基于EPON技術(shù)的公安網(wǎng)建設(shè)及工程案例分析

阮邦耀

基于EPON技術(shù)的公安網(wǎng)建設(shè)及工程案例分析

阮邦耀

（福建省廣電網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)有限公司，福建 福州 350000）

首先，主要介紹了視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及我國(guó)公安網(wǎng)建設(shè)的基本現(xiàn)狀。同時(shí)，介紹了基于EPON光傳輸網(wǎng)絡(luò)的公安網(wǎng)視頻監(jiān)控工程的建設(shè)，并通過(guò)實(shí)際工程的案例進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析，以期加深對(duì)公安網(wǎng)建設(shè)的了解。

公安網(wǎng)；EPON；工程實(shí)例

1 視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

近年來(lái)伴隨著國(guó)際社會(huì)上群體性安全事件的發(fā)生次數(shù)逐年增加，各國(guó)開始越來(lái)越重視本國(guó)安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)，據(jù)統(tǒng)計(jì)英國(guó)大約安裝了400多萬(wàn)部監(jiān)控探頭，監(jiān)控探頭與人口的比例，大約為1∶15，而我國(guó)以上海為例，大約安裝了20多萬(wàn)部監(jiān)控探頭，監(jiān)控探頭與人口的比例，大約為1∶115。我國(guó)2013年安防產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)到3 900億元，其中視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已達(dá)近千億規(guī)模，按照《安防產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》所提出的目標(biāo)，到“十二五”末期，安防產(chǎn)業(yè)規(guī)模將翻一番，年均增長(zhǎng)率達(dá)到20%左右，2015年總產(chǎn)值達(dá)到5 000億元。我國(guó)目前主要采用模擬與數(shù)字兩種視頻監(jiān)控方式。

1.1 模擬監(jiān)控方式

模擬監(jiān)控采用的是模擬攝像機(jī)，其是獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)畫面的前端輸入設(shè)備，其主要以CCD圖像傳感器為核心部件，外加視頻信號(hào)處理電路和電源控制設(shè)備。采用此種監(jiān)控方式，前端設(shè)備輸出的信號(hào)為視頻信號(hào)，信號(hào)通過(guò)與機(jī)房間的鏈路將信號(hào)傳輸監(jiān)視器進(jìn)行顯示播出畫面，同時(shí)傳回的信號(hào)將在硬盤錄像機(jī)中進(jìn)行存儲(chǔ)。其主要特點(diǎn)是：

1）輸出信號(hào)是模擬信號(hào)，信號(hào)在經(jīng)過(guò)傳輸，到達(dá)機(jī)房顯示器，所顯示畫面清晰度不高，存在干擾現(xiàn)象。

2）采用隔行掃描技術(shù)，會(huì)出現(xiàn)行間閃爍效應(yīng)、并行現(xiàn)象等，同時(shí)會(huì)降低運(yùn)動(dòng)畫面的清晰度。

3）模擬信號(hào)不易于長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，存在丟失的風(fēng)險(xiǎn)。

4）此監(jiān)控方式僅能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單向傳輸，無(wú)法做到信號(hào)的雙向傳輸。

1.2 數(shù)字監(jiān)控方式

數(shù)字監(jiān)控主要采用數(shù)字?jǐn)z像頭，其也是通過(guò)攝像頭獲取監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)畫面，同時(shí)攝像頭集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器、視頻壓縮器、網(wǎng)絡(luò)接口等設(shè)備。攝像頭在獲取畫面后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，視頻壓縮器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行壓縮，壓縮后的信號(hào)通過(guò)鏈路傳輸至前端機(jī)房?jī)?nèi)，再經(jīng)過(guò)解壓、解碼，然后在屏幕上顯示。其主要特點(diǎn)是：

1）信號(hào)質(zhì)量高，輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，在經(jīng)過(guò)鏈路傳輸后，能夠較好地還原出原始信號(hào)。

2）采用逐行掃描技術(shù)，畫面清晰度高。

3）因?yàn)檩斎氲氖菙?shù)字信號(hào)，可以長(zhǎng)時(shí)間保存，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)大容量的存儲(chǔ)。

4）數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線傳輸，具有組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。

1.3 發(fā)展趨勢(shì)

伴隨著科技的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)也加快了前進(jìn)的步伐，逐步向智能化、小型化、廣覆蓋和高清晰度方向發(fā)展。

1）智能化。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合了攝像系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)等，其與傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，能夠以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)和提供有用的信息提示，從而能夠更加有效地協(xié)助安全人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理危機(jī)事件，并最大限度地降低誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象[1]。

2）小型化?？萍嫉倪M(jìn)步，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，這些都為視頻監(jiān)控設(shè)備的小型化提供了良好的基礎(chǔ)，小型化后的監(jiān)控設(shè)備可以很好地緩解日益緊張的公共空間。

3）廣覆蓋。通過(guò)對(duì)攝像技術(shù)的改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)更遠(yuǎn)距離、更廣范圍目標(biāo)的全程監(jiān)控，可以減少監(jiān)控點(diǎn)位的設(shè)置密度，以達(dá)到更加合理的布局要求，同時(shí)減少投資金額。

4）高清晰度。傳統(tǒng)的攝像頭的有效像素僅能達(dá)到752×582，畫面清晰度不高，而高清晰度攝像頭，其有效像素可以達(dá)到1 920×1 080級(jí)別，可以提供更多的圖像細(xì)節(jié)部分，使得畫面更加清晰。

2 基于EPON網(wǎng)絡(luò)的公安網(wǎng)視頻監(jiān)控建設(shè)

2004年公安部啟動(dòng)了全國(guó)平安城市建設(shè)和科技強(qiáng)警示范城市建設(shè)，經(jīng)過(guò)11年的建設(shè)，國(guó)家平安城市建設(shè)取得了很好的效果，同時(shí)我國(guó)公安網(wǎng)視頻監(jiān)控技術(shù)也取得了跨越式的發(fā)展。目前主流的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于EPON傳輸網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)結(jié)合高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、大容量存儲(chǔ)設(shè)備等組合成的新一代視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

2.1 公安網(wǎng)建設(shè)的特點(diǎn)

公安網(wǎng)視頻監(jiān)控項(xiàng)目由于其本身的特殊性和專業(yè)性，與其他視頻監(jiān)控項(xiàng)目有很多區(qū)別，主要特點(diǎn)有：

1）實(shí)時(shí)性高。監(jiān)控點(diǎn)位所傳輸回的畫面必須做到真實(shí)，且實(shí)時(shí)性高，以便能滿足警方對(duì)發(fā)生的事件做到快速處理。

2）存儲(chǔ)容量大。監(jiān)控點(diǎn)位要求能夠?qū)ΡO(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行全天24小時(shí)不間斷的監(jiān)控，同時(shí)對(duì)于視頻內(nèi)容還要能做到回看功能，故對(duì)存儲(chǔ)器容量提出了很高的要求。

3）高可靠性。監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)做到合理規(guī)劃、規(guī)范施工，保證監(jiān)控點(diǎn)位能夠具有很高的系統(tǒng)可靠度。

4）安全性。對(duì)于監(jiān)控點(diǎn)位本身的安全，也應(yīng)充分給予考慮。

2.2 PON技術(shù)

PON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由OLT、ODN、ONU以及網(wǎng)元管理系統(tǒng)組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫ǔ闃湫徒Y(jié)構(gòu)。在下行方向，視頻、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等信號(hào)通過(guò)前端機(jī)房的OLT，由光分配網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絆NU。在上行方向，來(lái)自各個(gè)ONU的多種業(yè)務(wù)信息互不干擾地通過(guò)ODN中的1:N無(wú)源光合路器耦合到同一根光纖，最終送到位于局端的OLT接收端，類似于點(diǎn)到點(diǎn)的結(jié)構(gòu)[2]。

PON網(wǎng)最為顯著的特點(diǎn)是消除了室外有源設(shè)備，信號(hào)的處理在交換機(jī)或者用戶家中的設(shè)備上完成。采用PON網(wǎng)絡(luò)從經(jīng)濟(jì)方面考慮，其前期投入低。它的傳輸距離與有源光纖接入系統(tǒng)相比，其傳輸距離短，覆蓋的范圍較小，但投資低，無(wú)須另設(shè)機(jī)房，維護(hù)容易[3]。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)和工作原理

公安網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以大致分為前端機(jī)房、傳輸網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)端攝像頭3個(gè)部分，其工作原理是攝像頭安裝在指定位置，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，生成原始視頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理，轉(zhuǎn)換成碼率適合的數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)到達(dá)ONU完成電光轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)光纜網(wǎng)傳輸至前端監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)，光信號(hào)再經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換、解碼、解壓縮等步驟后，還原成原始信號(hào)在顯示器上顯示，所傳回的信號(hào)同時(shí)在視頻存儲(chǔ)器中進(jìn)行保存，以便實(shí)現(xiàn)回看功能。公安網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 公安網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

EPON系統(tǒng)可以采用波分復(fù)用方式進(jìn)行信號(hào)的單芯傳輸。使用1 490 nm波長(zhǎng)傳輸下行信號(hào)，使用1 310 nm波長(zhǎng)傳輸EPON反向上行信號(hào)。EPON技術(shù)也可以采用雙芯傳輸方式，一芯光芯用于傳輸下行信號(hào)，另一芯光芯傳輸反向上行數(shù)據(jù)信號(hào)（1 490 nm波長(zhǎng)下行，1 310 nm波長(zhǎng)上行）。

3 工程案例分析

3.1 工程概況和建設(shè)目標(biāo)：

本工程為公安網(wǎng)新建工程，共計(jì)新增30個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)位。

本工程特點(diǎn)：

1）點(diǎn)位數(shù)量多，管道敷設(shè)量大，需完成近3 km的管道敷設(shè)工作。

2）光鏈路指標(biāo)要求高，要求施工質(zhì)量高。

3）施工任務(wù)重、時(shí)間緊，要求參加本工程施工的相關(guān)人員，具有較高的業(yè)務(wù)素質(zhì)，能夠充分理解設(shè)計(jì)思路，做到按圖施工。

本工程各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)：1）探頭監(jiān)控角度為360°；2）ONU接收光功率在-24 dBm以上；3）OLT接收光功率在-30 dBm以上。

3.2 光纜部分設(shè)計(jì)方案

光鏈路設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）一般不能將光纖與ONU直接連接，而是需要經(jīng)過(guò)光分路器或衰減器來(lái)避免ONU接收到的光功率超過(guò)其最大值。

2）下行光功率不能小于-24 dBm，否則光功率小于ONU的接收靈敏度，OLT無(wú)法發(fā)現(xiàn)ONU。

3）考慮到今后線路老化，以及實(shí)際施工過(guò)程中光纜的附加損耗，在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留2～3 dBm作為系統(tǒng)總裕量。

光纜部分，采用樹型結(jié)構(gòu)，主干光纜分別采用72芯和48芯束纜，到每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)處則采用6芯束纜，每段光纜預(yù)留系數(shù)為光纜設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的5%，光節(jié)點(diǎn)處預(yù)留10 m，光纜路由采用沿管道、桿路、沿墻敷設(shè)。光纜布放路由如圖2所示。

圖2 光纜布放路由圖

ONU通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)與前端機(jī)房?jī)?nèi)的OLT連接，其工作流程是，OLT通過(guò)一個(gè)光二分路器，將信號(hào)分成兩路，再連接至ODF柜，光信號(hào)通過(guò)光纖先傳輸至光交接箱，再通過(guò)光交箱中的16路分光器，與位于控制箱中的ONU建立連接。ONU與OLT間采用波分復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的上下行傳輸，下行采用1 490 nm波長(zhǎng)，上行采用1 310 nm波長(zhǎng)，ONU與OLT連接如圖3所示。

圖3 ONU與OLT連接圖

對(duì)于本次工程所使用的ONU設(shè)備，要求其正向接收光功率大于-24 dBm，OLT設(shè)備反向接收光功率應(yīng)大于-30 dBm。OLT與ONU間包含1∶2光分路，1∶16光分路。

ONU設(shè)備接收光功率如

式中：a代表OLT輸出功率；b代表光分路器損耗；c代表光鏈路損耗；d代表纜附加損耗。

以位于后坂路與濂水路交叉口，編號(hào)為3032441的監(jiān)控點(diǎn)（距離OLT最遠(yuǎn)的監(jiān)控點(diǎn)）為例，OLT的PON口輸出功率為0 dBm，1∶2光分路器損耗為4.0 dB，1∶16光分路器損耗為13.0 dB，光鏈路長(zhǎng)度為10.33 km，光纜損耗每公里平均為0.25 dB，光纜附加損耗計(jì)為2 dB。經(jīng)過(guò)計(jì)算3032441接收光功率如

從計(jì)算結(jié)果得出此ONU接收光功率滿足設(shè)計(jì)要求。

OLT設(shè)備接收光功率如

式中：e代表ONU輸出功率；f代表光分路器損耗；g代表光鏈路損耗；h代表光纜附加損耗。

繼續(xù)以編號(hào)為3032441的監(jiān)控點(diǎn)（距離OLT最遠(yuǎn)的監(jiān)控點(diǎn)）為例，ONU輸出功率為2 dBm，1∶2光分路器損耗為4.0 dB，1∶16光分路器損耗為13.0 dB，光鏈路長(zhǎng)度為10.33 km，光纜損耗每公里平均為0.3 dB，光纜附加損耗計(jì)為2 dB。經(jīng)過(guò)計(jì)算3032441接收光功率如

從計(jì)算結(jié)果得出此OLT接收光功率滿足設(shè)計(jì)要求。

工程總造價(jià)如表1所示，主要材料量如表2所示，主要工作量如表3所示。

表1 工程總造價(jià)表

表2 主要材料量表

4 小結(jié)

本文介紹了我國(guó)視頻監(jiān)控產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)采用EPON系統(tǒng)作為傳輸架構(gòu)，來(lái)建設(shè)公安網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析介紹，最后對(duì)某市公安網(wǎng)建設(shè)實(shí)例，從工程特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方案的選定、到工程總造價(jià)進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹，希望以此來(lái)加深對(duì)公安網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

[1] 鄭世寶.智能視頻監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2009，33（1）：94-96.

[2] 林潔.電力城域遠(yuǎn)端分支機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)接入方案探討[J].電力與電工，2009（4）：14-16.

[3]劉會(huì)衡.EPON突發(fā)式光收發(fā)模塊測(cè)試系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

Analysis of Public Security Network Construction Project Based on EPON Technology

RUAN Bangyao
（Fujian Broadcast and Television Network Engineering Technology Co.,Ltd.,Fuzhou 350000,China）

In this paper,the current development of video surveillance industry is described.The basic status of China's public security network construction,as well as the public security network video surveillance project based on EPON optical transmission network are also introduced.Through the analysis of practical engineering case,deeper understanding of the construction of public security network is achieved.

public security network；EPON;projects

表3 主要工作量表

TN943

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阮邦耀（1987—），二級(jí)建造師，助理工程師，主要研究方向?yàn)橛芯€電視HFC網(wǎng)絡(luò)、雙向傳輸?shù)取?/p>

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2014-04-24

【本文獻(xiàn)信息】阮邦耀.基于EPON技術(shù)的公安網(wǎng)建設(shè)及工程案例分析[J].電視技術(shù)，2014，38（20）.