交通信号控制系统方案

交通信号

控制系统（ATC）设计方案

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目录

一、概述 (1)

（一）系统简介 (1)

（二）设计原则 (2)

（三）系统设计依据及执行标准 (4)

二、总体设计方案 (6)

（一）控制系统总体功能 (6)

（二）通信系统总体结构 (6)

（三）通信系统主要优势 (8)

三详细设计方案 (9)

（一）监测点设备 (9)

1 设备功能描述 (9)

2 监测点设备组成、结构及特点 (9)

3 路面监测点设备抓拍的实际照片 (14)

4 防雷保护及安全设计 (14)

5 详细设备说明 (15)

1.概述

城市发展交通智能信号灯，减少道路拥堵，最终达到智能化区域交通信号控制系统。智能交通信号灯迎合实现绿色经济的时代潮流，为了解决这个问题，提出智能交通信号灯及网络技术，会根据路口车辆多少，自动调节时间，可减少等候时间在75%以上，从而大大节省了人们的出行时间，减少了路口的无效等候，使出行更快捷。

在智能交通系统中，以往的常规摄像机是对所有通过该地点的机动车辆的车牌进行拍摄、记录与处理。由于受到图像采集设备分辨率的制约，图片仅能反映出车型、车身颜色、车牌号码等简单信息。公安执法部门对部分治安案件、交通肇事案件的取证要求上，希望能掌握更详细更清楚的资料，如驾驶员的面貌特征、车内驾驶室的情况、清晰的车辆信息、货车的装载情况。采用高清晰摄像机做前端采集，可以实现所抓拍的图像中用肉眼清楚地分辨：车辆的颜色、特征、车牌的号码、车牌颜色、司乘人员的面部特征。

如此一来智能化同时也带来了网络数据流量的剧增，对网络通信的可靠传输提出了更高的要求。工业以太网交换机在区域交通信号控制系统网络中稳定性、高可靠性、高安全性成为关键中的关键。

1.1系统简介

区域交通信号控制系统(ATC)

智能化区域交通信号控制系统采用百万像素的数字化网络摄像机（1600×1200 CCD传感器），一台摄像机覆盖两条车道，准确抓拍正常行驶、压线行驶、并行通过的车辆，并自动识别车牌号码，抓拍的车辆图片可清晰地显示车辆特征及前排司乘人员的面部特征。摄像机工作于外触发方式，通过视频分析、环形线圈或者窄波雷达检测通过车辆，在抓拍车辆的同时可获取车辆的行驶速度。两条车道共用一台高清数字摄像机的方式在保障系统性能的前提下，大大降低了系统成本。

为增强系统的稳定性，前端车辆检测设备、摄像机系统及抓拍控制系统采用嵌入式设备，采用了后端识别的工作方式，即摄像机抓拍到图片后通过系统网络传输到后端服务器进行车牌号码识别。采用这种方式，离服务器较近的监测点可不放置工控机，远离系统服务器的监测点可放置低配置、无风扇的嵌入式主机仅用于图片数据的存储和转发。后端识别方式大大减小了监测点设备的工作量，降低了前端设备的配置要求，提高了系统的稳定性。

在环境光适应方面，采用环境光线动态跟踪技术、局部亮度反馈闭环控制技术。系统识别车牌号码的同时将分析车辆的局部亮度，依据局部亮度参数跟踪光线变化并自动调节摄像机的曝光参数，使全天候都可拍摄到最清晰的图像。在夜间补光方式上，系统采用了大功率LED常量补关灯加电子闪光灯侧装的补光模式，在保障系统性能需求的情况下，减少光污染及消除瞬间强闪光造成的安全隐患。

各种先进技术的综合应用，保障了系统的高抓拍率、识别率，并使整个系统具有低成本、环境适应强、可靠性高、工作稳定、维护方便的优势。

1.2设计原则

系统建设应以需求为导向，坚持“技术先进、可靠实用”的基本原则。具体将遵循以下几个方面的原则：

1、先进性

系统核心采用当今国内、国际上最先进和成熟的高分辨率数字化网络摄像机，稳定可靠的工业以太网络设备及嵌入式系统，使系统能够最大限度地适应今后技术进步和业务发展变化的需要，在保证其先进性的前提下使系统具有较长的生命周期。

2、可靠性

系统必须采用相对成熟的设备和技术，尽量减少系统的风险。在设备选型和系统方案的设计方面均应确保系统能长期稳定可靠地运行，尽最大限度地减少系统故障的发生。整个系统设备具有长期连续工作的能力和容错能力，在系统故障

或事故造成中断后，具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

3、安全性、保密性

由于该系统的使用和维护主要依托专网，所以系统应具有保密措施，具备良好的防“病毒和黑客”攻击的能力。随着社会进步与科学技术的发展，各种高科技手段的入侵和网络病毒的传播，严重地威胁到系统的正常运转，造成了许多不必要的财力、物力上的损失。系统的建设要求具有较高地安全性，保密性，系统应能保护和恢复文件信息、数据信息。对于使用信息和操作人员进行严格的权限管理。

4、整体性

由于系统是一个网络型的综合性职能车辆管理项目，因此与整体性有关的因素就显得尤为重要，例如：设备安装位置是否合理、数据通讯的快捷、网络工作的稳定性、综合管理系统的管理软件是否高效、合理等。这些都是在本系统设计中所考虑到的因素。

5、开放性、兼容性

从发展和功能扩展方面考虑，本系统必须是完全开放的系统。系统应具备良好的可扩充性、可移植性和兼容性，系统设计方案充分利用现有的信息化建设成果和路口资源，并预留扩展接口。工程设计与施工规范都应当结合与执行国家有关部门的规定及国家工业标准。

6、结构合理性

建立层面清晰的结构，系统分为物理层、逻辑层、业务层等层次，各层次的关系是以物理层资源为基础，以面向支持业务层的合理逻辑层为保障，建立业务流转清晰，资源调用清晰的业务层。

7、易维护性

为使系统能够长期可靠运行，一旦系统故障应能及时发现并快速排除，因此在系统设计时需充分考虑维护的简单性、方便性。系统结构应清晰合理，符合常

规业务处理习惯。硬件应尽量采用接口简单、模块化的产品。软件界面友好、易于操作。工作参数采用自动化配置方式，尽量避免复杂的系统配置文件。

8、节能、环保

在国家倡导建设节约型社会的背景下，系统应优先选用低功耗、节能型产品。系统由很多监测点联网组成，规模还将不断扩大。每个监测点都能遵循节能、环保原则对降低能源消耗、减少温室气体排放有着重大作用和意义。

1.3系统设计依据及执行标准

●GA/T497-2004《公路车辆智能监测记录系统通用技术条件》

●GA/T 833—2009《机动车号牌图像自动识别技术规范》

●GA/T 832—2009《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》

●JTJ 074-2003《公路交通安全设施设计技术规范》

●JT/T367-1997《公路照明技术条件》

●GB16796-1997《安全防范报警设备安全要求和试验方法》

●GA/T70-1994《安全防范工程费用概预算编制方法》

●UDC681.3《中华人民共和国国家标准》

●GA38-92《中华人民共和国公共安全行业标准》

●GBJ232-90.92《中国电气装置安装工程施工及验收规范》

●GBJ54-83《低压配电装置及线路设计规范》

●ELA-422、ELA-485《电气指标标准》

●GBJ16《建筑电气设计技术规范》

●JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

●GA/T75-94《安全防范工程程序与要求》

●GB50348-2004《安全防范工程技术规范》

●GA/T 367-2001《安防视频监控系统技术要求》

●GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》

●GB4208-93《外壳防护等级（IP代码）》

●GB9969.1-1998《工业产品使用说明书总则》

●GBJ79-85《工业企业通信接地设计规范》

●GB14050-1993《系统接地的型式及安全技术要求》

●GA/24.4 机动车登记信息代码第四部分：机动车辆类型代码●GA/24.7 机动车登记信息代码第七部分：机动车号牌种类代码●GA/36-1992 中华人民共和国机动车号牌

●国家、行业和公安部有关标准与规定

2．总体设计方案

2.1控制系统总体功能

1.实现交通流量的变化，实现信号指示灯的自动控制。

2.对机动车的超速违法行为进行监控。记录监测断面所有进出机动车的牌照

号码、数字图片以及通过时间、地点、行驶速度等相关信息；

3.提供监测断面的机动车流量等相关交通参数；

4.在车流量大的繁忙路口实现公交优先控制。

2.2通信系统总体结构

系统采用三级组网方案，一级：指挥中心；二级：区域控制机房；三级：交通路口监测点。如果没有区域控制机房，监测点数据可直接传回指挥中心。

网络通信布局：

●二级之间通过千兆三层交换机构建，建议采用cisco、H3C的千兆汇聚

型交换机。可根据实际情况采用环形、星形、双星形拓扑结构。

●二、三级之间采用千兆、二层工业以太网交换机构建，建议采用卡轨式、

支持网管、快速冗余倒换的现场层交换机。一般采用环形拓扑。

●现场监测点的高清视频信号通过POE光纤收发器/交换机实现远程传输

及供电。

系统总体结构如下：

图 0-1 系统总体结构

详细说明：

1：区域交通信号控制网络传输设备选用千兆工业以太网交换机GOE210

安装于各区域路口信号机柜中并构建千兆冗余环网，启用Jiffy Ring瞬间环网冗余协议，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于18ms。千兆工业以太网交换机构建环网的同时，利用主节点的GOE210的上联千兆光口与各区域的三层以太网交换机通过光纤连接。

GOE210的VLAN功能将信号控制、高清视频监控及综合环境监控等业务隔离，

并将GOE210的各业务接入端口（交换机端口）采取相应带宽限制设置；同时禁

用其他未接入业务的端口，为了防止误接入导致交换网络的中断等等安全问题。

2：高清视频传输和以太网远程供电采用OMATE1100P POE工业以太网光纤收发器。

一般情况下是东西南北四个路口各配置一台，控制机柜内采用多光口的工业以太网交换机实现业务汇接。

3：提供于将路口的各方向集中传至现场工控机内作为本地存储，再将工控机中的抓拍图片、视频录像和少部分的实时视频上传监控中心。GOE210和OMATE1100P采用IP40防护等级设计，便于安装于路口机柜或机箱内，能适应如强电磁干扰、尘土、高温、低温、潮湿、振动、静电等恶劣的工作环境。

2.3通信系统主要优势

高安全：提供完整的安全体系结构，覆盖了系统的各个层面，采用了包括认证、授权、端口绑定、VLAN等系列的安全措施，确保网络的安全性。千兆工业以太网交换机GOE210和工业以太网收发器OMATE1100P电源均为AC220V，无需外接适配器，避免了电源适配器故障所造成的网络通信异常。电源接口也做了防水处理，配备有旋紧螺母。

高效率：提供高品质QoS保证，为不同的业务提供不同优先级服务，根据优先级确定带宽，保证了整个网络数据传送的高效率。以及对相应的业务端口设置带宽限制。

高可靠性：支持业内领先的Jiffy Ring瞬间环网冗余技术、高品质工业产品、冗余电源设计、端到端可管理技术，满足了系统对于可靠性的要求。

易维护网络：除提供方便的Web方式访问外，还支持SNMP、RMON管理，方便与第三方设备实现全网统一管理。

3.详细设计方案

3.1监测点设备

3.1.1设备功能描述

1.实现信号指示灯的智能控制；

2.通过检测通过车辆，抓拍车辆图片；

3.压缩图片数据，与速度、时间、地点一起打包发送到区域控制机房或指

挥中心；

4.本地存储车辆图片及相关信息；

3.1.2监测点设备组成、结构及特点

3.1.2.1设备组成及工作过程

监测点设备由嵌入式数据存储器、摄像单元、摄像机控制器、LED常亮闪光灯、电子闪光灯、通讯单元、电路保护单元（防雷和过载保护）、电源、控制箱，以及立杆等基础设备组成。车辆经过时，摄像机控制器触发补光灯补光，同时控制摄像机抓拍图片。车辆图片及相关信息数据被发送到分中心服务器，自动识别车牌号码。

系统构成：系统分为三个部分，前端系统、服务器端驱动程序以及应用程序。

说明：

分中心 服务器

摄像机

环境数据

交通信号

工控机

系统结构图

分中心 程序 中心服务器

工控机

分中心 服务器

摄像机

环境数据

交通信号

摄像机

环境数据

交通信号

分中心服务器

无工控机情况

●在交通控制十字路口的控制柜中，布设工控机的主要功能是用于数据本

地存储，防止网络故障时数据丢失。

●传输层（检查站）处的三层交换机配置：

规划网络路由，实现业务的汇聚功能。

●现场层（监控点）处的工业以太网交换机配置：

1.80

2.1Q VLAN,将不同业务进行逻辑分离

2.端口限速，防止大流量对网络的冲击；

3.基于mac、ip地址等的多种绑定，防止非法用户的侵入。

设备结构图如下：

3.1.2.2设备特点

采用192万像素数字摄像机，清晰记录车辆特征及前排司乘人员面部特征；

一台摄像机覆盖两条车道，成本大大降低；

监测点采用嵌入式系统结构，工作稳定、维护量小；

准确抓拍正常行驶、压线行驶、并行通过的车辆；

采用高频窄波脉冲灯补光，瞬间达到抓拍机所需的进光亮，减少光污染并消除强闪光形成人眼记忆造成的安全隐患；

采用动态局部测光技术，自动跟踪光线变化，全天侯保证最清晰图像；

远程设备管理模式，可随时远程监控、修改设备参数；

3.1.2.3路面监测点设备抓拍的实际照片

3.2防雷保护及安全设计

为减少雷击和浪涌电压对设备及人员的损害，监测点设备应采用可靠的接地和防雷措施。在设备箱中的电源和通讯线上加装防雷模块，；机箱的保护地连接设备所有导体，接触电阻不超过0.5欧姆，并与大地可靠连接。机箱按防雷击标准进行接地，接地线用扁铁等电位连接，接地电阻小于等于4欧姆。机箱门与机箱体做接地连接，电源接地线与防雷接地线共接。

设备配电及安全子系统由过载保护装置、漏电保护装置、防雷装置、接地装置组成。采用220V 50Hz交流电源，所有的设备供电都经过了用电安全装置（过载、漏电），保证用电及设备的安全。

摄像机防护罩、机箱等室外设备设计满足防水及防尘需要。内部安装了风扇、加热器、温控器等温控设备满足设备对湿度及温度的适应要求。

系统设备内部导线均有适当保护，以保证这些导线不会接触到可能会引起导线绝缘损伤的部件；当导线需穿越金属孔时，金属穿线孔进行倒角，无锋利的边缘，导线装有衬套。所有终端和设施接线布置整齐，使用线夹、电缆套、电缆卷或管道固定好，线束内的线路编扎好，走线安排做到任何接线总成的确拆除不会影响到任何与该总成无关的电缆。

3.3详细设备说明

3.3.1高清晰摄像机

3.3.2标清视频检测

3.3.2.1 SRT MVD-4视频车辆检测器

3.3.2.2检测精确度指标

3.3.3补光设备

3.3.3.1高频窄波脉冲灯

3.3.3.2 LED补光灯

3.3.4嵌入式存储

3.3.5 GOE210千兆工业以太网交换机

欧迈特千兆工业以太网交换机GOE210提供3个SFP千兆接口，6个10/100M自适应以太网接口。构建千兆冗余环网，启用Jiffy Ring瞬间环网冗余协议，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于18ms。在构建千兆冗余环网的同时，同时利用主节点的GOE210的上联千兆光口与各区域的三层以太网交换机通过千兆光纤连接。

千兆工业以太网交换机GOE210图

千兆工业以太网交换机区域交通信号控制系统中网络设备安装于各区域路口信号机柜中。

主要技术参数：

1）6个10/100自适应的FE端口；全半双工手动配置和自协商模式；3个1000M的SFP光接口（模块化）。

2）32Gbps高背板带宽；MAC地址大小8K。

3）符合IEEE802.3，802.3u，802.3z，802.3x，802.1d（STP），802.1p （流量优先权控制），802.1q（VLAN标准），802.1w（RSTP），802.3ad

（链路聚合）协议等。

4）支持单环、环相切、环加链等拓扑结构；支持瞬间环网冗余技术Jiffy-Ring，保障了网络通信的无扰动切换，网络自愈时间小于

18ms。

5）完善的优先级、队列调度和拥塞控制等QoS机制；

支持广播速率限制；支持ACL；支持端口流量限速和流量整形；支持

Cos/Tos和基于端口的优先级设定。

6）支持AC220V交流供电电压;设备电源提供过载、过压保护。

7）支持端口镜像、端口聚合（每组多达8个）。

8）超级终端模式（CLI），TELNET，WEB网元管理软件。

支持SNMP V1/V2c/V3协议，可远程监控。各端口支持RMON（远程监

控）功能的统计、历史、告警、事件四个组，支持安全防护配置和

控制功能。

9）抗振动:10～2000Hz，2.0g；抗冲击:加速度>30g；

金属外壳，IP40防护；符合EMC:IEC-61000-4-2/3/4/5/6/8/11；

运行温度:-40-80℃，保存温度：-40-85℃，相对湿度:0-95%无冷凝。

10）平均无故障时间（MTBF）大于34 年。

3.3.6 POE工业以太网光纤收发器

OMATE1100P是为适应城市交通、高速公路、无线基站等现场强电磁干扰、振动、尘土、高温、低温、潮湿环境而研制的POE工业以太网收发器。可以提供2个10/100M自适应以太网POE接口（RJ45），1个100M光接口。均支持馈电DC48V. 供电：AC220V，高可靠航空接头。

POE工业以太网光纤收发器OMATE1100P

POE工业以太网光纤收发器安装于路口机柜或机箱内，满足高清视频传输和以太网远程供电的网络设备的需求：

1）符合IEEE802.3，802.3x,802.3af等；

2）运行温度：-40-80℃，保存温度：-40-85℃，相对湿度：0-95%无冷凝；

3）金属外壳，IP40防护等级；

4）符合工业级电磁兼容的要求;

5）平均无故障时间（MTBF）大于34 年。

3.4系统典型配置清单

单向三车道高清卡口系统前端设备清单