高速公路全程視頻監控方案探討

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

本文對高速公路視頻監控系統構成進行了簡單的介紹，列舉了幾種比較典型的高速公路全程視頻監控方案并加以比較，希望能夠為找到適合高速公路自身特點和需求的最佳方案提供一些幫助。

高速公路；全程監控；方案選擇

高速公路全程視頻監控系統是指對設在高速公路沿線的外場設備（攝像機、各類檢測器、可變信息標志等）的信息及時、準確、完整采集和處理，實現對高速公路全程范圍內無盲點監控，實時了解路況信息，如交通量、雨、霧、擁堵、超速、低速、事故等，直觀的顯示在監控中心的監視器上和電視墻上，并及時采取相應的處理措施，如救援、事故處理、交通疏導、發布信息、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、經濟的運營管理水平。本文對高速公路視頻監控系統構成進行了簡單的介紹，列舉了幾種比較典型的高速公路全程視頻監控方案并加以比較，希望能夠為找到適合高速公路自身特點和需求的最佳方案提供一些幫助。

1 高速公路視頻監控系統構成

1.1 前端設備

前端設備是指安裝在高速公路沿線的攝像機、檢測器、信息標志等，完成信息的采集和發布。攝像機可分為固定變焦攝像機、遙控變焦攝像機，也可分為槍式攝像機、球形攝像機，目前國內外攝像機品種繁多，型號、參數、功能齊全，可以滿足各種環境條件下的監控需要，目前高速公路視頻監控常用的有一體化槍式云臺攝像機和一體化高速球形攝像機兩種。一體化槍式云臺由槍式攝像機、鏡頭、防護罩、云臺、解碼器、加熱器、除霜器等構成，其特點是：性能穩定可靠，造價較低，維修成本也低，但響應速度較慢，垂直監控角度小于90°（以地平線為基準），體積和重量較大。一體化高速球形攝像機特點是：響應速度快，監控角度水平360°，垂直90°（以地平線為基準），可實現無盲點監控，體積小巧，安裝方便，但是由于其內部構造精密，線路板集成度很高，相應的價格較高，維修成本也較高。所以在設備選型上，是選擇固定式或遙控式或槍式還是球形攝像機，可根據具體的實際需求如監控距離、監控范圍、監控環境等來選擇相應參數的攝像機，選擇品牌、型號適宜的攝像機，達到即經濟實用又穩定可靠的目的。

1.2 傳輸系統

由傳輸介質和傳輸設備構成，完成對信號的處理和傳輸。傳輸介質有：雙絞線、電纜、同軸電纜、光纖、無線傳輸等。光纖傳輸具有傳輸距離遠、帶寬大、損耗小等特點，已經得到廣泛的應用，由于高速公路全程視頻監控距離較遠，一般都采用光纖傳輸。傳輸設備是完成信息處理的接入設備，實現對信號的編解碼、調制解調、放大等功能。光纖傳輸設備主要有各種類型和功能的光端機，光端機近年來發展相當迅猛，種類繁多，功能越來越齊全，越來越成熟穩定。借助這些功能強大的接入設備，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、數字方式兩大類。

1）模擬視頻傳輸：是傳統的傳輸方案，是將模擬信號經過調制器轉換成可傳輸信號，再在目的地經過解調器還原成模擬信號的傳輸方式。在光纖傳輸方案中又可分為點對點方式和多節點方式。多節點方式是近些年來出現的新技術，它利用光纖的連接帶寬資源，采用VDM或FDM技術可在單芯光纖上傳輸32路、64路或更多路的視頻信號。

2）數字視頻傳輸：隨著信息化的發展，電子技術數字化是時代發展的必然，視頻傳輸技術也走上了數字化時代。根據對視頻信號的采樣方式可分為非壓縮方式和壓縮方式。非壓縮數字視頻傳輸方式也是以光纖的帶寬資源為保證，將模擬信號通過模數轉換設備變成數字視頻信號，由光纖進行傳輸，到達目的地后，經過模數轉換設備還原成模擬視頻信號，在此過程中，信號損耗小，圖像質量得到保障。壓縮數字視頻傳輸方案則是將模擬視頻信號按照視頻壓縮標準（M-JPEG、H.261、H.263、H.264、MPEG1、MPEG2、MPEG4等）進行壓縮編碼后在以太網、光纖以及E1信道上實現圖像傳輸。這種方案可實現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損失較大，圖像質量較差，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的網絡優勢，把圖像壓縮通過網絡傳輸也是個不錯的選擇。

1.3 控制存儲系統

控制存儲系統由控制設備和存儲設備構成，完成信號的處理、調用、指令、存儲等功能，目前高速公路視頻監控系統常用的存儲設備主要有硬盤錄象機和磁盤陣列兩種。視頻聯網控制部分，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的CCTV控制方式，實現從系統配置、用戶編程、遙控攝像機控制、視頻切換、報警聯動等強大的管理功能，矩陣還配有網絡接口或串行接口以便實現與PC機的連接，由PC機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機控制方式：主要通過軟件設計實現視頻切換、矩陣控制和報警聯動等一系列的控制管理功能。另外，隨著電子技術的發展和互聯網的進步，為實現網上視頻瀏覽、控制功能的視頻Web服務器也得到了長足的發展，目前，服務器的功能越來越完善和強大，設備越來越成熟穩定，擴展性和兼容性進一步提高，為實現監控系統網絡化管理提供了技術保障，相應的軟件開發也變得越來越簡單。

2 圖像傳輸方案比較

隨著電子技術、自動化控制技術、光纖通信技術和多媒體技術的發展，高速公路視頻監控系統的技術結構也隨之發生變化，由單一的計算機集中處理方式代之為多計算功能分散的計算機網絡多媒體處理方式，從而使系統可靠性進一步提高，程序編制簡單，易于維護和功能擴展。隨著半導體微電子技術的發展，使得應用于監控系統中的各種硬件設備向集成化、一體化、智能化方向發展，設備的功能更加強大，可滿足更多信息處理的需要，使今后高速公路監控系統具有更強的功能。下面列舉了3個方案（見表1）加以比較。

表1 圖像傳輸方案對比

以上3種方案各有優缺點，方案2由于每路圖像占用一根光纖，占用資源多，這種方案已經逐漸被其它兩種方案所代替。方案1技術成熟，設備成熟穩定，組網簡單，造價較低，目前在我國高速公路視頻監控系統中有大量應用，但是其靈活性不如方案3。方案3是未來的發展趨勢，視頻監控網絡化、高清化、多媒體化是發展的必然，方案3具有良好的網絡管理功能，實現統一網管的同時，可滿足不同層次的需求，易于多級權限管理和功能擴展，具有很好的兼容性和擴展性，能夠很好的解決當前高速公路視頻監控聯網面臨的一些問題，如外場設備密度的逐漸增加，隧道、橋梁等特殊環境下的監控，各級管理部門實時調看及管理的需要，社會的需要，信息共享的需要等。高速公路視頻監控系統網絡化能夠提供一個綜合的管理平臺，為高速公路安全暢通提供技術保證。方案3的最大缺點是需要SDH的支持，SDH的一個節點是比較昂貴的，所以成本較高。

3 外場設備供電方案

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，適宜近距離供電；第2種，升降壓方式：對較遠距離采用在低壓電纜和低壓斷路器等設備耐壓范圍內升降壓方式，降低電纜線徑，外場設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，采用低壓電纜到達設備處再經過降壓變壓器變為設備所需的電壓；第3種，中、高壓方式：6kV或者10kV電壓通過高壓電纜供電，到達設備后利用地埋變壓設備輸出所需電壓。

3.2 太陽能供電

利用太陽能電池板收集太陽能，存儲在蓄電池中，為設備供電。

3.3 風光互補供電

利用風能和太陽能在時間上的互補性，使得發電系統在資源利用上達到最佳匹配。

太陽能和風能是綠色能源，節能環保，是國家鼓勵大力發展的能源，目前正在快速發展。太陽能供電系統安裝簡單，維護方便，已經得到廣泛使用。

對比以上供電方式各有優缺點。電纜供電的優點是供電功率大，造價較低，缺點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。太陽能和風能供電方式是綠色環保的能源，具有廣闊的發展前景，缺點是功率較小，發電功率受自然環境的影響大，與電纜供電相比造價較高。因此，在實際項目設計中，具體采用哪種方式需要綜合考慮。

4 事件檢測系統

事件檢測系統是近年來發展起來的新生事物，由視頻事件檢測分析儀、事件檢測服務器、以及全套檢測軟件和管理軟件組成，其中視頻事件檢測分析儀、事件檢測工作站、以太網交換機均安裝在監控分中心內，能夠進行各種交通事件事故的自動檢測，包括：交通事故、交通擁堵、遺棄物、車輛停駛、停止的明顯團霧、行人、車輛逆行、火災、重大災難等，并且系統具有聯動功能，當系統檢測到交通事件、事故時，系統能夠快速自動報警和自動錄像并自動彈出事故畫面在顯示器上實時地顯示，管理人員可根據畫面對現場進行臨時調度，并及時改變可變信息標志顯示內容，進行提前預告，為道路運營的交通異常實時檢測和道路交通安全管理提供幫助，是道路全程監控的技術核心。

5 結論

高速公路監控系統從無到有發展到今天，已經逐漸成熟起來，組網的方案很多，本文僅簡單的列舉了3個方案，高速公路管理部門可以根據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、經濟實用、穩定可靠、便于施工等多個方面權衡利弊，設計出更佳的方案。從經濟實用的角度考慮，傳統成熟的數字壓縮方案是個不錯的選擇，技術先進而費用相對較高的網路高清傳輸方式是未來的發展必然趨勢。因此，選擇方案需綜合考慮，目光長遠。

U416

A

1674-6708（2010）24-0028-02

劉鳳杰，職稱：中級，研究方向：高速公路機電工程管理、機電設備的維護維修及管理