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關(guān)于系統(tǒng)的課程設(shè)計報告
導(dǎo)語：進行系統(tǒng)課程方面的設(shè)計，有利于不斷地開發(fā)出新的系統(tǒng)。下面就隨小編一起去閱讀關(guān)于系統(tǒng)的課程設(shè)計報告，相信能帶給大家啟發(fā)。
系統(tǒng)課程設(shè)計報告一
摘要：
對高速公路監(jiān)控系統(tǒng)進行了全面的介紹和分析，按照高速公路監(jiān)控系統(tǒng)信息采集、信息處理和信息發(fā)布的流程對系統(tǒng)的運行作了構(gòu)思，重點對信息采集系統(tǒng)作了分析研究。在高速公路機電工程建設(shè)過程中，監(jiān)控系統(tǒng)是一種非常重要的管理手段，它在全程動態(tài)監(jiān)控管理的加強過程中發(fā)揮著極其重要的作用。它把人的主觀行為對系統(tǒng)的影響降到最低，使系統(tǒng)可以穩(wěn)定地運行；同時使系統(tǒng)各個外場監(jiān)控站既可以獨立工作，又可以由上級監(jiān)控中心統(tǒng)一協(xié)調(diào)運作�；诖�，本論述首先介紹了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的目的和原則，接著分析了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計，希望能夠為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計提供必要的參考和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：
監(jiān)控系統(tǒng)；高速公路；設(shè)計
對于整個高速公路系統(tǒng)而言，監(jiān)控系統(tǒng)主要對其進行調(diào)整，從而能夠保證高速公路穩(wěn)定暢通，它的主要作用就是實時監(jiān)控和控制高速公路的交通狀況。在實際的道路環(huán)境下，利用收集的信息來實時進行分析、預(yù)測以及事件處理，一旦由于道路環(huán)境發(fā)生變化或者出現(xiàn)突發(fā)的交通事故時，就會導(dǎo)致交通出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，此時系統(tǒng)就可以及時采取有效措施，妥善處置突發(fā)狀況，從而顯著改善高速公路的運行安全及通行效率。
1、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目的及原則介紹
1.1高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計目的
高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的主要目的是高效及時地采集和發(fā)布公路信息、傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)并實現(xiàn)有效控制等。也就是說高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是按照公路的路網(wǎng)分布來對攝像機進行布設(shè)，對高速交通的數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確高效的計算，實現(xiàn)對高速公路的運營情況、天氣以及交通狀況的實時監(jiān)控。檢測儀器采集相關(guān)數(shù)據(jù)，并同步傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)管理中心，從而為控制方案的制定提供參考依據(jù)。另外，這樣的設(shè)計也方便了交管部門，使其能夠及時掌握已經(jīng)發(fā)生或者可能發(fā)生的公路擁堵狀況，然后采取相應(yīng)措施來控制、引導(dǎo)以及分配交通資源。這樣還能夠為出行者提供最佳行駛路線，節(jié)約時間，同時也有利于交通道路的順暢運行，進而有效降低事故出現(xiàn)的概率，使高速交通運行的整體能力得到顯著提升。
1.2高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的原則
1.2.1實用性及先進性在進行設(shè)計過程當(dāng)中，要對國內(nèi)外交通監(jiān)控的發(fā)展趨勢進行綜合性的考慮，采用先進的技術(shù)和設(shè)備，同時也要做好保護項目投資的相關(guān)工作，力爭獲得最佳的性價比。
1.2.2安全性在設(shè)備選型時，要選擇相對成熟可靠的設(shè)備，使得系統(tǒng)的安全性有足夠的保證，以保障系統(tǒng)安全運行。
1.2.3協(xié)調(diào)性在設(shè)計時要考慮與同路段其他系統(tǒng)之間進行密切的協(xié)調(diào)和配合，從而使得高速交通公路設(shè)施整體作用得到最大程度發(fā)揮，與其他系統(tǒng)共同保證路網(wǎng)的暢通運行。
1.2.4系統(tǒng)性在設(shè)計過程當(dāng)中要同整個路網(wǎng)情況進行緊密結(jié)合，對監(jiān)控系統(tǒng)進行全面考慮和合理設(shè)計，同時在布設(shè)上要防止出現(xiàn)相互沖突以及重復(fù)的問題，使系統(tǒng)的整體效益和功能得到最大程度發(fā)揮。
1.2.5可擴充性在設(shè)備選用時，應(yīng)該選取一些兼容性和開放性比較好的設(shè)備，這樣有利于系統(tǒng)的進一步升級和擴充。
1.2.6方便進行維護以及操作同時人機界面也要盡可能的友好，程序功能實現(xiàn)模塊化設(shè)計，從而使系統(tǒng)便于管理和維護。
2、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)分析
2.1監(jiān)控系統(tǒng)層次
就當(dāng)前實際情況來看，三級監(jiān)控管理架構(gòu)是高速公路監(jiān)控管理機構(gòu)普遍使用的一種形式，所謂三級監(jiān)控即省級中心、路段監(jiān)控中心和基層監(jiān)控單元。其中后兩個監(jiān)控單元主要用于管理所轄路段以及隧道的運營情況。而基層控制單元又包括監(jiān)控外場設(shè)施、橋梁以及隧道管理站等。
2.2系統(tǒng)構(gòu)成
圖1為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
（1）監(jiān)控中心主要負責(zé)綜合管理和監(jiān)控全省高速公路網(wǎng)的情況。主要由網(wǎng)絡(luò)管理、信息顯示、計算機以及信息發(fā)布子系統(tǒng)等部分構(gòu)成，各子系統(tǒng)之間相互配合，從而使監(jiān)控系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)。
�。�2）路段監(jiān)控中心主要是緊密結(jié)合路段實際道路交通的長度和特點，按照路段建設(shè)管理模式以及投資主體來進行設(shè)置。它的構(gòu)成同監(jiān)控中心相同，但是規(guī)模適當(dāng)縮小。
（3）在基層監(jiān)控單元當(dāng)中，對于一些特大橋可以設(shè)置橋梁管理站，而隧道管理站的設(shè)置，應(yīng)該按照隧道分布特點以及管理人員生活方式和隧道長度等相關(guān)因素來進行綜合考慮。
2.3外場設(shè)備布設(shè)
對于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)而言，場外設(shè)備的規(guī)模主要劃分為三個等級，其中對于第一類等級設(shè)施來說，應(yīng)該具有完善的交通監(jiān)視、信息采集處理及發(fā)布、交通異常判斷和匝道以及主線控制等相關(guān)的設(shè)備。第二類和三類設(shè)施是在第一類設(shè)施的基礎(chǔ)之上，分別在一些重點區(qū)段全程設(shè)置以上相關(guān)設(shè)施。在供電方式的選擇方面，監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路設(shè)計中外場設(shè)備通常都安裝在隧道區(qū)段、收費站附近以及服務(wù)區(qū)，通電原點之間的距離小于2500m，通常情況下電壓等級為220/380V。但是隨著社會的不斷發(fā)展，對高速公路全程監(jiān)控方面的需求也在逐漸增加，監(jiān)控設(shè)備數(shù)量逐步增多，從而就有可能加大一些設(shè)備的供電距離，特別是對大功率設(shè)備，供電電纜的截面也要相應(yīng)增大，進而使得運營成本逐漸增多，能耗以及投資也不斷增加。因此，當(dāng)前大多數(shù)高速公路都利用了風(fēng)光互補供電以及太陽能供電等形式。另外，在實際設(shè)計過程中，應(yīng)該綜合考慮場外設(shè)備的布設(shè)、全線電源點以及所在區(qū)域的供電實際情況，然后再合理選擇進行場外設(shè)備供電方式。
3、高速公路監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)計分析
就當(dāng)前的實際情況而言，我國現(xiàn)有的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要包括可變限速標(biāo)志、外場設(shè)備、氣象監(jiān)測傳感器、計算機處理系統(tǒng)、車輛檢測器子系統(tǒng)以及投影儀等模塊。其監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖見圖2。通常情況，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括以下三級。
3.1收費站管理所
高速公路路段通常包含多個收費站，它的主要作用就是將道路上攝像機采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)以及收費亭的情況傳遞給收費站管理所。
3.2高速公路路段監(jiān)控
這一監(jiān)控分中心主要是對該路段的道路以及收費情況進行監(jiān)控，主要作用是把從收費站管理當(dāng)中得到的圖像向路段監(jiān)控中心進行上傳。
3.3省級監(jiān)控中心
一般一個省的高速公路全部由省級管理局統(tǒng)一管理，各個監(jiān)控分中心把得到的視頻信號向省級監(jiān)控中心上傳，然后由它進行統(tǒng)一監(jiān)控。另外，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)又可以劃分為兩個子系統(tǒng)：內(nèi)場設(shè)備和外場設(shè)備。其中外場子系統(tǒng)主要在沿線部位進行相應(yīng)設(shè)置，它由可變限速標(biāo)志、車輛檢測器、氣象檢測器以及可變情報板等設(shè)施構(gòu)成，實時監(jiān)控路口收費站以及全線交通的實際狀況，從而使公路交通狀況的控制感知能力得到提升，同時也增強處理和應(yīng)對交通突發(fā)事故的能力。內(nèi)場子系統(tǒng)主要由計算機、電子地圖系統(tǒng)以及大屏幕投影系統(tǒng)所組成。這些相關(guān)的`設(shè)備能夠?qū)耐鈭鲈O(shè)備傳來的信息進行直觀顯示，同時通過計算機控制系統(tǒng)處理、分析、統(tǒng)計所采集到的相關(guān)信息，發(fā)布相應(yīng)的交通引導(dǎo)信息，在高速公路上為司機提供相關(guān)的輔助信息，使其能夠正常安全行駛。從功能結(jié)構(gòu)上分析，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)可以劃分為兩部分，分別是交通狀況監(jiān)控系統(tǒng)和收費監(jiān)控系統(tǒng)。其中收費監(jiān)控系統(tǒng)主要按照車輛的類型，有效地監(jiān)督并記錄收費員的收費過程。交通監(jiān)控系統(tǒng)是對路面的交通狀況進行及時有效的掌握，對道路主干線上車輛的違章情況進行實時監(jiān)視，同時對隧道及互通立交等重點路線進行監(jiān)視，并對相關(guān)的圖像進行記錄，然后交給交通管理部門進行相應(yīng)處理。通過監(jiān)控系統(tǒng)可以顯著減少監(jiān)管部門的工作量，同時也能夠提升工作效率，以推動高速公路事業(yè)的快速發(fā)展。
4、結(jié)束語
綜上所述，監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路當(dāng)中具有極其重要的作用，不管是對高速公路上的駕駛?cè)诉�是從事高速公路的管理者都發(fā)揮著積極的作用，并且在整個社會經(jīng)濟發(fā)展當(dāng)中也具有十分重要的地位。因此，對監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容進行研究是十分必要的。隨著人們追求的不斷提升，對高速公路的服務(wù)以及管理水平方面的要求也變得更加嚴(yán)格，這就要求我們要進一步加深高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的研究，從而更好地迎合當(dāng)前的發(fā)展趨勢，滿足人們的出行需求。
系統(tǒng)課程設(shè)計報告二
�。壅�
為提高建筑工人安全檢查的效率和效果，減輕事故損害和減少事故發(fā)生，以圖像識別技術(shù)為核心支撐，提出了建筑工人智能安全檢查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及運行流程，并對系統(tǒng)運行效果進行了測試。研究和測試表明:該系統(tǒng)具有身份識別和安全裝備檢查功能;該系統(tǒng)的身份識別正確率為83.75%、安全帽正確識別率為96.25%、安全帶正確識別率為63.75%，可滿足實際需要;該系統(tǒng)具有硬件投入低、檢測速度快、準(zhǔn)確性高、應(yīng)用場景廣泛的優(yōu)勢，具有實際應(yīng)用和推廣價值。
�。坳P(guān)鍵詞］
施工安全;安全檢查;圖像識別;系統(tǒng)設(shè)計
引言
施工活動是勞動力密集的高危生產(chǎn)活動，事故傷亡人數(shù)居高不下。目前，建筑工人作業(yè)前的安全裝備檢查主要依賴人工完成，工作量大、自動化水平低，容易出現(xiàn)漏檢、誤檢等問題。隨著數(shù)字圖像處理、人工智能等技術(shù)的發(fā)展與成熟，構(gòu)建自動化的建筑工人安全裝備檢查系統(tǒng)已經(jīng)成為可能�，F(xiàn)有研究中，相關(guān)學(xué)者構(gòu)建安全預(yù)警系統(tǒng)［1－2］、預(yù)警指標(biāo)［3］用于實現(xiàn)施工安全事故的主動預(yù)防，但側(cè)重于事故觸發(fā)時的被動警告，缺乏事前預(yù)警。與此同時，由于圖像處理的快速、高效成為人機互動［4］、目標(biāo)識別［5］、物體識別與圖像分割［6-10］等領(lǐng)域的研究熱點。這些成果為本研究的開展提供了重要的技術(shù)參考。
1、系統(tǒng)需求分析
結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況及現(xiàn)有安全檢查模式的不足，對建筑工人安全裝備自動檢查系統(tǒng)功能的需求進行分析。
�。�1）系統(tǒng)自動化在“智慧工地”大環(huán)境下，項目管理者迫切需要通過信息化手段實現(xiàn)工地的智能化管理。對此，安全檢查工作需滿足自動感知、自動決策、自動存儲的智慧化性能需求。
�。�2）自動身份識別建筑施工現(xiàn)場屬于高危區(qū)域，只有特定人員通過審核后才可進入。在班組集中施工的時間段，人員眾多，身份辨識過程容易產(chǎn)生錯誤，或識別環(huán)節(jié)直接被忽略。對此，本系統(tǒng)應(yīng)對進入施工現(xiàn)場的人員自動提取照片，調(diào)取項目部工人信息進行審核，實現(xiàn)身份自動識別及外來人員的自動登記。
�。�3）自動安全裝備檢查目前，安全裝備檢查依賴安全員、工頭等管理人員的人工識別，效率不高。同時，檢查人員無法熟知不同施工地點、時間內(nèi)的`每個建筑工人的安全裝備需求，檢查效果有限。對此，本系統(tǒng)需結(jié)合工人當(dāng)日工作任務(wù)及該項任務(wù)對應(yīng)的安全裝備需求，自動識別安全裝備是否存在。
�。�4）信息可視化傳統(tǒng)的安全檢查方式以文本報告形式統(tǒng)計檢查結(jié)果，信息繁雜，直觀性不強，容易產(chǎn)生漏讀情況。對此，安全檢查工作完成后需對處理的信息進行集成，并將檢查結(jié)果以視頻、音頻的形式反饋給管理層及被檢查對象。
�。�5）低成本、簡單易行施工項目人員較多，施工區(qū)域相對分散，可能存在多個檢查點，安全檢查系統(tǒng)若完全取代人工，成本不能過高。此外，考慮建筑工人文化素質(zhì)情況，安全檢查系統(tǒng)需簡單易行，方便建筑工人使用。
2、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
2.1基礎(chǔ)支撐平臺
OpenCVOpenCV(opensourcecomputervisionlibrary)是一個開源代碼的計算機視覺庫，包含核心數(shù)據(jù)庫、機器學(xué)習(xí)函數(shù)庫、GUI函數(shù)庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與線性代數(shù)庫、輔助函數(shù)庫5個功能模塊，涉及特征檢測、輪廓提取、圖像分割等多個圖像處理函數(shù)。OpenCV可使用C/C++語言實現(xiàn)程序編寫，可在Windows，MacOS，LINUX操作系統(tǒng)中運行，同時保留了MATLAB，ＲUBY等接口，對跨領(lǐng)域研究提供了極大的便利。
2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計
根據(jù)上述分析，提出一種建筑工人安全裝備自動檢查系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件包括高清攝像頭、處理器、顯示器、音響等裝置，并分別與處理器相連。利用OpenCV對攝像頭采集待檢工人的圖像進行處理，實現(xiàn)身份識別及安全裝備檢查，檢查結(jié)果以視頻、音頻的形式展示。處理器中包含圖像采集模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、處理模塊、信息輸出模塊，系統(tǒng)組成如圖1所示，各模塊功能說明如表1所示。
2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)置
根據(jù)施工現(xiàn)場安全檢查的實際情況，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫模塊中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行設(shè)置。
�。�1）工人信息庫設(shè)置系統(tǒng)使用前，先錄入工人的姓名、照片等基本信息，再結(jié)合施工計劃確定該工人在當(dāng)日或未來幾日內(nèi)的工作內(nèi)容、區(qū)域、時間及所需安全裝備等信息，形成工人信息庫。外來參觀者等非固定人員，將照片、負責(zé)人等信息錄入系統(tǒng)，賦予臨時權(quán)限。
（2）安全裝備模型庫設(shè)置利用3DMAX等三維建模軟件，根據(jù)安全帽、安全帶等常用安全裝備外形、顏色進行三維模型及渲染著色，構(gòu)建安全裝備模型庫，以供安全裝備檢查中通過相似度匹配完成安全裝備識別。
2.4系統(tǒng)運行流程設(shè)計
本系統(tǒng)采用Windows7系統(tǒng)，在VisualStudio2013平臺下配置OpenCV2.4.9環(huán)境，對攝像頭獲取的圖像信息進行處理。
�。�1）自動身份識別調(diào)用OpenCV對比直方圖函數(shù)，將攝像頭采集的待檢查工人圖像中的人臉區(qū)域圖像信息與工人信息庫中工人的照片信息進行相似度比對，實現(xiàn)人臉識別。若人臉識別失敗，系統(tǒng)將該項信息處理為非法闖入，并發(fā)出警報;若人臉識別成功，則調(diào)取該工人身份信息及工作任務(wù)安排，獲取工人的安全需求信息，進行下一步操作。
�。�2）自動安全裝備檢查調(diào)用OpenCV模板匹配函數(shù)，以安全帽、安全帶等常用安全裝備圖像作為模板圖像，搜索待檢工人圖像最相似區(qū)域。常用匹配算法有模板匹配、特征匹配2大類。由于特征匹配提取的特征精度過高，實際匹配過程中匹配率反而較低，并且運算量大，對計算機配置要求高，本系統(tǒng)采用較為簡單的模板匹配法。
3、系統(tǒng)實現(xiàn)與測試
為測試系統(tǒng)性能，在Windows7操作系統(tǒng)、2.30GHz雙核處理器、4GB內(nèi)存平臺上進行系統(tǒng)實現(xiàn)及測試，并選取38名土木專業(yè)在校大學(xué)生模擬建筑工人，作為測試對象。
3.1自動身份識別
獲取圖像后調(diào)用OpenCV對比直方圖函數(shù)對人臉區(qū)域圖像、工人信息庫中工人照片進行相似度比對，以人臉識別的方式完成身份識別。對比直方圖以HSV(hue，saturation，value)顏色空間為基礎(chǔ)，對比圖像間不同色彩所占比例。目前，OpenCV提供4種對比標(biāo)準(zhǔn)。通過測試發(fā)現(xiàn)，相關(guān)系數(shù)法處理結(jié)果最為直觀，處理時間也較為理想，對此，本系統(tǒng)中采用相關(guān)系數(shù)進行匹配，對比直方圖方法比較如表2所示，人臉識別效果如圖3所示。
3.2自動安全裝備檢查
將安全帽、安全帶等常用安全裝備模型圖像作為匹配模板，調(diào)用OpenCV模板匹配函數(shù)，以像素點為基礎(chǔ)將模板圖像在整幅源圖像中滑動搜索，即找出待檢查工人圖像中與匹配模板最相似的區(qū)域。目前，OpenCV提供6種模板匹配方式。通過測試發(fā)現(xiàn)，由于歸一化相關(guān)系數(shù)法匹配效果最穩(wěn)定，處理時間影響較少，本系統(tǒng)采用該算法進行匹配。
3.3測試結(jié)果
測試發(fā)現(xiàn)，身份識別正確率為81.58%，安全帽、安全帶識別率分別為97.37%，63.16%，如表4所示。需要說明的是，身份識別采用的人臉識別方式，通過統(tǒng)計不同顏色特征區(qū)間中包含的像素點數(shù)量后進行相似度比對，從而實現(xiàn)身份確認(rèn)。此過程中，膚色及身后背景的差異性對識別效果產(chǎn)生干擾，實際中建議采用綠色、藍色、白色等純淺色背景，以減少不必要的誤檢。
4、結(jié)語
（1）筆者設(shè)計的建筑工人安全裝備自動檢查系統(tǒng)以圖像識別技術(shù)為核心支撐，利用OpenCV函數(shù)庫進行圖像識別與處理，可實現(xiàn)自動身份識別、自動安全裝備檢查。
（2）該系統(tǒng)的身份識別率為81.58%，安全帽、安全帶識別率分別為97.37%，63.16%，檢查過程快速、智能、便捷，彌補了傳統(tǒng)施工安全管理領(lǐng)域中自動化水平低的不足。
�。�3）該系統(tǒng)使用的OpenCV開發(fā)平臺提供開源代碼，在普通計算機中即可運行，攝像頭價格低廉、易于使用。因此，該系統(tǒng)還具有低成本、簡單易行的特點。
�。�4）該系統(tǒng)在身份自動識別、安全帽及安全帶的自動識別與檢查效果較好，處理時間短、成本低、簡單易行，適用于施工現(xiàn)場的安全裝備檢查，具有一定的實際應(yīng)用和推廣價值。
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