隧道智能交通监控系统设计开题报告.docx

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隧道智能交通监控系统设计开题报告

毕业设计开题报告

学生姓名：

学号：

学院、系：

机械工程与自动化学院、过程控制系

专业：

机械设计制造及其自动化（信商）

设计题目：

隧道智能交通监控系统设计

指导教师:

2012年2月22日

开题报告填写要求

1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用按信息商务学院教学管理部统一设计的电子文档标准格式（可从教务处或信息商务学院网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。

文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性；

4．学生的“学号”要写全号（如02011401X02），不能只写最后2位或1位数字；

5.有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；

6.指导教师意见和所在专业意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。

毕业设计开题报告

1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

一本课题研究的背景和目的意义

随着我国经济的快速发展，公路及公路隧道的建设项目与日俱增，隧道安全运营问题显得越来越突出。

为了创造一个安全、方便、快捷、舒适、经济、高效的交通环境，如何解决隧道安全问题日益成为高速公路建设和运营管理单位关注的焦点。

高速公路与一般公路相比，具有线性好、交通流量大。

行车速度快等特点；高速公路隧道是高速公路网的咽喉地段，如果不采用先进的监控管理措施，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故和交通堵塞。

在高速公路隧道内设置完善的监控设施、改善洞内环境、减少污染和事故、增强隧道的通行能力、延长隧道的使用期限，对保证隧道的安全营运具有重要意义[1]。

伴随科技水平的发展，隧道交通监控系统将越来越完善，系统的响应时间会缩短，系统的开放性将提高，监控联动模式将进一步丰富和科学化，更好地满足行车安全、提高行车效率、构建和谐行车环境的运营管理以及满足服务需要[2]。

本文将对高速公路隧道监控系统的组成、功能及现状进行综述，并给出高速公路隧道监控系统的未来发展趋势。

近年来，智能运输系统（ITS）在全球范围内高速发展，各种智能技术在高速公路中的应用也越来越广泛。

隧道中的智能交通监控系统日益先进和完善。

进入二十一世纪，国家将不断加快公路建设，建设适应公路客、货运量增长要求和国民经济可持续发展需要的中国公路运输系统，实现公路运输现代化是交通运输部门的重要任务[3]。

监控系统是实现公路运输现代化的重要组成部分，它对于保障高速公路的运营、提高高速公路的服务水平以及为高速公路其它机电系统提供必要的信息都有十分重要的意义。

随着山区高等级公路在公路建设中的比重越来越大，特长隧道也越来越多的出现。

隧道建设项目的增加，对隧道监控系统设计的要求也越来越高[4]。

众所周知，隧道是高速公路行车安全的关键控制部位，在高速公路隧道内发生行车事故所造成的损失会更大，处理更难，中断行车的时间会更长。

因此，减少和预防隧道内行车事故的发生也就显得格外重要[5-6]。

隧道完善的监控设备和准确的控制系统功能正是适应这种需求，发挥着其突出的作用，是防止事故或降低事故等级，缩短行车中断时间的最有效手段之一。

高速公路隧道作为高速公路路段的特殊构造物，不仅车速高、流量大，结构也相对封闭，加之行驶经过的车辆排放出大量的有害物质，所以车辆的行驶环境与条件相对较差，比较容易发生交通事故，并且事故的处理与救援亦相对比较困难，对于长大和特长隧道而言更是如此，因此，高速公路隧道成为高速公路监控与管理的重中之中。

2.国内外的研究现状和发展趋势

2.1国外的发展趋势

在高速公路隧道监控系统的研究方面，发展到现在己经比较完善。

美国、加拿大、德国、日本等国家已经走在世界的前列，如美国的LONWORKS分布式公路隧道监控系统（TMCS）技术是美国Echelon公司20世纪90年代中期推出的一种用于自动控制领域的网络技术；德国PhoenixContact公司20世纪80年代中期推出的INTERBUS现场总线技术和日本OMRON公司20世纪70年代中期推出的ControllerLink环网控制技术，在隧道监控方面都有广泛的应用[7]。

国外有关高速公路隧道机电系统的研究相对较早，已建成的长大隧道较长、较多，比如挪威2000年建成的莱尔隧道长度为24.5km，瑞士1980年正式通车的圣哥达隧道长16.9km[8]。

国外在运营的隧道中都先后出现过不同程度的事故，因此在事故发生时的诱导措施得到有关专家的高度重视。

国外在高速公路隧道交通安全方面做的工作较多，他们通过增加车辆检测器、光电池式检测器等手段得到隧道内部更精确的交通、环境信息[9]。

现场设备直接对采集的数据进行预处理并把判断结果通过通信系统及时提供给行驶中车辆及监控中心控制室。

对个别特长隧道，比如法国勃朗峰隧道，采用雷达式车辆检测来测量隧道内的车辆数和区间密度，还在洞外一定范围内进行预监控与检测，避免有潜在危险的车辆进洞[10]。

系统控制软件的自动化程度较高，基本上能完成整个控制系统的控制任务。

另外，先进的交通控制技术与先进的交通管理技术也不同程度的在隧道监控中得以应用。

前者以模糊控制为主，如日本研究的模糊交通控制技术；后者范围很广，用于公路隧道主要有交通异常自动检测技术，如美国从1968年就开始进行异常检测的研究，现在已进行了40多年的研究与实践[11]。

2.2国内的发展趋势

我国公路隧道的建设自1980年代随着高速公路的建设逐渐开始加快速度，加快规模[12]。

由于传统观念和资金及技术方面的限制，并不注意对环境的保护，“劈山开道”为当时所崇尚，多以中短隧道为主，即使有长大隧道，其隧道内机电设备配置也非常简单。

随着近年来人们环保意识的增强，以及经济、技术水平的发展，在各地公路建设，特别是高速公路建设中逐渐意识到环保的重要性，一些地方把公路建设与山川秀美工程有机衔接，将传统的“劈山开路”改为“多打隧道多架桥，少修盘山道”，相应隧道内的机电设备逐步配置完善。

初期监控系统以引进或自行开发拼凑为主，技术水平较低[13]。

自1990年代开始，随着公路长大隧道的不断增加，国内各有关科研院所、设计单位开始注意进行隧道机电监控方面的研究，取得了一定的经验，但多半是就事论事，无长远或前瞻性的考虑。

1980年代后期，我国上海延安东路隧道引进西德部分关键技术和控制设备，开创了城市隧道控制技术应用的首例。

从国内所建的上海延安东路隧道、深圳梧桐山隧道、福建板樟山隧道、以及后来的广东后门隧道运营的情况来看，普遍实施了集中监控，但其水平参差不齐，其共同的缺点是针对性太强，可扩充性太差，适应性较差[14-15]。

一旦随着交通量的增加需要增加洞内检测设备时，原来的监控设备很难再改造，除非全部替换;另外，由于缺乏通用、系统设计方面的考虑，在监控系统构成时，由于受水平、思路，以及当时的技术水平的限制，每座隧道的监控模式均不相同，很难实现设计产品的标准化、系列化;此外，针对具体项目单独开发的设备由于其本身的实验室环境的特点，不具备规模生产的特征，其中的设计缺陷很难避免，设备、元器件的检测不可能规范，其日后的运营故障不可避免。

随着隧道长度的增加和修筑环境的复杂化，隧道的运营管理的高效率需要有智能化的综合监控系统来实现。

隧道的通风系统、照明系统、防火救灾系统和交通监控系统等都是隧道综合监控系统的子系统，既有相对独立性，各子系统又有一定的联系。

如通风系统在正常情况下，要根据隧道内外的空气状况，控制风机的工作状态，使空气质量既能满足卫生.标准又能降低电耗。

在出现火灾时，通风系统又与防火系统发生联系，根据火点位置，火情大小，确定风机工作状态。

这样的管理操作过程都需要有一套智能化的综合监控系统来自动完成[15]。

因而，研究隧道监控系统的标准化、集成化，进而实现隧道的智能监控，随时做出应急反应，实现安全隧道是非常必要的。

上海延安东路隧道深圳梧桐山隧道等项目在我国较早实现了隧道监控。

此后，我国主要通过引进国外设备与自主开发相结合实现隧道监控。

目前，对于公路隧道智能化控制的发展，当前应着重解决公路隧道信息不能有效利用的问题以及控制模式与控制软件问题，使软件应用国产化并初步走向智能化。

虽然近年来国内一些专家、学者在事故、火灾检测等方面做了一定的工作，但监控系统整体自动化程度还有待加强[16]。

我国对于公路隧道智能化控制的发展，当前应着重解决公路隧道信息不能有效利用的问题以及控制模式与控制软件问题，使软件应用国产化并初步走向智能化。

应用网络技术是控制发展的必然趋势，控制是实现公路隧道管理目标的根本手段，从而进一步加强隧道交通监控系统的实际应用价值[17]。

高速公路隧道智能控制的关键技术，主要包括公路隧道的通风控制、交通控制、通讯网络、照明智能控制以及对设备的智能化检测等[18]。

从系统结构考虑，系统控制应从集散式控制系统逐步发展为现场控制，从多级控制发展为二级控制，采用互联网技术进行现场控制，通过互联网进行数据交换、信息共享与区域协调控制；从系统设备考虑，提高检测设备的水平，大力发展数字化与智能化仪器仪表，发展无限通讯与控制产品，实现遥测、遥讯、遥控；从系统功能考虑，火灾报警系统应达到自动检测与消防实现联动，通风控制系统应实现前窥式智能控制，交通控制系统应能自动判别交通状态、异常自动检测与处理。

最后，将这些适合国情的研究成果综合成一套完整的监控软件，以开发民族工业与促进交通管理的进步。

公路隧道智能控制的发展当前应着重解决公路隧道信息不能充分有效利用的问题，及控制模式与控制软件，使软件应用国产化并初步走向智能化。

公路隧道监控主要是为了进行控制，防患于未然，其关键是解决控制网络模式与提高控制软件智能化水平。

应用网络技术是控制发展的必然趋势。

能够适应未来发展需要的自动控制网络技术应具有开放性、互操作性、通信介质不受限制、操作系统结构拓扑多样化、通信协议具有可移植性等特点。

控制是实现公路隧道管理目标的根本手段[19]。

报警系统应达到自动检测与消防实现联动，根据火灾类型与严重程度自动控制灭火与救援措施;通风控制系统应实现前馈式智能控制，不但要考虑隧道的环境指标，而且要考虑交通运营状态，达到既能为司乘人员提供良好的环境，又考虑设备的运转平衡节约能源与提高设备使用寿命的目的;交通控制系统应能自动判别交通状态，异常自动检测与处理，根据交通模拟结果确定控制方案，为驾驶员提供交通与环境信息，进行路线指示、引导与诱导，提高车速与降低事故率与事故的严重程度并缩短堵塞与火灾时的疏散时间[20-21]。

在可靠性方面，监控计算机及任一控制点的失效不会影响正常智能节点对现场设施实施控制，具有较高的系统容错能力。

参考文献

[1]李鑫.城市公路隧道视频监控系统智能识别的研究[D].武汉:

武汉理工大学,2010.

[2]孟静.城市隧道智能交通监控研究[J].地下工程与隧道,2005,1:

52-54.

[3]吴明先.高速公路隧道集成化智能化监控技术与系统开发研究[D].西安:

长安大学,2004.

[4]崔海龙,孙大跃,屈立成.高速公路隧道监控系统的研究与设计[J].交通与计算机,2006,24（4）.

[5]张杰宏,谭献海.高速公路隧道监控系统的组成与实现[J].交通运输工程与信息学报.2003,2

（1）.

[6]周武.高速公路隧道监控系统分析[J].广东科技.2007,3.

[7]张洋,田志学.高速公路隧道交通监视与控制系统[J].交通与计算机.2001,19（3）.

[8]陈忠良.浅谈隧道照明节能控制及安全监控方案[J].现代隧道技术.2009,46（3）.

[9]刘天鹏,肖又发.隧道监控系统软件设计与实现[J].上海船舶运输研究所学报[J].2009,1.

[10]姬卫东.隧道监控设计方案[J].低压电器,2008,（16）.

[11]尹亚明.智能交通监控系统在长隧道中的应用研究[D].广州:

华南理工大学,2010

[12]王志伟,杨超.高速公路隧道监控系统的现状与发展[J].现代隧道技术.2009,46（6）.

[13]马成前,任桂山.基于神经网络的城市公路隧道交通智能监控[J].计算机与现代化.2007,9.

[14]郭胜军.隧道自动化监控系统的实现[D].上海:

上海交通大学,2008.

[15]李宁,唐晓松.隧道交通监控计算机系统分析研究[J].交通部上海船舶运输科学研究所学报.1997,20

（2）.

[16]YilinZhao.MobilePhoneLocationDeterminationandItsImpactonIntelligentTransportationSystems.IEEETransactionsonIntelligentTransportationSystems,VOL.1,NO.1,March,2000.

[17]AnthonyD.Joseph.IntelligentTransportationSystems.Pervasivecomputing.2006,10-11.

[18]AlbertoBroggi.TowardIntelligentTransportationSystemsforthe2008Olympics.IntelligentTransportationSystems.2003,10-11.

[19]Nour-EddinElFaouzi,HenryLeung,AjeeshKurianetal.Datafusioninintelligenttransportationsystems:

Progressandchallenges-Asurvey[J].InformationFusion,2011,12

（1）

[20]Fei-YueWang,DanielZeng,LiuqingYangetal.SmartCarsonSmartRoads:

AnIEEEIntelligentTransportationSystemsSocietyUpdate[J].IEEEpervasivecomputing,2006,5（4）.

[21]MalikTubaishat,PengZhuang,QiQietal.Wirelesssensornetworksinintelligenttransportationsystems[J].WirelessCommunications&MobileComputing,2009,9（3）.

毕业设计开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

高速公路隧道监控系统主要由交通控制系统、通风控制系统、照明控制系统、闭路电视监视系统、火灾报警系统、消防系统、供电系统等子系统构成（图1）

图1隧道智能交通监控系统构成

监控系统主要目的是根据实时采集的交通数据，适应动态交通状况的变化。

实时交通数据还将传输到管理中心，并在中心进行分析后，根据分析的结果和预先设置的专家系统，控制车辆的出入和通行，从而较好地管制了交通。

运用交通监控系统可以提高现有道路的通行能力，协调处理突发性交通事件，缓和交通阻塞，从而改善交通状况。

本设计将采用工控机+组态软件对隧道的交通系统、通风系统、照明系统等进行数据采集、状态监测、实时控制，并进行数据分析处理，形成报表和图表。

本文通过针对高速公路隧道监控设备实施方案研究及软件功能需求分析，对隧道的交通、照明、通风控制提出了相应的系统解决方案。

主要包括：

1.根据高速公路隧道实际运营状况预测分析，总结隧道交通控制的一般规律，针对正常运营、周期性交通拥挤异常和故障阻塞异常三种状态提出控制策略，解决异常状态下，目标行车线上车辆与受阻车辆行驶发生冲突的问题，并提出了开发隧道交通控制系统软件的需求分析。

2.通过分析隧道内的照明实际需求，结合隧道具体运营环境，统计、分析隧道的照明控制系统，根据光强检测器数据，分别实现隧道照明的手动控制、分段时序控制和自动控制，解决不同气候、时间状态下隧道的照明控制，并针对照明光源的经济技术比较分析，降低隧道运营成本。

3.结合隧道通风方案技术经济比较分析，通过CO和能见度（VI）检测器及风向风速（WS）检测器等外场设备设置方案研究，提出了适用于隧道的通风控制方案和控制方式。

毕业设计开题报告

指导教师意见：

指导教师：

年月日

所在系审查意见：

系主任：

年月日