机械 制造超限检测站超限车高速预检系统学位论文.docx

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机械制造超限检测站超限车高速预检系统学位论文

高速超限检测站检测系统

设计方案

浙江润鑫智能交通设备有限公司

2011年8月

一、概述

本方案是我公司结合多年来动态称重设备设计制造以及在全国各个地区的实际运用经验，综合公路管理部门对超限运输管理的具体需求，进行开发设计的。

系统可在不干扰道路正常通行秩序的前提条件下，对在车道中正常行驶的车辆进行无限制预检测，并提示超载车辆以及管理人员引导超限嫌疑车辆进入低速精确称量区域，进行精确复核，对于确实超限车辆，可进行进一步的执法处理。

同时，超限检测站也可以为公路管理部门提供交通统计基础数据，为交通情况分析提供数据基础。

超限检测站主要包括高速预检子系统、图像监控系统和执法管理系统等组成，并进行联网扩展，实现区域内的站点联网，实现远程监控和管理；

1.高速预检子系统：

包括高速动态称重系统、车牌识别系统、可变情报板和引导信息屏系统。

主要完成对道路上行驶车辆的无干扰检测，并对超限嫌疑车辆进行提示，引导车辆进入低速高精度检测区域，进行下一步处理。

2.图像监控系统：

包括对高速检测区域、低速精确检测区域、超限检测站出入口、卸货区域、仓储区域、执法大厅以及整个站区全景进行视频监控，并使用硬盘录像机录像，为突发事件处理提供可靠的实时信息和证据。

3.执法管理系统：

执法管理系统是结合对于超限车辆处理相关程序，进行相关文件的处理和打印，和称重检测系统进行数据共享，为执法提供有力的保障。

4.系统的设计特点：

4.1.系统核心部分采用进口设备，其他部分采用成熟可靠设备，确保系统的高可靠性。

4.2.系统全部部分均采用模块化设计，易于维护和扩展。

4.3.系统数据完整有效，并实现全面共享，有效的提高工作效率，并最大程度的杜绝各种漏洞。

4.4.系统高速部分使用弯板式传感器，施工量小，安装方式灵活，仅在路面安装，不破坏路基；

4.5.系统软件成熟，可靠性高，系统可扩展远程功能，实现区域性管理。

超限检测站的布设方案根据各个检测的特点有着不同的设计，下面是本方案：

在高速动态传感器后方25米处设置车牌识别系统及监控摄像机，并在高速传感器的上方安装补光设备，确保车牌识别的可靠性。

车牌识别设备、补光设备及监控摄像机均安装在监控杆上，净空高度不得小于6米。

同时将图像及车辆检测数据传输到指定的管理中心（本方案是以管理中心位置距离高速称重区500米的位置而定）

各个子系统通过网络进行连接，全部数据存储在数据服务器中，各个子系统根据权限不同，可以进行数据的共享，大大提高效率。

通过扩展远程网络，超限检测站系统可连入管理处监控中心，监控中心可以实时了解各个站点的情况，统一调度，实现管理智能化。

二、系统组成：

1.高速预检系统

高速预检系统包括3个部分：

高速动态称重设备、车牌识别设备、车辆分离系统。

高速动态称重设备设置在检测站前约1000米处，在其后方25米处设置简易门架，安装车牌识别设备，同时在高速检测传感器位置上设置补光灯门架，安装补光灯。

可变情报板设置在高速称重设备后方400～500米处，在高速称重设备检测出车辆重量信息，并通过高速管理计算机进行超限判断后，如果超限，结合车牌识别设备获取的车牌信息，发布到可变情报板上，提醒嫌疑车辆进入站区处理。

同时高速预检管理计算机将超限嫌疑车辆数据发送到引导信息屏上，为引导人员提供引导信息。

最后，检测数据、车牌信息以及车辆照片通过网络存储至服务器中，为下一步执法提供依据。

2.图像监控系统

图像监控系统主要是对超限站各个区域进行监控，确保各个区域的安全有序，并对突发事件进行信息保存。

整个监控系统主要包括：

高速检测点监控、低速检测点监控、超限站入口监控、卸货区域监控、仓储区域监控、超限站出口监控、执法大厅监控、超限站全景监控和监控中心。

监控中心设置电视墙、视频矩阵和硬盘录像机。

电视墙对应各个监控点信息，方便监控人员进行监控，电视墙中间大屏幕监视器主要是为了对重点地点监控，操作人员可以通过视频矩阵的键盘进行切换，将重点区域的信号切换到主屏上。

监控人员也可以通过键盘控制各个监控点的摄像机，进行拉近、放大、旋转等操作，实现对全部区域监控。

3.执法管理系统

执法管理系统主要是处理超限车辆的相关文档，通过和数据服务器相连接，可以自动获取处理车辆的全部检测信息，自动生成处理文档，实现办公自动化。

整个系统还设置了站长接口，管理人员可以通过这个接口，连入整个系统，对现场情况进行检查，获取分析报表。

4.通讯网络系统

通讯网络系统是整个系统的传输中心，负责整个系统的数据传输。

整个通讯系统分为光缆通讯部分、信号通讯部分和网络部分。

由于高速预检点距离监控中心的距离比较远，因此这部分的通讯采用光缆方式，使用了光电收发器进行网络信号的传输，光端机进行视频及数据信号的传输。

其余部分根据现场距离的情况分别使用电缆传输和光缆传输。

5.计算机系统

超限站的计算机系统将各个子系统连成一体，实现数据的共享。

整个系统主要包括：

高速预检管理计算机、低速检测计算机、执法计算机、硬盘录像机、站长管理计算机和数据服务器。

数据服务器是系统的核心，采用镜像备份的方式保存数据。

各个部分都将数据存入数据服务器，并从中获取需要的数据。

三、高速动态称重设备

高速动态称重系统是专门设计用于高速公路或者普通公路上不限速动态称重的系统。

主要由中心控制器、弯板式传感器、线圈传感器及相关附件组成。

可以完成对通过车辆的重量、速度、车型等数据的检测。

广泛用于超限预检、车流量统计、超限调查等应用领域。

该系统主要具有以下特点：

●应用目前国内先进的传感器技术，不仅保证了高精度，且解决了可靠性的问题；

●特殊全防水设计保证野外使用可靠；

●特殊的结构设计，保证在恶劣环境下的高可靠性和长寿命；

●多处理器的高效结构，使系统可以完成各种复杂的处理功能，能同时完成车辆检测器和动态称重仪的功能，并有很强的扩展能力，可最大限度应用用户投资资源；

●完善的防高压及雷电保护机制，确保每一个进入系统的电气接线均有保护，确保系统可靠。

高速称重系统（以两车道为例）由4块弯板式称重传感器、4个线圈传感器和1个中心控制器构成。

弯板式称重传感器长度为1800mm，每个车道放置两块弯板，采取并排布置方式。

在弯板前后各安装一个1000×2000mm的线圈传感器，用作车辆检测器，同时为称重系统提供开始和结束信号，为了避免相邻线圈之间的相互干扰，线圈处理器上可以对线圈的频率和灵敏度进行调节。

中心控制器安装在路侧，对弯板式称重传感器和线圈传感器的信息进行处理和判断，并将处理结果传送到管理计算机，如果车辆总重或轴重超限，则通过管理计算机向声光报警器及可变情报板发出控制信号，启动报警。

高速称重系统配套软件包对高速称重系统各种数据进行接收并对车辆信息进行管理。

该系统具备了车辆的动态信息处理、超重车辆图像抓拍、数据统计管理等多项功能。

并可根据用户要求对软件功能进行扩展。

主要技术指标如下：

●系统精度：

平均偏差

标准偏差

（1σ≈68%）

2个标准偏差

（2σ≈95%）

轴负荷

±7%

±7%

±10%

轴组负荷

±5%

±5%

±7%

整车重量

±5%

±5%

±7%

●速度检测精度：

车速在5～50km/h时:

±3km/h

车速在>50km/h时:

±3%（2σ）

检测速度是指被检测车辆通过弯板的平均速度值

●轴间间距:

±0.15m（标准偏差）

●温度：

-30℃～+80℃

●相对湿度：

0～95％

●标准载重：

30t

●过载能力：

150％

3.1.弯板传感器

弯板式称重传感器是一种大型整体式传感器，在动态车辆称重领域具有较大的优势，其特点如下：

●采用特殊的合金材料，解决了非周期性交变应力产生的疲劳损伤问题，使用寿命>10年；

●速度范围宽，最大允许通过速度为200km/h；解决了车辆高速通过对设备冲击造成的损坏；

●行车方向的宽度为612mm，可完整纪录车轮通过时的重量信号曲线，是真实的检测，不同于条状传感器使用的间接检测方式，不仅确保100%称量置信度，不会出现丢轴和多轴现象，并且可检测到车轮动态、静态以及加速、减速等指标，从而为在速度变化的情况下准确测量提供了有利保证；

●为整体式称重传感器，称重台无机械结构，避免了车辆通过时的冲击对机械结构的损坏，免维护，并在很大程度上减轻了日常检修、维护、保养工作；

●表面经专用保护层技术处理，防水、防尘（可连续浸水300小时以上）。

3.2.中心控制器

中心控制器是整个系统的控制装置，负责处理弯板式称重传感器和线圈传感器送来的信息，经过分析和处理得出车辆的载荷信息。

●采用19″欧洲总线结构设计，含有电源板、CPU处理板、线圈处理板、称重处理板、I/O处理板，并对全部信号配置防电涌、防雷和防电磁辐射的装置。

●采用64位多CPU技术，具有处理速度快、信息处理量大、性能可靠、维护方便等特点。

●称重传感器信号处理板自带CPU，在系统繁忙时保证了采样和信号处理的速度，从而保证了整个系统的称重精度。

●有一个用于系统参数设定的串行接口，可以用便携式计算机或手持终端进行参数设定、数据下载和即时数据显示，并可根据要求提供各种通讯方式和接口。

●采用多层防雷保护设计，整个控制器安装于一个不锈钢制机箱中，能有效避免空气潮湿及温度变化的影响，外机箱的设计充分考虑到了野外工作的恶劣环境，采用隔断式散热孔设计，既考虑了散热又考虑了防止老鼠等小动物的入侵。

●采用220VAC/50Hz供电。

3.3.车牌识别系统

在系统中，车牌识别器安装在车辆经过的高速称重弯板的后方25米处的“T”形架或龙门架上。

当车辆通过高速称重弯板时，车牌识别器被启动并进行识别，将车牌识别结果、车牌图像、车牌颜色等信息上传到高速控制计算机，该计算机根据车牌识别器识别结果、车辆图片、通过时间、地点、车长、车速等信息综合成一条车辆通行记录，写入数据库。

车牌识别系统主要包括两个主要部分：

车牌识别器和“T”形架

车牌识别系统采用目前国际最先进的DSP技术、图像识别技术以及人工智能，对视频流中的车辆进行高速实时准确的识别，彻底抛弃了外部触发，成功实现了识别率高、工程简洁、维护成本低等诸多目标。

同时，设备对较小的车牌有较高的识别率，在大车流量、高车速、夜间、雨雾等恶劣环境中具有较高的适应性。

车牌识别系统分为两个部分，一体化摄像机和车牌自动识别器。

一体化摄像机内部集成LED自动同步频闪光源，频闪光源的控制板可编程分时段调控摄像机与辅助光源的各项参数，以适应复杂的环境、气候及光照条件变化，尽可能取得高质量的视频图像。

车牌自动识别器设备内嵌识别软件，包含了视频采集、图像预处理、车牌检测、车牌切分、字符识别、跟踪和比对、图像压缩、数据传输等模块，系统识别速度快，可靠性高。

车牌自动识别器的外形尺寸为236mm×139mm×36mm，前端包括一对视频输入/输出接口、一个标准10M/100M自适应的RJ45以太网接口、一个DB9外部设备扩展口、一个DB9外部控制命令端口；在设备的前端还设置了2个LED指示灯，用来显示设备的工作状态；在设备的背板上包括一个220V电源输入接口与电源开关。

主要技术指标如下：

●识别时间：

≤0.04秒

●车牌正确定位率：

99%

●车牌字符识别率：

99%

●车牌整牌识别率：

95%

●允许车辆行驶速度：

0-200公里/小时

●输出图像色彩：

彩色

●视频：

全景监控视频

●图像格式：

200万像素高清JPEG

●设备输出接口：

RS232、RS485串口、10/100M以太网口、ADSL、CDMA、GPRS

●输出信息：

车辆大图、车牌小图、车牌识别号码、车牌颜色和识别可信度

●工作电压：

AC220V±10%,50HZ

●功耗：

<6W

●工作温度：

-40℃—+70℃

●湿度：

<90%

●平均无故障时间：

MTBF≥30000小时

3.4.“T”形架或龙门架

车牌识别器和补光灯安装于单臂式“T”形架或龙门架上，其跨度不小于6米，净空高度不小于6米。

T型架

龙门架

3.5.接地及防雷

接地就是把数字电路等位地与大地相接,它克服了直流地悬浮带来的问题,特别是在LED显示屏系统中有大量的静电荷积沉,还有人体静电都会影响设备的运行,所以采用直流地接大地后，为静电荷找到了通路。

直流地接大地我们采用的是并联接地方法,这种接法各点间的电位差很小,可获得较低的接地阻。

LED显示屏系统中的安全保护地是将所有显示单元的固定柱,通过安装骨架联接起来,再用接地母线将其接地或接到配电柜的中线上。

对于防雷采取了一下措施：

避雷网:

采用Φ8圆钢绕屏顶部四角

架设；

避雷针:

采用Φ10圆钢，高度为1米2

根，分别焊接于避雷网两对角处；

引下线:

采用Φ8圆钢，建筑物上的

显示屏引下线沿建筑物外墙明敷，地面安装的显示屏其引下线沿支柱敷设；

接地线:

垂直接地体均采用Φ10圆钢，长度为2.5m，2根。

四、视频监控系统

视频监控系统主要是对整个区域进行监控，处理各种突发事件，规避管理漏洞。

主要的监控区域包含以下3个点：

高速检测点监控、执法大厅监控和超限站全景监控。

监控中心包含硬盘录像机、LCD液晶电视等。

监控点的全部图像通过通讯传输系统传输到监控中心，通过视频分配器分配到液晶电视、硬盘录像机和电视墙上，通过连接到硬盘录像机的键盘进行切换，选择要重点关注的监控点，并可通过键盘进行拉近和放大处理。

硬盘录像机则将全部视频信号存储到硬盘上。

视频监控的各个设备性能描述如下。

4.1.室外全球摄像机

●信号格式：

PAL制

●图像传感器：

1/4固态CCD图像传感器

●总像素：

752（H）×582（V），PAL

●镜头：

大于26倍，自动聚焦，F1.8-2.7，f=4.1-73.8mm，

●光学变倍：

26倍

●数字变倍：

可编程2~8倍

●视角：

H：

47°（广角），3°（望远）

●焦距：

Inf.-10mm（广角）-1m（望远）

●同步系统：

内同步，线路锁相

●水平解晰度：

470TV线NTSC/460TV线PAL

●信噪比：

大于50dB

●光照度：

0.2fc/2lux彩色（1/50秒）

01fc/0.1lux黑白（1/50秒）

012fc/0.12lux彩色（1/30秒）

0006fc/0.006lux黑白（1/3秒）

●护罩：

高强度透明罩

●输入电压：

24VAC，60Hz（50HzPAL制式）

●控制信号：

RS422或RS485

●摄像机安装：

高速检测点监控摄像机安装在车牌识别摄像机门架上；低速检测点摄像机安装在低速检测站房的上；卸货区监控摄像机安装卸货区顶棚上；超限站全景摄像机安装在立柱上，立柱由热浸镀锌钢管制成，地面以上高度5m，摄像机牢固安装在立柱上，使之能在摄像机防护罩处于最大额定风速下，从监视器看不出摄像机有明显抖动现象。

●摄像机防雷：

摄像机立柱顶端设置避雷针，避雷引下线绝缘套管做支撑夹子固定。

防雷接地母线采用40*4mm镀锌扁钢引至20米以外做防雷接地体。

防雷接地电阻＜10Ω，摄像机室外电缆屏蔽层和控制箱均做保护接地，保护接地电阻≤4Ω。

两类接地体距离≥20m。

或采用联合接地电阻≤1Ω。

4.2.室外固定摄像机

摄像机技术指标：

●成像器件：

1/3″彩色CCD；

●信号制式：

PAL制信号；

●信噪比：

≥48dB；

●最低照度：

0.95Lux（F1.2）；

●解像度：

水平470线，灵敏度为1Lux，图像中心可视分辨率优于600行水平向，

●水平与垂直比是非曲直4∶3；

●C/CS镜头接口；

●视频输出接口：

1Vp-p75Ω；

●工作温度：

-10℃~+550℃；

●工作湿度范围：

30%~90%。

摄像机镜头技术指标：

●焦距：

12mm

●视像自动光圈：

F1.4~F360

●标准C接口。

室外防护罩：

●采用底部固定安装方式

●结构：

铝质

●窗口尺寸：

90（宽）×80（高）mm

●允许摄像机与镜头总长：

最大300mm

●散热方式：

内置风扇（启动/停止温度：

40℃~35℃）

●选配件：

加热器（启动/停止温度：

5℃~16℃）

4.3.室内全球摄像机

●成像器件：

1/3″彩色CCD；

●信号制式：

PAL制；

●有效像素：

≥760H×582V；

●信噪比：

≥48dB；

●最低照度：

≤1Lux（F1.2）；

●自动电子快门：

1/5~1/80,000秒；

●具备背景光补偿功能；

●解像度：

水平≥480线，灵敏度为1Lux；

●自动增益控制：

最小20dB；

●C/CS镜头接口；

●摄像头同步系统符合CCIR扫描标准（625行，50场/秒，2∶1隔行），使用公用同步发生器，电源能锁定，在低亮度情况下有良好的图像；

●视频输出接口：

1Vp-p75Ω

●工作温度：

-10℃~+50℃；

●工作湿度范围：

30%~90%。

●供电：

DC12V±1.0Vp-p

4.4.硬盘录像机

●CPU：

Intel®Pentium®Ⅲ/Ⅳ主频≥1GHz；

●内存：

256MB；

●硬盘：

1块1000GBUltraATA100（7200转）；

●视频编码格式：

MPEG-II；

●显示、录像帧数：

16路全实时共200帧/秒（25帧/秒/路）；

●格式：

PAL制式；

●视频分辨率：

384*288像素；

●集成1个10/100MB自适网口。

五、监控中心

监控中心设置3台液晶电视，每台电视对应4个监视点，主显示器显示重点区域，操作员根据情况用硬盘录像机键盘控制将需要监控的画面切换到主显示器上，并用键盘控制镜头和云台对重点区域进行监视。

计算机系统

整个监控系统通过计算机网络连接成一个完整的系统，所有的数据存储在数据服务器上，实现各个子系统的数据共享。

整个计算机系统包括以下设备：

数据服务器、高速管理计算机、低速管理计算机、执法计算机（可根据需求增加数量）、站级管理计算机、统计及执法文书打印机以及交换机。

下面分别列出技术指标。

5.1.数据服务器

●处理器：

大于Xeon3.0GHz，

●高速缓存：

512KB二级缓存；

●内存：

1G

●扩展插槽：

5个PCI扩展插槽；

●磁盘控制器：

集成双通道ULTRA320SCSI控制器；

●硬盘驱动器（标配/最大）：

36.4GB×3热插拔硬盘驱动器；

●SCSIRAID5支持：

标配；

●网络：

集成10/100/1000Mbps以太网卡；

●I/O端口：

前端：

2个USB（Ver2.0）；后端：

2个USB（Ver2.0），2个串口，并口，键盘，鼠标，以太网（RJ-45），显示器（DB-17）

●CD-ROM/软盘驱动器：

48XIDE/1.44MB

●视频卡：

60~75Hz下，支持1024×768真彩色（32位）分辨率，32MB显存；

●19″高分辨率液晶显示器；

●能满足24小时连续开机的需要。

5.2.工作计算机

●处理器：

Intel

Pentium

4Processor3.0GHz；

●内存：

1GDDR；

●硬盘：

大于500GBUltraATA100（7200转）；

●视频卡：

nVidiaGeforce2MX4003DAGP图形卡；

●显存：

32MBDDR；

●显示器：

19″高分辨率液晶显示器；

●标准无线键盘、鼠标；

●I/O接口板：

3串＋1并＋2PS/2+4USB；

●扩展槽：

3PCI+1PCI/ISA共享；

●网卡：

10M/100Mbps以太网卡；

●光驱：

52XDVD；

●能满足24小时连续开机的需要；

●低速执法计算机需配置视频捕捉卡；

5.3.打印机

●HP激光打印机；

●打印内存：

2MB；

●接口类型：

USB2.0；

●打印速度：

达到12ppm；

●打印介质：

普通纸，信封，投影胶片，卡片，明信片，标签；

●纸张尺寸：

A4；

5.4.交换机

交换机为16口的网络交换机，其技术指标要求如下：

●符合IEEE802.3u100Base—T快速以太网标准；

●接口：

16口RJ-45以太网，LED指示灯，电源、网络通信量/双工模式、链路状态/速度；

●功能：

ISO8802-3、IEEE802.3（以太网）、IEEE802.3u（快速以太网）、IEEE802.1d（桥接）、IEEE802.3x（流控），MAC地址：

4,000个；

●电源：

交流线路频率：

50/60Hz；

●输入电压：

100-240VCA；

5.5.UPS不间断电源

为了保证系统中的设备在电源不正常的时候正常使用，系统中需配置UPS不间断电源。

考虑到外场设备的不确定性，为了保证整个系统的安全，因此UPS供电只给室内设备供电，根据位置不同，采用两套UPS系统，分别放置在低速检测站房和监控中心。

具体指标如下：

●额定容量：

3KVA；

●输入电压：

（165VAC～265VAC）±7VAC；

●输出电压：

220×（1±10%）VAC；

●备用时间：

15分钟；

六、通讯系统

通讯系统主要用于连接外场设备和监控中心，由于距离较远，采用光纤通讯的方式。

整个外场设备共需要传输1路视频、1路双向数据、1路反向数据、和3路网络信号，因此需要1对光端机和3对光电收发器，需要布设8芯光缆。

光端机和光电收发器的主要技术指标如下：

6.1.光端机

●多模850nm

●视频输入/输出阻抗75欧

●信噪比＞60dB

●误码率10-9

●兼容RS-232，RS-422，RS-485

●工作温度-40℃~+70℃

●10位PCM视频编码

●兼容NTSC，PAL，SECAM视频制式

●IEEE802.3以太网兼容

●SMT表面贴装工艺

●DB-15高密度数据连接器，六个数据状态指示灯

●1路单向视频+2路双向数据，数据格式组合可选

●兼容RS-232，RS-422，RS-485，曼码/Biphase数据，开关

●信号，IP以太网信号

●超级光学动态范围

●无电磁、射频及地电流干扰

●抗干扰性强、保密性高

●结构紧凑、安装简便、即插即用

●使用时无需调节

●带电热插拔、无须停机维护

6.2.光电收发器

●端口传输率：

每端口10M/100Mbps

●双工支持：

全双工或半双工可选

●网络线缆：

100Base-TXUTP5类线

100Base-FX多模光纤

●传输距离：

100BASE-FX∶2公里（多模）

●光接口特性：

1300nm（多模2公里）

七、防雷保护系统

超限检测站大多安装于野外，而且还有门架等较易遭受雷击的装置，因此防雷系统的好坏非常关键，除了各个设备跟前一定要设置接地点，并严格按照规范保证接地电阻外，还要对所有的线路进行保护。

系统中主要有3类线路：

电源、视频、网络和通讯。

我们针对这些线路特征，选取了相应的防雷设备，具体如下。

7.1.电源防雷

●SPD端口分类两一端口

●SPD类别限压型

●保护模式L-PE/L-N/N-PE

●最大持续工作电压Uc320V/385V