淺談4G技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

徐磊

【摘要】 結(jié)合工作實踐經(jīng)驗及在建工程項目介紹了高速公路遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)特點、組成，及其在高速公路建設(shè)中的應用。

【關(guān)鍵詞】 4G傳輸速率 監(jiān)控系統(tǒng)

一、需求分析

隨著城市的發(fā)展，高速公路管理要求的不斷提高，圖像壓縮處理技術(shù)以及無線傳輸技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代化高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的一個部分。另外，計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的出現(xiàn)更促進了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)管理智能化、監(jiān)視遠程化、控制網(wǎng)絡(luò)化、存儲海量化、辦公高效化的發(fā)展。如今無線通信技術(shù)已經(jīng)進入了4G時代，4G是具有通信速度更快、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬、智能性能更高、實現(xiàn)更高質(zhì)量的特點。那么4G技術(shù)究竟會為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)帶來哪些好處？本文將就4G技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應用進行相關(guān)探討。

二、4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢

盡管架線鋪設(shè)光纜傳輸，在收費管理、圖像監(jiān)控、數(shù)據(jù)通信等方面已經(jīng)非常廣泛。但是城市每公里的光纜造價大約在1萬到2萬元人民幣左右，這種方法前期的投入太大，對于地形復雜非永久性監(jiān)控很難實行，大規(guī)模實現(xiàn)顯然是不太實際的。無線4G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)就是在這樣的情況下應運而生的。應用4G技術(shù)進行視頻監(jiān)控只需要在控制中心放置一臺無線接收設(shè)備，就可以完成對高速公路的路況等進行實時的監(jiān)控。大大減少了維護費用，而且一次性投入較高傳輸部分的成本相對較低。4G監(jiān)控是目前最先進的監(jiān)控技術(shù)屬于未來室外監(jiān)控工程的發(fā)展趨勢相信會成為承秦高速的另一亮點。

三、4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)簡介

安全技術(shù)防范行業(yè)能夠采用的4G無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)是一種集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像的通訊方法，采用最新的通訊和圖像/語音處理技術(shù)，以物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基站為載體，能提供信息通信之外的定位定時、可以在任何地址寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)，包含衛(wèi)星通信，數(shù)據(jù)采集、遠程控制等綜合功能。在監(jiān)控系統(tǒng)傳輸中把數(shù)字圖像和控制圖像相結(jié)合，建設(shè)靈活的網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)字圖像和控制圖像，實現(xiàn)本地和遠程圖像監(jiān)控及聯(lián)網(wǎng)報警。另外4G線網(wǎng)絡(luò)具有所提供的傳輸速率高，綜合成本低、無需布線、安裝周期短、維護方便、擴容能力強、靈活移動等特點，支持交互式多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會議、無線因特網(wǎng)等，提供更廣泛的服務(wù)和應用，能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路路政管理的組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制等職能的一體化決策技術(shù)支持。中國移動對現(xiàn)有的辦公信息系統(tǒng)進行融合，4G發(fā)射基站數(shù)已經(jīng)達約2萬個，已在北京、天津、上海、南京、杭州等共計14個城市展開4G網(wǎng)絡(luò)的擴大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗，采用統(tǒng)一門戶管理，打造出了一個集交通信息發(fā)布系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為一體的智能交通網(wǎng)絡(luò)平臺，進一步改善了高速公路交通管理的社會效果。

四、4G高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的基本實施方案

4G高速公路監(jiān)控的布設(shè)主要是根據(jù)高速及環(huán)城高速公路路網(wǎng)的實際情況，采用集中控制、分散管理方式，建成一個由空中視頻監(jiān)控、地面巡邏相結(jié)合的全方位、全天候、立體式的高速監(jiān)測體系。該系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心和監(jiān)控終端組成。具有對交通事故快速響應、提高道路安全性，移動辦公系統(tǒng)功能，實現(xiàn)路政巡查、監(jiān)控、案件處理一體化。主要實施方案如下：建立GPS車載定位系統(tǒng)，每隔一公里固定視頻監(jiān)控系統(tǒng)，路政巡邏車輛安裝車載監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安裝在監(jiān)控桿上的LED顯示屏提供實時的交通信息、減少車輛延滯時間和交通堵塞程度。每個基礎(chǔ)設(shè)點上安裝全方位360度旋轉(zhuǎn)式高清攝像機及路政巡邏車輛安裝車載視頻無線監(jiān)控系統(tǒng)。利用高清晰度攝像機采集前端視頻；車載機編碼加密模塊進行視頻數(shù)據(jù)的編碼壓縮及加密；再通過ADAER R系列4G路由器進行視頻壓縮數(shù)據(jù)的傳輸發(fā)送；每隔一公里建立一個基礎(chǔ)設(shè)施點，對重點部位加設(shè)監(jiān)控點。監(jiān)控點應安裝在視野寬、無障礙、監(jiān)控面大的位置，主要在匝道、重要橋涵、彎道、坡路、服務(wù)區(qū)、收費站加設(shè)監(jiān)控點，系統(tǒng)功能如圖1所示。

五、4G技術(shù)相對傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)所具有的優(yōu)點

到目前的正式商用前，三大運營商紛紛提前規(guī)劃基于4G高速無線接入特性的業(yè)務(wù)，經(jīng)歷了漫長的過程，4G移動通信無線系統(tǒng)已由從概念的運作，到小范圍的試點。

5.1 4G高速公路監(jiān)控技術(shù)相對傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)所具有的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中，有線線路戶外鋪設(shè)及維護成本非常高的因素，使得視頻采集及視頻觀看的遠程接入和傳輸成本是制約其發(fā)展與應用的重要成本。基于4G無線網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控使得視頻監(jiān)控采用無線監(jiān)控方式，衍生出更多的應用。無線網(wǎng)絡(luò)特別是電信運營商鋪設(shè)的無所不在的建立被監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間的連接，使得整體有線接入和傳輸?shù)母叱杀局苯佑绊懥藗鹘y(tǒng)視頻監(jiān)控在相當一部分領(lǐng)域和場景的應用。所以基于4G的無線視頻監(jiān)控技術(shù)開始發(fā)展壯大，并隨著用戶的不同需求程度，提供多樣化的服務(wù)。

在以往的車載移動監(jiān)控中，如應用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸，帶寬太窄，視頻占用較大，不能較好的滿足需求，運動中的圖像數(shù)據(jù)傳送到相應監(jiān)控中心也是難題。而4G高帶寬支持在任意地點上傳圖像與接受遠方圖像的無線接入，在4G無線傳輸技術(shù)的提升下得以解決。定將獨占無線視頻監(jiān)控領(lǐng)域的鰲頭。4G技術(shù)使過去無法實現(xiàn)的技術(shù)難題得到了解決，隨著4G技術(shù)的不斷完善，彌補了無線視頻同傳的劣勢。

目前初期的4G網(wǎng)絡(luò)足以傳送1路CIF實時圖像，將最大支持到100Mbps的傳輸速率，上傳帶寬能夠達到100Mbps，三大運營商都正逐步實現(xiàn)大中型城市的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。一旦高速公路全線覆蓋手機信號，再加上4G的傳輸速率，公共交通運輸?shù)倪\行安全性也將大大增強。高清、多路的視頻傳輸將使高速公路的監(jiān)控更加輕而易舉。進而提高了對突發(fā)狀況的處理能力。

5.2 4G技術(shù)應用的廣泛性

4G技術(shù)的移動性和高帶寬等特性使得傳統(tǒng)的安防監(jiān)控方式有了更深度的融合應用。從第一代的模擬監(jiān)控，安防監(jiān)控的技術(shù)開始發(fā)展，到第二代的數(shù)字監(jiān)控，再升級到第三代的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，移動監(jiān)控業(yè)務(wù)大大擴展了高速公路監(jiān)控行業(yè)。在4G的帶動下，網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控從有線向無線快速發(fā)展。

5.3 4G監(jiān)控技術(shù)與具體行業(yè)的深度融合

無線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控與具體行業(yè)的深度融合將成為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控市場發(fā)展的必然趨勢。目前4G網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備主要是手機，終端或PDA終端通過4G網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控點進行監(jiān)看和管理的后端移動或無線。隨時隨地及時掌握現(xiàn)場情況，4G無線監(jiān)控設(shè)備指監(jiān)控前端是移動或無線的和比如4G網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、4G網(wǎng)絡(luò)攝像機等設(shè)備。使得監(jiān)控不再受地理位置、現(xiàn)場環(huán)境、線路資源等限制；并且能同時將采集的視頻信號進行編碼后通過4G網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。

六、工程實施方案

6.1 供電方式

如電源較遠，則采用風光互補的方式，項目盡量采用就近市農(nóng)電引入以有效的節(jié)約能源。

6.2 接地方式

要求接地母線采用銅質(zhì)線，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備采用一點接地方式，單獨接地電阻不大于4歐姆，其線芯截面積應不小于25mm2。綜合接地電阻不大于1歐姆，不與強電的電網(wǎng)零線短接或混接，接地線不形成接地回路。

6.3 系統(tǒng)防雷措施

除了做良好的接地以外，還要同時還要做好前端單元電源的防雷措施。采用視頻信號防雷器、控制信號防雷器、電源防雷器，可對前端設(shè)備起到良好保護作用。在電子設(shè)備和防護設(shè)備之間做良好的隔離。

6.4 電源線防雷接地

根據(jù)對雷電波的頻譜分析，雷電波的絕大部分能量集中在40KHZ以下，電源線是分布最廣的傳輸線，在各種各樣的傳輸線中，也就意味著受雷電感應的幾率最高，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，60%-80%的感應雷電入侵波來自于電力傳輸線。最易引入感應雷，另外，其中最大的諧波分量就在工頻附近，因此，雷電波最易和電源線發(fā)生耦合。

系統(tǒng)對戶外設(shè)備采用了安全可靠的二級電源防雷措施，為防止雷電感應損壞相關(guān)設(shè)備，強電匯流排用BVR16mm2多絲銅芯線引到前端設(shè)備箱接地點并牢固連接。在24V交流變壓器的輸入端和輸出端并接交流電源避雷器。避雷器地線應用接地銅線與前端設(shè)備箱中的強電匯流排牢固連接。

6.5 視頻信號線和控制信號線防雷接地

視頻信號避雷器和控制信號避雷器的地線應用接地銅線與前端設(shè)備箱中的匯流排牢固連接，在視頻信號線上和數(shù)據(jù)控制線上可以根據(jù)需要分別接入視頻信號避雷器和控制信號避雷器。室外攝像機的視頻線和控制線由于傳輸距離較長，也是易受雷擊的環(huán)節(jié)。匯流排則用BVR16mm2多絲銅芯線引到前端設(shè)備箱接地點并牢固連接。

七、4G網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)應完善的地方

目前，交通的道路監(jiān)控對監(jiān)控系統(tǒng)的要求很高，由于當前能夠?qū)崿F(xiàn)盈利的運營商視頻監(jiān)控平臺基本都處于特定行業(yè)用戶上，所以4G網(wǎng)絡(luò)在應用時還必須具有有線側(cè)圖像能夠?qū)崟r看得清、錄像存得好、云臺控制等指令響應得快等性能。還應考慮增加了對無線視頻采集（如交通巡邏、執(zhí)法等）及移動視頻觀看和控制的應用要求。

八、結(jié)束語

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，多種系統(tǒng)技術(shù)的融合發(fā)展，在未來幾年將會全部過度到數(shù)字系統(tǒng)，大型高速公路視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)將成為現(xiàn)實。4G技術(shù)的應用的將逐漸普及是未來監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的方向趨勢所在。

參 考 文 獻

[1] 王陶陶. 淺析高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應用[J]. 山西交通科技，2013（5）：98-100

[2] 王陶陶. 淺析高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應用[J]. 山西交通科技，2013（5）：98-100

[3] 鄭佩洪. 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計淺談[J]. 華東科技：學術(shù)版，201（1）：138-138