1、卢浦大桥车辆监测系统改造卢浦大桥车辆监测系统改造 技术方案技术方案 2012-2-7 2 目目 录录 1.项目概况.3 2.改造策略.3 3.工程范围.4 4.方案介绍.5 4.1 软件系统构架.5 4.2 各模块界面展示.7 4.3 车辆检测器.8 4.3.1 基本原理.8 4.3.2 车检器组成.8 4.3.3 远程控制功能.10 4.3.4 自检功能.12 4.3.5 线圈布设.12 4.3.6 车检器机箱.13 5.工程案例.13 6.项目预算.14 3 1.项目概况项目概况近年来随着国民经济的高速发展，交通设施及路政建设得到了极大的促进。而随着汽车运输的发展，准确掌握公路车流量对于公
2、路管理和发展都十分重要，这也使得实现公路交通的监测控制已经一项重要的管理内容。车流量监测系统可以得出每条道路在某个时间段内车辆通过的频率以及相应的车型统计、某个路段出现堵车现象的频度和时间规律，基于这个特性，车流量监测系统在公路管理中发挥着愈来愈重要的作用。随着计算机及通信技术的应用发展，道路监控系统在近几年里得到了飞速的提升，车流量监测系统作为整个道路监控系统中的重要子系统，系统的功能和可靠性也得到了很大的扩展和充实。环形线圈检测器是目前应用最广的车辆检测产品，它利用埋设在车道下的环形线圈，对通过线圈或存在于线圈上的车辆引起电磁感应的变化进行处理而达到检测目的。优点为价格低、技术成熟、易于掌
3、握且计数精确，然而使用线圈检测器在在使用中易受冰冻、腐蚀影响，常期被重车碾压，损环率高的缺点，因此为了获得准确的车流量数据，环形线圈需要得到定期的检测及更换。卢浦大桥作为离市中心最近的连接黄浦江两岸的大桥，在市区高架道路中的地位不言而喻，卢浦大桥的实时车流量数据和历史数据对于上海的市区交通有着重要的指导及参考作为，但是卢浦大桥的车流量监测系统始建于 8 年前，无论从系统的应用性和线圈的寿命而言，系统的改造都是非常必要的，一套高性能的监测系统对于卢浦大桥的而言是交通的重要保障。2.改造策略改造策略软件独立 软件独立 卢浦大桥交通综合监控系统始建于 2004 年前后，车流量监测系统作为其中的一个子
4、系统融合在了整个监控平台中，如果维持原有的系统构架进行改造，势必会影响其他子系统的正常工作，另外原有的监控平台结构限制了车流量监测系统的新功能及稳定性，独立的软件构架更能体现系统的兼容性、扩展性，为将来的系统升级等工作打好良好的基础。在本次改造中，上位机软件部分更新通信采集模块和数据监控模块，数据在本次改造中，上位机软件部分更新通信采集模块和数据监控模块，数据4 管理模块和管理模块和WEB、报表模块、报警模块作为选配件，不包含在本次的改造范围、报表模块、报警模块作为选配件，不包含在本次的改造范围内。内。数据库兼容 数据库兼容 原有的车检系统积累了大量的历史数据，作为大桥运营部门的管理方，历史数
5、据具有很大的参考价值，故在本次系统改造中，采用兼容原有数据库格式，定制数据送库及取库开发，使原有的监控平台可调用新车检系统数据，新车检系统可检索历史数据，做到平稳过渡，无缝连接。利用原有光纤及电缆 利用原有光纤及电缆 经实地勘查，原有的光纤基本没有损坏，而且信号衰减符合系统要求，故利用原有光纤，不另行更换光纤。原有的电源线也符合本次改造的使用要求，本次改造中也不更换。改变光缆通信方式 改变光缆通信方式 原有的光纤连接方式采用了双纤通信模式，在本次改造中采用单纤转换设备，既提高了通信稳定性，又节约了有限的光纤数量，多检测箱连接采用中途分纤方式，对于设备的通用性和成本都有了极大的改善。更换车检器和
6、线圈 更换车检器和线圈 系统原有的车检器为 HVD-9020，鉴于业主对此型号的良好评价，在本次改造中，我方提供 HVD-9020 和 TIP-HICO-04 两种型号的选择，性价比一致，上位机的通信采集软件具备多种车检器的通信驱动和数据解析模块。地感线圈已达到线圈使用寿命，在本次的改造中全部更换，并严格按照交通部相关技术规范安装调试。3.工程范围工程范围本次车流量监测系统改造的工程范围包括系统的设计、设备的提供、运输、安装、调试、开通、试运行、培训、提供资料、交付使用、保修、提供备件等工作项目，提供满足运营方对本系统的功能要求的，高可靠性的系统。主要工程范围包括：1.监控中心设备：通信采集模
7、块、数据监控模块的新建及调试。2.外场设备：LZ2 匝道环形线圈车辆检测器（4 线圈），Z44 主道及 LZ3匝道环形线圈车辆检测器（12 线圈），K2+101 环形线圈车辆检测器（125 线圈），K3+446、LZ5、LZ6 匝道环形线圈车辆检测器（16 线圈），共 4套车检终端，48 线圈的安装调试。3.传输设备：包括 4 对数据光端机设备的安装、调试及联调等工作。4.外场设备的安装，包括终端引入电缆的架设及连接、室内设备间的配线、外场设备机箱、安装支架、基础、接地以及外场设备传输供电所需的非开挖钻孔施工等。5.外场设备供电、交流稳压器、配电箱及电力电缆的提供、敷设及相应的土建工程。4.方
8、案介绍方案介绍4.1 软件系统构架 4.1 软件系统构架 监控平台在管理形式上应便于维护，软件应分类放在不同的目录中，并提供全中文版本的应用软件目录结构的说明文件。监控平台软件应具有以下几部分主要特性及要求：须采用最新的技术，基于最新的.NETFrameWork 平台开发，支持Windows2000、XP、Server2003、Server2008、Windows Vista 及 Windows7 等操作系统。应为绿色软件，即拷即用，不依赖系统注册表，不依赖系统目录。须按结构式模块化设计，层次应分明，每个功能软件模块或任务模块应具有一定的完整性和独立性，相互用接口联系起来。对每一模块进行修改后
9、，不应对其它模块造成任何影响。所有任务、功能应明确，有确定的执行周期和优先级，能在一个多任务的实时操作系统管理下运行。应严格按系统功能和特性要求精心设计。软件设计上应保证软件能被补充或修改，系统硬件升级时，软件应能方便可靠的移植。系统具有良好的开放性和扩展性，应支持高级语言编程，能够利用外部程序代码、第三方软件、平台类库，以便满足行业特定需求。系统应6 提供图形化编程、智能感知、自动代码填充、语法检查、错误提示等功能，以保证系统开发的便利性。系统还应具有全方位的开发架构，以便通过多种方式和途径进行功能的丰富和扩展，以及与其它系统的集成。软件模块结构图：关系数据库WEB发布及报表模块数据管理模块
10、通信采集软件模块数据监控模块数据报警模块系统拓扑图：数据服务器工作站串口服务器工作站光纤分线盒车检终端箱（16线圈）车检终端箱（12线圈）光纤分线盒车检终端箱（12线圈）车检终端箱（8线圈）光纤转换器光纤转换器光纤转换器光纤转换器7 4.2 各模块界面展示 4.2 各模块界面展示 通信采集模块：数据监控模块：数据管理模块（选配）：8 WEB 及报表模块（选配）：4.3 车辆检测器 4.3 车辆检测器 4.3.1 基本原理基本原理 当车辆经过埋设在道路路面下的环形线圈时，车辆的金属底盘在环形线圈的高频磁场的作用下会产生涡流，而这种涡流效应反过来会对高频磁场的频率产生影响，导致振荡频率升高。车辆检
11、测器正是依据这一原理，通过对频率的测定来监视车辆的存在和通过，从而实现车辆的计数、测速和车型判别等各项功能。各种交通流参数由设置在现场的微处理器进行处理，然后将处理后获得的数据通过通信传输系统上传至监控中心的上位计算机。车辆检测器向监控中心提供的交通流量（各类车型）、平均车速、道路占用率及车头时距等基本交通参数用以帮助交通管理者分析当时各个断面交通状况并根据历史数据预测未来的交通趋势情况，以便及时做出判断并采取相应的应对措施。4.3.2 车检器组成车检器组成 本车辆检测器的型号为：HVD-9020 或 TIP-HICO-04。其组成主要包括：传感器（既埋地环形线圈和馈线电缆）、线圈接线板、信号
12、调理板、车检信号处理板、通信处理器及通信接口、开关电源等，框图见附图一所示，其中：传感器（环形线圈）与信号调理板的振荡回路配合产生高频振荡，并将车辆的金属底盘的涡流效9 应反映到振荡频率的变化。线圈接线板 环形线圈通过线圈接线板连接信号调理板。在线圈接线端装有瞬变电压吸收电路作为信号避雷器以避免感应雷对内部电路造成的损害。接线方法请参阅第 7条及附图五。信号调理板 信号调理板的一部分功能是与环形线圈一起构成高频振荡回路，并将正弦振荡波整形成方波以便进行数字处理。在信号调理板的输入处设滤波电路用以吸收超高频的干扰信号。信号调理板的附属电路有灵敏度设置开关，频率调整电路。对应每个线圈的一个四档灵敏
13、度开关可以根据现场需要将灵敏度设置成十五个等级中的一个。频率调整电路用来调整线圈的工作频率，以消除线圈之间的相互干扰。车检信号处理板 采用高速微处理器的车检处理器对来自信号调理板的脉冲信号进行处理和计算，得到车流量、车速、道路占有率和车头时距等基本数据，并通过双口 RAM将数据传送给通信处理器。同时，车检信号处理板监测信号调理板及环形线圈的工作状态。通信处理器及通信接口 通信处理器采用32位微处理器，其中内存容量为4MB。电子盘容量也为4MB，用于存放程序和历史数据。通信处理器读取各块车检信号处理板的基本数据，获得车流量、车速、道路占有率和车头时距的实时（瞬时）数据，并对上述数据进行再处理以获
14、得某一车道在一定的时间段（即在采样周期内，其值从 1 分钟到15 分钟可由用户远程或本地设置）的车流量的累计值，平均车速、最高车速、最低车速、平均占有率和平均车头时距，记录和管理历史数据，监视各块车检信号处理板的工作状态。通信处理器的另一项主要任务是将数据规定的格式打包并在上位计算机发出请求时通过通信接口将实时数据、当前统计数据或历史统计数据发送给监控中心的计算机系统。通信接口一般包括光端机或调制解调器，在通信距离小于 1.5 公里的情况时也可考虑使用直接电缆连接。10 4.3.3 远程控制功能远程控制功能 1）.实时数据采集功能 各项实时数据的定义如下：速度为各个车道在发送数据前最后一辆车经
15、过一对测速线圈时的平均速度；车型为各个车道在发送数据前最后一辆经过主线圈的车辆的车型；车流量为一个 16 位的循环计数器，从 0 至 65535，在车检器启动复位时被清零。将每次通信读到的此项数据减去前一次的数据即可获得这两次通信间隔所通过的车流量。占有率以 10 秒钟为一个基本的统计周期，其起点与通信无关。实时数据中的占有率为通信前的最后一个周期的统计数，在最坏的情况时，所获得的数据为10 秒钟之前的统计值。车头时距为通信之前最后一辆车与此前一辆车的时间间隔。2）.当前统计数据采集功能 各项当前统计数据的定义如下：平均车速为通信之前的最后一个采样周期（一分钟到十五分钟，可远程选定，见3.5）
16、中所通过的所有车辆的平均速度。最高车速为最后一个采样周期中所通过的车辆中的速度最大值。最低车速为最后一个采样周期中所通过的车辆中的速度最小值。车流量为最后一个采样周期中所通过的车辆数（分大、中、小三类车型分别统计）。平均占有率为最后一个采样周期中所统计出的占有率的平均值。平均时距为最后一个采样周期中所统计出的所有车头时距的平均值。最小时距为最后一个采样周期中所统计出的车头时距的最小值。3）.历史统计数据采集功能 历史统计数据保存在电子盘的数据库中，整个数据库可以容纳 14400 条记录。若以一分钟一条计算可以保存十天的数据，若以五分钟一条计算则可以保存一个月又二十天的数据。若记录数超过 144
17、00 时，最早的记录将被覆盖掉。读取历史数据时，被读出的是当前数据库中最早的一条记录。当确认该记录被正确读出后，这条记录就从数据库中被自动删除。读取历史数据的同时可以读到该历史11 数据记录的时间及剩余的记录数。若要获得数据库中某个时刻的数据，可以通过移动记录指针的方法（见 3.4），此时被跨越的记录均被删除。各项历史统计数据的定义如下：平均车速为对应的一个采样周期（一分钟到十五分钟，可选）中所通过的所有车辆的平均速度。最高车速为对应的一个采样周期中所通过的车辆中的速度最大值。最低车速为对应的一个采样周期中所通过的车辆中的速度最小值。车流量为对应的一个采样周期中所通过的车辆数（分大、中、小三类
18、车型分别统计）。平均占有率为对应的一个采样周期中所统计出的占有率的平均值。平均时距为对应的一个采样周期中所统计出的所有车头时距的平均值。最小时距为对应的一个采样周期中所统计出的车头时距的最小值。4）.移动记录指针功能 只能向后移动记录指针，用于删除数据库中历史记录的数目。命令中应包括要求删除的记录条数，返回信息中将包括剩余的记录数目。5）.采样周期设置功能 这里的采样周期是指生成统计数据的统计周期。可供选择的采样周期有 0.5分钟，1 分钟，2 分钟，3 分钟，5 分钟，10 分钟，15 分钟，30 分钟，60 分钟和120 分钟，共计 10 种。6）.远程复位功能 通过远程控制可以对系统中的
19、车检信号处理板进行复位。用于消除某些可恢复的故障和对系统进行测试。远程复位包括车检信号处理板复位和线圈的压车状态复位，压车状态复位指的是消除由于某种原因造成车辆驰离线圈后，仍然显示压车状态的情况。7）.系统时钟设置功能 对车检器的内部时钟进行校正，以保证产生正确的记录。由于每天 0 点时需对记录实时数据中车流量的循环计数器清零，因此准确的时钟是非常重要的。一般建议每天 12 点对系统时钟进行一次校正，返回数据中将包括误差信息。8）.系统信息采集功能 12 系统信息包括各个车检信号处理板的工作状态信息，各个线圈的故障信息（开路或短路），开关量输入信息（如机箱门开闭状态）。4.3.4 自检功能自检
20、功能 车辆检测板上的 CPU 在每个工作循环（约 1.0mS）都要对每个线圈进行检测，以确定是否存在开路、短路或局部短路的情况，并将上述情况记录在实时数据和相应的历史数据中。同时车辆检测板上的 CPU 运行自我诊断程序，如果 CPU自身工作正常，它将表示正常的代码写入与通信处理器共享存储器的特定单元，并不断地刷新。通信处理器从共享存储器中读取反映车检处理器工作状态的信息并随后将之清除。发现故障时通信处理器对出错的车辆检测板进行复位，经过延时后继续检测工作状态信息，三次复位操作无效时将故障信息反馈给中央控制室。通信处理器运行自身的诊断程序，并由看门狗电路确保其在出错时及时恢复。而通信处理器的工作
21、状态则可由中央控制室通过通信线路加以监视。4.3.5 线圈布设线圈布设 1).环形线圈（1）线圈电缆在低电压条件（AC32V），环境温度 25+60的状态中使用。（2）导线建议采用截面积 1.5 mm2，由直径 0.5mm 的 7 芯软铜线构成。（3）绝缘材料可以是电缆专用的聚丙烯、聚乙烯或聚氟乙烯，绝缘层平均厚度不小于 1mm，最薄处的厚度不小于 0.8mm，外径不超过 4mm。（4）环形线圈尺寸：行驶方向 2m，横向 2m；环形线圈间布置尺寸：两个测速线圈沿行驶方向间隔 2m（4mm），两个车道线圈的横向距离大于 1m；线圈圈数：3 匝，电感量约为 150uH。参见附图二。（5）线圈槽宽
22、68 mm，槽深 40100 mm，切割后先清除毛刺，再用空压机清扫并驱潮。参见附图三。（6）线圈敷设完毕后，嵌线槽填以密封胶或环氧树脂，并使之略高于路面。（7）埋设后环形线圈的绝缘电阻：10M（DC500V）；串联电阻：10。（8）引线双绞密度应大于每米 15 圈。13 4.3.6 车检器机箱车检器机箱 车检器机箱安装在露天的场合，但不适宜浸泡在水中。机箱用立柱或底座固定在道路一侧或中央隔离带。各种电缆包括电源、线圈、通信电缆从机箱底部穿入，并连接到相应的端子上。其主要技术要求如下：1)箱体采用不锈钢板，涂层采用喷塑工艺，具有防腐、防锈、防水、防尘功能。2)检测器机箱防护等级符合 IP65
23、标准。3)机箱门在闭合时，具有双层密封的作用。门锁具有防盗、防破坏能力。4)机箱的所有进出线孔均需进行密封处理，以确保满足防水、防尘的要求。5)机箱内含供电电缆接线柱和照明装置，预留一个电源插座以供维修之用。电源单元能满足机箱内所有单元的用电需要，并留有足够的供电电缆接线柱。6)机箱内配备防雷电装置，以防雷击及浪涌电压。机箱有安全保护接地。7)机箱内部预留调制解调器或光端机的固定机架。8)机箱内配备走线槽和配线架。5.工程案例工程案例智能交通类工程业绩：1 上海延安东路隧道复线弱电系统 2 上海外环隧道弱电系统改造项目 3 上海外滩隧道弱电系统 4 上海复兴路隧道弱电系统 5 上海中环路浦东段
24、交通弱电系统。轨道交通类工程业绩：1 上海城市轨道交通明珠线一期弱电工程。14 6.项目预算项目预算类别 名称 规格 单位 数量 单价（元）总价（元）备注 软件 通信采集模块、数据监控模块 NETCONTROL6.5 套 1 15000 15000 详见方案 外场设备 车辆检测器 2 车道 台 1 15000 15000 详见方案 外场设备 车辆检测器 6 车道 台 2 19000 38000 详见方案 外场设备 车辆检测器 8 车道 台 1 24000 24000 详见方案 设备 数据光端机 485/232 对 4 7500 30000 详见方案 施工 车辆检测器线圈 2*2 套 44 1500 66000 含材料费 施工 封路 项 1 0 施工费 项 1 53500 总计 241500
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