關於系統的課程設計報告
導語：進行系統課程方面的設計，有利於不斷地開發出新的系統。下面就隨小編一起去閱讀關於系統的課程設計報告，相信能帶給大家啟發。
系統課程設計報告一
摘要：
對高速公路監控系統進行了全面的介紹和分析，按照高速公路監控系統資訊採集、資訊處理和資訊釋出的流程對系統的執行作了構思，重點對資訊採集系統作了分析研究。在高速公路機電工程建設過程中，監控系統是一種非常重要的管理手段，它在全程動態監控管理的加強過程中發揮著極其重要的作用。它把人的主觀行為對系統的影響降到最低，使系統可以穩定地執行；同時使系統各個外場監控站既可以獨立工作，又可以由上級監控中心統一協調運作。基於此，本論述首先介紹了高速公路監控系統設計的目的和原則，接著分析了高速公路監控系統結構及設計，希望能夠為高速公路監控系統設計提供必要的參考和指導。
關鍵詞：
監控系統；高速公路；設計
對於整個高速公路系統而言，監控系統主要對其進行調整，從而能夠保證高速公路穩定暢通，它的主要作用就是實時監控和控制高速公路的交通狀況。在實際的道路環境下，利用收集的資訊來實時進行分析、預測以及事件處理，一旦由於道路環境發生變化或者出現突發的交通事故時，就會導致交通出現擁堵現象，此時系統就可以及時採取有效措施，妥善處置突發狀況，從而顯著改善高速公路的執行安全及通行效率。
1、高速公路監控系統設計目的及原則介紹
1.1高速公路監控系統設計目的
高速公路監控系統設計的主要目的是高效及時地採集和釋出公路資訊、傳輸相關資料並實現有效控制等。也就是說高速公路監控系統是按照公路的路網分佈來對攝像機進行佈設，對高速交通的資料進行準確高效的計算，實現對高速公路的運營情況、天氣以及交通狀況的實時監控。檢測儀器採集相關資料，並同步傳輸到監控系統管理中心，從而為控制方案的制定提供參考依據。另外，這樣的設計也方便了交管部門，使其能夠及時掌握已經發生或者可能發生的公路擁堵狀況，然後採取相應措施來控制、引導以及分配交通資源。這樣還能夠為出行者提供最佳行駛路線，節約時間，同時也有利於交通道路的順暢執行，進而有效降低事故出現的機率，使高速交通執行的整體能力得到顯著提升。
1.2高速公路監控系統設計的原則
1.2.1實用性及先進性在進行設計過程當中，要對國內外交通監控的發展趨勢進行綜合性的考慮，採用先進的技術和裝置，同時也要做好保護專案投資的相關工作，力爭獲得最佳的價效比。
1.2.2安全性在裝置選型時，要選擇相對成熟可靠的裝置，使得系統的安全性有足夠的保證，以保障系統安全執行。
1.2.3協調性在設計時要考慮與同路段其他系統之間進行密切的協調和配合，從而使得高速交通公路設施整體作用得到最大程度發揮，與其他系統共同保證路網的暢通執行。
1.2.4系統性在設計過程當中要同整個路網情況進行緊密結合，對監控系統進行全面考慮和合理設計，同時在佈設上要防止出現相互衝突以及重複的問題，使系統的整體效益和功能得到最大程度發揮。
1.2.5可擴充性在裝置選用時，應該選取一些相容性和開放性比較好的裝置，這樣有利於系統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介面也要儘可能的友好，程式功能實現模組化設計，從而使系統便於管理和維護。
2、高速公路監控系統分析
2.1監控系統層次
就當前實際情況來看，三級監控管理架構是高速公路監控管理機構普遍使用的一種形式，所謂三級監控即省級中心、路段監控中心和基層監控單元。其中後兩個監控單元主要用於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控外場設施、橋樑以及隧道管理站等。
2.2系統構成
圖1為高速公路監控系統構成示意圖。
（1）監控中心主要負責綜合管理和監控全省高速公路網的情況。主要由網路管理、資訊顯示、計算機以及資訊釋出子系統等部分構成，各子系統之間相互配合，從而使監控系統功能得以實現。
（2）路段監控中心主要是緊密結合路段實際道路交通的長度和特點，按照路段建設管理模式以及投資主體來進行設定。它的構成同監控中心相同，但是規模適當縮小。
（3）在基層監控單元當中，對於一些特大橋可以設定橋樑管理站，而隧道管理站的設定，應該按照隧道分佈特點以及管理人員生活方式和隧道長度等相關因素來進行綜合考慮。
2.3外場裝置佈設
對於高速公路監控系統而言，場外裝置的規模主要劃分為三個等級，其中對於第一類等級設施來說，應該具有完善的交通監視、資訊採集處理及釋出、交通異常判斷和匝道以及主線控制等相關的裝置。第二類和三類設施是在第一類設施的基礎之上，分別在一些重點區段全程設定以上相關設施。在供電方式的選擇方面，監控系統在高速公路設計中外場裝置通常都安裝在隧道區段、收費站附近以及服務區，通電原點之間的距離小於2500m，通常情況下電壓等級為220/380V。但是隨著社會的不斷髮展，對高速公路全程監控方面的需求也在逐漸增加，監控裝置數量逐步增多，從而就有可能加大一些裝置的供電距離，特別是對大功率裝置，供電電纜的截面也要相應增大，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，當前大多數高速公路都利用了風光互補供電以及太陽能供電等形式。另外，在實際設計過程中，應該綜合考慮場外裝置的佈設、全線電源點以及所在區域的供電實際情況，然後再合理選擇進行場外裝置供電方式。
3、高速公路監控系統結構和設計分析
就當前的實際情況而言，我國現有的'高速公路監控系統主要包括可變限速標誌、外場裝置、氣象監測感測器、計算機處理系統、車輛檢測器子系統以及投影儀等模組。其監控系統網路結構圖見圖2。通常情況，高速公路監控系統結構主要包括以下三級。
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採集到的相關資料以及收費亭的情況傳遞給收費站管理所。
3.2高速公路路段監控
這一監控分中心主要是對該路段的道路以及收費情況進行監控，主要作用是把從收費站管理當中得到的影象向路段監控中心進行上傳。
3.3省級監控中心
一般一個省的高速公路全部由省級管理局統一管理，各個監控分中心把得到的影片訊號向省級監控中心上傳，然後由它進行統一監控。另外，高速公路監控系統又可以劃分為兩個子系統：內場裝置和外場裝置。其中外場子系統主要在沿線部位進行相應設定，它由可變限速標誌、車輛檢測器、氣象檢測器以及可變情報板等設施構成，實時監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對交通突發事故的能力。內場子系統主要由計算機、電子地圖系統以及大螢幕投影系統所組成。這些相關的裝置能夠將從外場裝置傳來的資訊進行直觀顯示，同時透過計算機控制系統處理、分析、統計所採集到的相關資訊，釋出相應的交通引導資訊，在高速公路上為司機提供相關的輔助資訊，使其能夠正常安全行駛。從功能結構上分析，高速公路監控系統可以劃分為兩部分，分別是交通狀況監控系統和收費監控系統。其中收費監控系統主要按照車輛的型別，有效地監督並記錄收費員的收費過程。交通監控系統是對路面的交通狀況進行及時有效的掌握，對道路主幹線上車輛的違章情況進行實時監視，同時對隧道及互通立交等重點路線進行監視，並對相關的影象進行記錄，然後交給交通管理部門進行相應處理。透過監控系統可以顯著減少監管部門的工作量，同時也能夠提升工作效率，以推動高速公路事業的快速發展。
4、結束語
綜上所述，監控系統在高速公路當中具有極其重要的作用，不管是對高速公路上的駕駛人還是從事高速公路的管理者都發揮著積極的作用，並且在整個社會經濟發展當中也具有十分重要的地位。因此，對監視系統設計相關內容進行研究是十分必要的。隨著人們追求的不斷提升，對高速公路的服務以及管理水平方面的要求也變得更加嚴格，這就要求我們要進一步加深高速公路監控系統設計的研究，從而更好地迎合當前的發展趨勢，滿足人們的出行需求。
系統課程設計報告二
［摘要］
為提高建築工人安全檢查的效率和效果，減輕事故損害和減少事故發生，以影象識別技術為核心支撐，提出了建築工人智慧安全檢查系統的結構、功能及執行流程，並對系統執行效果進行了測試。研究和測試表明:該系統具有身份識別和安全裝備檢查功能;該系統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;該系統具有硬體投入低、檢測速度快、準確性高、應用場景廣泛的優勢，具有實際應用和推廣價值。
［關鍵詞］
施工安全;安全檢查;影象識別;系統設計
引言
施工活動是勞動力密集的高危生產活動，事故傷亡人數居高不下。目前，建築工人作業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，容易出現漏檢、誤檢等問題。隨著數字影象處理、人工智慧等技術的發展與成熟，構建自動化的建築工人安全裝備檢查系統已經成為可能。現有研究中，相關學者構建安全預警系統［1－2］、預警指標［3］用於實現施工安全事故的主動預防，但側重於事故觸發時的被動警告，缺乏事前預警。與此同時，由於影象處理的快速、高效成為人機互動［4］、目標識別［5］、物體識別與影象分割［6-10］等領域的研究熱點。這些成果為本研究的開展提供了重要的技術參考。
1、系統需求分析
結合施工現場的實際情況及現有安全檢查模式的不足，對建築工人安全裝備自動檢查系統功能的需求進行分析。
（1）系統自動化在“智慧工地”大環境下，專案管理者迫切需要透過資訊化手段實現工地的智慧化管理。對此，安全檢查工作需滿足自動感知、自動決策、自動儲存的智慧化效能需求。
（2）自動身份識別建築施工現場屬於高危區域，只有特定人員透過稽核後才可進入。在班組集中施工的時間段，人員眾多，身份辨識過程容易產生錯誤，或識別環節直接被忽略。對此，本系統應對進入施工現場的人員自動提取照片，調取專案部工人資訊進行稽核，實現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、時間內的每個建築工人的安全裝備需求，檢查效果有限。對此，本系統需結合工人當日工作任務及該項任務對應的安全裝備需求，自動識別安全裝備是否存在。
（4）資訊視覺化傳統的安全檢查方式以文字報告形式統計檢查結果，資訊繁雜，直觀性不強，容易產生漏讀情況。對此，安全檢查工作完成後需對處理的資訊進行整合，並將檢查結果以影片、音訊的形式反饋給管理層及被檢查物件。
（5）低成本、簡單易行施工專案人員較多，施工區域相對分散，可能存在多個檢查點，安全檢查系統若完全取代人工，成本不能過高。此外，考慮建築工人文化素質情況，安全檢查系統需簡單易行，方便建築工人使用。
2、系統架構設計
2.1基礎支撐平臺
OpenCVOpenCV(opensourcecomputervisionlibrary)是一個開原始碼的計算機視覺庫，包含核心資料庫、機器學習函式庫、GUI函式庫、資料結構與線性代數庫、輔助函式庫5個功能模組，涉及特徵檢測、輪廓提取、影象分割等多個影象處理函式。OpenCV可使用C/C++語言實現程式編寫，可在Windows，MacOS，LINUX作業系統中執行，同時保留了MATLAB，ＲUBY等介面，對跨領域研究提供了極大的便利。
2.2系統硬體設計
根據上述分析，提出一種建築工人安全裝備自動檢查系統。該系統硬體包括高畫質攝像頭、處理器、顯示器、音響等裝置，並分別與處理器相連。利用OpenCV對攝像頭採集待檢工人的影象進行處理，實現身份識別及安全裝備檢查，檢查結果以影片、音訊的形式展示。處理器中包含影象採集模組、資料庫模組、處理模組、資訊輸出模組，系統組成如圖1所示，各模組功能說明如表1所示。
2.3資料庫設定
根據施工現場安全檢查的實際情況，對系統資料庫模組中的基礎資料進行設定。
（1）工人資訊庫設定系統使用前，先錄入工人的姓名、照片等基本資訊，再結合施工計劃確定該工人在當日或未來幾日內的工作內容、區域、時間及所需安全裝備等資訊，形成工人資訊庫。外來參觀者等非固定人員，將照片、負責人等資訊錄入系統，賦予臨時許可權。
（2）安全裝備模型庫設定利用3DMAX等三維建模軟體，根據安全帽、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，構建安全裝備模型庫，以供安全裝備檢查中透過相似度匹配完成安全裝備識別。
2.4系統執行流程設計
本系統採用Windows7系統，在VisualStudio2013平臺下配置OpenCV2.4.9環境，對攝像頭獲取的影象資訊進行處理。
（1）自動身份識別呼叫OpenCV對比直方圖函式，將攝像頭採集的待檢查工人影象中的人臉區域影象資訊與工人資訊庫中工人的照片資訊進行相似度比對，實現人臉識別。若人臉識別失敗，系統將該項資訊處理為非法闖入，併發出警報;若人臉識別成功，則調取該工人身份資訊及工作任務安排，獲取工人的安全需求資訊，進行下一步操作。
（2）自動安全裝備檢查呼叫OpenCV模板匹配函式，以安全帽、安全帶等常用安全裝備影象作為模板影象，搜尋待檢工人影象最相似區域。常用匹配演算法有模板匹配、特徵匹配2大類。由於特徵匹配提取的特徵精度過高，實際匹配過程中匹配率反而較低，並且運算量大，對計算機配置要求高，本系統採用較為簡單的模板匹配法。
3、系統實現與測試
為測試系統性能，在Windows7作業系統、2.30GHz雙核處理器、4GB記憶體平臺上進行系統實現及測試，並選取38名土木專業在校大學生模擬建築工人，作為測試物件。
3.1自動身份識別
獲取影象後呼叫OpenCV對比直方圖函式對人臉區域影象、工人資訊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，對比影象間不同色彩所佔比例。目前，OpenCV提供4種對比標準。透過測試發現，相關係數法處理結果最為直觀，處理時間也較為理想，對此，本系統中採用相關係數進行匹配，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影象作為匹配模板，呼叫OpenCV模板匹配函式，以畫素點為基礎將模板影象在整幅源影象中滑動搜尋，即找出待檢查工人影象中與匹配模板最相似的區域。目前，OpenCV提供6種模板匹配方式。透過測試發現，由於歸一化相關係數法匹配效果最穩定，處理時間影響較少，本系統採用該演算法進行匹配。
3.3測試結果
測試發現，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，身份識別採用的人臉識別方式，透過統計不同顏色特徵區間中包含的畫素點數量後進行相似度比對，從而實現身份確認。此過程中，膚色及身後背景的差異性對識別效果產生干擾，實際中建議採用綠色、藍色、白色等純淺色背景，以減少不必要的誤檢。
4、結語
（1）筆者設計的建築工人安全裝備自動檢查系統以影象識別技術為核心支撐，利用OpenCV函式庫進行影象識別與處理，可實現自動身份識別、自動安全裝備檢查。
（2）該系統的身份識別率為81.58%，安全帽、安全帶識別率分別為97.37%，63.16%，檢查過程快速、智慧、便捷，彌補了傳統施工安全管理領域中自動化水平低的不足。
（3）該系統使用的OpenCV開發平臺提供開原始碼，在普通計算機中即可執行，攝像頭價格低廉、易於使用。因此，該系統還具有低成本、簡單易行的特點。
（4）該系統在身份自動識別、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，適用於施工現場的安全裝備檢查，具有一定的實際應用和推廣價值。
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