高速公路全程視頻監(jiān)控方案探討

劉鳳杰

河北省京滬高速公路管理處，河北滄州 061001

高速公路全程視頻監(jiān)控方案探討

劉鳳杰

河北省京滬高速公路管理處，河北滄州 061001

本文對(duì)高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，列舉了幾種比較典型的高速公路全程視頻監(jiān)控方案并加以比較，希望能夠?yàn)檎业竭m合高速公路自身特點(diǎn)和需求的最佳方案提供一些幫助。

高速公路；全程監(jiān)控；方案選擇

高速公路全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是指對(duì)設(shè)在高速公路沿線的外場(chǎng)設(shè)備（攝像機(jī)、各類檢測(cè)器、可變信息標(biāo)志等）的信息及時(shí)、準(zhǔn)確、完整采集和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路全程范圍內(nèi)無盲點(diǎn)監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解路況信息，如交通量、雨、霧、擁堵、超速、低速、事故等，直觀的顯示在監(jiān)控中心的監(jiān)視器上和電視墻上，并及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，如救援、事故處理、交通疏導(dǎo)、發(fā)布信息、廣播等手段，確保高速公路安全暢通，提高高速公路高速、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營管理水平。本文對(duì)高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，列舉了幾種比較典型的高速公路全程視頻監(jiān)控方案并加以比較，希望能夠?yàn)檎业竭m合高速公路自身特點(diǎn)和需求的最佳方案提供一些幫助。

1 高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 前端設(shè)備

前端設(shè)備是指安裝在高速公路沿線的攝像機(jī)、檢測(cè)器、信息標(biāo)志等，完成信息的采集和發(fā)布。攝像機(jī)可分為固定變焦攝像機(jī)、遙控變焦攝像機(jī)，也可分為槍式攝像機(jī)、球形攝像機(jī)，目前國內(nèi)外攝像機(jī)品種繁多，型號(hào)、參數(shù)、功能齊全，可以滿足各種環(huán)境條件下的監(jiān)控需要，目前高速公路視頻監(jiān)控常用的有一體化槍式云臺(tái)攝像機(jī)和一體化高速球形攝像機(jī)兩種。一體化槍式云臺(tái)由槍式攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、云臺(tái)、解碼器、加熱器、除霜器等構(gòu)成，其特點(diǎn)是：性能穩(wěn)定可靠，造價(jià)較低，維修成本也低，但響應(yīng)速度較慢，垂直監(jiān)控角度小于90°（以地平線為基準(zhǔn)），體積和重量較大。一體化高速球形攝像機(jī)特點(diǎn)是：響應(yīng)速度快，監(jiān)控角度水平360°，垂直90°（以地平線為基準(zhǔn)），可實(shí)現(xiàn)無盲點(diǎn)監(jiān)控，體積小巧，安裝方便，但是由于其內(nèi)部構(gòu)造精密，線路板集成度很高，相應(yīng)的價(jià)格較高，維修成本也較高。所以在設(shè)備選型上，是選擇固定式或遙控式或槍式還是球形攝像機(jī)，可根據(jù)具體的實(shí)際需求如監(jiān)控距離、監(jiān)控范圍、監(jiān)控環(huán)境等來選擇相應(yīng)參數(shù)的攝像機(jī)，選擇品牌、型號(hào)適宜的攝像機(jī)，達(dá)到即經(jīng)濟(jì)實(shí)用又穩(wěn)定可靠的目的。

1.2 傳輸系統(tǒng)

由傳輸介質(zhì)和傳輸設(shè)備構(gòu)成，完成對(duì)信號(hào)的處理和傳輸。傳輸介質(zhì)有：雙絞線、電纜、同軸電纜、光纖、無線傳輸?shù)取９饫w傳輸具有傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬大、損耗小等特點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，由于高速公路全程視頻監(jiān)控距離較遠(yuǎn)，一般都采用光纖傳輸。傳輸設(shè)備是完成信息處理的接入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的編解碼、調(diào)制解調(diào)、放大等功能。光纖傳輸設(shè)備主要有各種類型和功能的光端機(jī)，光端機(jī)近年來發(fā)展相當(dāng)迅猛，種類繁多，功能越來越齊全，越來越成熟穩(wěn)定。借助這些功能強(qiáng)大的接入設(shè)備，視頻圖像的傳輸變得越來越容易。視頻圖像傳輸方案又分為模擬方式、數(shù)字方式兩大類。

1）模擬視頻傳輸：是傳統(tǒng)的傳輸方案，是將模擬信號(hào)經(jīng)過調(diào)制器轉(zhuǎn)換成可傳輸信號(hào)，再在目的地經(jīng)過解調(diào)器還原成模擬信號(hào)的傳輸方式。在光纖傳輸方案中又可分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式和多節(jié)點(diǎn)方式。多節(jié)點(diǎn)方式是近些年來出現(xiàn)的新技術(shù)，它利用光纖的連接帶寬資源，采用VDM或FDM技術(shù)可在單芯光纖上傳輸32路、64路或更多路的視頻信號(hào)。

2）數(shù)字視頻傳輸：隨著信息化的發(fā)展，電子技術(shù)數(shù)字化是時(shí)代發(fā)展的必然，視頻傳輸技術(shù)也走上了數(shù)字化時(shí)代。根據(jù)對(duì)視頻信號(hào)的采樣方式可分為非壓縮方式和壓縮方式。非壓縮數(shù)字視頻傳輸方式也是以光纖的帶寬資源為保證，將模擬信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備變成數(shù)字視頻信號(hào)，由光纖進(jìn)行傳輸，到達(dá)目的地后，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備還原成模擬視頻信號(hào)，在此過程中，信號(hào)損耗小，圖像質(zhì)量得到保障。壓縮數(shù)字視頻傳輸方案則是將模擬視頻信號(hào)按照視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)（M-JPEG、H.261、H.263、H.264、MPEG1、MPEG2、MPEG4等）進(jìn)行壓縮編碼后在以太網(wǎng)、光纖以及E1信道上實(shí)現(xiàn)圖像傳輸。這種方案可實(shí)現(xiàn)在一芯光纖上傳輸更多路圖像，但是由于壓縮過程中視頻信號(hào)損失較大，圖像質(zhì)量較差，目前壓縮效果較好的是H.264壓縮方式。目前，利用高速公路本身具有SDH的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，把圖像壓縮通過網(wǎng)絡(luò)傳輸也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

1.3 控制存儲(chǔ)系統(tǒng)

控制存儲(chǔ)系統(tǒng)由控制設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成，完成信號(hào)的處理、調(diào)用、指令、存儲(chǔ)等功能，目前高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)常用的存儲(chǔ)設(shè)備主要有硬盤錄象機(jī)和磁盤陣列兩種。視頻聯(lián)網(wǎng)控制部分，一般分為以微處理器為核心的矩陣控制方式和以PC機(jī)為主的多媒體控制方式兩類。

1）矩陣控制方式：矩陣控制方式是目前非常成熟的傳統(tǒng)的CCTV控制方式，實(shí)現(xiàn)從系統(tǒng)配置、用戶編程、遙控?cái)z像機(jī)控制、視頻切換、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等強(qiáng)大的管理功能，矩陣還配有網(wǎng)絡(luò)接口或串行接口以便實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的連接，由PC機(jī)及配套的圖形管理軟件等完成部分控制和圖像管理功能。

2）PC機(jī)控制方式：主要通過軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)視頻切換、矩陣控制和報(bào)警聯(lián)動(dòng)等一系列的控制管理功能。另外，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)步，為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上視頻瀏覽、控制功能的視頻Web服務(wù)器也得到了長足的發(fā)展，目前，服務(wù)器的功能越來越完善和強(qiáng)大，設(shè)備越來越成熟穩(wěn)定，擴(kuò)展性和兼容性進(jìn)一步提高，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化管理提供了技術(shù)保障，相應(yīng)的軟件開發(fā)也變得越來越簡(jiǎn)單。

2 圖像傳輸方案比較

隨著電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、光纖通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化，由單一的計(jì)算機(jī)集中處理方式代之為多計(jì)算功能分散的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多媒體處理方式，從而使系統(tǒng)可靠性進(jìn)一步提高，程序編制簡(jiǎn)單，易于維護(hù)和功能擴(kuò)展。隨著半導(dǎo)體微電子技術(shù)的發(fā)展，使得應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)中的各種硬件設(shè)備向集成化、一體化、智能化方向發(fā)展，設(shè)備的功能更加強(qiáng)大，可滿足更多信息處理的需要，使今后高速公路監(jiān)控系統(tǒng)具有更強(qiáng)的功能。下面列舉了3個(gè)方案（見表1）加以比較。

表1 圖像傳輸方案對(duì)比

以上3種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案2由于每路圖像占用一根光纖，占用資源多，這種方案已經(jīng)逐漸被其它兩種方案所代替。方案1技術(shù)成熟，設(shè)備成熟穩(wěn)定，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，目前在我國高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中有大量應(yīng)用，但是其靈活性不如方案3。方案3是未來的發(fā)展趨勢(shì)，視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、高清化、多媒體化是發(fā)展的必然，方案3具有良好的網(wǎng)絡(luò)管理功能，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管的同時(shí)，可滿足不同層次的需求，易于多級(jí)權(quán)限管理和功能擴(kuò)展，具有很好的兼容性和擴(kuò)展性，能夠很好的解決當(dāng)前高速公路視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)面臨的一些問題，如外場(chǎng)設(shè)備密度的逐漸增加，隧道、橋梁等特殊環(huán)境下的監(jiān)控，各級(jí)管理部門實(shí)時(shí)調(diào)看及管理的需要，社會(huì)的需要，信息共享的需要等。高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化能夠提供一個(gè)綜合的管理平臺(tái)，為高速公路安全暢通提供技術(shù)保證。方案3的最大缺點(diǎn)是需要SDH的支持，SDH的一個(gè)節(jié)點(diǎn)是比較昂貴的，所以成本較高。

3 外場(chǎng)設(shè)備供電方案

3.1 纜供電

電纜供電又分為3種。第1種，低壓供電方式：采用低壓電纜直埋在高速公路兩側(cè)，適宜近距離供電；第2種，升降壓方式：對(duì)較遠(yuǎn)距離采用在低壓電纜和低壓斷路器等設(shè)備耐壓范圍內(nèi)升降壓方式，降低電纜線徑，外場(chǎng)設(shè)備從附近的變電站或低壓電源處引電，采用升壓變壓器將電壓升至660V，采用低壓電纜到達(dá)設(shè)備處再經(jīng)過降壓變壓器變?yōu)樵O(shè)備所需的電壓；第3種，中、高壓方式：6kV或者10kV電壓通過高壓電纜供電，到達(dá)設(shè)備后利用地埋變壓設(shè)備輸出所需電壓。

3.2 太陽能供電

利用太陽能電池板收集太陽能，存儲(chǔ)在蓄電池中，為設(shè)備供電。

3.3 風(fēng)光互補(bǔ)供電

利用風(fēng)能和太陽能在時(shí)間上的互補(bǔ)性，使得發(fā)電系統(tǒng)在資源利用上達(dá)到最佳匹配。

太陽能和風(fēng)能是綠色能源，節(jié)能環(huán)保，是國家鼓勵(lì)大力發(fā)展的能源，目前正在快速發(fā)展。太陽能供電系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，已經(jīng)得到廣泛使用。

對(duì)比以上供電方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。電纜供電的優(yōu)點(diǎn)是供電功率大，造價(jià)較低，缺點(diǎn)是電能在傳輸過程中損耗較大，受電纜線徑的限制，供電距離受到限制。太陽能和風(fēng)能供電方式是綠色環(huán)保的能源，具有廣闊的發(fā)展前景，缺點(diǎn)是功率較小，發(fā)電功率受自然環(huán)境的影響大，與電纜供電相比造價(jià)較高。因此，在實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，具體采用哪種方式需要綜合考慮。

4 事件檢測(cè)系統(tǒng)

事件檢測(cè)系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的新生事物，由視頻事件檢測(cè)分析儀、事件檢測(cè)服務(wù)器、以及全套檢測(cè)軟件和管理軟件組成，其中視頻事件檢測(cè)分析儀、事件檢測(cè)工作站、以太網(wǎng)交換機(jī)均安裝在監(jiān)控分中心內(nèi)，能夠進(jìn)行各種交通事件事故的自動(dòng)檢測(cè)，包括：交通事故、交通擁堵、遺棄物、車輛停駛、停止的明顯團(tuán)霧、行人、車輛逆行、火災(zāi)、重大災(zāi)難等，并且系統(tǒng)具有聯(lián)動(dòng)功能，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到交通事件、事故時(shí)，系統(tǒng)能夠快速自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)錄像并自動(dòng)彈出事故畫面在顯示器上實(shí)時(shí)地顯示，管理人員可根據(jù)畫面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行臨時(shí)調(diào)度，并及時(shí)改變可變信息標(biāo)志顯示內(nèi)容，進(jìn)行提前預(yù)告，為道路運(yùn)營的交通異常實(shí)時(shí)檢測(cè)和道路交通安全管理提供幫助，是道路全程監(jiān)控的技術(shù)核心。

5 結(jié)論

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)從無到有發(fā)展到今天，已經(jīng)逐漸成熟起來，組網(wǎng)的方案很多，本文僅簡(jiǎn)單的列舉了3個(gè)方案，高速公路管理部門可以根據(jù)自身高速公路的需求和具體情況做出綜合的考慮，在功能選擇、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、穩(wěn)定可靠、便于施工等多個(gè)方面權(quán)衡利弊，設(shè)計(jì)出更佳的方案。從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度考慮，傳統(tǒng)成熟的數(shù)字壓縮方案是個(gè)不錯(cuò)的選擇，技術(shù)先進(jìn)而費(fèi)用相對(duì)較高的網(wǎng)路高清傳輸方式是未來的發(fā)展必然趨勢(shì)。因此，選擇方案需綜合考慮，目光長遠(yuǎn)。

U416

A

1674-6708（2010）24-0028-02

劉鳳杰，職稱：中級(jí)，研究方向：高速公路機(jī)電工程管理、機(jī)電設(shè)備的維護(hù)維修及管理