高速公路全程视频监控方案探讨

刘凤杰

河北省京沪高速公路管理处，河北沧州 061001

高速公路全程视频监控方案探讨

刘凤杰

河北省京沪高速公路管理处，河北沧州 061001

本文对高速公路视频监控系统构成进行了简单的介绍，列举了几种比较典型的高速公路全程视频监控方案并加以比较，希望能够为找到适合高速公路自身特点和需求的最佳方案提供一些帮助。

高速公路；全程监控；方案选择

高速公路全程视频监控系统是指对设在高速公路沿线的外场设备（摄像机、各类检测器、可变信息标志等）的信息及时、准确、完整采集和处理，实现对高速公路全程范围内无盲点监控，实时了解路况信息，如交通量、雨、雾、拥堵、超速、低速、事故等，直观的显示在监控中心的监视器上和电视墙上，并及时采取相应的处理措施，如救援、事故处理、交通疏导、发布信息、广播等手段，确保高速公路安全畅通，提高高速公路高速、安全、经济的运营管理水平。本文对高速公路视频监控系统构成进行了简单的介绍，列举了几种比较典型的高速公路全程视频监控方案并加以比较，希望能够为找到适合高速公路自身特点和需求的最佳方案提供一些帮助。

1 高速公路视频监控系统构成

1.1 前端设备

前端设备是指安装在高速公路沿线的摄像机、检测器、信息标志等，完成信息的采集和发布。摄像机可分为固定变焦摄像机、遥控变焦摄像机，也可分为枪式摄像机、球形摄像机，目前国内外摄像机品种繁多，型号、参数、功能齐全，可以满足各种环境条件下的监控需要，目前高速公路视频监控常用的有一体化枪式云台摄像机和一体化高速球形摄像机两种。一体化枪式云台由枪式摄像机、镜头、防护罩、云台、解码器、加热器、除霜器等构成，其特点是：性能稳定可靠，造价较低，维修成本也低，但响应速度较慢，垂直监控角度小于90°（以地平线为基准），体积和重量较大。一体化高速球形摄像机特点是：响应速度快，监控角度水平360°，垂直90°（以地平线为基准），可实现无盲点监控，体积小巧，安装方便，但是由于其内部构造精密，线路板集成度很高，相应的价格较高，维修成本也较高。所以在设备选型上，是选择固定式或遥控式或枪式还是球形摄像机，可根据具体的实际需求如监控距离、监控范围、监控环境等来选择相应参数的摄像机，选择品牌、型号适宜的摄像机，达到即经济实用又稳定可靠的目的。

1.2 传输系统

由传输介质和传输设备构成，完成对信号的处理和传输。传输介质有：双绞线、电缆、同轴电缆、光纤、无线传输等。光纤传输具有传输距离远、带宽大、损耗小等特点，已经得到广泛的应用，由于高速公路全程视频监控距离较远，一般都采用光纤传输。传输设备是完成信息处理的接入设备，实现对信号的编解码、调制解调、放大等功能。光纤传输设备主要有各种类型和功能的光端机，光端机近年来发展相当迅猛，种类繁多，功能越来越齐全，越来越成熟稳定。借助这些功能强大的接入设备，视频图像的传输变得越来越容易。视频图像传输方案又分为模拟方式、数字方式两大类。

1）模拟视频传输：是传统的传输方案，是将模拟信号经过调制器转换成可传输信号，再在目的地经过解调器还原成模拟信号的传输方式。在光纤传输方案中又可分为点对点方式和多节点方式。多节点方式是近些年来出现的新技术，它利用光纤的连接带宽资源，采用VDM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。

2）数字视频传输：随着信息化的发展，电子技术数字化是时代发展的必然，视频传输技术也走上了数字化时代。根据对视频信号的采样方式可分为非压缩方式和压缩方式。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，到达目的地后，经过模数转换设备还原成模拟视频信号，在此过程中，信号损耗小，图像质量得到保障。压缩数字视频传输方案则是将模拟视频信号按照视频压缩标准（M-JPEG、H.261、H.263、H.264、MPEG1、MPEG2、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。这种方案可实现在一芯光纤上传输更多路图像，但是由于压缩过程中视频信号损失较大，图像质量较差，目前压缩效果较好的是H.264压缩方式。目前，利用高速公路本身具有SDH的网络优势，把图像压缩通过网络传输也是个不错的选择。

1.3 控制存储系统

控制存储系统由控制设备和存储设备构成，完成信号的处理、调用、指令、存储等功能，目前高速公路视频监控系统常用的存储设备主要有硬盘录象机和磁盘阵列两种。视频联网控制部分，一般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：矩阵控制方式是目前非常成熟的传统的CCTV控制方式，实现从系统配置、用户编程、遥控摄像机控制、视频切换、报警联动等强大的管理功能，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和图像管理功能。

2）PC机控制方式：主要通过软件设计实现视频切换、矩阵控制和报警联动等一系列的控制管理功能。另外，随着电子技术的发展和互联网的进步，为实现网上视频浏览、控制功能的视频Web服务器也得到了长足的发展，目前，服务器的功能越来越完善和强大，设备越来越成熟稳定，扩展性和兼容性进一步提高，为实现监控系统网络化管理提供了技术保障，相应的软件开发也变得越来越简单。

2 图像传输方案比较

随着电子技术、自动化控制技术、光纤通信技术和多媒体技术的发展，高速公路视频监控系统的技术结构也随之发生变化，由单一的计算机集中处理方式代之为多计算功能分散的计算机网络多媒体处理方式，从而使系统可靠性进一步提高，程序编制简单，易于维护和功能扩展。随着半导体微电子技术的发展，使得应用于监控系统中的各种硬件设备向集成化、一体化、智能化方向发展，设备的功能更加强大，可满足更多信息处理的需要，使今后高速公路监控系统具有更强的功能。下面列举了3个方案（见表1）加以比较。

表1 图像传输方案对比

以上3种方案各有优缺点，方案2由于每路图像占用一根光纤，占用资源多，这种方案已经逐渐被其它两种方案所代替。方案1技术成熟，设备成熟稳定，组网简单，造价较低，目前在我国高速公路视频监控系统中有大量应用，但是其灵活性不如方案3。方案3是未来的发展趋势，视频监控网络化、高清化、多媒体化是发展的必然，方案3具有良好的网络管理功能，实现统一网管的同时，可满足不同层次的需求，易于多级权限管理和功能扩展，具有很好的兼容性和扩展性，能够很好的解决当前高速公路视频监控联网面临的一些问题，如外场设备密度的逐渐增加，隧道、桥梁等特殊环境下的监控，各级管理部门实时调看及管理的需要，社会的需要，信息共享的需要等。高速公路视频监控系统网络化能够提供一个综合的管理平台，为高速公路安全畅通提供技术保证。方案3的最大缺点是需要SDH的支持，SDH的一个节点是比较昂贵的，所以成本较高。

3 外场设备供电方案

3.1 缆供电

电缆供电又分为3种。第1种，低压供电方式：采用低压电缆直埋在高速公路两侧，适宜近距离供电；第2种，升降压方式：对较远距离采用在低压电缆和低压断路器等设备耐压范围内升降压方式，降低电缆线径，外场设备从附近的变电站或低压电源处引电，采用升压变压器将电压升至660V，采用低压电缆到达设备处再经过降压变压器变为设备所需的电压；第3种，中、高压方式：6kV或者10kV电压通过高压电缆供电，到达设备后利用地埋变压设备输出所需电压。

3.2 太阳能供电

利用太阳能电池板收集太阳能，存储在蓄电池中，为设备供电。

3.3 风光互补供电

利用风能和太阳能在时间上的互补性，使得发电系统在资源利用上达到最佳匹配。

太阳能和风能是绿色能源，节能环保，是国家鼓励大力发展的能源，目前正在快速发展。太阳能供电系统安装简单，维护方便，已经得到广泛使用。

对比以上供电方式各有优缺点。电缆供电的优点是供电功率大，造价较低，缺点是电能在传输过程中损耗较大，受电缆线径的限制，供电距离受到限制。太阳能和风能供电方式是绿色环保的能源，具有广阔的发展前景，缺点是功率较小，发电功率受自然环境的影响大，与电缆供电相比造价较高。因此，在实际项目设计中，具体采用哪种方式需要综合考虑。

4 事件检测系统

事件检测系统是近年来发展起来的新生事物，由视频事件检测分析仪、事件检测服务器、以及全套检测软件和管理软件组成，其中视频事件检测分析仪、事件检测工作站、以太网交换机均安装在监控分中心内，能够进行各种交通事件事故的自动检测，包括：交通事故、交通拥堵、遗弃物、车辆停驶、停止的明显团雾、行人、车辆逆行、火灾、重大灾难等，并且系统具有联动功能，当系统检测到交通事件、事故时，系统能够快速自动报警和自动录像并自动弹出事故画面在显示器上实时地显示，管理人员可根据画面对现场进行临时调度，并及时改变可变信息标志显示内容，进行提前预告，为道路运营的交通异常实时检测和道路交通安全管理提供帮助，是道路全程监控的技术核心。

5 结论

高速公路监控系统从无到有发展到今天，已经逐渐成熟起来，组网的方案很多，本文仅简单的列举了3个方案，高速公路管理部门可以根据自身高速公路的需求和具体情况做出综合的考虑，在功能选择、经济实用、稳定可靠、便于施工等多个方面权衡利弊，设计出更佳的方案。从经济实用的角度考虑，传统成熟的数字压缩方案是个不错的选择，技术先进而费用相对较高的网路高清传输方式是未来的发展必然趋势。因此，选择方案需综合考虑，目光长远。

U416

A

1674-6708（2010）24-0028-02

刘凤杰，职称：中级，研究方向：高速公路机电工程管理、机电设备的维护维修及管理