解析高速公路监控系统方案
【IT168 专稿】高速公路与一般公路相比，具有线型好、设计标准高、交通流量大、行车速度快等特点，如不采用先进的管理措施，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故和交通阻塞。为此，在一些车流量非常大的高速公路上部署全程的监控系统就是必不可少了。这些监控系统可实施交通流量和交通运行监视；对关键点进行气象检测；对关键路段实施交通适时控制；及时发现各种异常情况并采取应急措施，保证高速公路高速、安全、经济地运营管理。
一、高速公路临近系统简介
高速公路视频监控系统一般分为收费监控和道路监控两部分。收费监控系统主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，实施有效的监督。道路监控系统主要是对高速公路干线、互通立交、隧道等高速公路重点路段进行监视，掌握高速公路交通状况，及时发现交通阻塞路段、违章车辆，及时给予引导，保证高速公路的安全通畅。
目前高速公路中对视频信号的监控和管理自下而上可分为以下几层： （1）收费站：各收费站需要对本地的视频信号进行监控。各收费站所辖的摄像机信号全部引入本地视频监控系统，收费站对本地所有图像进行监控管理。
（2）监控分中心：一条高速公路通常设置几个路段监控分中心，分别对某一路段进行监控和管理。各收费站图像根据路段监控分中心要求选择几路上传，路段监控分中心对路段中各收费站上传的图像进行统一监控和管理。
（3）监控中心：（有些不设此级）多条高速公路的统一管理通常根据地域划分为若干个片区来进行。一个片区对某一区域内相临或相连的几条高速公路进行统一的监控和管理。这几条高速公路的监控分中心根据片区监控中心的要求上传图像，片区监控中心对各路段监控分中心上传的图像进行统一监控和管理。
（4）省监控中心：各省高速公路管理局需要对省内所有的高速公路进行统一监控、管理和调度。各片区监控中心将自己所辖区域内的视频信号选择上传到省中心，由省中心统一监控和管理。省中心、监控中心、监控分中心之间采用联网分级控制。控制信号采用逐级转发的形式转发到需要控制的设备。
二、系统方案 在高速公路监控系统的构成上，无论是道路监控系统、还是收费监控系统，基本上可划分为前端摄像机、传输链路、监控室控制/显示设备三大部分。
前端摄像机可以划分为监控系统用的道路沿线摄像机、隧道洞口的摄像机、隧道洞内摄像机和收费系统用的收费亭摄像机、收费车道摄像机、收费广场摄像机。根据前端摄像机性能特点的不同可分为遥控式摄像机、固定式摄像机。遥控式摄像机包括道路沿线摄像机、隧道洞口摄像机、收费广场摄像机，固定式摄像机包括隧道洞内摄像机、收费亭摄像机，收费车道摄像机。
在传输链路的选择上，主要是以点对点的方式进行传输，具体的传输介质根据传输距离的远近依次选择单模光纤、多模光纤或同轴电缆。在选用光缆后，还需选择与之相匹配的光端机。
监控室控制设备中的基本项包括视频控制矩阵、监视器、时滞录像机。另外，根据具体的使用需求，还可增加投影设备、视频分配器，多画面分割器等。
前端摄像机与收费站管理所，以及收费站管理所至高速公路监控分中心采用光端机传输图像方式。原因是沿路的光纤资源充足，并且对干道交通状况视频要求图像质量高和实时性好，尤其违章车辆的图像抓拍更是如此，如果压缩图像通过网络传输很难达不到要求。收费亭摄像机与收费站管理所距离比较近，可以使用同轴电缆或者多模光端机传输。有些光端机还可实现对车道和收费亭视频、声音同步监控。对远距离的立交、高速干道图像使用单模光端机，目前最大传输距离达120公里。如图所示。
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各收费站管理所图像上传至高速公路监控分中心可以使用点对点的光端机或者数字节点光端机，把收费站管理所的矩阵输出选择几路图像上传至高速公路监控分中心。通过监控分中心矩阵联网控制能监控高速公路各收费站及沿路的所有图像。
省监控中心一般设在城市里，并且与各高速公路距离都比较远，图像以及所有的数据传输只能利用有限的光纤。考虑传输视频数量比较多，可以充分利用高速公路本身SDH网络的优势，把图像压缩通过网络传输成为不错的选择。网络结构如图所示。
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视频监视系统实现省监控中心与下级的各高速公路监控分中心、收费站管理所多级联网控制。联网控制方式有硬件联网和软件联网方式两种，软件联网是通过各管理监控中心计算机联网，由计算机软件操作管理矩阵主机来达到联网控制要求。这种方式比较容易兼容各厂家的矩阵，不过受软件和计算机的影响，稳定性比较差，控制不灵活，并且成本比硬件联网高。
目前大部分CCTV厂家都推出了级联矩阵主机系统，根据不同的联网方式可分两个系列：一是串口接口级联方式（包括RS2
32、RS485）；二是以太网接口联网方式。前者的联网方式系统能满足比较小的二级联网系统，但扩容不方便。当联网矩阵系统比较多，使用串口（RS232/RS485）联网就显得力不从心了。首先串口联网布线繁琐，必须把联网的矩阵主机都独立铺设通信线；其次是由于使用串口联网，通信口波特率比较低，当系统需要控制图像多，响应报警信号也多时，串口联网方式就不能满足要求，或者根本就不能上传报警信号。
以太网联网通信方式是当今最流行和最普及的通信方式，通过以太网联网矩阵主机来实现全省高速公路监控联网，能充分利用已有的资源，降低联网成本，系统稳定性也比软件联网有很大提高。如图所示。
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刚开始实施监控系统时，视频监视主要是以各条高速公路为单位相对独立进行，此时的视频监视系统的联网仅是局限于监控中心--监控分中心、或是收费（分）中心--收费站之间的联接。不论在哪一级的监控室内，都可将其所获得的视频信号进行实时的显示、对全部或部分输入视频信号的存储，根据需要对某一区段的存储信息进行回放/稽查/取证。
三、应用解决方案
以上仅介绍了整个高速公路监控系统架构，对于具体的应用，在高速公路监控网上还涉及到许多具体的应用解决方案，下面分别予以介绍。
1.视频图像传输方案
视频图像传输方案即根据需上传的视频信号路数、传输距离等工程状况选择一个能够保证图像质量的传输方案。根据CCTV业内目前技术手段，视频图像传输方案可分为模拟方式、数字方式两大类。
（1）模拟视频传输：模拟视频传输是传统的传输方案。对于视频传输距离在
三、四百米以内的情况，一般都采用同轴电缆作为传输介质直接传输；大于这个距离时，模拟视频传输将以光纤作为传输介质，因为光纤带宽大，光信号抗干扰能力也较强。在光纤方案中又可分为点对点方式和多节点方式。
点对点的模拟视频传输方案通过模拟视频光端机将模拟视频信号转换成光信号，通过光纤进行传输，然后再通过模拟视频光端机将光信号还原为模拟视频信号。由于这种传输方式可以在图像传输距离满足光端机的使用前提下可靠地保证图像质量，工程造价较低，因此使它不仅在交通行业，而且在其他行业的CCTV系统中都得到广泛的应用。但是，在要求传输较多路数的视频信号时，需要足够芯数的光纤支持，而且必须集中在某点上、下视频信号。
多节点的模拟视频传输是近年出现的新技术，它同样利用光纤的连接带宽资源，采用WDM或FDM技术可在单芯光纤上传输32路、64路或更多路的视频信号。该方案不仅大大地提高了光纤的利用率，而且在保证图像质量的前提下延长的视频图像的传输距离。另外，部分此类产品还可以特别提供网络管理功能，提高系统的可靠性。
（2）数字视频传输：在电子技术不断向数字化发展的同时，视频传输技术也走上了数字化道路。根据对视频信号的采样方式可分为非压缩方式、压缩方式。
非压缩数字视频传输方式也是以光纤的带宽资源为保证，将模拟信号通过模数转换设备变成数字视频信号，由光纤进行传输，在目的地再经数模转换还原成模拟视频信号。在此过程中，丰富的带宽资源允许一路或多路的视频图像不经压缩就进行远距离传输，图像质量可得到保障。
压缩数字视频传输方案则是将模拟视频信号按视频压缩标准（M-JPEG、H.26
1、H.26
3、MPEG
1、MPEG
2、MPEG4等）进行压缩编码后在以太网、光纤以及E1信道上实现图像传输。这种传输方案中图像的质量必须有足够的传输带宽来做保障，带宽过窄时，图像将模糊不清，另外还会出现“马塞克”现象。 2.视频联网控制方案
对于视频联网控制部分，大体可分为以微处理器为核心的矩阵控制方式和以PC机为主的多媒体控制方式两类。
（1）矩阵控制方式：矩阵控制方式作为传统的CCTV控制模式，因其可实现从系统配置、用户编程、视频切换、遥控摄像机控制，报警联动等强大的管理功能，在闭路电视监控系统中得到广泛的应用。另外，矩阵还配有网络接口或串行接口以便实现与PC机的连接，由PC机及配套的图形管理软件等完成部分控制、图像管理功能。
（2）PC机控制方式：在电子计算机技术飞速发展的时代，市场上也出现了不少以PC机为基础的闭路电视控制设备，它主要通过软件设计实现视频切换、矩阵控制、报警联动等一系列的控制功能。另外，随着互联网的逐步建设，为实现网上视频浏览、控制功能的视频Web服务器也就孕育而生。
目前我国高速公路视频联网监控系统的构成还是一个混合式（模拟视频+数字视频）CCTV系统。
3.视频图像传输方案 （1）收费亭摄像机/收费车道摄像机/收费广场摄像机：这类摄像机所招拍摄的图因其所需传输距离较近、视频路数有限，所以采用同轴电缆或光纤进行模拟视频传输是性价比较高的方案。
（2）道路沿线的道路安全监控摄像机：因离道路中心监控室较远，图像传输则应根据具体情况选择相应的方案。或是先传到就近的收费站/收费点，然后与收费站图像统一上传到路中心监控室；或是直接以模拟/数字视频方式通过光纤传输到路中心监控室。
（3）收费站/隧道站监控室：如果只是对每个站的视频信号有选择地上传几路，则建议以多路视频复用方式进行传输；如果对收费站的图像需要集中监视、管理，即所有收费图像都需要上传到路中心监控室，则每路视频只经一次调制解调的多节点模拟视频传输方案是经济可靠的方案。
（4）路中心监控室：这个地方的视频图像主要是向省中心监控室传输，一般只是选择性的上传有限的几路视频图像，而且传输的距离比较长，往往大于光端机的无中继距离。
另外，考虑到高速公路上通信系统所能提供的传输带宽，建议在此区间的视频图像传输采用数字视频压缩方式。除了这些视频传输方式外，还有无线传输方案。但是，在高速公路机电系统中有专门的通信系统为监控，收费的数据、图像及话音传输提供线缆或通道，因此在高速公路的视频监控系统中基本上不采用无线传输方案。
