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1、1高速公路监控系统设计与应用 专 业 软 件 工 程研 究 生 任 真指导教师所在学院 天津大学软件学院2011 年 11 月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名： 任真 签字日期： 2011 年 11 月 13 日2学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权
2、 天津大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 任真 导师签名：签字日期：2011 年 月 日 签字日期： 2011 年 月 日中文摘 要：以 AT89S8252 为核心，结合 nRF2401 和GR47 设计一套高速公路智能收费系统。采用无线通信方式，实现车辆与收费站之间收费的无人化操作；收费信息借助 GPRS 网络传输到网络银行，再进行相应的代收费。GPRS 模块和 GPRS 网络的应用，增强系统的可靠性
3、、收费的便捷性，降低成本。系统给智能收费系统的实现提供新方案，具有良好的市场前景。3英文摘要：It designs a set of intelligent tolling system for expressway which uses AT89S8252 as core combining nRF2401 and GR47.Unmanned operation is realized between automobile and tolling station by wireless communication.The toll is completed according tolling
4、 information which was transmitted to Net Bank by the existing GPRS network.It enhances reliability and convenience of system,by the application of GPRS module and GPRS network.At the same time,the cost of system is reduced.System provides a new scheme for th.目 录：第一章 绪论1.1 高速公路发展现状1.2 高速公路收费系统发展现状1.
5、3 高速公路收费系统的发展前景1.4 课题的提出背景1.5 论文的组织结构第二章 系统设计2.1 系统框图和原理42.2 系统硬件2.21 微处理器模块2.22 无线模块2.23 液晶显示模块2.24 GPRS 模块2.3 系统软件第三章 结束语参考文献致谢5第一章高速公路发展现状 1.1 我国高速公路发展现状 1988 年我国第一条高速公路上海至嘉定高速公路的建成通车，实现了我国大陆高速公路零的突破之后，我国的高速公路建设步入了加速发展的快车道。2008 年，总规模 3.5 万公里的“五纵七横”国道主干线系统全面建成，标志着我国高速公路网骨架的基本形成。到 2010 年底，全国高速公路由“十
6、五”期末的 4.1 万公里发展到 7.4 万公里，新增 3.3 万公里。整个“十一五”阶段，全社会高速公路建设累计投资达 2 万亿元，是我国公路交通发展速度最快、发展质量最好、服务水平提升最为显著的时期。从总量上看，我国高速公路已经得到了飞跃式发展，基本能够满足经济和生活的需求；从面积密度来看，东部等发达地区并不亚于美国等发达国家，甚至还超过了发达国家水平。目前我国各地区高速公路建设情况同其经济发达情况大体保持一致。经济发达的地区，高速公路面积密度比较大；经济较落后的地区，高速公路面积密度也相对滞后。这一局面的形成主要同我国之前推行的优先发展发达地区交通基础建设的战略规划有很大关系。从我国高速
7、公路规划布局情况来看，高速公路发展将参考经济发展状况的同时，兼顾区域间的均衡化发展。这将有助于减小和改善东西部地区高速公路建设的巨大差距和区域协调发展。“十二五”期间我国交通运输仍处于大建设、大发展的关键时期。2011 年5 月 26 日，交通运输部正式发布了交通运输“十二五”发展规划。到“十6二五”末，我国国家高速公路网将基本建成，高速公路总里程达到 10.8 万公里，届时将覆盖 90%以上的 20 万以上城镇人口城市。 1.2 陕西高速公路发展现状“十一五”以来，陕西省交通运输系统以建设西部强省、富裕三秦百姓为目标，实现了全行业超常规、跨越式、大规模发展。 截止2010年底，全省公路总里程
8、达到14.7万公里，路网密度71.7公里/百平方公里。特别是建成秦岭终南山公路特长隧道、西汉高速公路、机场专用高速公路等一批在国内外具有重大影响力的项目，充分展现了陕西交通发展新形象。 同时，陕西省还在全国率先签订部省共建协议，制定“群众打底子、政府铺面子”等系列惠民政策，掀起交通运输行业建设的新高潮。“十二五”陕西将建立更加全面、高效的交通运输运行监测网络，进一步提升交通运输信息资源的深度开发与综合利用水平，通运输系统全网联动、协同应用程度进一步提高，在保障畅通运行方面取得显著实效，在提升运行效率、服务公众出行方面取得明显突破，在规范市场秩序、强化安全应急、服务决策支持方面全面提升，在推进综
9、合运输体系建设、发展现代物流、实现低碳绿色交通方面取得重大进展，为现代交通运输业发展提供坚强支撑与保障，是“十二五”公路水路交通运输信息化发展总体目标。陕西省位于中国的空间地理中心，周边与七省相接，是我国连通东西、贯穿南北的重要交通枢纽，目前拥有高速公路3400公里，已经形成了省域范围的高速公路网。 “十二五”时期，陕西省交通运输系统将紧扣“科学发展、富民强省”主题，以打造全国交通枢纽和西部交通强省为目标，以“构建大交通、完善大路网、强化大枢纽、发展大物流”为方向，继续加快公路建设，大力加强道路运输，主要实施高速公路网化、干线公路升等、农村公路惠民、运输服务强化、应急保障提升等五项工程，力争到
10、2015年基本实现县县通高速公路，全面实现县县通二级以上公路，路网总规模提高到16万公里，路网密度增加78公里/百平方公里。7第二章高速公路监控系统高速公路监控内容主要包括高速公路、收费站两个部分。监控系统的应用部门包括高速公路管理处、分公司、省交通厅等各个领域。2.1高速公路路远地偏，如何组建安全可靠的监控系统？高速公路都修建在城市与城市之间，空间跨度大，室外环境恶劣，维护成本高。在设计监控系统的时候应该选用技术成熟，工作稳定的设备。应采用光端机加硬盘录像机的实现模式。在高速公路的延长线上，铺设光纤，传输视频和反向控制信号。光纤的传输距离远，信号衰减小，价格又便宜，适合于远距离传输。一旦铺设
11、完成，可常年使用，可有效降低维护成本。在前端采用高速球云台对来往车辆进行监控，球云台内置温控调节系统，可以在更大的温度范围内正常工作。而在监控中心可以通过接收光端机将视频信号还原出来输入给硬盘录像机，这套系统均采用成熟可靠的设备实现。2.2收费站位置分散，如何实现集中的监控管理？作为高速公路的末端收费站的监控，在设计上和高速公路则截然不同。它的位置相当分散，如何将这么多分散在各地区的收费站集中起来监控是个难题。高速公路专用监控系统设计利用各个收费站的网络资源实现分布式的网络监控。目前每个收费站都有2M 的专线接入，用于公路计费信息管理等。系统设计在每个收费站安装一台网络或网络视频服务器，直接将
12、网络信号接入即可。在监控中心安装一台综合业务管理系统实现收费站的统一集中式监控。2.3如何解决众多用户对大量设备的管理问题？在这样一个大型的监控系统中，管理机构和管理人员众多， 同时监控资源也非常丰富，如何让每一个用户都可以恰当的管理每一个监控设备，对于一套系统的正常运行至关重要。天地伟业高速公路专用监控系统采用了分组的 概念，8将众多用户分成了用户组，将众多设备分成了设备组。这样一个大的系统就被分解成了若干个小的系统。同时对用户组和设备组之间作权限的映射管理。包括视频浏览的权限、控制的权限、管理的权限等等。在设置权限的时候采取谁管理谁负责的原则，并对同样具有管理的人设置权限的级别，这样就可以
13、保证不会出现没 人管理或交叉管理的问题。2.4如何快速定位事故，做到快速出警？高速公路系统中地理位置分布广泛，事故发生具有不确定性。收费站地处城市 郊区，抢劫、冲关事件也时有发生，如何快速定位事故，快速出警。系统中应设计电子地图双屏显示功能，同时显示现场实时的视频和电子地图画面，并可以在地图上用不同的颜色区分出当前的设备状态。当有报警的时候，可以自动地将报警点所在的视频切换到主显示区。主机收到报警信号后，可以用不同语音提示当前的报警状态，也可以自动地给责任人发送报警短信。2.5系统如何按照多级结构进行设计？省、市、地区多级，适合于组建大型监控网络。同时各个子系统又可以独立运行，不依赖于其他部分
14、。在高速公路部分采用数字化监控模式， 通过光纤将视频信号汇集到高速公路监控系统主机。在收费站部分采用网络化传输模式，通过原有的网络资源，汇集到综合业务管理系统主机，实现统一管理。同时上级机构也可以利用交通专网实现远程监控，组建多级监控系统。第三章陕西高速公路监控系统省内交通运输行业的蓬勃发展以及高速路网的建设不断加快，行业面临的监管局面也更加复杂和艰巨，需要借助信息化手段加以推进。为提高高速公路的服务与管理水平，服务于社会经济发展，陕西省交通厅启动了“陕西高速公路网综合监控系统（一期工程） ”项目，该项目于2010年7月建成并投入试运营，9覆盖了以西安为中心共878公里的高速公路，在2011年
15、春运和第41届世界园艺博览会期间发挥了重要的交通保畅作用，取得了良好的管理效果。系统采用 SuperMap GIS 平台作为业务应用的基本支撑，具有五个主要特点：3.1 设备驱动库，支持各类设备、各型设备的动态扩充系统兼容十余个主流厂家的 H.264编解码器设备（如北京蛙视、海康威视、数码视讯、亚邦伟业、中兴智能、AB、武汉微创、金三立、浙江大华、华三等） ，兼容主流的光平台及视频矩阵控制功能（如杭州中威、北京蛙视、英飞拓、AB等） ，兼容主流云台控制协议（Pelco-D/Pelco-P/YAAN/SAMSUNG 等） 。系统兼容同鑫、同洲、优创、三思、元亨等多个厂家的情报板，兼容Advant
16、ech、中控、SmartSensor 等主流车辆检测器设备。如下为在地图上显示所有路段上车检器、情报板和摄像机等设备的界面，点击摄像机图标可以直接查看视频图像：3.2 兼顾具体与抽象、局部与整体、微观与宏观的大跨度信息汇集系统将全省所有路段的设备配置信息以及设备采集到信息汇集到一起，可以10展示原始采集数据以及经过加工后得到的数据，为管理人员提供从局部到全局的决策信息。如下为交通状态显示界面，将车检器采集到的交通状态转换为在地图中以图形表达的形式，不同颜色代表不同的状态：3.3 形成采集、处理、分析、控制的完全闭环控制系统省监控中心系统不但能采集到各路段监控中心的监控数据，而且也可以在所得数据基础上根据管理需要下发各种交通控制信息，如向情报板发布信息。如下为情报板信息发布后的监视界面：
