視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展及在高速公路中的應(yīng)用

高航遠(yuǎn)

摘? 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及工程技術(shù)的進(jìn)步，視頻監(jiān)控技術(shù)及高速公路都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。文章綜合論述了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用及發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控;高速公路;發(fā)展;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）04-0176-03

Abstract： With the development of national economy and the progress of engineering technology， video surveillance technology and highway have made great progress. This paper comprehensively discusses the development process of video surveillance system， as well as the application and development of video surveillance system in expressway.

Keywords： video surveillance; highway; development; application

引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的高速公路里程在不斷被刷新。監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)高速公路的運(yùn)營(yíng)管理、保證高速公路服務(wù)質(zhì)量起著非常重要的作用，而視頻監(jiān)控系統(tǒng)又是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。隨著技術(shù)的進(jìn)步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)本身也經(jīng)歷了若干次的革命。從最初的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)再進(jìn)一步發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并在向著智能化方向發(fā)展。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般可分為前端信號(hào)采集部分、中間信號(hào)傳輸部分及后端控制存儲(chǔ)與顯示部分。[1]

1.1 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備有：

前端信號(hào)采集部分：模擬攝像機(jī)、解碼器及云臺(tái)等相關(guān)附件;

中間信號(hào)傳輸部分：用于視頻信號(hào)傳輸?shù)耐S電纜（BNC接口）和用于控制信號(hào)傳輸?shù)目刂凭€等;

后端信號(hào)控制存儲(chǔ)顯示設(shè)備：控制鍵盤(pán)、磁帶錄像機(jī)（Video Cassette Recorder即VCR）、視頻分配器、視頻矩陣和監(jiān)視器等。

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的典型應(yīng)用構(gòu)架如下圖1所示。

模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最早的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一經(jīng)出現(xiàn)便得到了迅速的普及和應(yīng)用，但也有其明顯的局限性：模擬攝像機(jī)采用隔行掃描，因此運(yùn)動(dòng)物體易產(chǎn)生梳狀的鋸齒，其清晰度不高;信號(hào)的傳輸一般采用同軸電纜，而同軸電纜的傳輸距離一般僅為200米左右，超過(guò)此距離就會(huì)使圖像產(chǎn)生失真，因此限制了模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，且一般只在就近監(jiān)視器上顯示;磁帶錄像機(jī)需耗費(fèi)大量的磁帶，而由于磁帶受環(huán)境溫濕度及磁場(chǎng)等影響很大使得其不易于保存，且磁帶只能順序讀取這使其回放等查看操作十分不便、效率低下。

1.2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

由于模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的諸多不足，且由于視頻編碼壓縮技術(shù)、多媒體圖像處理技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，新的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能有了極大地提升，數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備是硬盤(pán)錄像機(jī)（Digital Video Recorder DVR）。硬盤(pán)錄像機(jī)集錄像機(jī)、畫(huà)面分割器、攝像機(jī)云臺(tái)及鏡頭控制、報(bào)警處理等功能于一體，將模擬攝像機(jī)傳來(lái)的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化編碼壓縮并存儲(chǔ)在硬盤(pán)上。DVR很快便全面取代了VCR，并在視頻存儲(chǔ)、查找和回放等方面有了質(zhì)的提高。

當(dāng)前的硬盤(pán)錄像機(jī)從硬件結(jié)構(gòu)上主要分為PC式（即工控機(jī)式）硬盤(pán)錄像機(jī)和嵌入式（即DSP+MPU式）的硬盤(pán)錄像機(jī)。PC式硬盤(pán)錄像機(jī)一般由工業(yè)用主板加專(zhuān)用視頻采集卡實(shí)現(xiàn)，并建立在Windows等操作系統(tǒng)上;嵌入式DVR基于嵌入式處理器和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單因此性能穩(wěn)定使用方便。

PC式硬盤(pán)錄像機(jī)采用開(kāi)放式構(gòu)架因此兼容性強(qiáng)軟件易升級(jí)，但也易于遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊。嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)操作簡(jiǎn)單易于維護(hù)且比較穩(wěn)定，因此選擇嵌入式硬盤(pán)錄像機(jī)的用戶已經(jīng)越來(lái)越多，其應(yīng)用前景非常廣闊。

但采用DVR的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于其自身構(gòu)架的局限，仍通過(guò)同軸電纜接受模擬攝像機(jī)的視頻信號(hào)，因此適用于小型的監(jiān)控系統(tǒng)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般指安全監(jiān)視和遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域內(nèi)用于特定應(yīng)用的IP監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用戶能夠通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視及視頻圖像的錄像、以及相關(guān)的報(bào)警管理。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的模擬線纜敷設(shè)，而網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳輸視頻及其他與監(jiān)控相關(guān)的各類(lèi)信息。[2]

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可基于NVR或基于服務(wù)器+磁盤(pán)陣列的構(gòu)架，其典型應(yīng)用構(gòu)架分別如圖2、圖3所示。

其中，基于NVR架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)約了存儲(chǔ)服務(wù)器等的成本，并可實(shí)現(xiàn)云存儲(chǔ)功能。NVR架構(gòu)主要適用于中小型監(jiān)控方案，對(duì)于大型監(jiān)控方案該構(gòu)架顯得捉襟見(jiàn)肘。

基于服務(wù)器+IPSAN架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以流媒體服務(wù)器為其架構(gòu)的核心設(shè)備，提供前所未有的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)能力，由存儲(chǔ)服務(wù)器和存儲(chǔ)陣列共同完成視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的設(shè)備可在物理上集中或分散分布，這大大擴(kuò)展了系統(tǒng)在物理上的鏈接范圍，且因此使得系統(tǒng)的構(gòu)架變得更加靈活。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的管理構(gòu)架一般包括三個(gè)層級(jí)，依次為省級(jí)監(jiān)控中心、路段監(jiān)控（分）中心和基層監(jiān)控單元（隧道管理站、橋梁管理站等）。[3]而從實(shí)現(xiàn)的功用來(lái)劃分，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要分為收費(fèi)監(jiān)控和交通狀況監(jiān)控兩個(gè)子系統(tǒng)，而交通狀況子系統(tǒng)又可分為道路監(jiān)控和隧道監(jiān)控兩部分。

由于早期的高速公路受技術(shù)發(fā)展的限制，其監(jiān)控系統(tǒng)往往采用模擬監(jiān)控，而模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)不便于大規(guī)模的應(yīng)用管理，智能得到有限區(qū)域的事實(shí)視頻圖像，且依靠管理人員的肉眼與經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行路況的監(jiān)測(cè)與管理。

因此新建的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)往往采用最新的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的監(jiān)控、系統(tǒng)互連及智能管理。新一代智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在為高速公路提供車(chē)牌識(shí)別、車(chē)速測(cè)量、逆行警告和流量統(tǒng)計(jì)等多種智能化可選功能，并正在發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也正在加速發(fā)展，這將為高速公路等領(lǐng)域的日常管理、事后取證等工作帶來(lái)極大的便利，其主要的發(fā)展方向有以下幾點(diǎn)：

高清化。高清晰度、基于百萬(wàn)像素的CMOS傳感器的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已誕生多年，并在向著更加先進(jìn)的方向發(fā)展，采用逐行掃描的技術(shù)可以得到更加流暢清晰無(wú)失真的畫(huà)面，隨著技術(shù)的成熟，整個(gè)系統(tǒng)的成本也在逐步降低，這必將加速先進(jìn)設(shè)備的普及。

智能化。隨著信號(hào)處理技術(shù)、人工智能技術(shù)及計(jì)算機(jī)視覺(jué)（Computer Vision CV）技術(shù)的發(fā)展，利用視頻內(nèi)容分析技術(shù)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加入視頻智能分析模塊，借助專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力將畫(huà)面中的背景和前景目標(biāo)進(jìn)行分離，進(jìn)而識(shí)別不同的物體，以提取出換面中的關(guān)鍵有用信息，就可為系統(tǒng)快速準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能提供保障。[4-5]

參考文獻(xiàn)：

[1]楊磊，李峰，田艷生，等.閉路電視監(jiān)控實(shí)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：1-6.

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[3]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.2012年第3號(hào)公告高速公路監(jiān)控技術(shù)要求[M].人民交通出版社，2012.

[3]胡建科.高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[J].西部交通科技，2019，8（8）：156-159.

[5]蘇志賢.基于人機(jī)交互和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹悄芤曨l監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，48（1）：108-112.