基于epon技術的高速公路視頻監控系統應用研究

賈磊

摘要：高速公路具有設計標準高、車流量大、行車速度快等特點。視頻監控在整個高速公路監控系統中起到了重要的作用，在發現事故、排除事故、預防事故等方面起到了良好效果，保護了高速公路的安全運行。在高速公路上布置視頻監控系統可有效減少交通事故發生的概率，最大程度疏導交通。EPON技術作為光纖接入網的重要通信方式之一，能夠較好地滿足高速公路視頻監控系統的嚴格要求。因此對EPON技術在高速公路視頻監控系統中的應用加以深入探究，有著重大的意義。

關鍵詞：EPON技術;視頻監控系統;寬帶鏈接

中圖分類號：TN948.6;TN929.1文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）06-0060-02

Abstract：Theexpresswayhasthecharacteristicsofhighdesignstandard，largetrafficflowandfastrunningspeed.Videosurveillanceplaysanimportantroleinthewholeexpresswaysurveillancesystem，whichhasplayedagoodeffectinfindingaccidents，eliminatingaccidents，preventingaccidentsandsoon，andhasprotectedthesafeoperationoftheexpressway.Placingvideosurveillancesystemonhighwayscaneffectivelyreducetheprobabilityoftrafficaccidentsandfacilitatetraffictothegreatestextent.Asoneoftheimportantcommunicationmethodsofopticalfiberaccessnetwork，EPONtechnologycanmeetthestrictrequirementsofexpresswayvideosurveillancesystem.Therefore，itisofgreatsignificancetodeeplyexploretheapplicationofEPONtechnologyinexpresswayvideosurveillancesystem.

Keywords：EPONtechnology;Videosurveillancesystem;Broadbandlink

引言：高速公路是重要的交通運輸和出行紐帶，是保障我國經濟發展和企業良好運行的重要基礎建設。目前，我國高速公路的視頻監控系統已經基本建設完畢，對降低交通事故、疏導交通方面起到了良好的作用，EPON技術作為一種前沿通信技術，在視頻監控系統中有著良好的應用前景和應用價值。

1EPON技術的定義

EPON技術全稱EthernetoverPON技術，本質上是一種光纖接入技術。光纖接入技術從接入技術上可以分為兩大類，分別是有源光網絡技術和無源光網絡技術。1983年，BT實驗室基于無源光網絡技術，率先研發出了PON技術，也就是PassiveOpticalNetwork技術，這種技術是一種純介質網絡，消除了局端與用戶間的有源設備，避免了外部設備的雷電影響和電磁干擾，能夠減少整個系統的故障率，提高穩定性，并且很大的降低了維護設備的成本[1]。PON技術可以適用任何制式和速率的信號，擁有非常良好的適應性，在各種信息系統、網絡系統中應用廣泛。其中EPON（EthernetoverPON）也成了最為實用的技術，EPON技術采用點到多點的構造，使用無源光纖傳輸信號與信息，在以太網上能提供更多的業務。目前，EPON已經成為光纖接入網最有效、最實用、應用最廣泛的通信方式之一。

2EPON的結構組成

EPON主要是由無源光網絡和以太網構成的，無源光網絡又由局端側的光線路終端（OLT）、用戶側端網絡單元（ONU）和光纖分配網絡（ODN）組成，采用樹型拓撲結構，使用上行1310nm和下行1490nm波長傳送數據，語音CATV業務則使用1550nm波長承載，再根據與以太網的協議，與以太網完成接入[2]。無源光網絡中，OLT是終端設備，主要是交換器或者路由器，一般放置在機房中心，是各種業務進行的平臺。在整個EPON框架中，OLT是系統的核心，有著為客戶傳輸數據、分配帶寬的重要作用，是EPON系統穩定、安全運行的重要保障。ODN為無源光網絡的線路分配器，它的功能是分發下行數據和集中上行數據，分為光纖和無源光分路器兩部分，無源分路器不需要電源，抗電磁干擾能力強。無源分光器的部署相當靈活，由于是無源操作，幾乎可以適應所有環境。在ODN線路的設計上要考慮客戶所處的地區、客戶密度等多種元素。OND是EPON的接收單元，能夠對用戶的業務作出精確的劃分和調整，并根據與以太網的協議，接收設備終端發出的信號和數據，并轉換成為用戶需要的形式。

3EPON技術的在高速公路視頻監控系統中的應用優點

EPON技術作為應用最為廣泛的光纖接入技術，有著許多優點。由于EPON技術使用無源光網絡，在信號和數據傳輸過程中不需要外部供電，抗干擾性能強，鋪設起來更加簡單，因此這種技術的成本較低，適合大面積推廣和應用。另外EPON系統容易擴展和升級，升級時不需要對原有框架進行大的改動，而且維護成本也很低，對長期運營和管理的成本節省很大。EPON系統對局端資源的占用少，系統高度模塊化，初期投入低，擴展容易，而且EPON是一種著眼于未來的科技，是一個業務廣泛的平臺，對于向全IP網絡過渡是一個非常好的選擇，投資回報率高。EPON系統能為客戶提供上下行對稱的10Gbps帶寬，通訊性能優異。EPON系統的服務范圍大，通過點到多點的網絡結構，能夠節省帶寬資源，服務更多的用戶。

高速公路上的視頻監控系統在高速公路正常運行和人們出行安全反面發揮著重要作用，對帶寬速度、視頻清晰程度、實時圖像上傳的準確性，都有極高的要求。由于我高速公路往往距離較長，導致需要的接入點多，可能需要上百甚至是上千個接入點。另外，視頻監控系統的圖像采集點分散，經常有隧道等機電系統較為密集的區域，對視頻監控系統也有很大的影響。目前，EPON技術能較好滿足高速公路視頻監控系統的種種嚴格要求，因此對EPON技術在高速公路視頻監控系統中的應用開展探究具有重要意義。

4EPON技術在高速公路視頻監控系統中的應用探究

4.1高速公路視頻監控系統的運行機制。高速公路具有設計標準高、車流量大、行車速度快等特點。視頻監控在整個高速公路監控系統中起到了重要的作用，在發現事故、排除事故、預防事故等方面起到了良好效果，保護了高速公路的安全運行。高速公路監控系統需要對整條路線進行全程監控，監控范圍包括隧道、收費站、服務區等，視頻傳輸的介質主要是沿線鋪設的光纖。高速公路上的視頻監控系統主要由服務器、客戶機、攝像頭、數據庫、信息處理機、通訊終端等組成。其中數據庫服務器負責相應客戶機的數據請求，傳遞指令、反饋信息，存放設備參數和操作日志。客戶機主要包括通信管理模塊、路段監控模塊、圖形處理模塊、信息處理模塊、視頻監控模塊等模塊組成，是高速公路視頻監控系統的核心。在監控系統正常運行時，數據庫服務器和客戶機會在計算機網絡上連接，形成一個局域網，又通過局域網和光纜來控制整條高速公路上的監控設備。其中，前端圖像采集系統是上級監控系統中的一個重要子系統，主要工作包括實現視頻的實時切換與采集，控制視頻矩陣，連續抓取關鍵路段或隧道中的現場圖像，并對攝像機的云臺、鏡頭焦距、倍率控制、拍攝角度進行控制，為監控中心提供清晰、有效的圖像。

4.2EPON傳輸與以太網交換機傳輸的區別。高速公路視頻監控系統涉及到的視頻、圖像規模大，需要極高的帶寬和上傳速度，對于設備控制的精度有較高要求。傳統的視頻監控系統使用以太交換機進行數據接收和傳輸，以太網絡采用共享總線型傳輸媒體方式的局域網。以太網交換機每個接口都與主機以全雙工的模式相連，交換機能同時聯通多對端口，使每一對主機在相互通信時都可以獨占通信媒體，從而完成無沖突的信息傳輸。

隨著數字化技術有了飛速的發展，給攝像機的應用與發展帶來了巨大的改變，目前高清數字化攝像機的應用在高速公路視頻監控系統中已經成為主流趨勢，由于高清數字化攝像機會收集更加豐富、復雜的信息，其相關的數據傳輸設備也隨之發生了變化，在這種背景下，以太網交換機的傳輸效率和傳輸速度都已經無法滿足視頻監控系統的需求，出現多點故障時將直接影響整個視頻監控系統。

EPON是一種新型的光纖接入網技術，EPON系統采用多點結構，無源光纖傳輸，能夠在以太網上提供更多類型的服務，利用PON的拓撲結構實現了以太網的接入。具有更高的帶寬和信息傳輸速率，兼容性、擴展性強，信息指令也更加豐富，可以處理更多更復雜的視頻信息，能夠很好的彌補以太網交換機的缺點。而且EPON系統還擁有更好的穩定性和安全性，即使一個或幾個同時出現問題，也不會影響整個視頻監控系統的正常運行。因此，EPON系統逐漸取代了以太網交換機，在高速公路視頻監控系統中得到了更加廣泛的應用。

4.3視頻監控系統的終端控制作用。在高速公路視頻監控體系中，EPON系統相當于一個控制平臺，EPON系統中線路終端（ONU）和用戶側單元件（OLT）之間的最大距離為20km，高速公路通信站設有多個OLT設備，并通過配置多個PON口，實現監控系統的接入。為了節省光纖資源，監控系統一般采用5∶95的逐級分光方式，在隧道中每隔200m設置一個監控點，因此一個ONU設備會控制一條路上的設備終端。同時，編碼器可以與ONU設備連接在一起，減少單個設備發生故障的幾率，有利于提高監控的穩定性。在通信站，OLT設備通過以太網連接到高速公路的傳輸平臺，從而完成與監控平臺的連接，可以隨時將信息數據傳輸到監控平臺，提高了信息的實時性和準確性。另外，EPON技術可采用樹形線性的網絡連接方式，可以同時提供高達1Gbps的帶寬，非常適用于視頻監控系統的數據傳輸。

4.4EPON系統在IP視頻監控上的應用。當前的高速公路視頻監控網絡屬于城域網絡，用戶終端接入網絡也屬于城域網入網，視頻監控承載網絡除了包含一般的城域網技術特點之外，還有其他的特點。視頻監控承載對數據上傳的速度要求很高，監控終端分布很廣，沒有固定規則，當前的視頻監控系統的組網建設成本很高，接入點很多，整個監控系統擁有上萬個接入點，很難用傳統的視頻矩陣切換監控點。通過將視頻監控系統與IP應用緊密結合，如果出現多個監控中心同時查看一個終端設備的情況，一般會用IP技術來解決，EPON系統在IP視頻監控上得到了很好的應用。

針對高速公路視頻監控系統復雜情況和嚴格要求，形成了基于EPON技術的IP視頻監控系統。IP視頻監控系統通過EPOM以太網無源光網絡將視頻編碼設備部署在前端，并通過EPON接入網將IP化的視頻信號上傳，IP視頻信號可以靈活的傳輸到監控中心，監控中心通過IP城域網和分布在各監控中心的視頻解碼器，可以將圖像轉化為模擬信號，進行顯示[3]。通過EPON技術和IP視頻監控系統相結合，可以將監控圖像直接儲存在監控中心的IP儲存設備中，各控制中心想要調用監控圖像不再需要依靠矩陣交換就可以實現，而是通過監控系統直接向視頻解碼器發出指令，極大的減少了指令傳輸的環節，提高了視頻監控的及時性和靈敏地，使視頻監控系統能夠更加有效的保護交通安全。

4.5EPON系統在檢測高速公路違規違章車輛中的應用。高速公路是城市間的交通要道，大部分來往于兩個城市間車輛都要通過高速公路，其中出現了許多違規違章車輛，對高速公路的正常運行和其他人的行車安全造成了巨大影響。傳統的視頻監控系統對違規違章車輛的監控力度較弱，監控范圍也不夠全面，無法對違規違章車輛做出有效的懲罰。但近年來，隨著EPON系統的應用，高速公路視頻監控系統對違規違章車輛的監控力度有所上升，取得了良好的結果。應用EPON系統的視頻監控系統兼容性較強，可以在系統框架上添加多種應用程序。比如，在終端攝像頭上安裝智能測速程序，可以通過計算車輛進入與駛出的時間和距離，判斷車輛的速度是否超過安全標準，并直接將結果上傳到數據后臺，有效減少車輛超速的現象，最大發揮視頻監控系統預防危險的能力。另外，也可以在終端攝像機中安裝智能識別程序，通過外形和車牌號準確得到高速公路上貨車或載客車輛的基礎信息，得知這些車輛的承重極限，并對通過識別系統對當前的車輛狀況進行判斷，分辨出違規車輛，可以有效的對這些車輛進行針對性管理。

結論：高速公路是是重要的交通運輸和出行紐帶，在高速公路上布置視頻監控系統有著極為重要的意義，能夠減少交通事故的發生，保護交通安全。EPON作為一種新型的光纖接入技術，有帶寬大，上傳速度快，兼容性強等特點，在終端控制、IP視頻監控、違規違章車輛監控上起到了重要的作用。

參考文獻：

[1]彭思嶺.流媒體技術在高速公路視頻監控系統中的應用[J].中國交通信息化，2018（09）：92-94+100.

[2]陳燕.EPON技術在高速公路視頻監控中的應用[J].電子設計工程，2017，25（19）：64-67.

[3]楊智.高速公路數字視頻監控系統技術設計及應用探討[J].建材與裝飾，2020（04）：273-274.