（通信与信息系统专业论文）洋山深水港港区道路监控系统设计.pdf

洋山深水港港i x 道路监控系统设计 摘要 本文以洋i u 港港1 ) ( 通路项l ii 氍建殴为f i 臻。设计了洋山港港i x ：通路拧系 统。系统采用星形单服务器的服务器客，、端 域厨，可以实现对整个港i 道 路的实时监控，包括大小型情报扳拧制、信号灯控制、车道指示标志拧制以及整 个港【蔓道路的视频监控。系统通过r s 2 3 2 实现l ：位机监控软件和f 位机拎制器 之刨的通信。 采用服务器客户端模式具有缀多优点。各客户端可以通过服务器实现信 息的共享，监控系统采集到的各种信息有服务器统一处理，加快了系统的响应速 度，而且由于服务器具有很好的安全机制，数掘安全性可以得到保障。 系统的信息发布通过大小型可变情报板实现。利用上位机监控软件完成可交 情报板显示节目的设置。 监控系统对信号灯采取多相位信号控制。多相位是指信号相位数超过两个的 信号控制方式的统称。采用多相位信号控制可以改善道路通行能力。 上位机监控系统通过r s 2 3 2 发送出的控制数据经光端机中继后传输给下位 机控制器，因此可以实现对外部设备的远程控制。 对港区道路的视频监控是本系统设计的一个重点。视频监控可以实时反映港 区道路交通流状况。外部设备( 如球形摄像机、枪式摄像机) 采集到的多路视频 数掘传输至监控中心后，经过视频矩阵切换系统町以将任意一路或多路批频图像 显示在监视墙上。 视频切换系统自主研发，采用美国a d i 公司的a d 8 1 0 8 实现。a d 8 i ( ) 8 是一 种8 8 的高速无交叉切换玎关芯片，传输带宽可达3 2 5 m h z 。通过串行或并行输 入的控制信号可以对a d 8 1 0 8 实现切换控制。串口控制数据的输出可以方便地结 合多个a d 8 1 0 8 芯片来生成更大规模的视频切换矩阵。a d 8 1 0 8 芯片可应j j 在高 速信号切换矩阵中，实现对复合视频( n t s c ，p a l ，s e c a i h ) 、分量视频( y u v r g b ) 、 压缩视频( m p e c ，w a v e l e t ) 和h d b 3 数字视频的切换。 d ) 8 1 0 8 芯片中采用输入缓冲和高隔离度的运算放大器实现低串扰性能；采 用无阻塞型的设计结构实现芯片系统的宽带宽性能，并实现低耗能。 上位机监控软件由v i s u a lb a s i c 6 0 语言j r 发。v b 语言是一种面向列象的程 序设计语言，在设计过程中，可以将系统划分为不同的功能模块，逐步加以实现。 交通监控系统币在朝着智能交通的方向发展，相信在未来的监控系统中，不 仅支持远程维护和软件升级，更重要的是实现地区或城市的监控系统。体化，可 共享大型的数据库，从而达到监控系统的智能化。 关键词：港区道路，监控系统，数据库，l e d 可变情报板，视频切换矩阵 l 洋山深水港港区道路监控系统设计 a b s t r a c t t h i sp a p e rd i s c u s s e sas u p e r v i s e c o n t r o ls y s t e mo fh a r b o ra r e ar o a di n y a n g s h a nh a r b o rw h i c hi s ：h ea p p l i c a t i o nb a c k g r o u n do ft h i sp r o j e c t s e r v e rt o c l i e n ti o c a la r e an e t w o r ka l s ok n o wa ss t a r - s i n g l es e r v e rj su s e di nt h i s s u p e r v i s e c o n t r o is y s t e mt os u p e r v i s ea n dc o n t r o it h ee n t i r eh a r b o ra r e aw h i c h i n c l u d e sc m s s c m s ，t x d 。t l ca n de n t i r ev i d e os u r v e i l l a n c e t h r o u g hr $ 2 3 2 t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nu p p e rc o m p u t e ra n di o w e rc o m p u t e rb e c o m e a v a i l a b l e s e r v e rt oc l i e n ti o c a ia r e an e t w o r km o d e ih a sm a n ym e d t s t h r o u g h s e r v e re a c h c l i e n t - p o r tc a n s h a r ei n f o r m a t i o n 。a n dv a n o u si n f o r m a t i o n c o l l e c t e db yt h es y s t e ma r eh a n d l e db ys e r v e ri no n eo r d e r , o w i n gt ot h e s e a d v a n t a g e s ，t h es y s t e mc o u l da c c e l e r a t er e s p o n s er a t e ，a n dm o r ei m p o r t a n ti s t h a tt h es e c u r i t yo fd a t ai sg u a r a n t e e db e c a u s eo ft h er e l a t i v eg o o ds e c u d t y p r i n c i p l eo fs e r v e r t h r o u g hv a d o u si n f o r m a t i o nb o a r dt h er e l e a s eo fs y s t e mi n f o r m a t i o n b e c o m er e a l i t y u p p e rc o m p u t e rs o f t w a r ei sd e s i g n e di nc m so rs c m st o c o m p l e t ep r o g r a ms e t t i n g i no r d e rt oi m p r o v et h ec a p a b i l i t yo fr o a d w a y , m u l t i p h a s es i g n a li su s e di n t h i ss y s t e mt oc o n t r o it x d w h i c hm e a n st h ep h a s eo fi n f o r m a t i o ni st w oa t i e a s t t h r o u g hr $ 2 3 2a n db yu s i n go p t i c a lm a c h i n et h ed a t ao fc o n t r o lw h i c h s e n tb yu p p e rc o m p u t e rc a nr e l a yt ol o w e rc o m p u t e r , s or e m o v ec o n t r o io f e x t e r n a ie q u i p m e n tb e c o m er e a l i t y t h ev i d e os u r v e i l l a n c eo fh a r b o ra r e ar o a di ny a n g s h a nh a r b o ri st h em o s t i m p o r t a n tp o i n ti nt h i sp r o j e c t b e c a u s ev i d e os u r v e i l l a n c ec a nr e f l e c tt h e c o n d i t i o no ft r a 俪ci nr e a lt i m e e x t e m a ie q u i p m e n ts u c ha sg l o b a lc a m e r aa n d g u n s h a p ec a m e r aa r eu s e dt oc o l l e c tm u l t i p l ev i d e od a t aw h i c hi st r a n s m i tt o c o n t r o l - c e n t e r , a n dt h e na n ys i n g l ea n dm u l t i p l ev i d e oi m a g e sa r et r a n s f o r m e d b yv i d e om a t d xt od i s p l a yi nm o n i t o r v i d e os w i t c h i n gs y s t e mi sd e v e l o p e di n d e p e n d e n t l y , u s i n gt h ea d 8 10 80 f a d ic o m p a n yo fa m e r i c a a d 8 1 0 8i sa n8 x 8h i g hs p e e da n dn oo v e d a p p i n g s w i t c h i n gc h i p ，w h o s es p e e dc a nr e a c hu pt o3 2 5 m h z a d 8 1 0 8c a nb ec o n t r o l l e db ys e n a ia n dp a r a l l e ls i g n a l s a n di a r g e rs c a l e o fv i d e om a t r i xc a nb ec o n n e c t e db yt h es e n a ls i g n a lw i t hm u l t i p l ea d 8 10 8 c h i p s a d s l0 8a d o p t st h ei n p u tb u f f e ra n dh i g hl e v e li s o l a t i o no p e r a t i o n a m p l i f i e r st oi m p l e m e n tt h ea b i l i t yo fi o wc r o s s - t a l k 1 ta l s oa d o p t sn ob l o c k i n g s t r u c t u r et oi m p l e m e n tt h ea b i l i t yo fb r o a d b a n da n di o w e rp o w e r c o n s u m p t i o n m a s t e r m o n i t o r i n g s o f t w a r ei sd e v e l o p e db vv b 6 0 v bi sa n o b j e c t - o r i e n t e dl a n g u a g e i nt h ec o u r s eo fd e s i g ny o uc a nd i v i d et h es y s t e m i i 洋山深水港港区道路监控系统设计 j n t os e v e r a im o d u l e s a n di m p l e m e n tt h e mr e s p e c t i v e l y t h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no ft r a f f i cm o n i t o r i n gi s 。i n t e l l i g e n tt r a 仃i c 骨t h e m o n i t o n n gs y s t e m sw o u l ds u p p o r tb o t ht h ei o n gd i s t a n c em a i n t e n a n c ea n d s o f t w a r eu p d a t ei nf u t u r e w h i c hi sm o r ei m p o r t a n t i m p l e m e n t i n gt h e c o n j u n c t i o no fm o r t 讳0 r i n gs y s t e m sb e t w e e nr e g i o n sa n dc i t i e sc a nm a k et h e i a r g ed a t a b a s es h a r e d a n di ta l s oc o u l db u i l da ni n t e l l i g e n tm o n i t o r i n gs y s t e m t op r o v i d et h ep e o p l er e a l - t i m ea n dc o n v e n i e n ti n f o r m a t i o ns e r v i c e 。m e a n w h i l e c r e a t ean e wi n f o n n a t i o ne r a c a on a ( c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ne n g i n e e n n g ) d i r e c t e db y ：g o n gz h a og a n g k e y w o r d s ：h a r b o rr o a d , m o n i t o r i n gs y s t e m , d a t a - b a s e ，l e dc m s ，v i d e o s w i t c h i n gm a t r i x i l l 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包括其他人或其他机构已 经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：j 毡埤同期：童竺疸l 丛 论文使用授权声明霜豸傈屡 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位沦文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以上网公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：j l 昏昨导师签名：盔釜盛日期：圣堕2 世 洋d i 深水港港区道路监控系统设诩 第一章绪论 1 1 洋山深水港港区道路项目工程背景 洋山深水港区位于杭州湾口、长江口外的浙江省嵊泗崎岖列岛，由大、小洋 山等数十个岛屿组成，是中国酋个在海岛建设的港口。洋山港西北距上海市南汇 区芦潮港约三十二公里，南至宁波北仑港约九十公罩，向东经黄泽洋水道直通外 海，距国际航线仅四十五海里，是距上海最近的深水良港。 洋山深水港工程是中国港口建设史上规模最大、建设周期最长的港口建设工 程。工程预算总投资达6 0 0 多亿元，预计2 0 2 0 年完成。工程依托大、小洋山岛 形成南、北港区，布设5 0 多个大型集装箱泊位，年吞吐量可达2 5 0 0 万标准箱。 作为中华人民共和国建国以来最大的港口建设项目，洋山港的投入使用标志 着上海国际航运中心建设向前迈进了一大步，为上海加快确立东北亚国际航运中 心地位、推进中国由航运大国迈向航运强国，创造了更好的基础和条件 洋山港总体工程分为三期，一期工程包括港区工程、东海大桥、芦潮港辅助 配套工程等三部分。二期工程主要是港区设施建设，三期工程道路西连洋山深水 港区一期工程高架桥终点，东与三期出港闸口相连，路网分为地面道路和高架桥 道路两部分，7 地面道路长约4 5 公里，高架桥总里程1 4 公里，港区内有货场、 加油站、停车场等功能区域，大型进出港货运车辆为道路交通主要构成 1 2 课题背景、意义、主要的研究内容 海港港区道路结构复杂，港区道路与货场、加油站、停车场等功能区域相连， 道路交叉口多且密集，在有高架道路或隧道的港区，道路结构更加复杂。为提高 海港港区道路的通行能力、加强管理、提高海港港区道路服务质量，海港港区道 路监控系统在整个道路机电系统建设中所占比重日益增加。港区道路监控系统开 始大量增加道路交通环境监测和交通控制设备，逐步融入智能交通( n 葛) 的概 念。要充分发挥港区道路交通系统的功能，需要完善的交通监控系统对其交通流 进行控制，合理引导车流量，发挥其最大作用。一个完整的港区道路监控系统由 数据采集子系统、视频监控子系统、信息发布子系统、信号控制子系统构成。所 以。本课题主要涉及以下研究内容： ( 1 ) 外场设备的数据采集这一内容在整个系统的设计中占有比较重要的地 位，为整个监控系统提供数据源； ( 2 ) 视频图像的传输与切换视频图像可以使监控人员实施了解监控区域 洋山深水港港区道路监控系统设训 内所发， ：的一j f f l l 及时提供n 。确的监控策略。所以宙必要埘视频i 刳像的传输。j 切 换作i t 细介2 f ： ( 3 ) 数双c 通f 。j 技术完成对外场设备的信息发送，体现豁拧系统“拧”的功 能： ( 4 ) 系统软件的设计。 2 洋山深水港港区道路监控系统设计 第二章港区道路监控系统介绍 2 i 道路监控系统的背景及发展状况”i 国民经济与交通有着密切的关系，发达国家的成功经验无一例外的证明，汽 车与现代社会经济、文化的发展息息相关。汽车业的兴起，不仅改变了人们的时 空观念和生活节奏，还拉动了不少相关产业的发展，有效的促进了经济的腾飞。 同时，汽车业的兴起也为交通基础设施建设提出了新的挑战，更多的道路和更高 的交通管理水平是保证汽车发挥效用的关键，道路的建设和基于现代电子技术、 信息技术的道路管理手段一道路交通监控系统更成为交通设施建设和管理部 门关注的焦点。 改革开放以来，我国的国民经济有了快速的发展，国民生产总值也持续高速 增长，人民生活水平进一步提高。在经济发展的过程中，道路交通工具的数量也 快速增加，加大了道路交通的压力，道路交通设施已经不能适应经济发展的要求， 成为制约国民经济发展的瓶颈。 为提高道路的通行能力。加强营理、提高道路服务质量，道路监控系统在整 个公路机电系统建设中所占比重日益增加。道路交通监控系统开始大量增加道路 交通环境监测和交通控制设备逐步融入智能交通( i t s ) 的概念。除了交通检测， 还涉及雨雪冰霜及风力风向检测、路面检测能见度、检测隧道内消防、通风、能 见度、c 0 等检测控制还包括可变情报板( i c m s ) 、可变限速标志( i c s l s ) 交通 信号等交通诱导控制设备等。监控系统的复杂程度已经大大提高，外场设备的普 遍使用，必然带来了远距离的数据传输和控制的问题。目前传统方法是对于具有 外接串行通讯口的智能设备，采用l t o d e m 或r s 4 2 2 4 8 5 方案传输，或直接使用光 纤通过串口数据端机传输。而对于开关量设备( 如隧道交通灯、雾区雾灯等的控 制和状态反馈) ，以及模拟量设备( 如气象检测器输出的4 2 0 m a 信号等) ，若需进 行远距离传输，则只能在现场使用r t o 远程终端设备，通过r t u 收集和控制，再 以串口进行远距离通讯。 近年来，随着计算机技术、自动化控制技术和光纤通信技术的发展，一些国 家的道路监控系统的技术结构也随之发生变化。由单一的计算机集中处理方式代 之为多计算机功能分散的计算机网络处理方式，从而使系统可靠性提高，程序编 制简单，易于维护和功能扩展。由于光缆超小型计算机及微电子技术的发展，使 应用于监控系统中的各种设备向智能化方向发展。使今后的道路监控系统具有更 洋山深水港港区道路监控系统设计 强的功能。 2 2 港区道路监控系统的意义和所要实现的目标 2 2 1 采用交通监控系统的意义 交通监控是对交通流运行状态及其交通设旌和交通环境的监测和对交通流 行为的控制。由现场监控站和各级监控中心组成的监控系统，曩实现道路运行管 理的主要手段。监控系统的目的是保证行车安全和道路畅通，在此基础上再实现 高速、环境保护等其他目标。 2 2 2 所要实现的基本目标 安全和交通事故相关联，事故不仅造成经济损失，也是车道堵塞，车速降低， 行车延误时间加长，无法保持道路的畅通。保证行车安全是维持道路畅通的前提 条件，两者紧密相关。道路监控系统以实现如下目标为目的： ( 1 ) 最大行车安全 ( 2 ) 道路畅通 ( 3 ) 交通设施状态完好 ( 4 ) 其他优化目标 综上所述，监控系统的任务归纳为以下几项： 减小道路常发性拥挤的影响： 减小偶发性拥挤的影响； 获得最大的行车安全； 提供必要的信息，帮助使用者有效的利用各种道路交通设旌，并减小劳动强 度； 为车辆提供援助； 减小交通事故对环境和人类的危害。 2 2 3 应具备的基本功能 监控系统是保障行车安全和道路畅通，实现道路运行管理的重要手段。通过 系统迅速掌握交通流和交通环境等多方面信息，科学的管理交通运行；全面制定 交通控制方案并评价其效果，预防常发性拥挤的发生，及时制止和纠正交通违章 行为；迅速探测出交通事件，对交通事故进行有效排除和救援：定时提出交通运 行报表等。近年来随着道路交通管理任务的扩大，监控系统功能也不断增加。如 通过监测获取道路冬季使用状态和特大结构应力应变数据，以制定冬季道路养护 计划。一般来说，监控系统应具有以下基本功能： ( 1 ) 准确及时采集交通流、交通环境和主要交通设施的各种状态信息； 4 洋山深水港港区道路救拄系统设计 ( 2 ) 根据已掌握的信息，迅速做j | 有针对竹地处理和优化控制方案： l ：图标编号 图标大小 0 3 h ：3 2 * 3 2 点阵 2 、设备状态读取命令 读取当前设备状态命令( 控制码= 0 7 t t ) 命令格式： 洋ij j 深水港港l x - 通路监控系统i 蹬i 总k 艘 回答格式： 起始诌( 16 l i ) 总k 艘( 2 个7 订) 地川( 4 个。f 1 7 ) 挖：埘矾( 0 7 11 ) 7 设备型号 c r c ( 2 个字节) 结束荷( 1 7 h ) 起始符( 1 6 h ) 总长度( 2 个字节) 地址码( 4 个字节) 控制码( 8 7 h ) 设备趔号 故障字节 调光码( 2 个字节) 节目代码( 3 2 个字节) c r c ( 2 个字节) 结束符( 1 7 h ) 调光码： 指令格式同控制码o l 中。只是当亮度控制方式是自动时，第二个字 节返回的是环境亮度。 苴旦毡鲤： 返回当前正在显示的内容，格式同控制码0 1 中的节目代码 垫睦主芏：( 1 个字节) l ：表示有故障；0 ：表示无故障 第1 字节 像素管故障 o 显示模组故障 l 光照检测系统故障 6 l t 山深水池港l 道跺豁挖系统改i f 2 3 潞度异常故障 4 5 控制器故障 6 电源故障 7 3 、设备功能控制指令 1 ) 开启命令( 控制码= o a h ) 控制器收到开启命令后，按最后一次收到的显示控制命令进行显示。 i 起总地 控设备 c r 结束符 i 始符长度址码 制码型号 c l 2 ) 关闭命令( 控制码= o b h ) 控制器收到关闭命令后，关闭显示( 黑屏) i起始总地 控设备 c 结束符 i 符 长度 址码 制码型号 r c 3 ) 更改显示亮度命令( 控制码= o e h ) l 始符起 总 地控设备调 c结 长度 址码 制码 型号光码 r c束符 ( 4 ) 差错控制 i 、c r c 校验 c r c 校验采取如下计算方法： p k t c r c ：所有的外场设备控制器的c r c 校验公式要求采用如下计算方法： u n s i g n e di n t + c r c ： u n s i g n e di n t x ，i ； 洋t l i 深水港港i - 道路监控系统设i l i 一0 ： c r c = o ： ：v h ii c ( i = 乜长) x = i n t ( h u f f l i ) ： x = x 8 ： c r c2 x ： f o r ( x = o ：x 8 ：x + + ) ( i f ( c r c o x 8 0 0 0 ) ( c r c = ( e r e 1 ) ： c r c = o x l 0 2 l ： ) e l s e c r c = ( c r c 启动上位枫监控软件： 洋d i 深水港港道路豁控系统设i ( 2 ) 通过j | ；f 拧软r i ：i ，的“系统改胃”先成通f 。j 串l l 符负参数的设霄州州 把设胃r 的符项参数；入数捌库l l j ： ( 3 ) 打j l - “c m s 设胃? ，选择：精要迎f ? i 的外场设备： ( 4 ) 根据系统界面提示，设置女，各项参数： ( 5 ) 设置串口调试程序的各项通信参数； ( 6 ) 点击“发送”按钮，查看书l j 调试程序接收数据是否i f 确。 在模拟调试过程中，遇到很多问题。丌始时监控软件和串口调试软件之问不 能通信，串口调试软件接收不到任何数据。这有很多方面的原因：首先，两者之 间通信波特率设置不一致。经过对系统参数设置进行检查后排除这个原因。其次， 用于连接计算机串口的通信线缆存在问题。用万用表对通信线缆进行检查后发现 问题就出现在这里。更换通信线缆后，监控软件和串口调试程序之间通信正常。 当串口调试程序接收到监控软件发送的数据后，经过对所接收的数掘进行分 析，发现串口调试程序接收数据不j 下确，即接收到的数据中校验码总是少一个字 节。但是对监控软件进行逐步调试后发现在一l 二位机发送程序中校验码的组织是n ： 确的。原因可能如下：首先，计算机串口通信不稳定，造成数据丢失。其次，所 使用的串口调试程序是自己开发的，在设计中可能存在问题，不能很好的接收数 据。通过更换标准的串口调试程序后这一问题被解决。 至此，上位机发送数据调试完成，不存在任何问题。下一步进行上位机发送 数据后对f 位机所反馈的应答信号的回收。同样采取模拟调试的方法，即：当串 口调试程序接收到数据后，将预先组织好的特定数据反馈回上位机监控软件。 开始，监控软件不能正确接收反馈数据，所接收的数据极不稳定，时多时少。 在接下来的调试过程中，监控软件肘接收到的数据进行处理时出现问题，不能得 到系统所需要的数据。经过对监控软件数据处理部分内容进行详细检查后发现问 题出现在对回收数据的字节计数上。通过调整程序后系统接收正常。 接下来，要进行实物调试，即对具体的可变情报板进行数据的收发调试。 情报板上电后，监控软件进行数据的发送，但是情报板没有任何反应，可能 是通信存在问题，按以下流程图进行通信故障的排除： s o 洋山深水沁港_ 邋料骱控系统设计 图9 - 1 通信故障维修流程图 8 洋i h 深水港港i 道路监控系统设讨 纤过逐顺认豇榆a 肝，n 题依然仃稚：。i 叮删除通f i 盘阱的一叮能竹。 j 经a 阅 年1 i 父资料发现硅刁：屏绍制： ： 采川的址偶校验，咖卜化机发送数抛时采川的足无校 验，从而导致控制器不能按受敦撕。更换显示屏拧制器 卞制芯j 历问题得到解决。 通信故障接触后，监控l l 】心上位机发送的数掘通过r s 2 3 2 传输到f 位机后 下位机控制器能够很好的接收，外部设备工作难常。 当上位机监控软件对卜化机拧制器返回的数葫e 进 r 回收时出现问题。一卜位机 小能l f 常回收下位机返网的外部设备显示状态等信息。经过对监控系统软件的数 据旧收部分进行认真检查后发现问题出现在对返回数掘的处理上，及时改i f 后系 统运转正常。 在系统调试的过程中，上位机监控软件和服务器之间的通信也曾出现过各种 各样的问题，主要集中在： ( 1 ) 不能访问数据库。造