高速公路综合监控系统技术设计方案.docx

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高速公路综合监控系统技术设计方案

高速公路综合监控系统

解

决

方

案

XX技术有限公司

2015年6月

第1章.

系统综述

高速公路统一监控系统是以视频监控、车辆检测、气象监测、隧道监控、交通信息发布、事件检测等系统业务为基础，对路网内的交通状态、道路环境情况、机电设备运行状态进行实时监控，能对报警事件进行统一协调、统一管理，具备对全区域交通情况宏观监视、交通事件应急处置的能力。

对加强路网资源的协调管理、及时诱导疏散拥挤阻塞地段的交通、加快事故处理速度、减少交通延误及因交通事故造成的经济损失和人员伤亡起到重要作用。

可从整体上提升高速公路交通的信息化服务水平。

1.1设计原则

Ø可靠性与先进性

系统采用成熟、稳定、完善的技术设备，能够保证全天候长期稳定运行。

在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完整的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

采用科学的、主流的、符合发展方向的技术、设备和理念，系统集成化、模块化程度高。

设计合理，架构简洁，功能完备，切合实际，能有效控制和提高工作效率，满足对高速公路服务、管理的实际需求。

系统的技术性能和质量指标达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件操作使用又应简便易行，容易掌握，适合中国国情和特点。

Ø实用性与经济性

充分利用现有资源，综合考虑系统的设计、建设、升级和维护。

充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案采用自动化部署和智能纠错机制，有效降低后期维护成本。

Ø扩展性与开放性

系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能，系统规模和功能易于扩充，系统配套软件具有升级能力。

同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。

方案中设备的控制容量上保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口，尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。

1.2系统特点

Ø标准规范：

系统设计遵循最新国家标准规范以及交通部发布的标准规范，满足省市及国家监控联网的要求。

Ø多级联网：

支持多级联网监控管理，各级机构之间信息高度共享。

Ø高度集成：

采用配置化、模块化设计,集成了视频监控、车辆检测、气象监测、隧道监控、交通信息发布、事件检测等多个业务模块。

Ø软硬件独立：

软件与设备之间采用中间层隔离，耦合度低。

Ø灵活控制：

实现了多模式控制（单控、组控、群控、定时控制及自动智能控制）等。

Ø监测直观：

设备状态以图形的方式展现。

Ø快速感知：

监控网段内任何一台计算机进行设备控制，其控制结果能同步显示，及时响应。

Ø智能管控：

引入了自动控制方案，事件发生及环境数据超标会及时告警。

Ø灵活预案：

引入了动态图形化交通预案，操作员可以在预案地图上动态修改计划下传，所见即所得。

Ø应急联动：

事件发生时会产生报警图像，联动相关的设备。

Ø决策支持：

提供了丰富的报表统计及曲线分析等决策功能。

第2章.系统架构

2.1网络架构

本系统基于IP网络架构，采用省级监控中心→路段监控分中心→基层监控单元三级联网管理。

各路段监控分中心作为监控主体，收费站、隧道管理站、外场沿线设备等作为基层监控单元，省级监控中心作为应急联网指挥中心。

可充分发挥高速公路“高速、安全、舒适、高效”的功能特性，保证高质量的道路服务水平，实现对交通运行的宏观管理和调度。

其系统网络拓扑图如下：

2.2逻辑架构

本系统的逻辑架构设计如下图：

本系统由底层到高层分为设备层、接入层、服务层、展现层四个层级：

●设备层

设备层是本系统平台的基本保障层，为平台提供基础数据信息。

设备层包括视频监控摄像机、情报板、交通信号灯、事件报警设备、环境监测设备、传感设备等，这些设备所采集到的数据信息通过相应的专用数据传输通道，传输到各对应的接入设备。

●接入层

接入层的主要业务是将设备层所传输的数据信息进行接收处理，接入层包括DVR、NVR、PLC、由其它公司建设的第三方监控系统等。

接入层将处理后的数据以标准TCP/IP协议封装后，通过高速公路数据传输网络传输给系统平台相应服务模块。

●服务层

服务层是本系统平台的核心层，系统的各项功能均由服务层的各业务单元模块来实现。

服务层包括通信调度单元、告警通知单元、事件处理单元、日志处理单元、视频处理单元、数据接入单元、数据库单元、中心服务单元等。

本系统平台在服务层预留了第三方系统接口可与应急指挥中心或其它执能机构的系统进行对接。

●展现层

展现层是用户界面层，系统的各项功能业务在本层与用户进行交互。

展现层交互的功能业务包括视频监控管理、监测数据统计查寻、交通流量监测、情报板管理、应急事件管理、电子地图浏览、运维管理、前端设备控制、气象信息浏览、移动终端浏览、交通透导、日志管理、事件告警管理、权限控制、参数设置等。

第3章.中心平台设计

3.1平台设计思路

监控平台的设计思路如下：

Ø首先就是在功能设计上，采用了模块化设计，采用了松耦合的方式实现应用系统、逻辑管理、标准接入、物理资源的联系。

数据与程序相对独立，程序与控制参数相对独立，以便于系统的调整与升级，适应不断发展的管理需求。

保证各项技术可以不断的更新和升级以维持系统的先进性，使系统软件具有较长的生命周期。

Ø其次是标准。

标准是平台整合的基础。

主要体现在统一编码的强制标准性、应用开放接口及中间逻辑层的强制标准。

此外标准还涉及制度和规章。

Ø强化物理层。

根据设计的需要追加相应的设备投入，保证系统的应用强度。

Ø强化平台管理。

重点是建立全网统一、分级管理的权限管理、流控和调度系统。

建立协调交互支撑系统。

Ø强化应用。

系统将建立统一的、标准的、开放的调用接口，供各应用系统调用，同时将建立预案视频监控支撑系统和联动系统等应用。

3.2平台服务模块设计

系统中心平台提供的服务包括：

中心管理服务、数据存取服务、流媒体服务、平台互联服务、中心通信调度服务、协议转换服务、数据采集服务、数据统计服务、事件服务、GIS地图服务、日志服务、电视墙服务、集中存储服务等，其平台结构拓扑图如下：

中心平台各服务模块的设计如下：

3.2.1中心管理服务模块

中心管理服务模块为平台提供核心数据及管理服务，包括平台服务器管理、设备管理、用户角色管理、权限认证管理及各类扩展业务数据管理等。

3.2.2数据存取服务模块

数据存取服务实现对Oracle、MySQL、SQLServer等现有主流关系型数据库的接口适配，完成平台内的各种数据信息的存取，可根据客户的实际需求灵活选择一种或多种数据库产品。

3.2.3流媒体服务模块

流媒体服务模块为平台提供音视频媒体数据的高性能转发及转码服务。

媒体分发服务可解决在热点视频被大量用户并发访问时，的带宽瓶颈问题，能够减少视频传输带宽瓶颈点的并发访问量，节约瓶颈点的网络带宽，也可缓解前端视频设备的数据处理压力。

3.2.4平台互联服务模块

平台互联模块提供视频监控平台间直接的信息互联和资源共享服务。

3.2.5中心通信调度服务模块

中心通信调度服务模块为平台提供核心通信调度服务，实现各类信令处理及转发，设备及各子服务的注册接入、状态维护及资源调度。

3.2.6协议转换服务模块

协议转换服务模块为平台提供兼容非标准协议设备能力，提供各类信令的转换服务。

3.2.7数据采集服务模块

数据采集服务器为平台提供各类传感器数据的采集、存储、转发、查询等服务。

支持标准Modbus协议及报警主机、消防主机等各类私有协议的透明扩展。

3.2.8数据统计服务模块

数据统计服务模块实现对整个路段外场设备检测的交通流参数、气象情况、交通事故等信息，进行汇总统计并与历史同期水平进行对比分析，从中找出对路网交通运行影响大的关键路段，作为将来进行重点监控的对象，并以此作为下一步优化路网结构的依据。

3.2.9事件服务模块

事件服务器为平台提供核心事件处理及转发，包括报警事件预案处理及通知等。

以灵活方式透明支持各类输入及输出源，包括支持本平台及外平台各类报警事件输入如各类报警设备等，支持各种报警输出及邮件、短信等扩展输出通知等。

3.2.10GIS地图服务模块

GIS地图服务模块提供基于WebGIS规范的标准地图服务，支持WMS（WebMapService）、WFS（WebFeatureService）、WCS（WebCoverageService）等标准地图服务。

3.2.11日志服务模块

日志服务模块负责平台内所有的用户操作日志的记录，条件查询和统计，平台用户的一切操作不论合法或非法，成功或失败都能通过日志记录反映出来。

3.2.12电视墙服务模块

电视墙服务模块为平台提供实时视频及录像投屏上墙服务。

3.2.13集中存储服务模块

集中存储服务模块为平台提供音视频数据集中存储服务，支持灵活的存储计划、录像检索、点播下载等功能。

3.2.14移动视频管理模块

移动视频管理模块为移动客户端提供信息资源调配及实时视频播放服务，能实现视频资源的配置、调度；路由节点选择；流媒体指令的发送及流媒体数据转码服务。

第4章.系统功能

4.1基础信息管理

基础信息管理是为高速公路上不同厂商、不同类型的监控设备建立设备信息库，作为基础信息的一部分；并对所辖区域内的地形、道路、河流、沿线监控设备、服务区、管理所、养护工区、消防队、医院、急救站、汽车修理店等地理信息进行维护与管理。

本功能模块具有分级权限功能，在一定程度上实现了系统数据的保护。

其基本功能如下：

1.1.

4.1.1信息预处理功能

考虑到前端设备采集的数据很多都是不完整，不一致的脏数据，无法直接进行数据挖掘、分析处理，或挖掘结果差强人意。

为了提高数据挖掘的质量本功能运用了数据预处理技术，此功能可对各路段监采集的数据等进行预处理，并添加包含站点代码等特殊标记。

接受路段基层单位上报的异常事件（如道路事故等），对异常事件进行预处理，分析判断可能产生的影响区域，向可能受影响到相邻路段转发相关信息。

使用信息预处理模块进行数据清洗和修正，检测并消除异常数据、数据中的明显错误和不一致之处，并剔除或者改正，以提高数据的质量。

4.1.2机构信息维护功能

此功能是对管理局、管理处、收费站、路段、隧道等信息进行维护管理，其维护管理的机构信息包括：

机构名称、机构类型、机构编号、机构位置、联系方式、机构描述等。

通过对这些信息的维护，能将相关联的数据在客户端界面上进行展现。

界面示例图如下：

4.1.3用户信息维护功能

此项功能是对使用本监控软件的操作人员信息进行维护管理，包括：

角色管理、账户管理；其中角色管理是对角色名称、角色类型等信息进行变更及增减，账户管理是对账号、密码、姓名、操作级别、联系方式、账户角色等信息进行变更及增减。

其功能界面示例图如下：

图：

角色管理

图：

角色权限分配

图：

账户管理

图：

账户角色分配

4.1.4设备信息维护功能

此功能是对高速公路的监控设备资源信息进行维护管理，其设备信息包括：

设备名称、设备类型、机构编号、设备位置等；

涉及的设备类型包括：

视频设备、可变信息标志、车辆检车器、气象检测器、路面状态检测器、风速风向检测器、隧道风机、隧道照明设备、光强检测器、火灾检测器、CO/VI检测器、氮氧化物检测器、太阳能（风光互补）设备等。

通过此功能可对设备进行：

创建、修改、删除、查询等操作。

操作界面示例图如下：

图：

视频设备信息

图：

数据监测设备信息

4.1.5日志信息管理功能

管理平台的日志包括运行日志和操作日志，日志记录完整、准确。

运行日志记录系统内设备在线、异常、故障、恢复、关闭等状态信息及发生时间；操作日志记录操作人员进入、退出系统的时间和主要操作。

具备日志信息查询和报表制作功能。

图：

日志信息管理

4.2路网监控

此项功能通过功能菜单与GIS地图相接合的方式，来实现路网内交通数据信息的监测及调用。

以便于监控人员直观的浏览、调用、控制所管辖路段内的各类监控资源，并能直观地了解各监控设备的部署位置及运行状态，其应用界面如下：

图：

交通数据监控

4.2.1地理信息展示功能

此项功能的用作是将地图地理信息及相关机构、设施位置等信息进行呈现，并能实现对地图显示区域的缩放。

其呈现的信息有：

省界、市界、区县界、高速公路路线、高速公路名称、摆放的设施图标、湖泊水库位置、河流位置、省道路线、国道路线、国道名称、省道名称、市区道路路线、市区道路名称、医疗服务机构位置及名称、政府机构位置及名称。

功能界面图例如下：

图：

地理信息展示

4.2.2地图数据显示

采用能清晰呈现出各路段地理信息的GIS地图，在该地图上叠加各种交通监控资源，实现对应实时数据的显示调用，系统支持路段搜索功能。

其电子地图上能显示、调用及控制的内容如下：

⏹静态显示的内容：

高速公路的外貌信息显示。

⏹动态显示内容：

彩色图形显示各种外场设备的工作状态及报警信息，还能实现按图层分类，显示道路走向、沿线设施、设备布设位置、工作状态、路政养护工作情况等信息。

⏹组织、机构：

显示管理局、管理处、收费站、隧道、服务区、应急物资仓库等分布位置，点选相应图标能显示联系电话、联系人、详细地址（点选应急物资仓库能显示物资存储情况）等信息。

⏹车辆检测器：

上下行方向的车流量、速度和占有率显示，设备运行状态显示；

⏹可变情报板/交通标志：

情报板信息显示、信息发布，交通标志当前状态显示、状态模式控制，设备运行状态显示；

⏹风机、照明、车道指示器、交通信号灯、水泵、卷帘门：

当前状态显示、状态模式控制，设备运行状态显示；

⏹摄像机：

实时图像浏览，云台、镜头控制，设备运行状态显示；

⏹一氧化碳/能见度检测器：

一氧化碳及能见度值显示，设备运行状态显示；

⏹光强检测器：

光强信息显示，设备运行状态显示；

⏹风向风速检测器：

风向及风速信息显示，设备运行状态显示；

⏹水池液位检测器：

当前水位信息显示，设备运行状态显示；

⏹火灾检测器：

火灾报警信息提示，设备运行状态显示。

例图：

监控设备监测数据查看

例图：

基于GIS地图的视频浏览例图

4.2.3实时路况显示功能

此项功能通过不同颜色标注高速公路各路段的车流情况，分为拥堵、缓行和畅通3个级别，分别以红、黄、绿三种颜色进行标注。

功能界面图例如下：

图：

实时路况显示

4.2.4地图编辑功能

编辑电子地图上的机构及设备分布位置，根据各类机构及各种设备在道路上的实际布放坐标或桩号，将其对应的图标叠放在GIS地图的对应位置。

功能界面图例如下：

图：

地图编辑功能界面

用户可通过“图层选择”选项，采用勾选对应名称的方式自主的选择要在电子地图上显示的设备及相关机构资源图标，其操作窗口界面图如下：

图：

“图层选择”窗口界面

4.2.5收费站视频监控

对于收费站这种安装多个视频监控设备的集中监控区域，可通过点击对应区域类型的图标进入二级监控地图。

收费站视频监控功能界面是根据收费站出口数、入口数、岗亭等设施的实际布局情况进行设计的，在功能界面下端的信息栏显示收费站编号、方向、所在机构、桩号等信息。

通过点选界面上的视频设备图标，可以调阅相应的实时视频图像，并显示设备名称和设备状态信息。

4.2.6隧道监控

对于公路隧道这种安装多种机电设备的集中监控区域，可通过点击对应区域类型的图标进入二级监控地图。

隧道监控功能主要包括显示隧道环境、机电运行状态、交通运营信息,对车道指标灯、风机、照明设备等进行控制，实现各类信息的分层显示及报警提示。

其功能界面上的设备图标均根据现场设备的实际位置进行布放。

针对隧道的监控数据分为交通、照明、环境、报警四类:

⏹交通类：

通行信号灯、车道指示器、车行横洞门、转向指示器、可变情报板

⏹照明类：

照明回路

⏹环境类：

风机、CO/VI、风速风向仪、照度仪

⏹报警类：

紧急电话、感温光纤、手报按钮。

系统可以根据各个用户的实际业务管理需求，单独监控四类设备中的某一类设备信息或集中监控某几类设备的信息。

可满足用户分散显示和集中显示的要求。

隧道监控模块主要有以下几部分功能：

设备状态显示：

显示各个监控设备运行状态

交通信号灯控制：

对隧道内交通信号灯的通行（绿灯）、谨行（绿灯+黄灯）、转向（转向+黄灯）、禁行（红灯）几种模式进行控制和状态显示。

其功能界面如下：

图：

交通信号灯控制界面

车道指示灯控制：

对隧道内车道指示灯的正向、逆向、停止几种模式进行控制和状态显示。

其功能界面如下：

图：

车道指示灯控制界面

照明控制：

能对“洞内照明”和“洞外路灯”进行显示和控制。

洞内照明控制：

需能按深夜、夜晚、阴天、晴天四种模式进行控制设置及相关照明状态的显示，其功能界面如下：

图：

洞内照明控制界面

洞外路灯控制：

需能对洞外路灯的点亮和熄灭时间进行设置。

其功能界面如下：

图：

洞外路灯控制界面

风机控制：

对隧道内风机的正向、逆向、停止三种运行模式进行控制和状态显示。

其功能界面如下：

图：

风机控制界面

可变情报板控制：

对隧道外的可变情报板进行控制，可实现对情报板的信息查看及信息发布。

数据显示：

能显示CO/VI、照度仪、风速风向仪等设备采集的数据。

例图：

风速风向数据显示

例图：

光强检测显示

环境监测报警：

当CO/VI、照度仪、风速风向仪等设备采集的环增数据达到报警阀值时，系统需能通过弹窗自动提示报警信息；能对历史报警信息进行查寻、导出、打印。

例图：

环境监测报警提示窗口

隧道报警主要包括设备故障报警、事件报警两大类：

⏹设备故障报警

当设备无法响应通讯请求时系统发出报警提示信息。

⏹事件报警

当分中心系统接收到由设备或人工采集到的火灾、交通事故等报警时系统发出报警提示信息。

系统支持以下设备采集到的报警信息：

视频车检器生成的交通流量等报警信息；

感温光纤传来的火灾报警信息；

手动报警按钮传来的火灾报警信息；

紧急电话传来的报警信息；

CO/VI设备采集的环境信息。

4.2.7交通流量查看

通过悬浮窗展示最近5分钟的实时交通流量；并可调阅包含车型分类流量、车辆总流量、车型分类速度、平均车速、占有率、车间距等信息的实时详细数据和前一日的历史统计数据。

图例：

交通流量悬浮窗展示界面

图例：

详细流量查看界面

4.2.8统计报表功能

系统提供路网内各种监测设备监测数据的查询统计，以报表及曲线图的形式展示出来。

能统计查询的监测数据有：

车辆检测数据、路面检测数据、气象检测数据、氮氧化物检测数据、一氧化碳/能见度检测数据、光强检测数据。

其设备采集信息统计报表展示的内容如下（其中日报表的显示粒度为小时，月报表的显示粒度为天，年报表的显示粒度为月）：

车检器：

按小日、月、年显示车流总量、平均车速、平均占有率、平均车头时距；

气象检测器：

按日、月、年显示能见度、风速、空气温度、路面温度、湿度平均值、最大值、最小值，雨量、雪量总和。

当前风向，当前路面状况；

路面检测器：

按日、月、年显示路面温度平均值、最大值、最小值，积雨量、积雪量总和。

当前路面状况；

一氧化碳/能见度检测器：

按日、月、年显示CO、VI平均值、最大值、最小值；

光强检测器：

按日、月、年显示LO-、LI平均值、最大值、最小值；

氮氧化物检测器：

按日、月、年显示NO、NO2平均值、最大值、最小值。

图：

检测数据统计报表界面

图：

检测统计曲线图界面

4.2.9设备数量统计

系统可按照设备类型、路段名称进行设备数量的统计，有柱状图、饼状图、列表三种统计方式，其功能界面如下：

图：

柱状图统计

图：

饼状图统计

图：

列表统计

4.2.10设备状态查询

系统可展示所有设备的状态信息及采集时间，可根据设备类型或设备名称进行详细查询。

在查询列表中可展示设备名称、设备状态、行车方向、桩号、采集时间等设备信息。

图：

设备状态查寻窗口界面

4.2.11短信通知功能

为方便管理处的内部管理，遇紧急事件能即时通知给相关负责人，本系统通过架设的短信网关，能向指定对象发布手机短信通知。

系统具备用户编组功能，能方便短信消息的群发（短信通知功能需要与通信运营商落实短信网关业务）。

4.2.12异常事件报警

此功能主要用于实现当有路段出现重大交通事故、道路封闭、隧道火灾等情况时，向管理处监控中心发出报警信息。

报警类型包含如下几种：

⏹交通事件报警

包括系统自动检测的交通事件、视频事件检测系统检测的交通事件、人工录入的交通事件等的报警信息。

⏹路政、养护事件

包括路政部门施行的道路封闭、隧道关闭、路段限速等的事件报警和养护部门的路基路面养护、隧道桥梁养护、机电设备维护、绿化养护等事件报警。

⏹交通环境事件报警

包括隧道火灾、恶劣天气等事件报警。

⏹设备故障报警

包括设备的通信故障和设备故障报警。

4.2.13情报板控制功能

实现对相关管理范围内的可变信息标志及情报板进行信息发布，发布反馈确认，发布内容管理等功能。

Ø情报板基本信息管理

通过情报板基本信息管理能实现情报板信息的查看、编辑、删除。

可同时添加多条需要发布和保存的信息，系统会根据输入内容，自动调整字体大小，编辑完信息后会在预览区显示出内容。

图：

情报板基本信息管理界面

Ø情报板预置播放节目单管理

保存用户经常使用的一些信息，方便用户快速下发信息到情报板。

预置播放条目管理可实现条目信息的查询、新增、查看、修改、删除等功能。

图：

情报板预置播放节目单管理界面

Ø情报发布

用户添加信息后，选择要下发的情报板，进行情报信息的发布，如果发布成功系统会给出成功提示，如果失败系统提示失败原因。

4.3视频管理

视频信息管理功能模块是本系统的核心应用模块。

其功用是对所辖路网内的视频资源进行整合，实现集中控制、统一管理，此模块能兼容所有主流视频厂家的设备，其具体功能如下：

4.3.1实时视频

4.3.1.1视频设备展示

本系统通过树型目录展示机构设备树，树形结构展示机构以及机构下的视频设备。

通过选择各级机构名称节点可对机构下的视频设备目录进行收放。

系统支持机构名称或设备名称的快速检索，支持对关键字的查询检索。

图：

树型目录界面

4.3.1.2实时图像浏览功能

在机构和设备树形目录中选择摄像头双击到视频显示窗口中进行视频播放，也可将摄像头拖拽到视频显示窗口中播放。

系统支持1、4、6、7、8、9、10、16分屏和全屏播放，对于多个分屏窗口，点击树型目录设备名称依次在分屏窗口上面展示播放画面，如要对摄像头进行控制，则可点击对应分屏窗口进行控制。

在视频播放窗口中可显示码流、机构名称、摄像头名称、安装位置、日期时间等信息。

图：

实时图像浏览功能界面

4.3.1.3监控点信息

如某视频播放分屏窗口中有视频图像播放，点击该视频播放窗口，则在主界面的【当前监控点】中会显示摄像头的名称、通道号、地址、窗口号等基本信息，如下图所示：

图：

监控点信息显示界面

4.3.1.4视频调节

系统可对视频参数、视频质量、视频显示进行设置，其中【视频参数】可对图像亮度、对比度、饱和度进行设置。

图：

视频参数设置界面

【视频质量】可对每秒帧数、码率、图像格式（包含QCIF、CIF、2CIF、DCIF、4CIF、720P、1080P、960H等8种）等进行设置。

图：

视频质量设置界面

【视频显示】可对图像上的摄像头名称、安装位置、日期时间等文字信息显示位置、内容等进行设置。

图：

视频显示界面

4.3.1.5视频设备控制

系统可对前端摄像机的云台、镜头、灯光、雨刷进行远程控制。

【云台控制】：

可以对摄