高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)視頻干擾問(wèn)題成因與防治措施

山西交通控股集團(tuán)有限公司運(yùn)城北高速公路分公司，山西 運(yùn)城 044000

1 高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)的基本特征

收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，是為了保障進(jìn)出高速公路車(chē)輛收費(fèi)的有序進(jìn)行，與其他監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有以下基本特征：

1.1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境不佳

高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)一般布置在室外，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中容易受到周邊環(huán)境因素的影響。高速公路收費(fèi)監(jiān)控需要在室外進(jìn)行，系統(tǒng)容易受到粉塵、汽車(chē)行駛噪音和周邊電磁波的影響，運(yùn)行環(huán)境不佳。裸露在外的攝像頭很容易受到侵蝕破壞，降低視頻監(jiān)控質(zhì)量。應(yīng)做好對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的防護(hù)，降低環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。

1.2 線路布置較長(zhǎng)

高速公路的空間跨度較大，監(jiān)控系統(tǒng)需要布置較長(zhǎng)的線路，增加圖像處理的困難。另外，長(zhǎng)距離的傳輸也容易受到外界環(huán)境的影響，降低視頻信號(hào)質(zhì)量［1］。

1.3 系統(tǒng)接口多

高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)包括很多設(shè)備，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備與系統(tǒng)控制室之間的連接，需要設(shè)置大量接口。大量的接口導(dǎo)致系統(tǒng)組成復(fù)雜，也增加了視頻信號(hào)傳輸?shù)碾y度。另外，系統(tǒng)接口多，視頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中也會(huì)受到干擾，影響傳輸質(zhì)量。

2 收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)視頻干擾常見(jiàn)問(wèn)題及其原因分析

2.1 工頻干擾

我國(guó)市電采用交流電，在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，這些輻射會(huì)對(duì)高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，產(chǎn)生工頻干擾。工頻干擾會(huì)對(duì)視頻傳輸效果產(chǎn)生較大影響，會(huì)大幅降低視頻質(zhì)量，影響觀看程度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成視頻數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸［2］。工頻干擾會(huì)造成收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)上不出現(xiàn)噪點(diǎn)、網(wǎng)紋等干擾信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)無(wú)法識(shí)別的情況，造成收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法正常工作。工頻干擾的產(chǎn)生原因通常是由于攝像與監(jiān)控設(shè)備連接不良造成的，如二者同時(shí)接地，形成較大的電位差，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾。

2.2 電磁波干擾

不同類型的電磁波，對(duì)收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)的視頻干擾不同。對(duì)強(qiáng)度較低的電磁波，會(huì)使視頻畫(huà)面出現(xiàn)斜狀網(wǎng)紋，影響較小；強(qiáng)度較高的電磁波，對(duì)系統(tǒng)視頻干擾較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成傳輸信號(hào)中斷［3］。當(dāng)監(jiān)控電纜周邊的電磁波信號(hào)傳輸范圍與視頻信號(hào)重合時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生互相干擾，影響視頻信號(hào)的正常傳輸。另外，攝像與監(jiān)控設(shè)備連接不良不僅會(huì)引發(fā)工頻干擾，也會(huì)造成電磁波干擾，也是由于二者接地過(guò)程中產(chǎn)生較大的電位差造成的。

2.3 低頻噪聲干擾

低頻噪聲一般是指頻率范圍在20～30 Hz 的干擾信號(hào)［4］，會(huì)影響收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量和效率，降低畫(huà)面質(zhì)量。低頻噪聲干擾會(huì)在視頻信號(hào)中產(chǎn)生靜止水平橫紋，影響視頻畫(huà)面質(zhì)量。低頻噪聲干擾產(chǎn)生的主要原因是由于聲音、數(shù)據(jù)等低頻信號(hào)在傳輸過(guò)程中容易受到交流電的影響，進(jìn)而降低視頻畫(huà)面質(zhì)量。低頻信號(hào)的傳輸通道也在20Hz～30Hz 左右，由于低頻噪聲與交流電都存在于同一傳輸電纜中，不容易處理，對(duì)視頻質(zhì)量的影響較大。

2.4 高頻噪聲干擾

高頻噪聲是指頻率在45 MHz 以上，對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)干擾主要表現(xiàn)為視頻畫(huà)面出現(xiàn)雪花或高亮噪點(diǎn)［5］。高頻噪聲干擾會(huì)在監(jiān)控視頻中產(chǎn)生噪點(diǎn)，產(chǎn)生集群現(xiàn)象后形成高亮噪點(diǎn)，會(huì)遮擋視頻中車(chē)輛的重要信息，影響系統(tǒng)監(jiān)控作用的發(fā)揮。產(chǎn)生高頻噪聲干擾的原因是監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生基波，還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度較高的二次諧波，雖然基波的頻率較低，但諧波頻率較高，從而產(chǎn)生高頻噪音干擾。

2.5 反射干擾

高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)在受到反射干擾信號(hào)影響時(shí)，會(huì)使視頻畫(huà)面出現(xiàn)重影現(xiàn)象。在監(jiān)控視頻信號(hào)傳輸過(guò)程中，色度、亮度及飽和度都會(huì)產(chǎn)生一定程度的衰減，當(dāng)傳輸視頻的同軸網(wǎng)絡(luò)阻抗失配時(shí)，部分信號(hào)的色度、亮度及飽和度會(huì)在傳輸終端產(chǎn)生微反射，與原視頻信號(hào)疊加，并傳輸?shù)浇K端。接收端在接收到多個(gè)反射信號(hào)后，會(huì)產(chǎn)生碼間干擾（ISI），進(jìn)而出現(xiàn)收到錯(cuò)誤信號(hào)的幅度和相位，與原來(lái)的凸顯重疊在一起，形成重影現(xiàn)象，影響監(jiān)控畫(huà)面的識(shí)別。

3 收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)視頻干擾防治措施

3.1 光隔離抗干擾技術(shù)

光隔離抗干擾技術(shù)可減少各類外界因素對(duì)收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)的視頻干擾，通過(guò)提高視頻的信噪比提升系統(tǒng)的抗干擾能力。光隔離抗干擾技術(shù)的工作原理是通過(guò)發(fā)光二極管，在輸出端將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，通過(guò)在二極管上部設(shè)置的光敏電阻對(duì)發(fā)光情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，控制視頻信號(hào)傳輸線路中的電力參數(shù)，以達(dá)到減輕或消除信號(hào)干擾的目的。光隔離抗干擾技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)構(gòu)建一個(gè)光電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的單向傳輸，從而達(dá)到消除干擾信號(hào)的目的。

3.2 系統(tǒng)傳輸信號(hào)保護(hù)

為了消除或減弱干擾源對(duì)收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號(hào)的干擾，必須采取措施對(duì)系統(tǒng)傳輸信號(hào)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)前，主要采用主動(dòng)降噪的方式對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行保護(hù)，其中比較常用的是干擾隔離技術(shù)。由于系統(tǒng)外部信號(hào)對(duì)視頻信號(hào)干擾較大，可以通過(guò)在系統(tǒng)外部設(shè)置裝置收集和識(shí)別信號(hào)，并通過(guò)控制系統(tǒng)釋放出反向干擾波，消除或減弱干擾信號(hào)。不過(guò)這種技術(shù)只能用于消除外部電磁波干擾，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部干擾效果不明顯。

3.3 自干擾控制

收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要包括電磁信號(hào)干擾和線路間干擾兩類。為了消除電網(wǎng)運(yùn)行中所產(chǎn)生的電磁信號(hào)干擾，可在系統(tǒng)關(guān)鍵部件上設(shè)置電磁屏蔽裝置，消除自然環(huán)境中的電磁波對(duì)視頻信號(hào)的影響。對(duì)線路間的電磁波干擾，為了防止強(qiáng)電流產(chǎn)生的高強(qiáng)度自干擾信號(hào)影響弱電流的正常運(yùn)行，可采用接地方法消除系統(tǒng)中各類電磁信號(hào)所產(chǎn)生的自干擾信號(hào)。

3.4 調(diào)頻處理

在進(jìn)行視頻信號(hào)干擾處理時(shí)，繪制干擾波距離-頻率關(guān)系曲線，分析干擾因素。當(dāng)干擾波頻率變低時(shí)，說(shuō)明傳輸距離變長(zhǎng)了，對(duì)收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號(hào)的影響也就越大，干擾信號(hào)強(qiáng)度也越大。為了解決這類問(wèn)題，可采用調(diào)頻處理的方法，調(diào)高視頻信號(hào)的頻率，與干擾波區(qū)分開(kāi)，再使用濾波的方式減輕或消除干擾波的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

為保證高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，得到高質(zhì)量的視頻傳輸信號(hào)，分析了工頻干擾、電磁波干擾、低頻噪聲干擾、高頻噪聲干擾、反射干擾對(duì)視頻信號(hào)的影響和成因，并從光隔離抗干擾技術(shù)、系統(tǒng)傳輸信號(hào)保護(hù)、自干擾控制、傳輸調(diào)頻處理四方面提出了防治措施，以期得到高質(zhì)量的視頻傳輸信號(hào)。