馬鞍山長江公路大橋視頻監控系統設計

摘 要：文章對馬鞍山大橋千兆以太環網視頻監控系統的設計原則、系統結構、功能特點等進行了詳細地論述。與通常的高速公路監控系統接入不同，馬鞍山長江公路大橋的視頻監控系統通過點對點的光纖接入，采用千兆以太網技術，實現了道路外場視頻的綜合業務接入，降低了初始成本和運行成本。工程應用表明，全以太網視頻監控系統的架構實現簡單且易擴展。

關鍵詞：視頻監控；千兆以太網；數字化；馬鞍山大橋

1 工程背景

馬鞍山長江公路大橋位于安徽省東部，起自巢湖市和縣姥橋鎮省道206，接規劃中的馬鞍山至巢湖高速公路，終點止于馬鞍山市當涂縣牛路口（皖蘇界），與規劃中的馬鞍山至溧水公路（江蘇段）相接。全線總里程36.274公里。

主體工程為全封閉、全立交、雙向六車道的平原微丘區高速公路，設計速度100公里/小時。路基寬33.5米，路面寬30米。左汊主橋為三塔兩跨懸索橋，結構成對稱布置，主梁跨徑為2×1080m，連接主纜分跨布置為（360+1080+1080+360）m=2880m。右汊主橋為為三塔六跨的雙索面半漂浮體系斜拉橋，跨徑布置為（38+82+2×260+82+38）m，全長760m。

與以往的高速公路監控系統接入不同，馬鞍山長江公路大橋采用全光數字視頻系統方式，通過外場視頻圖像點對點至匯聚點通信站的匯聚，以及千兆以太網的傳輸架構，實現全線視頻至監控分中心的傳輸。

2 設計原則

根據馬鞍山長江公路大橋的特點，視頻監控系統設計采取以下原則。

2.1 實用性

依照用戶要求，堅持實用性為主的原則，本系統將完全滿足道路監控項目的各項需求，同時考慮未來發展需求，避免追求系統的超前性，以減少不必要的投資。

2.2 可靠性、安全性

參照大量已建成的安防視頻監控系統，借鑒其中的精華部分，為系統高可靠性的總體設計提供現實依據，選用的設備具備高可靠性、高安全性，高達數萬小時的平均無故障時間，并為關鍵設備、關鍵部件設計冗余備份。同時，選用安全機制健全、安全級別高的平臺輔佐系統搭建。

2.3 先進性

本系統設計遵循系統工程的設計準則，通過科學合理地設計，既防止片面追求某一高指標，又充分體現系統的先進性，最大程度地采用成熟、可繼承、具備廣闊發展前景的先進技術，使系統能在未來數年內不落后，并通過軟件升級即可實現更多新功能，充分保護用戶的投資。

2.4 開放性

本系統設計將采用標準化設計，嚴格遵循相關技術的國際、國內和行業標準，確保系統之間的透明性和互通互聯，并充分考慮與其它監控系統的連接。在設計和設備選型時，將科學預測未來擴容需求，進行余量設計。

2.5 易管理性、易維護性

本系統將采用圖形化軟件平臺實現整個監控系統管理與維護。可自動檢測系統中任何一臺設備的運行狀態，并示出詳細參數，以輔佐管理人員及時準確地判斷和解決問題。采用穩定易用的硬件和軟件，完全不需借助任何專用維護工具，既降低了對管理人員進行專業知識的培訓費用，又節省了日常頻繁地維護費用。

3 監控系統設計

馬鞍山大橋視頻傳輸、控制和存儲采用全光數字視頻監控系統，實現收費站、監控分中心二級監視和控制。

馬鞍山大橋視頻監控系統分為道路沿線監控、航道水面監控、大橋安保監控及服務區、收費站監控幾個部分，具體如下：

（1）跨江大橋主體工程和北接線段：全部為橋梁路段，考慮到橋面空間受限，救援時疏散困難的特點，需要加強對交通狀況的監視。在該路段按照一公里左右的間距設置遙控攝像機。左汊大橋和右汊大橋的主橋段按照200米左右間距連續布置固定攝像機，可以保證對主橋橋面狀況的無盲區觀察。

（2）南接線段：全程按照2公里左右平均間距1臺遙控攝像機布置。馬鞍山東樞紐的交通分合流路段設置遙控攝像機1臺。

（3）長江航道：考慮到長江航道航行船舶多，水面交通情況復雜的特點，為加強對江中橋梁構造物安全狀況的監視，在左汊主橋三處索塔下塔柱設置江面監視遙控攝像機，在右汊主橋兩處邊塔下橫梁位置的各設置1套遙控攝像機。

（4）大橋全景監視和安保：為對主橋整體運行狀況進行全景監視，掌握大橋設施的實時狀況，左汊主橋的三處索塔上橫梁頂分別設置長焦距的全景監視攝像機，右汊主橋的兩處邊塔頂分別設置長焦距的全景監視攝像機。左汊主橋的橋塔入口、鋼箱梁端部入口、錨碇的錨室入口處以及右汊主橋橋塔入口安裝攝像機，實時監視設施重要部位的安全狀況。

（5）服務區：在服務區中間的主線橋梁上設置遙控攝像機，從高處鳥瞰服務區的停車場，實現對服務區車流、人流的安全狀況及整個服務區的運行情況的監測。

（6）收費站：收費站廣場兩側各設置攝像機一臺，用于收費站兩側道路的交通狀況。

馬鞍山大橋項目中對視頻信號的監控和管理自下而上可分為兩層。

（1）道路沿線。全線用于道路交通監視的有32臺遙控攝像機和22臺固定攝像機。遙控攝像機采用10-200mm變焦鏡頭，設置于道路兩側，用于監視道路運行情況，采用獨立桿式安裝或與監控門架合設。固定攝像機采用7-70mm手動調焦鏡頭，設置在左汊大橋和右汊大橋的主橋段，加強對橋面狀況的監視，采用獨立桿式安裝或利用照明燈桿合設。

監控外場攝像機視頻傳輸采用全光數字視頻系統方式，為數字視頻壓縮圖像提供傳輸通路。該系統在發送端將視頻信號進行復用和編碼，使用雙碼流技術，即每路圖像均以兩種碼流存在，一路高質量、高帶寬的用于實時監控、一路低碼流的用于存儲和向公眾提供，也可根據實際應用情況靈活調配。該系統具有抗干擾性強、傳輸距離可達近百公里、圖像分插（上、下）方便、圖像質量優、節約光纖、性價比優等特點。

（2）航道水面監控。航道水面視頻監視系統主要是對主通航孔航道區域進行監視。左汊大橋三處橋塔下塔柱各設置2臺遙控攝像機，右汊大橋兩處邊塔下橫梁各設置1臺全景攝像機，攝像機采用10-330mm變焦鏡頭，攝像機的自帶照明光源作用距離要求200米以上。采用角鋼支架式安裝。全線共8套。攝像機同樣采用全光數字視頻系統方式，通過成對的以太網光端機傳輸至設置在塔柱內的視頻以太網交換機上，再通過千兆光纖以太環網傳輸至監控分中心。

（3）大橋安防監控。大橋安防監控子系統由保安監控中心對大橋設施周邊和構造主要入口監控點進行監視和控制。系統由現場監控點和大橋傳輸網絡組成。

a.現場監控點：在橋塔的橋面入口、錨碇的錨室入口、鋼箱梁兩端的入口設置監控點，共配置22套攝像機和20套雙鑒紅外報警器。左汊大橋三處橋塔上橫梁各設置2臺遙控攝像機，右汊大橋兩處邊塔頂部各設置2臺全景攝像機，攝像機采用10-330mm變焦鏡頭，采用角鋼支架式安裝。

b.傳輸網絡：視頻圖像、報警開關信號均采用全光數字視頻系統方式，外場設置成對以太網光端機，通過光纖傳輸到大橋管理處，進入監控室的以太網交換機。

（4）服務區、收費站監控。服務區、收費站的視頻圖像同樣采用全光數字視頻系統方式傳輸，采石互通收費站的視頻千兆以太網交換機通過光纖直接連至監控分中心的視頻交換機，其他收費站的局端機通過綜合業務接入網的以太網通道傳至監控分中心的視頻交換機。

（5）監控分中心。采石路段監控分中心對整條高速公路進行視頻監控和管理。監控分中心通過全光數字傳輸系統切換輸出監控外場圖像、數據。分中心的圖像通過全光數字傳輸系統局端機接入干線傳輸網中，省監控中心可通過全光數字傳輸系統具有的軟矩陣切換功能，從分中心調閱圖像。

馬鞍山大橋視頻監控系統網絡結構如圖1所示。

4 系統功能特點

馬鞍山大橋全線采用1080P的高清數字視頻技術，畫質清晰且壓縮比高，并可以集成辨識、搜索、追蹤等科技。視頻傳輸采用組播技術、雙碼流技術和流媒體技術等實現高清視頻的采集、傳輸和顯示，錄像文件管理及儲存容易，可同時異地備份。本項目的高清數字視頻技術應用為管理部門之間的信息共享提供了統一的技術平臺，在國內高速公路建設中處于技術領先的位置。

視頻圖像傳輸采用全光數字視頻系統方式，通過外場視頻圖像點對點至匯聚點通信站的匯聚，以及千兆以太網的傳輸架構，實現全線視頻至監控分中心的傳輸。相比傳統高速公路之前使用較為廣泛的EPON、光平臺等視頻傳輸方式相比，全以太網的傳輸架構結構清晰，網絡傳輸更加可靠、穩定，維護管理也更加方便。

5 結束語

千兆以太網架構的視頻系統傳輸技術是面向未來的技術，從全球的技術應用和業務需求來看，在未來的幾年內，以太網架構的傳輸技術還將有很大的發展空間。該架構的環形與星型相結合的網絡結構與馬鞍山大橋視頻監控系統的結構非常吻合，具有很好的實用性與擴展性。

參考文獻

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作者簡介：江舟（1988-），男，江蘇省南京市，江蘇省交通規劃設計院股份有限公司，研究方向：機電系統。