高速公路道路監(jiān)控高清視頻系統(tǒng)應(yīng)用研究

成韻姿

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)各地區(qū)不斷加大高速公路建設(shè)投入力度，促使高速公路網(wǎng)不斷加密。隨著里程增加運(yùn)營(yíng)管理壓力不斷增加，并且人們對(duì)高速公路服務(wù)的要求不斷提高，引入新技術(shù)和新方法輔助管理，具有重要意義。

1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值

從運(yùn)營(yíng)安全管理的角度分析，使用監(jiān)控高清視頻系統(tǒng)，能夠助力交通秩序的維護(hù)，預(yù)防并且減少交通安全事故的發(fā)生，有效優(yōu)化道路交通環(huán)境。在高速公路路段設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，抓拍機(jī)動(dòng)車違反禁止標(biāo)線指示的情況，例如違法壓實(shí)線，并且可以抓拍非緊急情況下在應(yīng)急車道上行駛和停車的行為，或者倒車與逆行等違法行為。綜合利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)和語(yǔ)音系統(tǒng)等，對(duì)違法車輛進(jìn)行攝錄，并且將信息錄入六合一系統(tǒng)，利用喊話器驅(qū)離違停車輛，消除潛在的安全隱患，保障行車的安全。除此之外，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)還能夠?yàn)轲B(yǎng)護(hù)工作提供支持，全面提高養(yǎng)護(hù)的效率，具有重要意義。

2 高速公路道路監(jiān)控高清視頻系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)例分析

2.1 案例概述

以某高速公路系統(tǒng)為例，構(gòu)建的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括片區(qū)監(jiān)控中心、管理站和收費(fèi)站、路段隧道和收費(fèi)站。根據(jù)各個(gè)路段監(jiān)控點(diǎn)的需求和要求，進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，保障高清視頻監(jiān)控的效果與效益，助力安全運(yùn)營(yíng)管理。現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)踐，進(jìn)行具體分析。

2.2 視頻信號(hào)的選擇

目前，常用的是標(biāo)清與高清信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，兩者的主要區(qū)別為清晰度，分辨率越高則越清晰。使用的標(biāo)清監(jiān)控系統(tǒng)，分別率主要為176×144（QCIF）、352×288（CIF）、704×576（DI），如果圖像是標(biāo)清的，清晰度通常不會(huì)超過(guò)DI。使用的高清監(jiān)控系統(tǒng)，分辨率主要為720P、1080i、1080P。高清監(jiān)控系統(tǒng)的分辨率，在水平向以及垂直向都比較高，可以看得更加清楚。在進(jìn)行選擇時(shí)需要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性和適用性原則，該高速公路系統(tǒng)的視頻設(shè)計(jì)，對(duì)于收費(fèi)亭監(jiān)控和收費(fèi)站車道監(jiān)控等位置，考慮到行車路線確定，并且照明條件充足，可獲得高質(zhì)量的圖像，因此選擇了720P標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 數(shù)字編碼

使用的高清攝像頭，可選擇的視頻數(shù)字編碼，主要為非壓縮編碼和壓縮編碼。其中，非壓縮編碼不需要對(duì)信號(hào)開(kāi)展壓縮處理，實(shí)際應(yīng)用中延性和實(shí)行效果很好，且可以保障視頻的質(zhì)量，不過(guò)碼流很大，很難在TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)施傳輸，視頻存儲(chǔ)中也利用壓縮技術(shù)輔助。若選擇壓縮編碼，則需要對(duì)視頻信號(hào)開(kāi)展壓縮處理，達(dá)到降低碼流的目的，并且支持TCP/IP 傳輸，后期的存儲(chǔ)和發(fā)布也相對(duì)方便。該高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置的攝像頭相對(duì)分散，并且沿線長(zhǎng)度很大，采用壓縮編碼的方式，可使得視頻信號(hào)被處理后可以在TCP/IP 內(nèi)傳輸，達(dá)到降低成本的效果，因此選擇此方法。一方面，可以保證圖像的清晰度；另一方面，還使得設(shè)置的攝像頭具有獨(dú)立IP，擁有網(wǎng)絡(luò)化的條件，例如時(shí)間與地點(diǎn)等，滿足聯(lián)網(wǎng)條件下的實(shí)時(shí)化監(jiān)控。

2.4 視頻存儲(chǔ)

一般來(lái)說(shuō)，高清標(biāo)準(zhǔn)下的視頻，多選擇NVR 存儲(chǔ)。從實(shí)際應(yīng)用的角度分析，NVR 經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收從OPC 中傳出的碼流，既可以實(shí)施管理，又能夠有效發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢(shì)，也就是分布式架構(gòu)。

2.5 信號(hào)傳輸

隧道監(jiān)控。本次設(shè)計(jì)中隧道監(jiān)控視頻信號(hào)的傳輸，主要包括單一隧道和管理站。利用攝像頭向外輸出碼流，經(jīng)過(guò)匯集之后再進(jìn)入到交換機(jī)，借助交換機(jī)形成環(huán)網(wǎng)再傳輸，傳輸?shù)街凳攸c(diǎn)交換機(jī)。各個(gè)值守點(diǎn)的交換機(jī)，按照星型組網(wǎng)的方式與管理站位置的交換機(jī)實(shí)現(xiàn)相接，之后再和通信系統(tǒng)相接，利用接入網(wǎng)通道完成信號(hào)傳輸，傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

收費(fèi)站監(jiān)控視頻信號(hào)。對(duì)于收費(fèi)亭和收費(fèi)站車道監(jiān)控，這部分視頻信號(hào)使用的是鏈狀的方式實(shí)現(xiàn)和車道位置交換機(jī)相接，每條收費(fèi)站車道的交換機(jī)使用的是星型組網(wǎng)方法實(shí)現(xiàn)和收費(fèi)站廣場(chǎng)位置交換機(jī)通信。設(shè)置在收費(fèi)站廣場(chǎng)位置的攝像頭，利用光收發(fā)器實(shí)現(xiàn)和交換機(jī)相鏈接。收費(fèi)站中各類視頻監(jiān)控圖像，利用站內(nèi)交換機(jī)與高速公路通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相接，并且經(jīng)接入網(wǎng)通道向片區(qū)監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸。

路段監(jiān)控視頻信號(hào)傳輸。按照設(shè)計(jì)方案，路段視頻碼流和交換機(jī)相接，利用該位置的交換機(jī)將各路段信號(hào)組網(wǎng)，并與最近的收費(fèi)站交換機(jī)進(jìn)行連接，利用接入網(wǎng)通道向著監(jiān)控中心傳輸。

帶寬的分配。當(dāng)選擇視頻信號(hào)采用何種方式傳輸時(shí)，還要充分考慮帶寬的分配。為了保證監(jiān)控的效果與質(zhì)量，需要將各路帶寬合理控制在適宜的范圍，不可超過(guò)2 ～8m。接入網(wǎng)帶寬則要考慮圖像路數(shù)來(lái)確定，如果視頻標(biāo)準(zhǔn)是720P，那么每路至少2Mbps。如果視頻標(biāo)準(zhǔn)是1080P，那么每路至少4Mbps。

2.6 設(shè)備接口與存儲(chǔ)

一般來(lái)說(shuō)，常用的設(shè)備接口形式為HDMI 和DVI。其中，HDMI 的傳輸速度可以達(dá)到2.25GB/s，在傳輸前不需經(jīng)過(guò)復(fù)雜轉(zhuǎn)換，可保證高質(zhì)量傳輸，有效傳輸距離為15m。采用的DVI，主要包括DVI-A、DVI-D 以及DVI-I，有效傳輸距離短且僅能夠接收數(shù)字信號(hào)。該高速公路選擇的是HDMI 接口，以保證傳輸?shù)男Ч?/p>

從存儲(chǔ)的角度分析，隧道監(jiān)控視頻選擇值守點(diǎn)設(shè)置了監(jiān)控裝置，利用高清解碼器實(shí)現(xiàn)圖像的解碼，并且能夠顯示在監(jiān)視器，保證隧道情況得到實(shí)時(shí)化采集和分析。獲得的視頻，運(yùn)用NVR的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。為了能夠增強(qiáng)回放效果，還需要做好存儲(chǔ)容量的控制。如果使用的是720P 監(jiān)控系統(tǒng)，則依據(jù)1.8GB/h 路的要求實(shí)施分配。如果使用的是1080P，則依據(jù)2.2GB/h 路的要求實(shí)施分配。對(duì)于收費(fèi)站的監(jiān)控系統(tǒng)，需要配置專門的視頻存儲(chǔ)管理裝置。對(duì)于監(jiān)控中心位置，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻的管控，并且支持回放與調(diào)用，以滿足實(shí)際需求[1]。

3 高速公路道路監(jiān)控高清視頻系統(tǒng)的推廣應(yīng)用方法

3.1 做好需求調(diào)查與分析

構(gòu)建高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，必須要堅(jiān)持從實(shí)際需求出發(fā)的原則，合理設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)和裝置，滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。一方面，既需要保證監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到高清監(jiān)控的效果。另一方面，還要做好視頻系統(tǒng)構(gòu)建的成本控制，保障需求和成本目標(biāo)達(dá)到預(yù)期。這需要進(jìn)行事前的全面調(diào)查，分析每個(gè)監(jiān)控段的具體需求和特點(diǎn)，制定完善的方案[2]。

3.2 面向智慧化高速公路建設(shè)

從高速公路未來(lái)發(fā)展的角度分析，智慧高速為發(fā)展的主要方向。通過(guò)集成各類現(xiàn)代化技術(shù)手段，例如5G 通信和北斗定位技術(shù)以及大數(shù)據(jù)等，全面感知和分析以及整合各類信息，發(fā)揮數(shù)據(jù)資源的優(yōu)勢(shì)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展，全面提高公路運(yùn)行管理水平[3]。在新技術(shù)的加持下，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)水平將會(huì)得到提高，能夠更加清晰高效，更好地為道路安全運(yùn)行提供支持與保障，為使用者提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，創(chuàng)造更多的社會(huì)價(jià)值[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路道路監(jiān)控高清視頻系統(tǒng)的構(gòu)建，需堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性和適用性原則，選擇適宜的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備，保障監(jiān)控系統(tǒng)的價(jià)值得以發(fā)揮。充分發(fā)揮高清視頻的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，輔助高速公路安全運(yùn)營(yíng)管理，為使用者提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。