高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)視頻干擾問題成因與防治措施

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1 高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)的基本特征

收費監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，是為了保障進出高速公路車輛收費的有序進行，與其他監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有以下基本特征：

1.1 系統(tǒng)運行環(huán)境不佳

高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)一般布置在室外，系統(tǒng)在運行過程中容易受到周邊環(huán)境因素的影響。高速公路收費監(jiān)控需要在室外進行，系統(tǒng)容易受到粉塵、汽車行駛噪音和周邊電磁波的影響，運行環(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。應做好對監(jiān)控系統(tǒng)的防護，降低環(huán)境因素對系統(tǒng)運行的影響。

1.2 線路布置較長

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

1.3 系統(tǒng)接口多

高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)包括很多設(shè)備，為了實現(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。大量的接口導致系統(tǒng)組成復雜，也增加了視頻信號傳輸?shù)碾y度。另外，系統(tǒng)接口多，視頻信號在傳輸過程中也會受到干擾，影響傳輸質(zhì)量。

2 收費監(jiān)控系統(tǒng)視頻干擾常見問題及其原因分析

2.1 工頻干擾

我國市電采用交流電，在電網(wǎng)運行過程中會產(chǎn)生電磁輻射，這些輻射會對高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，產(chǎn)生工頻干擾。工頻干擾會對視頻傳輸效果產(chǎn)生較大影響，會大幅降低視頻質(zhì)量，影響觀看程度，嚴重時還會造成視頻數(shù)據(jù)無法傳輸［2］。工頻干擾會造成收費監(jiān)控系統(tǒng)上不出現(xiàn)噪點、網(wǎng)紋等干擾信號，嚴重時甚至出現(xiàn)無法識別的情況，造成收費監(jiān)控系統(tǒng)無法正常工作。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，如二者同時接地，形成較大的電位差，對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾。

2.2 電磁波干擾

不同類型的電磁波，對收費監(jiān)控系統(tǒng)的視頻干擾不同。對強度較低的電磁波，會使視頻畫面出現(xiàn)斜狀網(wǎng)紋，影響較小；強度較高的電磁波，對系統(tǒng)視頻干擾較大，嚴重時會造成傳輸信號中斷［3］。當監(jiān)控電纜周邊的電磁波信號傳輸范圍與視頻信號重合時，就會產(chǎn)生互相干擾，影響視頻信號的正常傳輸。另外，攝像與監(jiān)控設(shè)備連接不良不僅會引發(fā)工頻干擾，也會造成電磁波干擾，也是由于二者接地過程中產(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［4］，會影響收費監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號的傳輸質(zhì)量和效率，降低畫面質(zhì)量。低頻噪聲干擾會在視頻信號中產(chǎn)生靜止水平橫紋，影響視頻畫面質(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)等低頻信號在傳輸過程中容易受到交流電的影響，進而降低視頻畫面質(zhì)量。低頻信號的傳輸通道也在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，對收費系統(tǒng)干擾主要表現(xiàn)為視頻畫面出現(xiàn)雪花或高亮噪點［5］。高頻噪聲干擾會在監(jiān)控視頻中產(chǎn)生噪點，產(chǎn)生集群現(xiàn)象后形成高亮噪點，會遮擋視頻中車輛的重要信息，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)運行過程中會產(chǎn)生基波，還會產(chǎn)生強度較高的二次諧波，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

高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)在受到反射干擾信號影響時，會使視頻畫面出現(xiàn)重影現(xiàn)象。在監(jiān)控視頻信號傳輸過程中，色度、亮度及飽和度都會產(chǎn)生一定程度的衰減，當傳輸視頻的同軸網(wǎng)絡(luò)阻抗失配時，部分信號的色度、亮度及飽和度會在傳輸終端產(chǎn)生微反射，與原視頻信號疊加，并傳輸?shù)浇K端。接收端在接收到多個反射信號后，會產(chǎn)生碼間干擾（ISI），進而出現(xiàn)收到錯誤信號的幅度和相位，與原來的凸顯重疊在一起，形成重影現(xiàn)象，影響監(jiān)控畫面的識別。

3 收費監(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收費監(jiān)控系統(tǒng)的視頻干擾，通過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)的工作原理是通過發(fā)光二極管，在輸出端將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺ㄟ^在二極管上部設(shè)置的光敏電阻對發(fā)光情況進行監(jiān)測，控制視頻信號傳輸線路中的電力參數(shù)，以達到減輕或消除信號干擾的目的。光隔離抗干擾技術(shù)實際上是通過構(gòu)建一個光電控制系統(tǒng)，實現(xiàn)視頻信號的單向傳輸，從而達到消除干擾信號的目的。

3.2 系統(tǒng)傳輸信號保護

為了消除或減弱干擾源對收費監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號的干擾，必須采取措施對系統(tǒng)傳輸信號進行保護。當前，主要采用主動降噪的方式對傳輸信號進行保護，其中比較常用的是干擾隔離技術(shù)。由于系統(tǒng)外部信號對視頻信號干擾較大，可以通過在系統(tǒng)外部設(shè)置裝置收集和識別信號，并通過控制系統(tǒng)釋放出反向干擾波，消除或減弱干擾信號。不過這種技術(shù)只能用于消除外部電磁波干擾，對系統(tǒng)內(nèi)部干擾效果不明顯。

3.3 自干擾控制

收費監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要包括電磁信號干擾和線路間干擾兩類。為了消除電網(wǎng)運行中所產(chǎn)生的電磁信號干擾，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)境中的電磁波對視頻信號的影響。對線路間的電磁波干擾，為了防止強電流產(chǎn)生的高強度自干擾信號影響弱電流的正常運行，可采用接地方法消除系統(tǒng)中各類電磁信號所產(chǎn)生的自干擾信號。

3.4 調(diào)頻處理

在進行視頻信號干擾處理時，繪制干擾波距離-頻率關(guān)系曲線，分析干擾因素。當干擾波頻率變低時，說明傳輸距離變長了，對收費監(jiān)控系統(tǒng)視頻信號的影響也就越大，干擾信號強度也越大。為了解決這類問題，可采用調(diào)頻處理的方法，調(diào)高視頻信號的頻率，與干擾波區(qū)分開，再使用濾波的方式減輕或消除干擾波的影響。

4 結(jié)語

為保證高速公路收費監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，得到高質(zhì)量的視頻傳輸信號，分析了工頻干擾、電磁波干擾、低頻噪聲干擾、高頻噪聲干擾、反射干擾對視頻信號的影響和成因，并從光隔離抗干擾技術(shù)、系統(tǒng)傳輸信號保護、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。