收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用淺析

金 燁 蔡堅(jiān)健 林元偉

浙江龍麗麗龍高速公路有限公司

收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用淺析

金 燁 蔡堅(jiān)健 林元偉

浙江龍麗麗龍高速公路有限公司

一、行業(yè)背景

監(jiān)控技術(shù)飛速發(fā)展，相關(guān)監(jiān)控產(chǎn)品不斷升級(jí)換代，監(jiān)控主流設(shè)備已完成模擬 -＞半高清-＞ 高清的產(chǎn)品升級(jí)。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)也經(jīng)歷了模擬到高清的轉(zhuǎn)換，因受到相關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)文件制約，其監(jiān)控系統(tǒng)高清化的進(jìn)度和深度同行業(yè)內(nèi)相比有較大的滯后。收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)收費(fèi)站的車(chē)道、收費(fèi)廣場(chǎng)、收費(fèi)亭的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)道通行情況、亭內(nèi)收費(fèi)員的操作過(guò)程以及收費(fèi)過(guò)程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀(guān)察和記錄，實(shí)施有效的監(jiān)督，主要功能包括音視頻監(jiān)控、應(yīng)急報(bào)警聯(lián)動(dòng)、語(yǔ)音對(duì)講等。

(1)收費(fèi)站模擬監(jiān)控系統(tǒng)組成

在金麗溫、龍麗麗龍高速建設(shè)及運(yùn)營(yíng)階段，收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)主要是模擬監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括視頻監(jiān)控、音頻監(jiān)控、腳踏報(bào)警、有線(xiàn)對(duì)講系統(tǒng)等組成；前端監(jiān)控設(shè)備有車(chē)道攝像機(jī)、亭內(nèi)攝像機(jī)、亭內(nèi)拾音器、亭內(nèi)腳踏報(bào)警開(kāi)關(guān)、對(duì)講分機(jī)等；中間傳輸設(shè)備包括音頻光端機(jī)、視頻光端機(jī)、開(kāi)關(guān)量光端機(jī)；后端處理設(shè)備包括視/音頻分配器、視/音頻矩陣、硬盤(pán)錄像機(jī)、電視墻、報(bào)警主機(jī)、對(duì)講主機(jī)等。模擬監(jiān)控系統(tǒng)由各獨(dú)立功能子系統(tǒng)組合而成，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備眾多、成本高昂且后期維護(hù)困難等特點(diǎn)，現(xiàn)已基本淘汰。

(2)收費(fèi)站通用高清監(jiān)控系統(tǒng)

隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，高清監(jiān)控成為主流趨勢(shì)，筆者所在的金麗溫、龍麗麗龍高速自2014年開(kāi)始進(jìn)行智慧高速建設(shè)以來(lái)，收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生了重大變化，高清攝像機(jī)代替了模擬攝像機(jī)，舊有的音視頻光端機(jī)、音視頻矩陣、音視頻分配器等均已淘汰。在收費(fèi)站高清監(jiān)控系統(tǒng)中，車(chē)道、廣場(chǎng)、亭內(nèi)攝像機(jī)信號(hào)都匯入車(chē)道監(jiān)控交換機(jī)，利用監(jiān)控以太網(wǎng)絡(luò)上傳，接入網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)或視頻服務(wù)器，并在后端監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行查看。與模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，高清監(jiān)控通過(guò)公共監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰且靈活性好，只要網(wǎng)絡(luò)正常，可以輕松實(shí)現(xiàn)圖像的遠(yuǎn)程調(diào)用與查看。（見(jiàn)圖1）

(3)收費(fèi)站綜合高清監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

金麗溫、龍麗麗龍高速在高清監(jiān)控建設(shè)過(guò)程中，考慮到收費(fèi)站應(yīng)急報(bào)警系統(tǒng)的特殊性，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行升級(jí)改造，報(bào)警系統(tǒng)仍然作為一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)單獨(dú)存在，采用原來(lái)模式運(yùn)行：各崗?fù)つ_踏開(kāi)關(guān) -＞ 車(chē)道配電箱 -＞ 開(kāi)關(guān)量發(fā)射機(jī)(車(chē)道)-＞ 開(kāi)關(guān)量接收機(jī)(機(jī)房)-＞ 報(bào)警主機(jī)。

根據(jù)筆者對(duì)行業(yè)和高清產(chǎn)品的調(diào)查，高清攝像機(jī)都設(shè)計(jì)為一體化網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，除基本高清圖像外，還集成了音頻輸入輸出、開(kāi)關(guān)量輸入輸出功能，將音頻信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)和視頻信號(hào)同步編碼與解碼，統(tǒng)一接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)實(shí)際調(diào)查，金麗溫、龍麗麗龍各亭內(nèi)的高清攝像機(jī)，都具有視頻、音頻、開(kāi)關(guān)量一體化接入特性。

利用亭內(nèi)攝像機(jī)預(yù)留的音頻輸入輸出、開(kāi)關(guān)量輸入輸出端口，僅需增設(shè)語(yǔ)音對(duì)講終端，可以方便搭建基于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的IP對(duì)講系統(tǒng)，并且不占用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口和IP地址資源；同時(shí)還可以對(duì)腳踏報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，將腳踏開(kāi)關(guān)信號(hào)接入亭內(nèi)攝像機(jī)開(kāi)關(guān)量輸入端口，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的就近接入，同時(shí)在后臺(tái)視頻監(jiān)控軟件中，添加腳踏信號(hào)與監(jiān)控圖像的聯(lián)動(dòng)控制功能，實(shí)現(xiàn)腳踏報(bào)警與視頻監(jiān)控的集成與聯(lián)動(dòng)，從而替代原來(lái)獨(dú)立的應(yīng)急報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。

二、收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

收費(fèi)站綜合高清監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不再局限于單個(gè)收費(fèi)站，而是一個(gè)開(kāi)放性系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的地方，可以組建任意的柘樸結(jié)構(gòu)，根據(jù)高速公路管理特性，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站級(jí)(單站點(diǎn))、中心所級(jí)(2～3個(gè)站點(diǎn))、分中心級(jí)(全路段)、中心級(jí)(全公司多個(gè)路段)的綜合監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括：音視頻監(jiān)控、音視頻對(duì)講、應(yīng)急報(bào)警、報(bào)警視頻聯(lián)動(dòng)、聲光報(bào)警輸出、錄像查看與回放。

收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下幾大子系統(tǒng)組成：

1、音視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，此功能與普通高清監(jiān)控系統(tǒng)基本相同，主要設(shè)備包括高清攝像機(jī)、拾音器(對(duì)講系統(tǒng)共用)、硬盤(pán)錄像機(jī)、音頻視頻解碼器、監(jiān)視器(或電視墻)，實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控、圖像輪切、音頻監(jiān)聽(tīng)、錄像存儲(chǔ)與回放等功能。

2、音視頻對(duì)講子系統(tǒng)，主要設(shè)備為音頻對(duì)講終端，其他設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)共用，包括攝像機(jī)、錄像機(jī)、傳輸通道、管理軟件等，實(shí)現(xiàn)上級(jí)管理單位(中心、分中心、中心所、收費(fèi)站)同任意崗?fù)さ膶?shí)時(shí)音視頻對(duì)講。

圖1 收費(fèi)站模擬監(jiān)控和高清監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)比圖

圖2 收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

3、應(yīng)急報(bào)警聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)，主要設(shè)備腳踏報(bào)警開(kāi)關(guān)，其他設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)共用，實(shí)現(xiàn)腳踏報(bào)警信號(hào)的實(shí)時(shí)上傳與聯(lián)動(dòng)輸出，聯(lián)動(dòng)效果包括：監(jiān)控軟件圖像彈屏、報(bào)警聲音輸出、聲光報(bào)警器報(bào)警等。

4、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，主要設(shè)備為交換機(jī)、光收發(fā)器、三層交換機(jī)等，是監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。為保證圖像、音頻、報(bào)警信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)帶寬一定要有足夠的余量，建議主干監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)帶寬為10G、站級(jí)網(wǎng)絡(luò)帶寬為千兆、設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)帶寬為百兆。（見(jiàn)圖2）

利用亭內(nèi)高清攝像機(jī)音頻輸入輸出端口，在收費(fèi)亭內(nèi)增設(shè)音頻對(duì)講終端，集成話(huà)筒、拾音器、應(yīng)急按鈕等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的采樣與輸出；亭內(nèi)語(yǔ)音、報(bào)警信號(hào)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)提供的音頻通道和開(kāi)關(guān)量通道，編碼為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)上傳管理中心，配合視頻監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)音視頻對(duì)講和報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能。

與普通高清監(jiān)控系統(tǒng)相比，綜合監(jiān)控系統(tǒng)最大化利用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的集成端口，以攝像機(jī)為關(guān)鍵設(shè)備，連接對(duì)講終端采集亭內(nèi)聲音和輸出服務(wù)端聲音；與獨(dú)立IP對(duì)講系統(tǒng)相比，無(wú)需對(duì)講主機(jī)和對(duì)講分機(jī)IP的編碼模塊，且無(wú)需專(zhuān)門(mén)分配IP地址，具有較好的成本優(yōu)勢(shì)和架構(gòu)可靠性。系統(tǒng)主要由以下幾塊設(shè)備構(gòu)成：

(1)中心設(shè)備

在分中心稽查工作站或中心所監(jiān)控工作站上，安裝網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)全線(xiàn)收費(fèi)圖像、音頻、報(bào)警信息的集中監(jiān)控；同時(shí)工作站配置專(zhuān)業(yè)話(huà)筒和有源音箱，與各崗?fù)?shí)現(xiàn)雙向?qū)χv功能。主要設(shè)備包括：監(jiān)控工作站、話(huà)筒、音箱。通過(guò)在監(jiān)控軟件中添加腳踏報(bào)警信號(hào)，并匹配對(duì)應(yīng)亭內(nèi)或車(chē)道圖像，在報(bào)警發(fā)生時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)：

A、自動(dòng)聯(lián)動(dòng)彈圖(對(duì)應(yīng)崗?fù)せ蜍?chē)道圖像彈出提醒)；

B、自動(dòng)記錄報(bào)警事件并進(jìn)行事件錄像；

C、驅(qū)動(dòng)外置聲光報(bào)警器報(bào)警；

D、同步監(jiān)聽(tīng)對(duì)應(yīng)崗?fù)ぢ曇簦?/p>

(2)前端設(shè)備

在各崗?fù)?nèi)安裝音頻對(duì)講終端，集成拾音器、喇叭、呼叫按鈕，信號(hào)接入亭內(nèi)攝像機(jī)；主要設(shè)備為：音頻對(duì)講終端、腳踏開(kāi)關(guān)及相關(guān)線(xiàn)材。有兩個(gè)方案可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)接入：

(1)亭內(nèi)攝像機(jī)接入

一般情況下，亭內(nèi)攝像機(jī)提供有 1～2路開(kāi)關(guān)量輸入輸出端口，可以接入腳踏報(bào)警信號(hào)、對(duì)講終端按鈕信號(hào)、或是其他車(chē)道傳感設(shè)備信號(hào)。

(2)硬盤(pán)錄像機(jī)接入

如果亭內(nèi)攝像機(jī)沒(méi)有開(kāi)關(guān)量輸入端口或是端口已用完，可以將腳踏報(bào)警信號(hào)上傳到監(jiān)控室(原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)上傳)，接入硬盤(pán)錄像機(jī)報(bào)警輸入口。

(3)傳輸網(wǎng)絡(luò)

利用現(xiàn)有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸，拓樸結(jié)構(gòu)靈活，可以實(shí)現(xiàn)站級(jí)、中心所級(jí)、分中心級(jí)音視頻對(duì)講和報(bào)警聯(lián)動(dòng)。

三、項(xiàng)目實(shí)施效果

（見(jiàn)圖3）

四、收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)分析

1、成本優(yōu)勢(shì)

(見(jiàn)表1)

從成本分析可以出看，綜合監(jiān)控平臺(tái)有較大成本優(yōu)勢(shì)，與模擬監(jiān)控系統(tǒng)相比，單站點(diǎn)節(jié)約11.7萬(wàn)元左右；與高清監(jiān)控系統(tǒng)相比，單站點(diǎn)節(jié)約5.8萬(wàn)元左右。

2、系統(tǒng)實(shí)施更加便捷，施工工程量小

與現(xiàn)有獨(dú)立式高清監(jiān)控系統(tǒng)相比，收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更加清晰，設(shè)備數(shù)量少、連接線(xiàn)纜少。施工更加便捷，拾音器、對(duì)講終端、腳踏報(bào)警信號(hào)就近接入亭內(nèi)攝像機(jī)，不需要單獨(dú)敷設(shè)各崗?fù)ぶ淋?chē)道配電箱的信號(hào)線(xiàn)，不需安裝傳輸用各類(lèi)光端機(jī)、報(bào)警主機(jī)、對(duì)講主機(jī)、對(duì)講分機(jī)等設(shè)備，同時(shí)也節(jié)約了收費(fèi)車(chē)道至通信機(jī)房的光纖資源。

3、系統(tǒng)穩(wěn)定性與維護(hù)性更好

圖3 監(jiān)控軟件監(jiān)視界面與聲光報(bào)警

表1 單個(gè)收費(fèi)站各類(lèi)監(jiān)控系統(tǒng)成本列表

與現(xiàn)有獨(dú)立式高清監(jiān)控系統(tǒng)相比，收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰，設(shè)備數(shù)量少、連接線(xiàn)纜少，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、后期維護(hù)性更好。

4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活性更好

收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)利用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸，在整個(gè)路段、公司層面是互聯(lián)互通的，可以方便實(shí)現(xiàn)區(qū)域化集中管理(大小站管理)，只需要在中心站點(diǎn)添加小站的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小站的視頻、音頻、腳踏報(bào)警信號(hào)的集中管理，無(wú)需增加小站至大站的傳輸設(shè)備。

5、節(jié)省監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)資源

收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)完全利用現(xiàn)有攝像機(jī)(IPC)、硬盤(pán)錄像機(jī)(NVR)集成的音頻輸入輸出端口、開(kāi)關(guān)量輸入輸出端口，實(shí)現(xiàn)音視頻對(duì)講、報(bào)警聯(lián)動(dòng)與輸出，無(wú)需占用任何監(jiān)控系統(tǒng)交換機(jī)端口和IP地址資源。

6、系統(tǒng)擴(kuò)展性更優(yōu)

收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以方便的進(jìn)行功能擴(kuò)展，利用高清攝像機(jī)的開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道，在收費(fèi)車(chē)道增設(shè)超高車(chē)輛檢測(cè)、禁止行人上高速檢測(cè)等傳感設(shè)備，可以快速搭建收費(fèi)站異常事件檢測(cè)及聯(lián)動(dòng)處理系統(tǒng)。

五、結(jié)束語(yǔ)

2017年3月，筆者所在的麗龍高速，完成了全線(xiàn)8個(gè)站點(diǎn)的收費(fèi)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)改造，在現(xiàn)有高清監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，僅新增了對(duì)講終端，即在分中心、中心所都實(shí)現(xiàn)了全路段的音視頻對(duì)講和應(yīng)急報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，單個(gè)站點(diǎn)實(shí)施成本僅有幾千塊。自改造完畢，綜合監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、對(duì)講聲音清晰、應(yīng)急報(bào)警響應(yīng)及時(shí)，得到一線(xiàn)收費(fèi)員、營(yíng)運(yùn)管理人員的一致肯定。在系統(tǒng)總結(jié)推廣會(huì)議上，受邀的省院專(zhuān)家高度認(rèn)可，建議作為標(biāo)準(zhǔn)模板，列入新建高速收費(fèi)站監(jiān)控系統(tǒng)中；同時(shí)，該系統(tǒng)在浙江金麗溫、龍慶、云景、龍浦等高速得到一定的推廣應(yīng)用。

[1]《高速公路監(jiān)控技術(shù)要求》 交通運(yùn)輸部2012年第3號(hào)公告；

[2]《高速公路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行收費(fèi)、監(jiān)控、通信系統(tǒng)技術(shù)要求》 DB33/T747-2009.

[3]“高清監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討”，《中國(guó)安防》，2010(10)：45-48.