公路机电工程系统原.ppt
公路机电工程系统原理,系统构成 依据JTG F80.2-2004的定义：公路机电工程为1个独立的单位工程 由监控设施、通信设施、收费设施、低压配电设施、照明设施和隧道机电设施6个分部工程构成,公路机电工程系统原理,公路机电工程质量监理参考的主要技术标准,交通行业标准：JTGF80/2-2004 公路工程质量检验评定标准 第二册 机电工程、JT/T 455-2001环形线圈车辆检测器、交公路发2000463号高速公路联网收费暂行技术要求、JT/T367-1997公路照明技术条件、相关行业标准：YDJ39-90通信管道工程施工及验收技术规范、YD5079-99通信电源设备安装工程验收、GY/T121-1995有线电视系统测量方法、国家标准：GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范、GB/T 50312-2000建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范、GB 9385-1988计算机软件需求说明编制指南、相关国际标准,公路机电工程系统原理,本章节需要回答的几个问题 干什么用的？由什么构成的？技术要点和关键参数是什么？,公路机电工程系统原理,干什么用的？一项重要的支持保障系统 为公路营运管理者的安全管理、高效(提高工作效率，提升经济效益)运营提供服务 为公路使用者的安全、快捷出行提供服务,公路机电工程系统原理,监控设施 监视道路交通流量，监视特殊路段的气候状况，保证道路的安全通行，为道路使用者提供必要的信息和帮助，为道路营运管理者提供管理决策参考信息，为处理道路故障提供数据和图像信息。由车辆检测器、气象检测器、闭路电视监视系统(信息采集设施)、可变标志(信息发布设施)、光电缆线路、监控(分)中心设备及软件(信息管理设施)、大屏幕投影系统、地图板等分项工程构成。,公路机电工程系统原理,车辆检测器 线圈型、视频型、微波型、信息采集：计数、测速、流量统计、道路占用、事件发现、主要构件：基础、箱体、传感器(线圈、摄像机、微波天线)控制器、传输设备(调制解调器、数据光端机)、接口设备(信息接口、供电接口),公路机电工程系统原理,主要指标参数(以常用的线圈型为例),公路机电工程系统原理,气象检测器 信息采集：环境温度、湿度、风速、风向、降雨、路面结冰、能见度、主要构件：基础、箱体及立柱、传感器(温湿度计、能见度检测计、路面传感器、)控制器、传输设备(调制解调器、数据光端机)、接口设备(信息接口、供电接口),公路机电工程系统原理,主要指标参数(以常用的线圈型为例),公路机电工程系统原理,闭路电视监视系统 图像信息采集和播放、存储、检索、,主要设备 外场设备：基础、箱体及立柱、摄像机、传输通道(视频光端机、传输光电缆线路)、防雷及接地、室内设备：监视器、投影设备、录像设备、矩阵控制和切换设备、传输通道设备(视频光端机、视频编解码器、传输设备)、,公路机电工程系统原理,闭路电视监视系统 外场摄像机关键技术性能水平分辨率(450线)；扫描频率最低照度(1.0 lux)信噪比(50dB)电子快门(1/20s1/10000s)功能要求(自动白平衡、逆光补偿、)摄像机镜头光圈可调(自动、手动)；焦距可调(自动、手动)；镜头变焦范围(距离)、变焦速度 摄像机云台、防护罩、解码器(枪机为分体式，球机为一体式)功能要求(密封、防尘、防雨、带雨刮器、自动加热、自动排风、除霜、)转动角度、转动速度、自动定位 摄像机防雷电源保护器、数据保护器、视频保护器、避雷针、地网、,公路机电工程系统原理,闭路电视监视系统 视频传输通道 广义上是指这样一种通道或设备，不论它的中间环节对信号的处理过程如何，它的输出和输入都是视频信号（彩色全电视信号）信号源 输出端 视频通道 视频信号 视频信号 视频通道可能包含压缩或无压缩的调制解调设备、编解码设备、视频分配设备、视频切换控制矩阵设备、数字或模拟传输设备以及光电缆传输介质、大气传输介质等；视频信号可能经过的数字/模拟的多次转换。公路机电工程系统中，信号源就是摄像机设备，输出端接到电视墙监视器或大屏幕投影设备、录像机设备、图像计算机设备等显示或存储设备。,公路机电工程系统原理,闭路电视监视系统 视频信号包含的主要要素：亮度信号、色度信号、同步信号(白条幅度：700 mV30 mV；同步脉冲幅度：300 mV20 mV)失真，这是一个相对的概念，相对于理想状态或原有事物的变化程度，利用失真这一概念，通过检查信号在传输前后的变化情况来分析设备的性能。线性失真：由于系统特性而产生的失真，与信号本身幅度无关，输出信号与输入信号之间保持线性关系。U2=K(f/t)U1，其中U1输入信号、U2输出信号、K(f/t)传输函数 非线性失真：信号在传输中引起的失真与被传输信号本身的幅度有关时，这种失真称非线性失真，输出输入信号之间已经不是简单的线性关系。U2=K（U1）U1 传输函数K（U1）不仅是频率（或时间）的函数，而且是输入信号的函数。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标K系数：把各种波形失真按人眼视觉特性给予不同评价的基础上来度量图象损伤的一套系统方法(回波E7%KF)。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标色亮增益差K(5%)：把一个具有规定的亮度和色度分量幅度的测试信号送到被测系统的输入端，输出端信号中亮度分量和色度分量幅度比与输入端幅度比的改变称色亮增益差。影响：色饱和度失真，类似色饱和度调节不当，K为负，图象色彩变淡、暗淡、人物神色不佳；K为正，颜色过浓、轮廓不分明，类似儿童填色画，缺乏真实感。原因：传输通道幅频特性不好；色度、亮度通道幅频特性不一致。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标色度亮度时延差(100 ns)：当输入一个与K相同的测试信号，输出在亮度分量与色度分量的调制色络波形的相应部分在时间关系上出现的差值，称。影响：色度信号与亮度信号不能同时到达显示端，彩色套色不准，在水平方向出现彩色镶边，人眼比较敏感感。原因：传输通道群延时频率特性不平坦，中频滤波器特性变化，中频带宽不够等。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标幅频特性(5.8MHz带宽内2dB)：从场频至系统标称截止频率的频带范围内，通道输入与输出之间相对于基准点频率（250K）的增益变化)影响：图象清晰度；4.43M以内不仅影响亮度、对色度信号产生影响，而且影响K、。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标亮度非线性(5%)：当平均图象电平为某一定值时，将起始电平从消隐电平逐步增加到白电平的小幅度阶跃信号加至被测通道输入端、输出端相应各阶跃幅度比值间的最大差值。影响：图象失去灰度，层次减少，分辨率降低（由于色度信号是迭加在亮度信号上），产生色饱和度失真。原因：(前面已提过）元器件的非线性造成，工作点不对，输入幅度过大。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标微分增益失真DG(10%)：由于图象亮度信号幅度变化引起色度信号幅度的失真。影响：不同亮度背景下的色饱和度失真，影响彩色效果（如穿鲜红衣服从暗处走向亮处，鲜红衣服变浓或变淡）。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标微分相位失真DP(10)：由于图象亮度信号幅度变化引起色度信号相位的失真。影响：在不同亮度背景下，色调产生失真，由某种颜色变成其他颜色（如穿鲜红衣服从暗处走到明处，鲜红衣服就偏黄或偏紫）。DG、DP失真原因：色度信号4.431.3M处在视频高端，易受通道中分布参量影响：工作点的不正确对结电容影响大，从而影响传输通道的阻抗参量（发射机上DG、DP预失真调整小合调节的黑白拐点就是调整工作点）。,公路机电工程系统原理,视频传输通道主要性能指标随机信噪比(56 dB)：S/N=20lg 亮度信号幅度标称值/随机杂波幅度有效值（dB）杂波是除有用信号以外任何无用信号和各种电磁骚动的总称 随机信噪比测的是整个频谱上的杂波，但是高频的杂波干扰在图象上表现的是细小的微粒，人眼不易察觉。因此加上一加权网络，使干扰的情况符合人眼观看的实际状况（这就是随机信噪比的加权）。,公路机电工程系统原理,闭路电视监视系统监视器画面质量 随机信噪比(雪花干扰)单频干扰(网纹)电源干扰(黑白滚道)脉冲干扰(跳动)安装工艺 立柱竖直度，立柱、基础尺寸、强度，金属件防腐性能 安全接地，防雷接地，强电端子对地绝缘、其它功能 视频切换功能、录像功能、图像硬拷贝功能、检索功能、告警位预置功能、,公路机电工程系统原理,LED可变信息标志信息发布,大型可变信息标志全彩：红色、绿色、蓝色双基色：红色、绿色单基色：常用黄色,小型可变信息标志一般采用双基色：红色、绿色单基色：常用黄色,公路机电工程系统原理,主要指标参数,公路机电工程系统原理,大屏幕投影和地图板、电视墙-监控中心的信息显示,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,一个局域网(LAN)，通常为以太网(Ethernet)结构，服务器(Server)+客户机(Workstation)模式。服务器的主要功能是存取数据，客户机的主要功能是执行指定的任务。Ethernet采用了总线竞争式的介质访问方法，即采用具有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，CSMA/CD）这种介质访问方法。,一般概念,OSI（Open System Interconnect）七层网络模型,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,常用的传输速率为100Mbps的以太网由IEEE 802.3u标准所定义。即我们通常所说的快速以太网（Fast Ethernet）。根据所用传输介质不同，还定义了以下三种不同的物理层标准：100Base-TX：使用2对UTP 5类线或STP，其中一对用于发送，另一对用于接收。100Base-F：使用2根光纤，其中一根用于发送，另一根用于接收。100Base-T4：使用4对UTP 3类线或5类线，它使用3对线同时传送数据，用1对线用作冲突检测的接收信道。,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,IP地址：就是给每个连接在Internet上的主机分配一个在全世界范围唯一的32bit地址。IP地址的结构使我们可以在Internet上很方便地寻址。IP地址通常用更直观的、以圆点分隔号的4个十进制数字表示，每一个数字对应于8个二进制的比特串，如某一台主机的IP地址为：128.20.4.1Internet IP地址由Inter NIC(Internet网络信息中心)统一负责全球地址的规划、管理；通常每个国家需成立一个组织，统一向有关国际组织申请IP地址，然后再分配给客户。,TCP/IP是TransmissionControlProtocol/InternetProtocol（传输控制协议/网际互联协议）的缩写。是目前十分流行的一种网络协议，它可提供任意互连的网络间的通信，几乎所用的网络操作系统都支持TCP/IP协议。它是目前广泛使用的Internet的基础,协议包含了远程登录（Telnet）、文件传送（FTP）、电子邮件（SMTP）等。,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,网络设备 网络交换机是一种连接网络分段的网络设备。从技术角度看，网络交换机运行在 OSI 模型的第2层（数据链路层）。网络交换机源于电子集线器（HUB），其中 HUB 是为星型网络提供的一种中心结点设备。在共享 HUB 中，所有星型网络连接都接收同一个广播帧。交换机类似于集线器，它也支持单个广播域，但不同的是交换机上的每个端口同时也是它自己的冲突域（Collision Domain）。通常情况下，交换机比集线器更加智能化，网络交换机能监测到所接收的数据包，并能判断出该数据包的源和目的地设备，从而实现正确的转发过程。网络交换机只对连接设备传送信息，其目的是保存带宽，并提供比 HUB 更好的相关性能。,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,网络设备 路由器是网络中一种用来转发和传送数据包的计算机设备或软件。路由器至少连接两个网络，通常两个 LAN，或两个 WAN，或一个 LAN 与对应的 ISP 网络。路由器常被视为网络交换机的一部分，一般位于网络间相接的任何网关位置，包括 Internet 中的每个存在点。路由器主要具有两个职能：1.路由器确保信息不到达不需要到达的位置，这对于防止大量数据阻塞网络是非常关键的一点。2.路由器确保信息到达所需要的正确目的地。路由选择是 OSI 模型第三层（网络层的）一种功能。,网络,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,网络传输介质,第3类链路：使用3类或更高类电缆及连接器件，最高频率为16MHz第4类链路：使用4类或更高类电缆及连接器件，最高频率为20MHz第5类链路：使用5类或更高类电缆及连接器件，最高频率为100MHz增强型5类链路：使用5E类或更高类电缆及连接器件，最高频率为100MHz(近端串扰损耗及等效远端串扰等指标较5类电缆更优)宽带链路：使用6类电缆及连接器件，最高频率为200MHz光纤布线链路：850nm波长，带宽不低于100MHz；1300nm波长，带宽不低于250MHz,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,网络传输介质重要参数参考EIA/TIA568标准,网线接线图,布线长度：信息插座与跳线板间水平电缆90m 跳线架到通信设备连接线10m,公路机电工程系统原理,监控中心计算机网络,网络传输介质重要参数参考EIA/TIA568标准,衰减(A)近端串扰损耗(NEXT)：处于线缆一侧的某发送线对对于同侧的其它相邻接收线对通过电磁感应所造成的信号耦合。环路阻抗相邻线对综合串扰：在4对型双绞线的一侧，3个发送信号的线对向另一相邻接收线对产生串扰的总和远方近端串扰损耗(RNEXT)：在链路另一侧，发送信号的线对向其它相邻接收线对通过电磁感应耦合而造成的串扰串扰衰减比(ACR)：在受相邻发信线对串扰的线对上，其串扰损耗与本线对传输衰减的差值回波损耗(RL)：输入信号幅度和由链路反射回来的信号幅度的差值,公路机电工程系统原理,监控中心环境,公路机电工程系统原理,监控中心的功能及监控软件,闭路电视监视系统图像管理功能：显示、切换、存储、检索、回放、监控数据采集功能：与现场设备连接的实时性和可靠性，与收费系统数据交换的能力、人工输入信息、设备管理功能：系统设备状态的查询、诊断、系统自检、监控数据处理：显示、存储、统计、报表、查询、监控信息控制：预警、告警、分析、应对策略、决策参考、信息发布：系统自动发布、人工发布系统安全保护：防病毒、防误操作、防信息泄密、,
