g5513长张高速_G5513长张高速德山段监控系统方案设计
毕业设计类别 方案设计 XXXXXXXX 毕业设计 G5513长张高速德山段监控系统方案设计 指导教师 XXXXXXXX 学生姓名 XXXXXXXX 专业名称 XXXXXXXXXXXXXXXX 班级名称 XXXXXXXXXXX 20XX年 X 月 目 录 第一章 高速公路监控系统项目介绍 1 1.1项目基础 1 1.2设计需求 2 第二章 系统总体设计 3 2.1设计框架 3 2.2设计依据 3 2.3前端系统 4 2.4传输系统 5 2.4.1视频及控制信号的线路传输 6 2.5监控中心系统 7 2.5.1监控室的布局和要求规定 9 2.5.2电源设计 10 2.5.3监控室施工需求 10 2.5.4监控软件调试 10 2.6摄像机监控设计 11 2.6.1高速公路摄像机点位设计 12 第三章 监控系统设备选型 19 4.3设备列表 19 参 考 文 献 20 第一章 高速公路监控系统项目介绍 1.1项目基础 G5513长张高速德山段位与谢家铺与常德南之间，途径“四进八出”12车道的德山收费站，高速公路长21公里，宽21.5米，石门桥枢纽连接“二广高速”，是国家高速公路规划重要干线“二广高速”的联络线。常德南枢纽位于长沙至张家界方向K159+500处，是长张高速重要的高速枢纽，与G56杭瑞高速在此交汇。
在这二十几公里的高速公路上, 车流量较大、行速度快,实时了解交通的状况非常重要,合理布置的监控系统来了解当前交通公路上的状况,保证了高速公路的行车安全和道路的畅通。因此必须设计出一个监控更加实时准确，录像相比有着更高画质的监控系统，按照高速公路监控所需要选择适合当前环境的摄像机，以及按要求配置选择适配的硬件、软件，配置成一套功能完整、维护使用更加方便的高速公路监控系统。
对于长张高速德山段，主要针对常德南枢纽、德山互通、石门桥枢纽、谢家铺互通以及收费站和高速等重点进行有效的记录，此系统覆盖整个长张高速德山段的高速出入口，能加大对高速通行分析的准确性，确保正常运转。长张高速德山段平面示意图如图1-1所示。
图1-1长张高速德山段平面示意图 1.2设计需求 1、当前高速公路仍有部分点位为模拟监控摄像机，以及存在部分老化的设备，摄像机不能有效的记录数据，监控中心缺少模块化的设计，在对道路设计时进行同步改造，增加监控有效利用率。
2、道路在事故等发生后发现路段缺少视频记录，根据高速公路有关部门在易结冰，起雾以及事故多发路段的信息，新增点位的覆盖，减少监控盲区，监控覆盖率达到95%以上。
3、监控系统实现监控视频数据的上传功能，具备完善的监控视频切换查询功能，根据指定的时间、地点使显示器输出相应内容， 具备良好的存储功能，视频监控的保存时间等不小于30天。
4、监控系统能进行交通量数据采集，从桩号K138至桩号K159长张高速不同车型的车辆数进行汇总，通过观测数据计算出当前高速的交通量，对高速交通进行道路管控。
第二章 系统总体设计 2.1设计框架 需主要进行监控的事故多发性路段，和高速出入口的枢纽等4个设为监控分中心，分别接入包括高速路段上的摄像机信号，再用专用传输线缆将信息汇集到一起，然后各个分监控中心将从各路段的视频信号传输至主监控中心，主监控中心的视频监控系统能对分中心的数据进行监控管理，同时主监控中心的系统画面能够任意切换所需监控的路段，对路段进行实时调控。
图2-1 监控中心连接图 2.2设计依据 《电视监控工程程序与要求》（GA/T75-94） 《电视监控工程费用概预算编制办法》（GA/70-94） 《视频安防监控系统技术要求》GA/T367-2001 《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94） 《低压配电装置及线路设计规范》（GBJ52-82） 《安全防范工程费用概预算编制方法》（GA/T70-94） 《施工现场临时用电安全技术防范》(JGJ46-88) 《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99) 2.3前端系统 前端系统由摄像头、防护罩、镜头等前端设备组成，是整个监控系统观察实时状况的眼睛。为了使监控视角能够捕捉到所需监控的地点，要确定好前端摄像头所布置的位置，这样摄像头才能把捕捉到的图像信号内容，通过传输设备传到监控中心。监控点位总平面图如图2-2所示。
图2-2 监控点位总平面图 系统的前端指的是捕获图像并将图像输出到同轴电缆的过程。前端的摄像头必须具有性能要求，例如照明，灵敏度，CCD本身的重量，寿命和体积。除满足上述要求外，还必须适合现场条件，如室内，室外，球，枪，固定或旋转类型。
长张高速德山段前端部分采用180个高清摄像机，HV-2818C型号的数字高清摄像机98台，HV-308EEC 型号的彩色高清半球摄像机12台，分别分布在高速收费站的车道及亭内、值班室、广场、道路监控等区域，摄像机由镜头，云台防护罩等组成，摄像机通过将光信号转换成电信号的CCD图像传感器，转换后的电信号经外部采样放大处理后输出视频图像信号。根据不同场地的条件选择对应的镜头，亭内摄像机采用4.0mm的自动光圈镜头，车道摄像机采用8mm自动光圈镜头。确保摄像机防水，不容易受腐蚀，耐高温，能适用于室外的环境，采用LH-4000系列护罩，收费站立柱设置为4.5m便于观测以及记录车流量。收费站前端摄像机立柱图如图2-3所示。前端外场设备如图2-4所示。
图2-3 收费站摄像机立柱图 图2-4 外场前端设备 2.4传输系统 传输设备主要是用来把从前端设备得到的数据传到监控中心。传输设备需要保证在传输图像信号后，图像信号的灰度和锐度不会显著降低，不会有明显的噪音产生，以及失真，这是对传输设备最基本的要求。
摄像机将道路上所捕捉到的视频信号通过“光端机+光纤”之间的沟通先分别传输到谢家铺、德山和常德南收费站，将各收费站场内监控整合存储，之后通过通信传输到设立的监控中心，在监控中心将高速公路上的视频信号投影到监视器上。
考虑到收费站内的为了存储收费站信息的系统内设置有硬盘录像机NVR，在收费站整合时将视频数据存储统一进行存储，合理规划，大大提高了系统的集成度。传输连线图如下图2-5所示。
图2-5 传输连线图 2.4.1视频及控制信号的线路传输 线路全长20多公里采用分段设置线缆，在德山收费站，谢家铺收费站以及常德南收费站的前端监控摄像机距离监控室（图像处理器、矩阵控制主机或数码录像机）的距离少于300米，采用用SYV75-596编（或者128编）的同轴视频电缆。
高速公路超过300米并且在600米以内应该采用SYV-75-7视频线，超过700米的距离，应该采取光缆传输的方式或者网络线缆传输的方式（网线传输一般在2KM之内使用）以保证监控图像的质量。
采用具有很强通用性的宽频总线系统，宽频总线技术是基于传统CATV多载频射频调制共缆传输原理的新型视/音频传输解决方案。把多个视/音频乃至控制/数据信号调制在不同的频带在一根电缆上混合传输而不相互干扰，因此在实际的应用中可实现各种信号的总线方式传输，从而大大减少了布线规模。它有着并具备可灵活增减监控点、灵活设置远端监控站等特点，适合用在高速公路监控多监控点、长距离传输的各类图像监控系统中。宽频监控总线图如下图2-6所示。
图2-6宽频监控总线图 2.5监控中心系统 在整个高速公路监控系统中，最为核心的就是监控中心，监控中心分为分监控中心和主监控中心，是对监控起控制作用的指挥中心。主机的输入路数是要根据摄像机的数量来确定，在布置完摄像机的点位后，监控中心的主机输入要确保大于摄像机的数量，为了在之后能有扩充的余地。选择基于系统和在该地区的关键位置的数量来选择摄像机的数量。
监控中心拓补图如图2-7所示。
图2-7 监控中心拓补图 分监控中心主要把长张高速德山段分为3段，分别归属3个分监控中心，分监控中心主要显示各个监控区段的监控画面，由前端设备采集视频数据后经光端机光电转换传输到分监控中心的视频矩阵，连接至硬盘录像机NVR存储，再投影在电视墙上，由采用的PHILIPS190V3LSB视频专用显示器显示，能实时监控各个监控区段的信息。分监控中心连接示意图如图2-8所示。
图2-8分监控中心连接示意图 主监控中心能调控整个高速公路德山段的监控画面，各个分监控中心通过“光端机+光纤”的传输，通过光电转换，将视频信号传输到主控制室，通过矩阵主机，将Video out、Audio out接口通过HDMI视频线或VGA视频线连接到Video in、Audio in接口，硬盘录像机NVR同样经过线路存储视频数据，经过调试，高速公路监控显示在电视墙上。主监控中心连接示意图如图2-9所示。
图2-9主监控中心连接示意图 监控管理能满足以下功能：
1、能够远程调控摄像机的对焦，对云台进行设置，设置时间段的监控方案，监控中心能够远程查看控制监控分中心的监控室的视频画面， 2、监控设备发生异常，导致视频图像出现错误，IP地址等软件数据异常，能及时提示异常点并进行异常提示。
3、保障数据的安全，主监控室对分监控室持有分配权限，设置数据只读，对数据存储安全做好保护。
4、电视墙能分配出想对应的监控画面，有效的进行管理 2.5.1监控室的布局和要求规定 1、监控室的大小需根据所需配置来确定。
2、应避免在嘈杂的环境设置监控室，选择噪音较小的场所。
3、线槽和槽宽应根据控制台，机柜等设备的所设置，符合相对应的要求以满足敷设电缆的需要和弯曲半径的要求。
4、监控室门宽不应小于0.9米，高度不应小于2.1米。
5、为了保证监控室设备稳定的运转温度为16-30摄氏度。
6、地面应光滑无尘。应采用活动框架防静电地板。设备离地高度不得小于0.2米。
7、监测室内设备的布置应易于维护和操作，并符合安全和消防规定的要求。
8、控制台后端与墙壁之间的距离不得小于600mm，以便于维护和调测。
2.5.2电源设计 1、要求甲方提供供电电源应采用符合标准的单相电源，并将供电电源专用电源箱提供到我司各楼层配电间，电压偏移小于±10%。
2、监控室设备的供电应采用专门的配电箱并由甲方提供。当电源电压偏移超过10%时，电源电压调节器与交流电压调节器的标称功率应不小于系统功率的1.5倍。
3、前端摄像机采用集中供电，要求甲方提供专用配电箱到SA系统弱电井和控制中心并安装好。
4、使用统一的接地方式，接地母线应为铜绕组，接地线不应形成闭环，不应与强电网零线短路或混合，要求甲方提供弱电井和控制中心。接地电阻小于4欧姆。控制室接地母线的布线应符合设计图纸的要求。
2.5.3监控室施工需求 1、监控室内电视墙、机柜、操作台笔记有防静电接地保护。
2、为了满足整个系统的需要，在电源功率上需要预留准备。
3、确保监控系统正常稳定的工作，需要稳定的电压，电压的衰减必须在允许的范围之类，且供电电源采用专门的稳压电源。
2.5.4监控软件调试 1、安装操作系统、iVMS-4200监控系统。
2、运行监控软件测试程序，检测软件、硬件的配合性能。
3、软件系统全面运行、操作，检测数据传输的稳定性。
4、全部自检合格后进行监控系统全面测试，查看能否实时监控4个主要监控点现状。
监控中心设备运作如下图2-10所示。
图2-10监控中心设备运作 2.6摄像机监控设计 节假高峰期长张高速各收费站的交通压力较大，合理的监控布置有利于交通的管理，监控中摄像机良好的视野范围能准确的查看当前的状况，本系统的前端摄像机主要分布在车道，收费亭内，服务区广场等区域。
1、两个车道各设一台枪式摄像机，对来往停靠车辆车牌进行图像识别。
2、为了监控收费过程，在收费亭设立1台半球摄像机。
3、高速公路下坡段、服务区等按需求设立摄像头，前端摄像头应安装在靠近监控目标的位置，这样不易被外界损坏，且摄像机应安装在确保不对其他设备不产生影响的位置，对于前端摄像的安装，在场外时最好以3.5至10米之间，不能低于3.5米，在室内环境中，2.5至5米为宜。
4、摄像机安装在镜头中没有物体阻挡拍摄的位置，为了防止摄像机里的图像传感器损伤，在安装的地点方向位置中，选取避免有强光直接照射镜头的方向。
5、为了能更好的监控到画面，应避免逆光安装摄像机镜头，若是逆光拍摄时，则需要调整监控画面的对比度在范围之内。
常德南收费站广场如下图2-11所示。
图2-11常德南收费站广场 2.6.1高速公路摄像机点位设计 长张高速德山段，谢家铺收费站至常德南高速公路路段长21公里，途径德山收费站，根据交通流以及路段情况设计摄像机，根据现状采取合理的上传方式，将采集到的视频数据，交通流量等数据传至监控中心。
分别设置谢家铺互通、石门桥枢纽、德山互通、常德南枢纽、德山收费站、常德南收费站的监控点设置，并按路段实时情况设立高速公路测速点， 谢家铺收费站至常德南高速公路如图2-12。
图2-12谢家铺收费站至常德南高速公路 谢家铺互通：
谢家铺互通处于长沙至张家界方向K138+200处，是长、株、潭及湘中地区公务、商务车辆往来益阳、常德、桃源、慈利、张家界等地区的必经之地。主要在在高速岔路口主要设置点位，一共设计7个点位，共14台摄像头，为了清晰观测到车辆号牌以及驾驶人员是否规范驾驶，主要抓拍超速车辆，当车辆超速，雷达波感应车速，交警可根据记录筛选出超速车辆，对驾驶员进行教育。设置立柱8米，每个立柱分别布置1个枪型高清摄像机和1个球型高清摄像机，谢家铺互通点位设计图如下图2-13所示。
图2-13谢家铺互通点位设计图 石门桥枢纽：
石门桥枢纽互通式立交桥位于长沙至张家界方向K147+200处，G55二广高速在石门桥枢纽与G5513长张高速汇合，实现与长常、二广高速公路的交通转换，因此此处交通压力较大，属于交通事故多发地段。在每个闸路口设置相应的监控点位，共设置14个监控点位，设置立柱8米，每个立柱分别布置1个枪型高清摄像机和1个球型高清摄像机，同时在立交主线道设置F杆测速摄像机2台，控制车辆的行驶速度，减小事故率，共设置30台摄像机。石门桥枢纽点位设计图如下图2-14所示。
图2-14石门桥枢纽点位设计图 德山互通：
常德德山互通位于长张高速(G5513) K149+700处，是省会长沙出发高速通往常德、张家界、吉首至重庆的必经之路，德山收费站在节假日通常处于拥堵情况，互通岔路口存在过车辆停车情况，在岔路口对行车方向设置高清摄像机，监督车辆行驶情况，共设置7个监控点位，设置立柱8米，每个立柱分别布置1个枪型高清摄像机和1个球型高清摄像机，同时，在收费广场设置2个枪型高清摄像机来记录收费广场的车辆情况，共设置16台摄像机。德山互通点位设计图如下图2-15所示。
图2-15德山互通点位设计图 常德南枢纽：
常德南枢纽位于长沙至张家界方向K159+500处，是长张高速重要的高速枢纽，与G56杭瑞高速在此交汇，同时有距常德桃花源机场最近的收费站常德南收费站，车流量较大，高速公路岔路口较多，布置15个摄像机点位，设置摄像机立柱10米，每个立柱分别布置1个枪型高清摄像机和1个球型高清摄像机，共设置摄像机32台。监控高速公路路面情况，常德南枢纽点位设计图如下图2-16所示。
图2-16常德南枢纽点位设计图 德山收费站：
德山收费站处于G5513长张高速K149处，德山互通上下高速的出入口，车辆“四进八出”共12车道，设计车流量可达2万车次。经勘测统计，南往北方向下高速的车流量较多，在每个收费亭布置1个高清球形摄像机，收费亭共设置12台高清球形摄像机，球形摄像机为了规范收费员在收费亭的收费服务工作和司机的道路缴费情况， 以及在“四进八出”12车道设置好相应的高清枪型摄像机。为了记录进出口的车流量，并根据车流量分析当前收费站的拥堵情况，交警根据存储在监控中心的车流情况进行高速分流场外摄像头分别设置在出入口路肩以及收费站广场，德山收费站南往北出口设置3台高清枪型摄像机，北往南设置2台高清枪型摄像机，出入广场路肩共设置2台高清枪型摄像机，主要拍摄车辆违规变道、停车和逆行等情况。德山收费站共设置高清球形摄像机12台，设置高清枪型摄像机19台，德山收费站点位设计图如图2-17所示。
图2-17德山收费站点位设计图 常德南收费站：
常德南收费站处于G5513长张高速K159处，高速路段出口为斗姆湖乡镇，为通过高速去往桃花源机场的必经之路，“两进三出”5车道，车流量相比德山收费站小，为了检测收费亭内收费情况，在每个收费亭布置1个高清球形摄像机，收费亭共设置5台不影响美观的高清球形摄像机。
西南至东北方向的3个收费站出口车道设置3台高清枪型摄像机，另外布置2台枪型摄像机在收费站顶棚朝向车流出口方向，东北至西南收费站入口车道设置2台高清枪型摄像机，布置1台枪型摄像机在收费站顶棚朝向入口方向，收费广场共布置两台高清球型摄像机，主要用来监控道路车辆情况，统计车流量。常德南收费站共设置高清球形摄像机5台，设置高清枪型摄像机10台，常德南收费站点位设计图如图2-18所示。
图2-18常德南收费站点位设计图 长张高速公路德山段路段：
对长张高速路段进行摄像机布点。长张高速谢家铺互通至石门桥枢纽2公里左右/对设置外场遥控摄像机，保证正常天气下全覆盖的视频监控，在石门桥枢纽设置门架式信息标志牌，共设置2处，加装枪式固定摄像机4台，道路监控摄像机采用枪型摄像机，每处立柱上设置2台摄像机。共设置26台。
石门桥枢纽至常德南收费站途径德山收费站2公里左右/对设置摄像机，考虑到收费站车辆流量较大的原因，在高速转向出入口分别加装一个摄像机，能够实时查看车辆以及车流情况，在常德南收费站东南2公里左右的善卷垸大桥布设2台遥控摄像机，进行加密监视。共设置30台摄像机。
在停车区设一体化球式监控摄像，每个停车区设置1台，摄像方位背向行驶方向，便于查看现场情况。
高速道路平直路段，车辆行驶速度较快，以及选择事故易发路段加装摄像监控，立柱高度设置8米，根据路段选择相应的测速方式，并选定测速摄像机的位置。
长张高速德山段测速点分布表2-1所示。
序号 方向 桩号 测速类型 1 长张方向 K127+100 固定测速 2 长张方向 K132+500 固定测速 3 长张方向 K139+400 F杆测速 4 长张方向 K145+200 F杆测速 5 长张方向 K148+900 瞬间测速 6 长张方向 K152+400 瞬间测速 表2-1长张高速德山段测速点分布表 第三章 监控系统设备选型 4.3设备列表 高速公路中各设备的选用根据监控点的不同有所不同，比如在收费广场收费亭采用半球摄像机，这样便于监控也不影响环境的美观，而在收费站车道室外通常采用枪式摄像机,可实现广角监控以及远距离监控。监控系统设备选型如下表4-1所示。
序号 设备名称 规格型号 技术规格 单位 设计量 1 数字高清摄像机 HV-2818C 成像元件为SONY 1/3＇＇数码彩色CCD，信噪比大于48dB，自动白平衡，自动背光补偿、暗区补偿功能,色彩自动调节 台 140 2 彩色高清半球摄像机 HV-308EEC 成像元件为SONY 1/3＇＇数码彩色CCD，信噪比大于48dB，自动白平衡，自动背光补偿、暗区补偿功能,色彩自动调节 台 60 3 防护罩 LH-4000 内置可调节摄像机安装板，内置加热风扇自动温控电路，雨刷自动停边设计，护罩坚固耐用，密封性好 个 140 4 网络硬盘录像机 DH-DVR1604HF-A 主处理器：工业级嵌入式微控制器；
系统：嵌入式LINUX；
图像编码：H.264；
图像质量：PAL制，D1(704×576) 台 12 5 矩阵主机 GST-JK1900 最大容量512输入64输出；
最多可配512个解码器 台 4 6 视频专用显示器 PHILIPS190V3LSB 19LED背光超薄,最佳分辨率1440×900/60Hz,可视角度:176°/170°, 对比度:20000000 台 40 7 电源线 ANTAI RVV2*1.0 国标，全铜芯 护套线 米 8 视频线 ANTAI 75-5 96PE，全铜芯 米 9 八口交换机 监控专用 千兆 台 8 10 光纤 监控专用 12芯 米 表4-1监控系统设备选型 参 考 文 献 [1] 林永生.高速公路监控系统建设与方案设计[J].城市建设理论研究,2017(30):104-105. [2] 《中国公路学报》编辑部.中国交通工程学术研究综述·2016[J].中国公路学报,2016,29(06):1-161. [3] 唐汉征.肇花高速公路视频监控系统设计方案[J].中国交通信息化,2014(04):91-95. [4] 王骏明. 高速公路监控系统及相关设备研究[D].长安大学,2013. [5] 包志勇.高速公路视频监控系统设计方案[J].交通世界,2018(19):174-176 [6] 郭笑妤.关于高速公路监控系统改造设计方案探讨[J].黑龙江交通科技,2016,39(06):193+195. [7] 鲍东玉.高压直流供电在高速公路监控系统中的应用[J].现代经济信息,2016(15):342-343. [8] 潘小松.高速公路隧道监控系统改造技术探析[J].中国交通信息化,2019(02):129-131. [9] 李俊,向阳.高速公路全程监控设备供电方案探讨[J].中国交通信息化,2017(11):104-105+125. [10] 王春.高等级公路监控中心大屏幕显示系统方案选择[J].中国交通信息化,2011(03):107.