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关于系统的课程设计报告
导语：进行系统课程方面的设计，有利于不断地开发出新的系统。下面就随小编一起去阅读关于系统的课程设计报告，相信能带给大家启发。
系统课程设计报告一
摘要：
对高速公路监控系统进行了全面的介绍和分析，按照高速公路监控系统信息采集、信息处理和信息发布的流程对系统的运行作了构思，重点对信息采集系统作了分析研究。在高速公路机电工程建设过程中，监控系统是一种非常重要的管理手段，它在全程动态监控管理的加强过程中发挥着极其重要的作用。它把人的主观行为对系统的影响降到最低，使系统可以稳定地运行；同时使系统各个外场监控站既可以独立工作，又可以由上级监控中心统一协调运作。基于此，本论述首先介绍了高速公路监控系统设计的目的和原则，接着分析了高速公路监控系统结构及设计，希望能够为高速公路监控系统设计提供必要的参考和指导。
关键词：
监控系统；高速公路；设计
对于整个高速公路系统而言，监控系统主要对其进行调整，从而能够保证高速公路稳定畅通，它的主要作用就是实时监控和控制高速公路的交通状况。在实际的道路环境下，利用收集的信息来实时进行分析、预测以及事件处理，一旦由于道路环境发生变化或者出现突发的交通事故时，就会导致交通出现拥堵现象，此时系统就可以及时采取有效措施，妥善处置突发状况，从而显著改善高速公路的运行安全及通行效率。
1、高速公路监控系统设计目的及原则介绍
1.1高速公路监控系统设计目的
高速公路监控系统设计的主要目的是高效及时地采集和发布公路信息、传输相关数据并实现有效控制等。也就是说高速公路监控系统是按照公路的路网分布来对摄像机进行布设，对高速交通的数据进行准确高效的计算，实现对高速公路的运营情况、天气以及交通状况的实时监控。检测仪器采集相关数据，并同步传输到监控系统管理中心，从而为控制方案的制定提供参考依据。另外，这样的设计也方便了交管部门，使其能够及时掌握已经发生或者可能发生的公路拥堵状况，然后采取相应措施来控制、引导以及分配交通资源。这样还能够为出行者提供最佳行驶路线，节约时间，同时也有利于交通道路的顺畅运行，进而有效降低事故出现的概率，使高速交通运行的整体能力得到显著提升。
1.2高速公路监控系统设计的原则
1.2.1实用性及先进性在进行设计过程当中，要对国内外交通监控的发展趋势进行综合性的考虑，采用先进的技术和设备，同时也要做好保护项目投资的相关工作，力争获得最佳的性价比。
1.2.2安全性在设备选型时，要选择相对成熟可靠的设备，使得系统的安全性有足够的保证，以保障系统安全运行。
1.2.3协调性在设计时要考虑与同路段其他系统之间进行密切的协调和配合，从而使得高速交通公路设施整体作用得到最大程度发挥，与其他系统共同保证路网的畅通运行。
1.2.4系统性在设计过程当中要同整个路网情况进行紧密结合，对监控系统进行全面考虑和合理设计，同时在布设上要防止出现相互冲突以及重复的问题，使系统的整体效益和功能得到最大程度发挥。
1.2.5可扩充性在设备选用时，应该选取一些兼容性和开放性比较好的设备，这样有利于系统的进一步升级和扩充。
1.2.6方便进行维护以及操作同时人机界面也要尽可能的友好，程序功能实现模块化设计，从而使系统便于管理和维护。
2、高速公路监控系统分析
2.1监控系统层次
就当前实际情况来看，三级监控管理架构是高速公路监控管理机构普遍使用的一种形式，所谓三级监控即省级中心、路段监控中心和基层监控单元。其中后两个监控单元主要用于管理所辖路段以及隧道的运营情况。而基层控制单元又包括监控外场设施、桥梁以及隧道管理站等。
2.2系统构成
图1为高速公路监控系统构成示意图。
（1）监控中心主要负责综合管理和监控全省高速公路网的情况。主要由网络管理、信息显示、计算机以及信息发布子系统等部分构成，各子系统之间相互配合，从而使监控系统功能得以实现。
（2）路段监控中心主要是紧密结合路段实际道路交通的长度和特点，按照路段建设管理模式以及投资主体来进行设置。它的构成同监控中心相同，但是规模适当缩小。
（3）在基层监控单元当中，对于一些特大桥可以设置桥梁管理站，而隧道管理站的设置，应该按照隧道分布特点以及管理人员生活方式和隧道长度等相关因素来进行综合考虑。
2.3外场设备布设
对于高速公路监控系统而言，场外设备的规模主要划分为三个等级，其中对于第一类等级设施来说，应该具有完善的交通监视、信息采集处理及发布、交通异常判断和匝道以及主线控制等相关的设备。第二类和三类设施是在第一类设施的基础之上，分别在一些重点区段全程设置以上相关设施。在供电方式的选择方面，监控系统在高速公路设计中外场设备通常都安装在隧道区段、收费站附近以及服务区，通电原点之间的距离小于2500m，通常情况下电压等级为220/380V。但是随着社会的不断发展，对高速公路全程监控方面的需求也在逐渐增加，监控设备数量逐步增多，从而就有可能加大一些设备的供电距离，特别是对大功率设备，供电电缆的截面也要相应增大，进而使得运营成本逐渐增多，能耗以及投资也不断增加。因此，当前大多数高速公路都利用了风光互补供电以及太阳能供电等形式。另外，在实际设计过程中，应该综合考虑场外设备的布设、全线电源点以及所在区域的供电实际情况，然后再合理选择进行场外设备供电方式。
3、高速公路监控系统结构和设计分析
就当前的实际情况而言，我国现有的高速公路监控系统主要包括可变限速标志、外场设备、气象监测传感器、计算机处理系统、车辆检测器子系统以及投影仪等模块。其监控系统网络结构图见图2。通常情况，高速公路监控系统结构主要包括以下三级。
3.1收费站管理所
高速公路路段通常包含多个收费站，它的主要作用就是将道路上摄像机采集到的相关数据以及收费亭的情况传递给收费站管理所。
3.2高速公路路段监控
这一监控分中心主要是对该路段的道路以及收费情况进行监控，主要作用是把从收费站管理当中得到的图像向路段监控中心进行上传。
3.3省级监控中心
一般一个省的高速公路全部由省级管理局统一管理，各个监控分中心把得到的视频信号向省级监控中心上传，然后由它进行统一监控。另外，高速公路监控系统又可以划分为两个子系统：内场设备和外场设备。其中外场子系统主要在沿线部位进行相应设置，它由可变限速标志、车辆检测器、气象检测器以及可变情报板等设施构成，实时监控路口收费站以及全线交通的实际状况，从而使公路交通状况的控制感知能力得到提升，同时也增强处理和应对交通突发事故的能力。内场子系统主要由计算机、电子地图系统以及大屏幕投影系统所组成。这些相关的`设备能够将从外场设备传来的信息进行直观显示，同时通过计算机控制系统处理、分析、统计所采集到的相关信息，发布相应的交通引导信息，在高速公路上为司机提供相关的辅助信息，使其能够正常安全行驶。从功能结构上分析，高速公路监控系统可以划分为两部分，分别是交通状况监控系统和收费监控系统。其中收费监控系统主要按照车辆的类型，有效地监督并记录收费员的收费过程。交通监控系统是对路面的交通状况进行及时有效的掌握，对道路主干线上车辆的违章情况进行实时监视，同时对隧道及互通立交等重点路线进行监视，并对相关的图像进行记录，然后交给交通管理部门进行相应处理。通过监控系统可以显著减少监管部门的工作量，同时也能够提升工作效率，以推动高速公路事业的快速发展。
4、结束语
综上所述，监控系统在高速公路当中具有极其重要的作用，不管是对高速公路上的驾驶人还是从事高速公路的管理者都发挥着积极的作用，并且在整个社会经济发展当中也具有十分重要的地位。因此，对监视系统设计相关内容进行研究是十分必要的。随着人们追求的不断提升，对高速公路的服务以及管理水平方面的要求也变得更加严格，这就要求我们要进一步加深高速公路监控系统设计的研究，从而更好地迎合当前的发展趋势，满足人们的出行需求。
系统课程设计报告二
［摘要］
为提高建筑工人安全检查的效率和效果，减轻事故损害和减少事故发生，以图像识别技术为核心支撑，提出了建筑工人智能安全检查系统的结构、功能及运行流程，并对系统运行效果进行了测试。研究和测试表明:该系统具有身份识别和安全装备检查功能;该系统的身份识别正确率为83.75%、安全帽正确识别率为96.25%、安全带正确识别率为63.75%，可满足实际需要;该系统具有硬件投入低、检测速度快、准确性高、应用场景广泛的优势，具有实际应用和推广价值。
［关键词］
施工安全;安全检查;图像识别;系统设计
引言
施工活动是劳动力密集的高危生产活动，事故伤亡人数居高不下。目前，建筑工人作业前的安全装备检查主要依赖人工完成，工作量大、自动化水平低，容易出现漏检、误检等问题。随着数字图像处理、人工智能等技术的发展与成熟，构建自动化的建筑工人安全装备检查系统已经成为可能。现有研究中，相关学者构建安全预警系统［1－2］、预警指标［3］用于实现施工安全事故的主动预防，但侧重于事故触发时的被动警告，缺乏事前预警。与此同时，由于图像处理的快速、高效成为人机互动［4］、目标识别［5］、物体识别与图像分割［6-10］等领域的研究热点。这些成果为本研究的开展提供了重要的技术参考。
1、系统需求分析
结合施工现场的实际情况及现有安全检查模式的不足，对建筑工人安全装备自动检查系统功能的需求进行分析。
（1）系统自动化在“智慧工地”大环境下，项目管理者迫切需要通过信息化手段实现工地的智能化管理。对此，安全检查工作需满足自动感知、自动决策、自动存储的智慧化性能需求。
（2）自动身份识别建筑施工现场属于高危区域，只有特定人员通过审核后才可进入。在班组集中施工的时间段，人员众多，身份辨识过程容易产生错误，或识别环节直接被忽略。对此，本系统应对进入施工现场的人员自动提取照片，调取项目部工人信息进行审核，实现身份自动识别及外来人员的自动登记。
（3）自动安全装备检查目前，安全装备检查依赖安全员、工头等管理人员的人工识别，效率不高。同时，检查人员无法熟知不同施工地点、时间内的`每个建筑工人的安全装备需求，检查效果有限。对此，本系统需结合工人当日工作任务及该项任务对应的安全装备需求，自动识别安全装备是否存在。
（4）信息可视化传统的安全检查方式以文本报告形式统计检查结果，信息繁杂，直观性不强，容易产生漏读情况。对此，安全检查工作完成后需对处理的信息进行集成，并将检查结果以视频、音频的形式反馈给管理层及被检查对象。
（5）低成本、简单易行施工项目人员较多，施工区域相对分散，可能存在多个检查点，安全检查系统若完全取代人工，成本不能过高。此外，考虑建筑工人文化素质情况，安全检查系统需简单易行，方便建筑工人使用。
2、系统架构设计
2.1基础支撑平台
OpenCVOpenCV(opensourcecomputervisionlibrary)是一个开源代码的计算机视觉库，包含核心数据库、机器学习函数库、GUI函数库、数据结构与线性代数库、辅助函数库5个功能模块，涉及特征检测、轮廓提取、图像分割等多个图像处理函数。OpenCV可使用C/C++语言实现程序编写，可在Windows，MacOS，LINUX操作系统中运行，同时保留了MATLAB，ＲUBY等接口，对跨领域研究提供了极大的便利。
2.2系统硬件设计
根据上述分析，提出一种建筑工人安全装备自动检查系统。该系统硬件包括高清摄像头、处理器、显示器、音响等装置，并分别与处理器相连。利用OpenCV对摄像头采集待检工人的图像进行处理，实现身份识别及安全装备检查，检查结果以视频、音频的形式展示。处理器中包含图像采集模块、数据库模块、处理模块、信息输出模块，系统组成如图1所示，各模块功能说明如表1所示。
2.3数据库设置
根据施工现场安全检查的实际情况，对系统数据库模块中的基础数据进行设置。
（1）工人信息库设置系统使用前，先录入工人的姓名、照片等基本信息，再结合施工计划确定该工人在当日或未来几日内的工作内容、区域、时间及所需安全装备等信息，形成工人信息库。外来参观者等非固定人员，将照片、负责人等信息录入系统，赋予临时权限。
（2）安全装备模型库设置利用3DMAX等三维建模软件，根据安全帽、安全带等常用安全装备外形、颜色进行三维模型及渲染着色，构建安全装备模型库，以供安全装备检查中通过相似度匹配完成安全装备识别。
2.4系统运行流程设计
本系统采用Windows7系统，在VisualStudio2013平台下配置OpenCV2.4.9环境，对摄像头获取的图像信息进行处理。
（1）自动身份识别调用OpenCV对比直方图函数，将摄像头采集的待检查工人图像中的人脸区域图像信息与工人信息库中工人的照片信息进行相似度比对，实现人脸识别。若人脸识别失败，系统将该项信息处理为非法闯入，并发出警报;若人脸识别成功，则调取该工人身份信息及工作任务安排，获取工人的安全需求信息，进行下一步操作。
（2）自动安全装备检查调用OpenCV模板匹配函数，以安全帽、安全带等常用安全装备图像作为模板图像，搜索待检工人图像最相似区域。常用匹配算法有模板匹配、特征匹配2大类。由于特征匹配提取的特征精度过高，实际匹配过程中匹配率反而较低，并且运算量大，对计算机配置要求高，本系统采用较为简单的模板匹配法。
3、系统实现与测试
为测试系统性能，在Windows7操作系统、2.30GHz双核处理器、4GB内存平台上进行系统实现及测试，并选取38名土木专业在校大学生模拟建筑工人，作为测试对象。
3.1自动身份识别
获取图像后调用OpenCV对比直方图函数对人脸区域图像、工人信息库中工人照片进行相似度比对，以人脸识别的方式完成身份识别。对比直方图以HSV(hue，saturation，value)颜色空间为基础，对比图像间不同色彩所占比例。目前，OpenCV提供4种对比标准。通过测试发现，相关系数法处理结果最为直观，处理时间也较为理想，对此，本系统中采用相关系数进行匹配，对比直方图方法比较如表2所示，人脸识别效果如图3所示。
3.2自动安全装备检查
将安全帽、安全带等常用安全装备模型图像作为匹配模板，调用OpenCV模板匹配函数，以像素点为基础将模板图像在整幅源图像中滑动搜索，即找出待检查工人图像中与匹配模板最相似的区域。目前，OpenCV提供6种模板匹配方式。通过测试发现，由于归一化相关系数法匹配效果最稳定，处理时间影响较少，本系统采用该算法进行匹配。
3.3测试结果
测试发现，身份识别正确率为81.58%，安全帽、安全带识别率分别为97.37%，63.16%，如表4所示。需要说明的是，身份识别采用的人脸识别方式，通过统计不同颜色特征区间中包含的像素点数量后进行相似度比对，从而实现身份确认。此过程中，肤色及身后背景的差异性对识别效果产生干扰，实际中建议采用绿色、蓝色、白色等纯浅色背景，以减少不必要的误检。
4、结语
（1）笔者设计的建筑工人安全装备自动检查系统以图像识别技术为核心支撑，利用OpenCV函数库进行图像识别与处理，可实现自动身份识别、自动安全装备检查。
（2）该系统的身份识别率为81.58%，安全帽、安全带识别率分别为97.37%，63.16%，检查过程快速、智能、便捷，弥补了传统施工安全管理领域中自动化水平低的不足。
（3）该系统使用的OpenCV开发平台提供开源代码，在普通计算机中即可运行，摄像头价格低廉、易于使用。因此，该系统还具有低成本、简单易行的特点。
（4）该系统在身份自动识别、安全帽及安全带的自动识别与检查效果较好，处理时间短、成本低、简单易行，适用于施工现场的安全装备检查，具有一定的实际应用和推广价值。
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