
根据监控中心的指令，在天气或交通发生异常时及时通知驾驶员并提出警告或建议，对交通流进行诱导的设备。
Ø信息发布屏
安装在高速公路收费站出入口、服务区和停车区，向过往车辆发布道路信息。
在区域联网情况下，在收费站出入口的信息发布屏还可用于显示本路段的各个出（入）口各正常车型和特殊车型的收费费率，以供道路使用者参考查询。
Ø一氧化碳检测器
用来对高速公路尤其是隧道内进行一氧化碳浓度检测的设备。
Ø能见度检测器
用来对高速公路尤其是特殊路段或隧道内进行能见度检测的设备。
Ø光照度/光亮度检测器
用来对高速公路的光照度和光亮度进行检测的设备，主要是用于检测隧道内及隧道洞口的光照度和光亮度情况。
Ø紧急电话
高速公路沿线安装的，用来在紧急情况下，直接向监控中心进行语音报警的电话设备。
Ø大屏幕投影
通过信号处理系统和光学系统对输入的图像信号放大、会聚，并在大屏幕上显示出大画面彩色图像的设备。
Ø地图板
在监控中心用来模拟显示高速公路地理外貌和交通设施，同时，动态刷新显示交通数据、气象参数、环境参数、可变情报板显示内容、设备状态和时间等信息的设备。
Ø监测设备
用来监视高速公路交通运行情况和检测高速公路交通和环境的设备。
包括摄像机、车辆检测器、能见度检测器、一氧化碳检测器、风向风速检测器、光亮度检测器、超高车辆检测器和火灾自动检测器等。
Ø报警设备
提供给高速公路内道路使用者在发生紧急事件时报警用的设备。
包括手动紧急按钮、紧急电话、火灾自动报警设备等。
Ø控制和诱导设备
用来对高速公路内的交通及环境进行控制和诱导的设备，特别是在发生紧急事件时的控制和诱导。
包括交通信号灯、车道控制标志、可变情报板、可变限速标志、有线广播、风机、照明灯具、供配电设备等。
ØEyefinity宽域技术
宽域技术可同时支持多台独立显示器的输出，提供革新性的图形显示能力，可实现广阔的桌面工作空间和最身临其境的视觉环境，使用大幅扩大的可视工作区提升日常工作效率，并轻松执行多任务处理。
ØDisplayPort接口
DisplayPort接口，是VESA（视频标准化委员会）2006年制定的接口标准，这种接口可以同时传输视频和音频信号，与其他数字显示接口相比，DisplayPort不需要为每个显示输出提供专用的时钟信号。
一个全速的DisplayPort口可以提供更多的带宽和更高的分辨率、刷新率及颜色。
所有的这些优势都可完美配合ATIEyefinity多屏显示技术。
1.4参考文献
——GB8566-88：
计算机软件开发规范
——GB8567-88：
计算机软件产品开发文件编制指南
——GB9385：
计算机软件需求说明编制指南
——GB/12504：
计算机软件质量保证计划规范
——GB/T12505：
计算机软件配置管理计划规范
——GB/T18567-2001：
高速公路隧道监控系统模式
——JTJ026-90：
公路隧道设计规范
2系统概述
2.1系统简介
湖南湘筑交通科技有限公司自主研发的监控系统是一款集设备监控、交通控制、管理为一体的流程化、多级的指挥调度平台。
本系统集成了交通电子地图，视频监控子系统，隧道监控子系统，信息发布子系统，辅助决策子系统等多个子系统，并集成了联网监控功能。
广泛适用于各高速公路管理机构的对高速公路的智能化管理，能有效提升高速公路的运营效率和经营效益。
它满足省联网监控技术标准，可以实现对交通运行的宏观管理和调度，充分发挥交通监控的路径诱导、多路径交通流量调控的功能，并且能最大程度地发挥高速公路网络的通行能力。
它为交通主管部门、高速公路管理公司等主管机构提供决策辅助工具，为高速公路建设集成商以及相关的软件厂家提供技术支持和数据接口。
2.2系统特点
湖南湘筑交通科技有限公司自主研发并获得软件知识产权的高速公路联网监控系统，经过细致周密分析、不断优化，并在吉怀、长永、娄新、大浏、汝郴等路段成功安装实施应用。
具有以下优势功能：
Ø模块化的系统架构
我公司在分析当前高速公路数据交互需要的基础上，结合高速公路业务平台的需求分析，提出了建立基于分布式的高速公路联网监控系统。
它是一种面向业务的，具有模块化、开放性和先进性的监控系统。
Ø统一化的信息平台管理
系统集数据采集、隧道监控、图形界面、系统管理等功能模块于一体。
对异常事件报警及联动预案实现集成控制；以及对外场视频、情报板等设备进行实时控制
Ø标准化的信息联网接口
系统针对省监控中心的信息联网监控方案已实现一套标准化的数据交换接口，可与省监控中心数据交互平台实现完美对接。
具有实时交互、安全性高、可扩展性可维护行高、高稳定性、便于管理等特点
Ø规范化的设备控制接口
系统针对高速公路主流监控设备（视频设备、可变情报板）都有统一的标准化的通信协议接口，可在于不同制造厂的设备之间完全兼容和互操作性，规范控制数据格式。
集中管理各种提供了二次开发SDK包的编解码器、硬盘录像、矩阵、流媒体、摄像机等视频相关设备以及情报板信息发布设备的通信协议，并可完全透明的提供给其他需要的软件开发厂商。
Ø数据实时采集、动态处理
对外场设备采集到的数据进行汇总、分析、挖掘和展示，及时掌握全省高速公路路网运行状态
1.通过车辆检测器采集的数据获得路段交通数据，至少包括交通量、车流密度、平均车速、车道占有率、行车方向等参数。
2.通过气象检测器或能见度检测器采集的数据获得气象和环境参数，至少包括湿度、温度、风力、风向、降雨（雪）量、路面结冰状况、雾、能见度等。
3.可接收可变情报板、可变限速标志显示的内容，发布命令的时间。
4.可接收各类外场设备（车辆检测器、能见度检测器、气象检测器、可变情报板、可变限速标志、可变信息标志等）工作状况信息，包括设备状态（正常和故障）、通信状态（正常和异常）。
Ø人机交互界面简洁、直观
图形界面可直观展示设备、环境等最新数据，对各类历史数据可进行多种条件查询，以及报表预览打印
5.通过图形接口，所有设备的工作状态可通过不同颜色来显示。
6.通过图形接口，点击设备符号即可显示设备当前的检测数据或显示内容。
7.通过对历史数据的深度挖掘分析统计，可生产形式多样的图形报表，为管理人员提供强有力的辅助决策依据
Ø辅助决策支持帮助管理者进行科学有效的管理、决策
决策辅助系统是针对高速公路营运管理而设计的，它能够更加清楚和直观的把信息展现给管理者，用户可以很方便通过分析结果，从而制定有效的决策方案。
Ø自主知识产权
高速公路监控系统具有完全的自主知识产权，是湖南湘筑交通科技有限公司由底层直接开发出来。
2.3运行环境
Ø客户端
操作系统：
具备网络环境的WINDOWS系列操作系统。
操作系统配置要求：
CPU：
双核2.5GHz以上
内存：
2GB以上
最佳分辨率：
1440*1024
Ø服务器端
操作系统：
具备至少双网卡的WINDOWSSERVER系列操作系统（建议使用Windows2003）。
数据库系统：
SQLSERVER2008
操作系统配置要求：
CPU：
四核2.8GHz以上
内存：
4GB以上
硬盘：
160G以上
3多屏显示方案介绍
3.1概述
利用目前先进的Eyefinity（宽域）技术，将多台高分辨率显示器完美拼接在一起，扩大电脑的桌面工作空间，再结合湘筑交通自主研发的综合性高速公路监控系统平台，最大限度的利用多屏拼接屏的显示区域展示全路段设备实时情况，让用户一目了然的掌控高速公路交通状况。
极大地提高了监控、管理、调度的工作效率，也减少了相关工作人员的视觉疲劳感、降低了工作的强度和压力。
3.2硬件介绍
搭建基于多拼接屏的高速公路监控系统所需基本硬件设备如下：
Ø显示终端
三星MD230配备了D-Sub、DVI-D和DisoplayPort三个视频接口，还有两个USB接口。
其中配备DisoplayPort接口是为了支持AMDEyefinity多屏拼接显示技术，其要求主显示器必须使用DisplayPort接口。
图：
三星MD230显示屏
如果没有DisplayPort显示器，使用普通的显示器借助主动式转换器，也可以将DVI-D接口的显示器和显卡DP口相连接，从而获得多屏输出的效果。
Ø支持Eyefinity技术的显卡
如果要搭建Eyefinity多屏显示器系统，所有显示器全部使用DP接口自然是最完美的选择，但目前拥有六DP接口的显卡仍未大规模上市，因此退而求其次的方法就是至少使用1个DP接口，而其余显示器则可以连接显卡上的DVI/VGA或HDMI接口，目前市场中的HD5000显卡最多仅支持单卡三屏幕的构建方式。
图：
兼容6屏幕的6DisoplayPort接口显卡
图：
多显示器拼接效果
4总体设计
4.1网络拓扑图
图1：
联网监控系统网络硬件架构图
4.2系统结构图
本系统总体规划按照省监控中心—路段管理处—站/隧道所的三级管理模式系统架构。
图1：
系统结构图
系统采用路段管理处—〉站/隧道所的管理模式。
路段管理处负责所辖区域所有高速的（包括隧道）监控管理，兼备隧道管理所系统所有功能，完成对外场设备采集的数据进行分析、异常情况处理、图像监视、下发控制指令合理诱导交通流以及系统日常运行维护等工作，同时对全线的交通数据等信息进行汇总、统计、打印。
站/隧道所负责所管理隧道监控，完成隧道交通监控、通风、照明、消防、火灾、环境监测等管理功能。
4.3数据链路图
图2：
联网监控系统数据链路结构图
本系统采用统一协议的数据交换平台实现各级监控系统监控信息交换和数据共享同步。
各级数据交换平台之间：
上下级、平级数据交换平台采用松散的连接方式，连接定义在模块链接表中定义。
只要定义了两个数据交换平台之间的连接，此两个数据交换平台即可进行数据交换。
省中心数据交换平台与所有监控分局数据交换平台连接；监控分局数据交换平台与本区域内所有站数据交换平台连接。
数据交换采用最短线路的原则通过数据交换平台达到相应目的模块。
4.4功能结构图
本系统主要功能是采集高速公路外场设备的交通数据以及实时路面数据，将采集的数据以模拟地图形式友好形象的展示；并可通过分析处理实时数据对其车辆进行交通诱导。
同时系统提供后台管理功能，可对系统外场设备、系统基本信息以及系统用户进行配置与管理。
联网监控系统功能结构图
4.5系统功能
4.5.1数据采集服务
4.5.1.1功能概述
数据采集服务负责采集路网主线外场监控设备（包括交通、环境、气象等）及隧道控制设备的数据参数和设备工作状态。
采集服务由多个设备采集服务模块组成，各个模块独立运行互不干扰。
每个采集服务主要包括3大通用模块：
通信模块、设备协议通信模块、日志记录模块。
Ø通信模块：
负责与客户端程序进行数据交互。
接受用户操作指令并通过设备协议通信模块对外场设备下发协议指令；同时外场设备应答后将处理完成的数据通过该模块回复给客户端程序进行展示。
Ø设备协议通信模块：
负责将用户操作指令与设备协议指令相互转换工作，并处理对外场设备的发送和接受指令订阅事件。
Ø日志记录模块：
负责记录发送和接受的设备协议指令以及系统异常消息，并以文本的形式保存至本地硬盘。
4.5.1.2采集数据种类
数据类型
数据参数
交通数据（车检器）VD
交通量、平均车速、车道占有率等
路段沿线气象参数Wd
湿度、温度、风力、风向、降雨量、降雪量、能见度等
隧道一氧化碳/烟雾浓度CoVi
一氧化碳/烟雾浓度值
隧道风速风向Wsd
隧道风速值、风向
隧道洞内洞外光强LiLo
洞内光强值、洞外光强值
可变信息发布标志CMS
发布命令的时间、内容等
摄像机
视频信号丢失状态
照明灯具
开、关
风机
正转、反转、停转
车道指示灯
绿箭、红叉
交通信号灯
红、绿、黄、箭头
紧急电话与广播
待机、故障、通话、呼叫、广播
火灾报警控制器
报警信息
防火卷帘门
上升、下降、停止
设备工作状况DevStatus
设备状态（正常和故障）、通信状态（正常和异常）
ØVD类：
车辆检测器（VD）、视频车辆检测器（VVD）、微波车辆检测器（MTD）
ØCMS类：
大型情报板（CMS）、限速标志（CSLS）、双基色信息屏（XP）、琥珀色信息屏（XXP）、小型情报板（SCMS）
ØCoVi类：
一氧化碳能见度检测器（COVI）
ØLiLo类：
光强检测器（LILO）
ØWd类：
气象检测器（WD）
ØWsd类：
风速风向检测器（WSD）
Ø设备状态类：
上述各类设备的状态
4.5.2图形机管理
1
2
3
4
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.5.2.1功能概述
功能名称
图形机管理
功能描述
在地图上直观获取交通流、环境、设备、情报板、事件等信息，并对高速公路主线及设备进行控制的模块
功能点
•地图及导航
•信息监视
图形机管理子系统是在地图上直观获取高速公路交通流信息、环境信息、设备状态信息、事故事件信息等多方位信息，通过与信息发布模块进行交通诱导控制，对异常情况进行预警和联动反应的模块。
它是最直接、最全面了解全路段道路、交通、环境、设备状况的的核心界面，对高速公路的多种监控手段均集成在图形机管理子系统实现。
4.5.2.2地图及导航
Ø地图显示
地图能显示高速公路路网全貌以及沿线外场设备的图标、桩号、数据和状态等信息。
同时在地图上点击显示的设备分布图可快速切换至相应的控制功能操作界面。
可显示的设备包括以下类型：
视频摄像机、车辆检测器、门架式可变情报板、悬臂式可变情报板、气象检测器等。
沿线监控外场设备以图标的形式布置在沿线，用鼠标点击某设备图标即可得到设备实时采集数据或实时显示状态。
绿、红、黄颜色动态显示设备的正常、故障及待机状态，若设备故障将自动弹出报警小窗口（提示报警大致原因），同时设备图标显示红色即故障。
通过分层显示的功能，根据实际需要选择在地图上显示的设备。
由于监控系
统设备众多，如将所有设备都放在地图上进行显示，势必会造成图标的杂乱排布，
给用户工作带来不必要的麻烦。
因此对于各种设备进行分层显示的设置，由用户
选择需要在地图上进行显示的设备。
Ø设备导航
设备导航时让用户迅速定位制定设备的功能。
当用户通过结构树或查询的方式，确定设备名称后，右侧地图自动导航到相应设备，相应设备并闪烁以方便识别。
4.5.2.3信息监视
信息监视是对外场监控设备的实时数据以及状态信息在地图上以文字或图形的形式显示的功能。
1）交通流信息显示
交通流信息按照信息来源的不同，可分为以下二种：
Ø车辆检测器交通流信息
采用微波车辆检测器（或线圈检测器）对交通参数的检测。
检测数据包括：
交通量、速度、占有率和车行方向等。
这些数据采集后由监控中心计算机进行存储、处理和分析，并通过计算机在显示设备上显示道路交通状况。
有助于管理者判断如何诱导和疏散交通流，以便及时对异常情况作出反应。
Ø视频检测交通流信息
引入视频事件检测系统，辅助人工检测隧道事故事件，同时进行交通参数统计。
隧道内固定摄像机前端视频图像传输至监控中心后进行视频事件检测，检测数据通过10/100M口与视频事件检测接入交换机连接，汇集后连接到交通事件管理服务器。
视频事件检测系统收集的信息包括：
检测路上每个区域、每一车道所通过的车辆数、车辆分类、车辆速度、车道占有率、车头时距等功能。
2）环境信息显示
Ø高速公路主线环境信息
环境信息是通过气象检测器，获取高速公路主线外场的环境状况。
环境信息以图形的方式在地图上进行环境状态的模拟显示。
气象检测器用于收集本路段的环境信息。
气象检测器检测的环境信息包括：
能见度、风速、风向、降雨量、大气温度、大气湿度、路面冰点情况等。
Ø隧道内环境信息
隧道内的环境信息的检测内容主要包括以下几项：
1．隧道CO/VI检测值。
通过CO/VI检测器检测隧道内的CO浓度、粉尘浓度等数据，检测结果为隧道通风控制提供依据。
2．隧道风速风向检测值。
通过风速风向检测器检测隧道内的风速、风向等数据，检测结果为隧道通风控制提供依据。
3．隧道光强检测值。
通过洞内、洞外光强检测器检测隧道内外的光强，检测结果为隧道照明控制提供依据。
3）设备信息显示
设备信息是高速公路外场各种设备的反馈信息和工作状态。
系统根据设备反馈的各种信息以图形的方式在地图上进行设备反馈状态和工作状态的模拟显示。
以不同的图形表示设备实时采集数据或实时显示状态。
绿色表示设备正常、故障及待机状态，若设备故障将自动弹出信息（提示报警大致原因），同时设备图标显示为红色即故障。
4）视频图像显示
视频图像显示是在地图上按照摄像机实际分布位置设置视频信息图标，当用户需要查看不同地点的视频图像时，可实现快速切换功能，便于用户查看高速公路状况。
4.5.3视频管理子系统
4.5.3.1功能概述
功能名称
视频管理
功能描述
实现对外场摄像机视频进行调用、实时监视、录像保存、录像查看，还可对监控分局视频控制矩阵进行大屏切换显示等
功能点
•无线视频监控
•信息查询及管理
•视频切换及控制
•视频设备故障管理
•系统配置管理
视频监控子系统可实现编码器、硬盘录像、流媒体三种视频浏览方式的集成，并能互为冗余备份，在其中某种方式失效的情况下，另外的浏览方式可及时补救。
监控系统可实现局域网及无线3G网两种视频数据上传方式的集成，并能互有冗余备份，在局域网方式失效的情况下，无线3G网方式能及时补救。
无线视频监控是利用3G无线网络传输视频的一种方式。
所谓无线可分两个方面解释：
前端摄像机采用无线监控采集终端（车载监控终端）；后台进行网络的监控数据分发，完全兼容现有的监控系统视频源；而监控终端则支持PDA（手持式终端）及普通的INTERNET网络计算机终端。
它不受制传统的有线监控系统线缆困绕，也无地域的限制。
更无须漫长的施工周期及高昂的建设投资，不影响现有监控系统的正常运行。
视频管理子系统具备以下特点：
1、三种图像浏览方式
系统实现三种图像浏览方式的功能，编码器上传的图像，硬盘录像机上传的图像，流媒体服务器上传的图像。
并统一规范图像名称来源，保障图像互有冗余备份，在某种方式不可用情况下，其他方式也可进行图像调用。
2、多视频监控设备统一集成管理
系统有一套统一规范的标准化控制接口，可集成管理各种提供了二次开发SDK包的编解码器、硬盘录像、矩阵、流媒体、摄像机等视频相关设备的控制协议，并以统一透明的界面展示给用户。
3、无线视频监控丰富终端设备类型
无线视频监控系统设备种类丰富，主要包括：
手持交互机、PDA、车载式采集终端、车载服务器、中心服务器等。
4.5.3.2无线视频监控
1）构成体系
无线视频监控系统的构成从大方向讲可以分为三个部分：
Ø无线视频监控系统的前端：
车载机
车载机可以接不同数量的CDMA模块，可以是1到4不同等级，不同数量的模块采集的图像质量也不尽相同。
模块越多，则图像质量越高，当然也需要越高的主机进行视频压缩。
利用它来把非固定外场的图像传回到监控管理中心
Ø无线视频监控系统的管理后台：
分发服务器
接收外场无线视频监控采集终端发送过来的图像，同时把现有的监控图像进行数字化，并在网络上分发到不同的监控客户端。
Ø无线视频监控的监控终端：
PDA
装有视频功能软件的PDA终端设备。
2）监控终端功能
监控终端的功能主要包括：
1、图像监控功能
2、监控频道切换功能
3、监控外场切换功能
4、用户认证管理功能
5、无地域浏览监控图像
3）方案模式
Ø数字化监控系统。
可称之为部分无线视频监控系统解决方案，以对现有的监控系统进行数字化、网络化。
在于丰富监控系统的监控终端，并提供了监控的高安全性。
在现有的监控中心再加上一个分发服务器，从矩阵的输出口把视频源接入到服务器，此时只要服务器有固定的IP地址，就可以实现对现有监控图像的网络分发。
Ø移动式无线视频监控系统
利用可移动的视频采集终端，对不同的临时监控需求点作出监控。
可移动的视频采集终端由于监控点不固定，因此，它必须利用无线公网作为监控数据的传输网络，例如CDMA、3G网络。
也正是因为它的监控点不固定，故称为移动式无线视频监控系统。
Ø完整的无线视频监控系统
系统可以兼容现有监控系统，同时配备车载监控采集终端，监控中心管理系统，PDA监控终端等等各种设备。
4.5.3.3信息查询及管理
1）信息查询
可查询编码器、解码器、硬盘录像机、矩阵、摄像机等各种视频相关设备的详细信息，以及视频设备映射关系、硬件设备使用情况和基础配置信息等。
并能导出EXCEL表格。
2）视频分类
视频图像可按属性自动分类功能，可实现视频图像按属性如广场、道路、隧道、收费站等分类，属性类别可用户自定义，并能将视频分类在软件界面中自动分类显示，用户可根据类别缩小查找视频范围。
也可进行自定义分类，实现随意对视频进行分类，如重点关注图像等，类别用户可按实际需要自定义。
4.5.3
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