视频监控技术的发展及在高速公路中的应用

高航远

摘  要：随着国民经济的发展及工程技术的进步，视频监控技术及高速公路都有了长足的进步。文章综合论述了视频监控系统的发展历程，以及视频监控系统在高速公路中的应用及发展状况。

关键词：视频监控;高速公路;发展;应用

中图分类号：U495 文献标志码：A 文章编号：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

随着我国国民经济的发展，我国的高速公路里程在不断被刷新。监控系统对高速公路的运营管理、保证高速公路服务质量起着非常重要的作用，而视频监控系统又是监控系统的重要组成部分。随着技术的进步，视频监控系统本身也经历了若干次的革命。从最初的模拟视频监控系统发展到数字视频监控系统再进一步发展到网络视频监控系统，并在向着智能化方向发展。

1 视频监控系统的发展

视频监控系统一般可分为前端信号采集部分、中间信号传输部分及后端控制存储与显示部分。[1]

1.1 模拟视频监控系统

模拟视频监控系统的核心设备有：

前端信号采集部分：模拟摄像机、解码器及云台等相关附件;

中间信号传输部分：用于视频信号传输的同轴电缆（BNC接口）和用于控制信号传输的控制线等;

后端信号控制存储显示设备：控制键盘、磁带录像机（Video Cassette Recorder即VCR）、视频分配器、视频矩阵和监视器等。

模拟视频监控系统的典型应用构架如下图1所示。

模拟视频监控系统是最早的视频监控系统，一经出现便得到了迅速的普及和应用，但也有其明显的局限性：模拟摄像机采用隔行扫描，因此运动物体易产生梳状的锯齿，其清晰度不高;信号的传输一般采用同轴电缆，而同轴电缆的传输距离一般仅为200米左右，超过此距离就会使图像产生失真，因此限制了模拟视频监控系统的应用范围，且一般只在就近监视器上显示;磁带录像机需耗费大量的磁带，而由于磁带受环境温湿度及磁场等影响很大使得其不易于保存，且磁带只能顺序读取这使其回放等查看操作十分不便、效率低下。

1.2 数字视频监控系统

由于模拟视频监控系统的诸多不足，且由于视频编码压缩技术、多媒体图像处理技术等数字化技术的发展，新的数字视频监控系统应运而生。

数字化视频监控系统对模拟视频监控系统的性能有了极大地提升，数字化视频监控系统的核心设备是硬盘录像机（Digital Video Recorder DVR）。硬盘录像机集录像机、画面分割器、摄像机云台及镜头控制、报警处理等功能于一体，将模拟摄像机传来的模拟视频信号进行数字化编码压缩并存储在硬盘上。DVR很快便全面取代了VCR，并在视频存储、查找和回放等方面有了质的提高。

当前的硬盘录像机从硬件结构上主要分为PC式（即工控机式）硬盘录像机和嵌入式（即DSP+MPU式）的硬盘录像机。PC式硬盘录像机一般由工业用主板加专用视频采集卡实现，并建立在Windows等操作系统上;嵌入式DVR基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，结构简单因此性能稳定使用方便。

PC式硬盘录像机采用开放式构架因此兼容性强软件易升级，但也易于遭受网络攻击。嵌入式硬盘录像机操作简单易于维护且比较稳定，因此选择嵌入式硬盘录像机的用户已经越来越多，其应用前景非常广阔。

但采用DVR的数字视频监控系统由于其自身构架的局限，仍通过同轴电缆接受模拟摄像机的视频信号，因此适用于小型的监控系统。

1.3 网络视频监控系统

网络视频监控系统一般指安全监视和远程监控领域内用于特定应用的IP监视系统，该系统使用户能够通过IP网络实现视频监视及视频图像的录像、以及相关的报警管理。模拟视频监控系统采用点对点的模拟线缆敷设，而网络视频监控系统采用网络来传输视频及其他与监控相关的各类信息。[2]

网络视频监控系统可基于NVR或基于服务器+磁盘阵列的构架，其典型应用构架分别如图2、图3所示。

其中，基于NVR架构的网络视频监控系统节约了存储服务器等的成本，并可实现云存储功能。NVR架构主要适用于中小型监控方案，对于大型监控方案该构架显得捉襟见肘。

基于服务器+IPSAN架构的网络视频监控系统以流媒体服务器为其架构的核心设备，提供前所未有的流媒体转发能力，由存储服务器和存储阵列共同完成视频数据的存储，存储的设备可在物理上集中或分散分布，这大大扩展了系统在物理上的链接范围，且因此使得系统的构架变得更加灵活。

2 视频监控系统在高速公路中的应用

高速公路监控系统的管理构架一般包括三个层级，依次为省级监控中心、路段监控（分）中心和基层监控单元（隧道管理站、桥梁管理站等）。[3]而从实现的功用来划分，高速公路监控系统主要分为收费监控和交通状况监控两个子系统，而交通状况子系统又可分为道路监控和隧道监控两部分。

由于早期的高速公路受技术发展的限制，其监控系统往往采用模擬监控，而模拟视频监控系统不便于大规模的应用管理，智能得到有限区域的事实视频图像，且依靠管理人员的肉眼与经验来进行路况的监测与管理。

因此新建的高速公路监控系统往往采用最新的基于网络技术的视频监控系统，以便于实现大规模的监控、系统互连及智能管理。新一代智能视频监控系统正在为高速公路提供车牌识别、车速测量、逆行警告和流量统计等多种智能化可选功能，并正在发挥着越来越重要的作用[4]。

3 结束语

随着技术的进步，视频监控系统也正在加速发展，这将为高速公路等领域的日常管理、事后取证等工作带来极大的便利，其主要的发展方向有以下几点：

高清化。高清晰度、基于百万像素的CMOS传感器的高清网络摄像机已诞生多年，并在向着更加先进的方向发展，采用逐行扫描的技术可以得到更加流畅清晰无失真的画面，随着技术的成熟，整个系统的成本也在逐步降低，这必将加速先进设备的普及。

智能化。随着信号处理技术、人工智能技术及计算机视觉（Computer Vision CV）技术的发展，利用视频内容分析技术，在视频监控系统中加入视频智能分析模块，借助专业计算机强大的数据处理能力将画面中的背景和前景目标进行分离，进而识别不同的物体，以提取出换面中的关键有用信息，就可为系统快速准确的实现报警功能提供保障。[4-5]

参考文献：

[1]杨磊，李峰，田艳生，等.闭路电视监控实用教程[M].北京：机械工业出版社，2005：1-6.

[2]苏志贤.智能视频监控技术[M].北京：电子工业出版社，2018：4-7.

[3]中华人民共和国交通运输部.2012年第3号公告高速公路监控技术要求[M].人民交通出版社，2012.

[3]胡建科.高速公路视频监控系统架构设计优化研究[J].西部交通科技，2019，8（8）：156-159.

[5]苏志贤.基于人机交互和网络传输的智能视频监控系统研究[J].山东农业大学学报（自然科学版），2017，48（1）：108-112.