基于传感器网络信息融合技术的智能隧道监控系统

论文摘要

高速公路的管理和控制以及附属交通设施是保证车辆高速、安全运行的必要条件。隧道是高速公路的特殊组成部分,也是汽车高速行驶的瓶颈地段,隧道实时安全监控系统是确保隧道安全运营的重要手段之一。针对目前国内外以PLC为主的隧道监控系统普遍存在着资源配置浪费,功能闲置,技术惯性大,联动控制能力弱等特点,本文提出了基于传感器网络信息融合技术的智能隧道监控系统,通过多级别,多算法的信息融合技术,提高了报警的可靠性；基于分段处理的变限速调整联动控制策略保证了隧道的安全通行,提高了隧道的使用效率,同时达到节能减排效果。本文主要工作包括：（1）设计了隧道监控系统的三层体系结构：底层为传感器网络层,中间为区域控制层,顶层为监控控制层。采用10-100Mb/s双环光缆冗余结构的工业以太网结构为主干通讯控制网络,以保证通讯性能的可靠和快速。二级网络采用CAN总线通讯,在保证通讯质量的同时提高区域控制的范围。（2）研究了传感器网络信息融合技术在隧道监控系统中的应用。采用多级融合结构模型：基于卡尔曼的数据级融合算法完成数据滤波功能,基于模糊D-S证据理论的决策层融合算法完成对目标识别功能；区域控制器通过决策层融合来判定信息对决策结果的支持力度,形成对应的目标级别的认识；信息系统软件通过对区域控制提供的决策判定结果来分析整个隧道的状况,以形成相应的控制策略。（3）在传感器网络信息融合决策的基础上,综合分析了隧道通行的车流量,流速以及环境参数等的相关性,提出了基于车流量的变限速动态调整的隧道联动控制策略。通过车流量的分析,形成相应的限速以引导车辆通行速度,调整合理的环境指标,保证了隧道的高效快速通行准则,提高了隧道的通行效率,同时可以大大减少能耗。（4）采用ARM微控制芯片和工业化的设计方式,设计了区域控制器,保证了产品的高可靠,稳定性及抗干扰性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 隧道监控系统结构和功能
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文研究内容及组织结构
• 1.4.1 课题研究内容
• 1.4.2 论文组织结构
• 2 传感器网络信息融合技术
• 2.1 传感器网络信息融合理论基础
• 2.1.1 传感器网络信息融合定义
• 2.1.2 传感器网络信息融合层次与级别
• 2.1.3 传感器网络信息融合结构
• 2.2 传感器网络信息融合算法
• 2.2.1 卡尔曼滤波算法
• 2.2.2 D-S证据理论算法
• 2.2.3 模糊理论算法
• 2.2.4 基于权重模糊证据理论算法
• 2.3 基于隧道监控系统的信息融合技术
• 2.3.1 智能隧道监控系统传感器信息融合模型
• 2.3.2 智能隧道监控系统传感器信息融合滤波
• 2.3.3 智能隧道监控系统传感器融合决策
• 2.4 本章小结
• 3 智能隧道监控系统联动控制策略
• 3.1 联动控制方案
• 3.2 全局联动控制策略
• 3.2.1 火灾工况控制策略
• 3.2.2 交通阻滞工况控制策略
• 3.2.3 正常工况控制策略
• 3.3 设备联动控制技术
• 3.3.1 照明设备控制策略
• 3.3.2 风机控制策略
• 3.4 本章小结
• 4 智能隧道监控系统设计方案
• 4.1 隧道监控系统总体结构
• 4.2 隧道监控系统检测设备
• 4.2.1 隧道CO/VI检测仪
• 4.2.2 隧道光强度检测仪
• 4.2.3 隧道超声波风速检测仪
• 4.2.4 交通检测器
• 4.3 隧道监控系统控制设备
• 4.3.1 交通信号灯
• 4.3.2 车道指示器
• 4.3.3 可变限速标志,可变情报板
• 4.3.4 通风控制设施
• 4.3.5 照明控制设施
• 4.4 区域控制器硬件设计
• 4.4.1 微控制器选择
• 4.4.2 区域控制器总体设计方案
• 4.4.3 区域控制器主要电路设计
• 4.5 本章小结
• 5 智能隧道监控系统软件设计
• 5.1 区域控制器软件设计
• 5.1.1 WinCE 5.0操作系统移植
• 5.1.2 区域控制器应用软件开发
• 5.2 控系统计算机软件设计
• 5.2.1 软件总体结构
• 5.2.2 软件决策处理流程
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介