畢業論文-高速公路機電系統分析(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 管理人員可通過中 心的各種計算機對系統進行檢查和維護。 西安 航空學院論文（畢業設計） 8 監控的目標 高速公路監控系統主要負責數據、視頻、路況的信息采集、處理和存儲，提供交通信息資源。為高速公路快速、安全、舒適、高效提供了保障。 高速公路監控系統概述 高速公路監控系統是調整公路系統實現安全、高效、節能及環保運行的重要手段。高速公路監控系統的作用是對高速公路網實現實時監控和交通控制。在現有的道路 和環境條件下，通過對采集的信息進行實時分析、處理和預測，采取有效的交通控制手段，預防可能發生的交通事件、事故和阻塞；當出現突發性 交通事故或道路環 境變化而導致交通阻塞時，通過系統及時發現并采取有效措施進行緩解和排除，以防止對路網交通產生更大的影響，進而提高路網運行的利用效率和安全性。 高速公路監控系統按照功能劃分一般分為收費監控系統和道路監控系統兩部分。收費監控系統主要是對收費站的車道、收費廣場、收費亭的收費情況，對收費車道 通過的車輛類型、收費員的操作過程以及收費過程中的突發事件和特殊事件進行觀察和記錄，實施有效的監督。道路監控系統主要是對高速公路干線、互通立交、隧 道等高速公路重點路段進行監視，掌握高速公路交通狀況，及時發 現交通阻塞路段、違章車輛，及時給予引導，保證高速公路的安全通暢。 高速公路收費監控系統 高速收費監控系統是數據監控、圖像監控和聲音監控三部分組成的一個有機整體。其主要功能是以收費站為基礎，通過對數據、視頻、音頻等信息的采集，傳送到監控室或監控分中心進行處理和分析，完成整個收費過程。 數據監控是指利用車輛檢測器、車型自動分類器、鍵盤、讀卡機等外部設備采集到的數據信息，對收費過程進行控制，進行收費數據合理性判斷、記錄和統計工 作，以發現各種異常情況 (例如沖卡車輛判斷、非法卡或通行券，人工判斷車型是 否有誤等 )，并進行相關的處理工作 (例如沖卡車輛拍照、報警，特種車輛錄 像 )，它是最有效、使用最廣的一種收費監控方式。 圖像監控是指在收費廣場、收費車道和收費亭等處設置攝像頭，采集視頻信息，監控員在監控室通 過監視器實現對通過收費車道的車輛、收費人員的操作西安 航空學院論文（畢業設計） 9 過程，包括通行券 (卡 )的發放、回收以及收費找零情況等進行有效的監督，并能人工或自動啟動錄像設備記 錄沖卡車輛和其他異常情況。 聲音監控是指采用有線 (或無線 )對講系統，采集音頻信息，對收費人員在收費過程中使用文明用語等情況的監督，并監聽車道內的突發和異 常情況。 高速公路道路監控系統 高速公路道路監控系統是對實時采集的路網交通信息進行處理，根據各路段的交通運行狀況分析計算，對路網未來時刻交通情況進行預測，進而通過誘導控制車流 合理的調控車流分布。根據道路監控系統的功能要求和設備特點，系統又可分為交通信息采集系統、交通狀態分析系統、交通控制系統等。 交通信息采 集系統的功能是獲取交通信息原始數據，通過車輛檢測器、檢測線圈、通訊設備等形成的交通信息采集網，獲得路網中各路段的交通量數據；通過在重要地段的攝像 機和視頻傳輸設備獲取該路段的視頻實時數據； 通過氣象信息采集系統采集各個路段的能見度、溫度、濕度、風向、風速、雨雪等氣象條件。在這些信息中，視頻數 據可在計算機或大屏幕上顯示，并根據需要對視頻數據進行抓拍記錄。 交通狀態分析系統根據采集到的交通信息原始數據，首先判斷是否為交通事件或事故。若經過視頻人工確定為交通事故則直接將相關信息傳遞給交通控制子系統；若不是交通事故，則計算機利用程序求得各路段的交通狀態參數，并利用交通流理論分析該路段的交通狀態。 交通控制系統根據交通狀態分析子系統輸出的交通狀態數據，若為交通事故，則根據發生事故的地點和特點自 動生成最佳緊急交通誘導控制方案并發送給交通誘導子系統；若不是交通事故，則根據交通狀態，氣候數據及管理需要，按預定正常交通誘導方案執行。 高速公路道路監控系統的主要是通過對高速公路全線的交通流量檢測、交通狀況的監測、環境氣象檢測、運行狀況的監視，按照一系列智能控制規則和策略產生控 制方案，從而實現控制交通流量、改善交通環境、減少事故、使高速公路達到較高的服務水平。目前道路監控系統在我國發展存在滯后性，遠遠不能滿足需要。各地 建立的交通監控中心大多都只是實現了監視功能，而遠沒達到控制的作用，其主要原因是在 高速公路建設初期，我國高速公路的交通流量一般遠西安 航空學院論文（畢業設計） 10 沒達到設計標準，因 此對高速公路的監控特別是“控制”不夠重視，導致部分高速公路已經開始出現自然擁擠現象，造成“高速不高”的現象。近幾年來，一些發達國家紛紛投入智能交通系統（ ITS）的研究與開發工作。 ITS 智能高速公路預警系統的應用，將會有效地提高營運效率、保證交通安全。 聯網監控的技術特點 高速公路聯網監控系統就是把交通流量、路段封閉情況、交通事故狀況以及施工情況等即時信息進行編輯匯總，然后通過人工報送或網絡實時上傳，以此方便行路者了解最新路況 。 隨著用戶管理要求和手段的不斷提高，建設重點轉向高速公路的安全、高效運營。目前，我國絕大部分省份高速公路已形成路網，單獨路段的異常事件造成影響的范圍會越來越廣，這必然要求相臨路段之間能互通協調，這就帶來了聯網的需求。 聯網信息主要包括數據和視頻兩部分。并已從單純的聯網收費、聯網監視逐漸過渡到高速公路聯網信息管理，并凸顯出聯網收費向聯網綜合信息管理方向發展的趨勢不可逆轉。 由于視頻圖像監控的直觀性和重要性，所以聯網監控是高速公路監控的必然趨勢。然而，當前高速公路視頻監控系統的構成是 一個混合式系統 (模擬視頻 +數字視頻 )。且前端設備和各路段監控中心設備品牌較為紛雜、數據格式多樣，使各路段視頻監控系統彼此獨立，無法充分發揮交通監控的路徑誘導、 多路徑交通流量調控、聯網調度、應付突發事件、及時統一調度的功能，更無法最大程度地發揮高速公路網絡的通行能力，所以省域聯網監控就顯得尤其必要和迫切。 聯網監控的作用 1 視頻聯合控制，實時圖像調用 完成監控總中心、管理處、收費站三級視頻圖像的聯合監控。監控總中心可切換所有的視頻實時圖像以及進行錄像控制等管理工作。 西安 航空學院論文（畢業設計） 11 2 數據綜合利用，實時監控交通 路況 一方面，加強路段監控檢測數據的采集，實時獲取各路段上傳的監控檢測數據、收費數據，通過交通監控計算機實時顯示路網的交通流、氣候情況等。另一方面，后臺服務器對交通監控檢測及營運的歷史數據進行綜合分析，提供分析報表、供用戶查詢輸出，實現數據的綜合利用。 3 交通事故統一上報，路網統一調度、聯動救援 加強路網交通事故信息的實時上報，由省監控中心實現信息的統一發布，及時通知路段進行事故教援。 4 路網信息共享，實現綜合服務 加強路網信息的共享，為各路段管理機構及社會提供信息綜合服務，如：天氣狀況 信息，高速公路路網地圖信息、高速公路路況信息、路段養護封道及繞行信息、交通事故警告及繞行信息等，幫助用戶了解高速公路的即時潞況，幫助用戶及時避開影響用戶出行、影響高速公路通行的所有情況，以免耽誤用戶的正常出行。 電力監控 近兩年來 ,隨著技術的不斷發展 ,對一些重要的供、配電系統 (如特大橋 ,隧道的供、配電系統 )采用了電力監控設施。電力監控的基本功能在于保證電網安全經濟運行 ,使管理人員對電網的有功和無功功率及某些節點進行監視、測量、控制 ,對電網各元件的過負荷情況加以了解 ,對不正常情況的發展趨勢作出 判斷與控制。 以計算機為中心的電力監控系統將檢測到的信息通過遠程通信實時傳送到控制中心 ,中心計算機將收集到的信息加工處理 ,把精確完整的參數存入數據庫。當參數超出正常范圍時 ,在相應變電站及控制中心同時提供聲光報警信號 ,控制中心自動顯示報警原因和事故狀態。控制人員將根據具體情況發出控制指令 ,經通道傳輸到各被控設備的控制器進行實時控制。 三、 高速公路收費系統 西安 航空學院論文（畢業設計） 12 自從出現對車輛進行收費以來，收費技術經歷了從低級到高級，從功能簡單到豐富完善的過程。除無任何管理設備的人工收費外，綜合目前的收費方式，概括起來有兩大類 （半自動收費和全自動收費）六種（計算機管理通行券（條形碼）收費、磁卡（ IC 卡）收費、投幣式收費、動態稱重收費、紅外線收費和不停車電子收費）。 半自動收費 計算機管理通行券（條形碼）收費 這種收費方式由計算機控制票據打印，對過往車輛進行人工識別，由人工操作向計算機輸入車輛判別信息打印通行券，人工收取現金，計算機對其進行統計。 條形碼收費是指采用二維條形碼存儲車輛及收費信息，并用專用打印機打印通行券的收費方式。對于封閉式收費，將在入口發票，出口驗票、收費；而開放式收費在入口一次性收取所要 繳納的費用。這種收費方式減少了一定的人為性漏收，但由于增加了票據打印程序，故收費速度比純人工收費要慢。 磁卡（ IC 卡）收費 這也是一種計算機管理的人工收費方式，其主要靠專用磁性卡片（磁券）或智能 IC 卡作為車輛信息的載體，較適用于封閉式公路收費。在入口車道發卡或磁券，出口處驗卡（磁券）結算費用。對于一些長期用戶（如長途客運）可以使用一種儲值卡，在卡內賦值每次使用時扣減費額可多次使用，但仍需在經過收費站時停車讀寫卡。收費站除其它必要設備外，主要設置專用讀 /寫卡機（發卡機、收卡機）。采用磁卡（磁券 ）收費的缺點是，磁卡（磁券）消耗量大，對外部環境要求高，機器故障常發生卡死，誤讀或因磁卡磨損而信息丟失現象。采用接觸式 IC 式收費，雖然可以回收，但也存在上述問題。若采用非接觸 IC 卡則減少了卡的磨損，且不存在因灰塵或油污而導致接觸不良的問題，這是目前較為理想的一種收費方式。 投幣式收費 這是一種在入口發卡，出口插卡投幣的半自動非人工收費方式。這種收費方式在國外經常見到，但由于所需硬幣及車型判別方面的技術問題，在我國并不實西安 航空學院論文（畢業設計） 13 用。 動態稱重收費 這種方式多用于保護道路橋梁，防止車輛超 載。用于收費是通過測取車輛的軸重、軸距、軸數等數據，進行車輛綜合判別，作為確定收費標準的主要參數。動態稱重技術必須和車輛識別及計算機管理系統相結合，才能構成車輛收費系統。它屬于專用收費，并不經常用到。 紅外線收費 嚴格來講這種收費方式是利用紅外線技術進行車型自動判別，作為上述三種收費方式的輔助手段，通過紅外車型分類與人工分類相結合，用以監督人工操作。由于進行判別車輛類型的數據為一維（車長度）參數，困而誤差較大。同樣的車在通過收費口時，由于行駛角度不同會出現不同的判別結果。因此，這種方式僅適 用于車型簡單的地區，并且由于該設備可靠性低，安裝難度高，通常很少采用。 全自動收費 它又叫做不停車電子收費。它利用電子通信和計算機技術實現收費功能，在整個過程中操作者不直接介入收費環節，只需對設備進行管理監督以及處理特別事件。 每輛車都有其唯一的標識卡，安裝在汽車前擋風玻璃上。車型判別是在車輛靜態下預先審定并與汽車牌照號一一對應地記入其標識卡，這種標識卡內的數據可以被數米遠以外的微波設備讀取，也可以被修改。在收費的全過程都是由電子通信和計算機進行處理，不必人工介入，也不用停車交款，其 費用是用戶提前預繳賦值在卡上，或存在銀行的專門賬戶內。 不停車電子收費的關鍵在于車輛電子自動識別和快速通訊。整個收費系統由四個部分組成。 電子標識卡是一種有源電子射頻卡，功率約為 1/1000 瓦，其內存可作到存儲包括車輛型號、車牌照號、車主的相關資料等各種信息，是一個完善的汽車身份卡和信用卡。 收發器是一種帶有微波線路的裝置，用它與標識卡之間建立高方向性的高頻西安 航空學院論文（畢業設計） 14 微波通訊。它有很強的抗干擾性能和快速的通訊能力。法國采用歐洲標準的 微波，美國采用 微波。我國在引進該系統時采 用哪種標準，直接關系到將來的全國高速公路聯網收費，這是一個值得重視的問題。 進行通訊處理的微處理器 它將來自標識卡的信息進行解釋并傳至車道控制器，從而取得該車的有關資料并進行相應處理，對來自車道控制器的數據信息經分析后可對標識卡內的數據進行必要的修改。 車道控制器 根據卡上的信息，判定通過車輛是否有正常通過的權力，還可判斷卡的有效 性，并起動相應的交通標志，也可以發出警告給車主 必要的提示。如果發生違章闖關現象也可驅動抓拍系統進行違章取證 使用原理 （ 1）讀寫器不斷向周圍發一組固定頻率的電磁波。 （ 2）射頻卡內有一個 LC 串聯諧振電路，當它進入讀寫器的工作區域內，而且頻率與讀寫器發送的頻率相同，這樣，在電磁激勵下， LC 諧振電路長生共振。 （ 3）共振使卡內的電容有了負荷，在電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到 2V 時，此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓。 （ 4