高速公路數(shù)字監(jiān)控平臺應(yīng)用

1、黃衢南高速公路數(shù)字監(jiān)控平臺應(yīng)用黃衢南高速公路全長約161公里, 是國家高速公路網(wǎng)中北京至臺北g3高速公路的重要組成部分。這條快速便捷的省際大通道，貫通南北、輻射四方，將浙皖閩三省有機(jī)相連，使長三角、海西兩大經(jīng)濟(jì)區(qū)一路通達(dá)。黃衢南高速公路項(xiàng)目分二期建設(shè)，往北連接安徽省的黃山市，往南連接福建省的南平市。二期黃衢(浙江衢州至安徽黃山)高速公路浙江段地處山區(qū)，其中黃衢段橋隧比例超過50%，建設(shè)難度前所未有。黃衢南高速，也是浙江省交通規(guī)劃“二縱二橫十八連三繞三通道”中的“一連”，是連接安徽、浙江、福建三省的省際干線公路，也是浙江省“交通西進(jìn)”政策的重大戰(zhàn)略實(shí)施，對皖、浙、贛、閩四省邊際地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具

2、有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。， 一、 項(xiàng)目介紹 黃瞿南高速公路包含眾多隧道和收費(fèi)站，監(jiān)控點(diǎn)眾多，系統(tǒng)對圖像質(zhì)量有著較高的要求。在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，必須滿足眾多隧管所和開化分中心的視頻環(huán)路聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性的需要。在收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)中要求6個收費(fèi)站監(jiān)控圖像星型匯聚至收費(fèi)分中心，實(shí)現(xiàn)對圖像的監(jiān)控和存儲功能及在開化收費(fèi)分中心編碼上傳至省級監(jiān)控中心。1.1、隧道介紹黃衢高速全程長大隧道較多，共有26個隧道，其中8座長大隧道及一座小隧道設(shè)有隧道監(jiān)控?cái)z像機(jī)。各隧道內(nèi)圖像路數(shù)布設(shè)密集，全程圖像路數(shù)達(dá)到了291路。如此多的視頻數(shù)量，是本項(xiàng)目的難點(diǎn)之一。黃衢高速共有1000米以上的長大隧道有8座，

3、在8座長大隧道變電所各有1個監(jiān)控設(shè)備機(jī)房。各隧道內(nèi)監(jiān)控圖像需先通過光纖匯集至變電所監(jiān)控機(jī)房，再通過監(jiān)控機(jī)房設(shè)備光傳輸至楊家園隧管所及開化分中心。江都塢隧道內(nèi)布設(shè)有監(jiān)控?cái)z像機(jī)，但隧道不設(shè)置監(jiān)控設(shè)備機(jī)房，江都塢隧道圖像就近傳輸至后坪塢隧道監(jiān)控設(shè)備機(jī)房，再通過后坪塢隧道監(jiān)控機(jī)房設(shè)備統(tǒng)一上傳。開化監(jiān)控分中心及楊家園隧管所設(shè)置視頻中心管理設(shè)備，用于所有隧道視頻圖像的輸入及切換輸出。所有外場視頻圖像經(jīng)中心設(shè)備編碼后，輸出至磁盤陣列進(jìn)行實(shí)時錄像。視頻切換輸出配置為84路。所有輸入視頻圖像具有字符疊加功能。隧道洞口帶云臺攝像機(jī)需要配置反向控制數(shù)據(jù)端口。為了能夠更好的對26個隧道的實(shí)時狀況進(jìn)行監(jiān)控，隧道監(jiān)控部分

4、計(jì)劃采用全程多點(diǎn)監(jiān)控的模式，全隧道共設(shè)置有291臺攝像機(jī)，對路隧道情況基本實(shí)現(xiàn)無盲區(qū)監(jiān)控。1.2、收費(fèi)站介紹黃衢南高速共設(shè)有6個收費(fèi)站，各站內(nèi)亭內(nèi)收費(fèi)圖像、車道圖像通過視頻傳輸設(shè)備傳輸至收費(fèi)站控制室，再通過控制室設(shè)備傳輸至收費(fèi)分中心，收費(fèi)分中心與監(jiān)控分中心合址。各收費(fèi)站控制室需監(jiān)看實(shí)時圖像，并通過硬盤錄像機(jī)對圖像進(jìn)行實(shí)時錄像。收費(fèi)圖像監(jiān)控的設(shè)計(jì)采用兩級管理模式：一級：由6個收費(fèi)站在本站實(shí)現(xiàn)電視墻監(jiān)控，收費(fèi)站級的監(jiān)控要實(shí)現(xiàn)對車道、收費(fèi)亭及廣場圖像的一對一監(jiān)控，同時實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽音頻及車道告警的管理。二級：開化收費(fèi)分中心接入下轄收費(fèi)站傳輸至分中心的73路收費(fèi)圖像，在分中心切換60路圖像至電視墻，切換8路

5、圖像至主監(jiān)，輸出4路圖像接入編解碼器并上傳蕭山東監(jiān)控中心，并編碼輸出所有圖像至ipsan磁盤陣列進(jìn)行存儲。如何實(shí)現(xiàn)在161公里的超長距離上，291路隧道圖像的監(jiān)控，以及6個收費(fèi)站73路收費(fèi)監(jiān)控圖像等多種圖像信息的匯總，以及后期的信息管理及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布呢？解決方案的實(shí)用性、適用性，會對整個路段設(shè)計(jì)所要達(dá)到的監(jiān)控管理效果都會產(chǎn)生很大的影響。不同的方案有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，而道路監(jiān)控和收費(fèi)監(jiān)控兩部分作為解決方案的核心，會直接影響到方案的主體構(gòu)架。1.3、系統(tǒng)方案實(shí)施針對黃瞿南項(xiàng)目需求的特點(diǎn)，我們對目前高速行業(yè)較先進(jìn)的幾種技術(shù)方案進(jìn)行了深入的了解和對比，大體上有三種方案可供選擇實(shí)施，有傳統(tǒng)方式也有近幾年興起的先

6、進(jìn)模式，幾種方案各有優(yōu)劣，做一下簡單比較：方案一、采用節(jié)點(diǎn)機(jī)+點(diǎn)對點(diǎn)光端機(jī)+模擬矩陣那么這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：1、選用設(shè)備簡單、系統(tǒng)構(gòu)架成熟；2、設(shè)備安裝調(diào)試容易，維護(hù)方便；當(dāng)然也存在如下幾方面的缺點(diǎn)：1、節(jié)點(diǎn)機(jī)鏈路缺乏保護(hù)，收費(fèi)站星型組網(wǎng)不適用超長路段系統(tǒng)；2、系統(tǒng)構(gòu)成比較繁瑣，中間設(shè)備較多，圖像質(zhì)量有所下降；3、矩陣聯(lián)網(wǎng)需依靠點(diǎn)對點(diǎn)光端機(jī)構(gòu)建視頻、數(shù)據(jù)干線，傳輸帶寬受到較大限制；4、擴(kuò)容成本較高，系統(tǒng)增容與功能擴(kuò)展不夠靈活。5、不具備比較完善的系統(tǒng)管理功能。方案二、采用光端機(jī)+編解碼設(shè)備+通信系統(tǒng)的方式這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于：1、通信系統(tǒng)具有環(huán)網(wǎng)保護(hù)功能，節(jié)省主干光纖；2、編解碼方式可支持遠(yuǎn)距離、

7、多點(diǎn)多級別傳輸模式；3、圖像數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享簡單，能夠滿足靈活組網(wǎng)的要求。而缺點(diǎn)則表現(xiàn)為：1、編碼壓縮方式產(chǎn)生視頻延遲，網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性決定了圖像容易出現(xiàn)丟包及馬賽克現(xiàn)象，影響后期信號的再處理；2、目前編解碼設(shè)備沒有行業(yè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，各廠家設(shè)備兼容困難，項(xiàng)目中容易形成產(chǎn)品壟斷；3、后期系統(tǒng)擴(kuò)容只能沿襲原有模式，功能擴(kuò)展也必須基于先期編解碼設(shè)備的支持；4、通信系統(tǒng)需增加設(shè)備為圖像傳輸提供更高的傳輸帶寬，同時大量的圖像傳輸亦會對通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。方案三、點(diǎn)對點(diǎn)接入+光矩陣聯(lián)網(wǎng)方案 此方案優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個方面：1、前端點(diǎn)對點(diǎn)方式接入，保證外場圖像的安全性；2、系統(tǒng)可支持類似網(wǎng)絡(luò)方式的圖像點(diǎn)播或廣播功

8、能，全網(wǎng)圖像質(zhì)量一致，保證信號的多點(diǎn)多級共享；3、光矩陣總線式聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量、多級別傳輸，所有圖像采用非壓縮模式，可充分利用光纖帶寬；4、可針對高速公路收費(fèi)、監(jiān)控各系統(tǒng)業(yè)務(wù)的需要靈活組網(wǎng)，專網(wǎng)專用；5、多業(yè)務(wù)板卡方式，可提供視頻、數(shù)據(jù)、音頻、以太網(wǎng)、e1等多種多樣的業(yè)務(wù)接口，滿足多種業(yè)務(wù)的接入，同時附帶完整的網(wǎng)絡(luò)管理功能。系統(tǒng)也存在一定的缺點(diǎn)：首先前端采用點(diǎn)對點(diǎn)方式，占用光纖資源較多；其次系統(tǒng)配置稍復(fù)雜，對維護(hù)人員技術(shù)要求較高。但是本項(xiàng)目光纖資源充足，為光矩陣的使用提供了便利的條件。通過對上述三種方案的分析介紹，我們可以清除的看到單純光端機(jī)與模擬矩陣組合方案，因?yàn)樽陨淼募夹g(shù)特點(diǎn)及局限

9、，很難滿足黃瞿南高速監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求；而壓縮視頻編碼ip傳輸模式因雖然具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡潔、較光端機(jī)方案能有效的減少了視頻業(yè)務(wù)模、數(shù)/數(shù)、模轉(zhuǎn)換的次數(shù)，但是編解碼格式自身固有的技術(shù)特點(diǎn)，使其在對解決本項(xiàng)目的實(shí)際問題上存在著一些缺陷；只有光纖數(shù)字矩陣模式，在具備了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用全網(wǎng)非壓縮視頻處理模式，光纖接入、傳輸，分布矩陣管理等具有顯著特點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠最大限度滿足當(dāng)前項(xiàng)目的功能要求。在選擇光矩陣的基礎(chǔ)上，我們考慮到此項(xiàng)目在隧道監(jiān)控中要保證291路監(jiān)控圖像采用光纖環(huán)網(wǎng)模式工作，這在以往的高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中是很少見的，如果選擇集中式全交叉方式的光矩陣，從交換能力和系統(tǒng)穩(wěn)

10、定程度上無法滿足，全交叉光矩陣系統(tǒng)構(gòu)建相對復(fù)雜，無法保證穩(wěn)定工作，而且從技術(shù)角度不足以支持291路圖像的光纖環(huán)網(wǎng)的要求。在此考慮選擇北京蛙視通信公司的vox-xg2000型號光矩陣，此設(shè)備采用分布式數(shù)字總線交換，單板卡交換能力高，可以支持大容量圖像、多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的光纖組網(wǎng)，其組網(wǎng)模式靈活，支持星網(wǎng)、鏈網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)等，單機(jī)箱最大支持152路圖像視頻任意切換輸出，采用數(shù)字非壓縮編碼技術(shù)，圖像質(zhì)量清晰、無延時，而且支持多機(jī)箱級聯(lián)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，擴(kuò)容能力強(qiáng)，可以滿足要求。2、 系統(tǒng)方案介紹2.1 隧道監(jiān)控系統(tǒng)整體組網(wǎng)與方案設(shè)計(jì)黃衢高速隧道監(jiān)控項(xiàng)目，設(shè)有一個隧道管理所（楊家園隧管所），一個管理分中心（開化管理

11、分中心），開化分中心位于全路段中間位置，各長大隧道變電所監(jiān)控室分布在分中心兩側(cè)?；谏鲜鰧?shí)際地理位置，圖像及數(shù)據(jù)傳輸可采用樹形拓?fù)浠蛘攮h(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造簡單，但穩(wěn)定安全性不足，如果中間節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障，將會對圖像傳輸系統(tǒng)造成影響?；谒淼辣O(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全性考慮，采用雙纖自愈環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。即在座長大隧道變電機(jī)房及開化分中心分別架設(shè)一套視頻傳輸設(shè)備，通過22芯主干光纖，組成一個雙纖自愈環(huán)網(wǎng)，傳輸291路圖像至楊家園隧管所及開化分中心。在石崖塢、連坑塢、楓頭嶺、大流坑、后坪塢、白馬山隧道變電機(jī)房及楊家園隧管所、開化監(jiān)控分中心分別配置該多業(yè)務(wù)傳輸設(shè)備，總共8套vox-xg設(shè)備采

12、用光纖級聯(lián)的方式，組成自愈環(huán)網(wǎng)，保證圖像傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。楊家園隧管所及開化分中心作為系統(tǒng)自愈環(huán)網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)，在監(jiān)控中心可切換輸出前端任意一路圖像至電視墻，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，中心切換輸出圖像可達(dá)152路。各隧道變電所平臺設(shè)備可任意切換輸出8路圖像至監(jiān)視器，對監(jiān)控圖像進(jìn)行監(jiān)看。系統(tǒng)圖如下：2.2收費(fèi)圖像傳輸系統(tǒng)方案黃衢高速全程共設(shè)有6個收費(fèi)站及一個收費(fèi)分中心，分別為皖浙、浙皖主線收費(fèi)站，馬金、開化、芳村、東案匝道收費(fèi)站，收費(fèi)分中心設(shè)置在開化。各收費(fèi)站的每個收費(fèi)亭內(nèi)設(shè)置一個監(jiān)控點(diǎn)及一個拾音器，各車道設(shè)置2個攝像機(jī)，所有圖像需傳輸至開化收費(fèi)分中心。各個收費(fèi)站通過配置vox-xg數(shù)字視頻管理平臺實(shí)現(xiàn)對本地

13、視頻及音頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入、管理和上傳聯(lián)網(wǎng)功能，視頻存儲通過vox-xg設(shè)備環(huán)通視頻至硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)。在開化分中心，需通過配置vox-xg中心設(shè)備對前端收費(fèi)站上傳的圖像進(jìn)行實(shí)時切換監(jiān)看和本地編碼的ip-san網(wǎng)絡(luò)存儲，并切換輸出編碼視頻至蕭山東監(jiān)控中心。對于收費(fèi)圖像而言，圖像質(zhì)量為第一要素，前端攝像機(jī)及視頻傳輸設(shè)備需為各收費(fèi)站監(jiān)控室、收費(fèi)分中心查看圖像細(xì)節(jié)提供清晰圖像源。比如遇到緊急情況可清晰的用肉眼識別車牌等。在分中心需對所有視頻圖像進(jìn)行存儲，為了保證存儲的圖像在調(diào)看時能清晰識別圖像細(xì)節(jié)，故在提供錄像源的時候就需要盡量保證圖像清晰度。在方案設(shè)計(jì)時，需要考慮在后期如果要加入車牌識別器等設(shè)備，非

14、壓縮視頻圖像誤報(bào)率最低?？紤]到上述原因，黃衢南高速收費(fèi)圖像傳輸系統(tǒng)采用多業(yè)務(wù)平臺，通過光纖傳輸非壓縮圖像至開化分中心的模式構(gòu)架。每個收費(fèi)站及分中心各配置一套vox-xg系統(tǒng)，通過光纖組成星型網(wǎng)絡(luò)，把前端收費(fèi)亭、車道監(jiān)控圖像傳輸至收費(fèi)分中心。此種傳輸模式最大程度上保證了圖像傳輸質(zhì)量，并且星型組網(wǎng)方式為簡單成熟的組網(wǎng)模式，對于小業(yè)務(wù)量的圖像傳輸系統(tǒng)構(gòu)架非常穩(wěn)定。收費(fèi)站車道及收費(fèi)亭內(nèi)圖像先通過視頻電纜進(jìn)行前端匯集，再通過8路光遠(yuǎn)端模塊，通過光纖傳輸至相應(yīng)收費(fèi)站平臺設(shè)備。在收費(fèi)站通過光平臺設(shè)備，可對車道圖像、亭內(nèi)圖像、金庫圖像進(jìn)行切換實(shí)時監(jiān)看，前端通過遠(yuǎn)端模塊傳輸至收費(fèi)站的音頻報(bào)警信號，經(jīng)平臺設(shè)備輸出

15、后接入相應(yīng)處理設(shè)備。收費(fèi)站平臺設(shè)備通過光纖與開化收費(fèi)分中心配置的平臺設(shè)備進(jìn)行級聯(lián)，把各收費(fèi)站監(jiān)控圖像傳輸至收費(fèi)分中心，在分中心通過vox-xg系統(tǒng)進(jìn)行切換輸出、實(shí)時錄像等相應(yīng)處理。3 黃衢高速監(jiān)控分中心與浙江省監(jiān)控分中心聯(lián)網(wǎng)方案浙江省設(shè)置有一個監(jiān)控中心，位于蕭山東。黃衢高速隧道監(jiān)控與收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建完成后，需把選擇切換輸出若干路圖像上傳至浙江省蕭山東監(jiān)控中心。隧道監(jiān)控系統(tǒng)上傳6路圖像；收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)上傳4路圖像。省監(jiān)控中心與路段分中心距離較遠(yuǎn)，并且省監(jiān)控中心對于圖像清晰度的要求沒有路段上要求那么高，故采用壓縮圖像通過編解碼器傳輸至省監(jiān)控中心為最佳方式。在隧道監(jiān)控與收費(fèi)分中心的vox-xg設(shè)備上分

16、別配置4-6路模擬視頻輸出端口，任意切換輸出4-6路模擬視頻，接入相應(yīng)編解碼器設(shè)備，由編解碼器對模擬圖像進(jìn)行壓縮編碼，編碼格式mpeg-2/mpeg-4/h264任意選擇。對圖像進(jìn)行壓縮編碼后，再經(jīng)由與省中心相連的以太網(wǎng)進(jìn)行上傳。在省中心配置解碼器設(shè)備，對上傳上來的圖像進(jìn)行解碼后，再接入相應(yīng)處理設(shè)備。4 系統(tǒng)特點(diǎn)黃衢高速公路道路情況復(fù)雜，隧道多，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量龐大，系統(tǒng)建設(shè)要求要高于傳統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)。隧道圖像多達(dá)291路，并且要求雙纖自愈環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，這在目前眾多高速公路機(jī)電監(jiān)控項(xiàng)目中屬于圖像路數(shù)最多的環(huán)網(wǎng)。本項(xiàng)目不僅要解決在開化分中心實(shí)現(xiàn)對多個隧管所和收費(fèi)站，多路視頻圖像的接入管理和光纖聯(lián)網(wǎng)以及編碼上傳

17、至省中心的功能，還需要解決圖像的延時性、清晰度和系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等問題。隨著系統(tǒng)建設(shè)，需要提供開放的接口和二次開發(fā)的能力，保障后期系統(tǒng)改造加入高清圖像、智能分析等需求。對于本監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)而言采用光矩陣系統(tǒng)的具有明顯優(yōu)勢。在光矩陣系統(tǒng)中視頻處理采用數(shù)字非壓縮編碼方式，保障每一路監(jiān)控圖像帶寬為125m，圖像失真小，畫面質(zhì)量極高；視頻接入形式多樣，即可以直接接入bnc模擬電信號，也可以直接接入通過光纖傳來的光信號，實(shí)現(xiàn)一次編碼，多級共享。不論在站級還是監(jiān)控分中心級，都可實(shí)現(xiàn)視頻圖像的快速調(diào)閱瀏覽及切換功能，而且集非壓縮和壓縮編碼與一體，在開化分中心實(shí)現(xiàn)本地圖像編碼存儲并上傳至省中心的功能。系統(tǒng)具有運(yùn)行

18、穩(wěn)定，光纖聯(lián)網(wǎng)、雙線自愈保護(hù)和帶寬充足等特點(diǎn)。全網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字交叉切換，全光纖傳輸，保證系統(tǒng)內(nèi)各站點(diǎn)及分中心圖像質(zhì)量一致；先進(jìn)的數(shù)字矩陣技術(shù)，通過數(shù)字總線實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)多級各點(diǎn)之間圖像的任意切換，前端輸入幾乎不受限制，在并發(fā)數(shù)據(jù)大的情況下不影響圖像的調(diào)用，避免了模擬矩陣聯(lián)網(wǎng)并發(fā)圖像數(shù)量受限制的缺點(diǎn)。站點(diǎn)業(yè)務(wù)線性擴(kuò)容時，站點(diǎn)與站點(diǎn)之間無需再增加傳輸設(shè)備，幾乎具有無限擴(kuò)充能力；在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上，擴(kuò)充站點(diǎn)時不影響其它站點(diǎn)，并且擴(kuò)充靈活方便。軟件功能強(qiáng)大，操作簡便：通過vox網(wǎng)管軟件可完成整個系統(tǒng)的管理，包括視頻全網(wǎng)交叉的任意組合；同時通過軟件可很方便的對整個系統(tǒng)進(jìn)行配置管理和狀態(tài)查詢，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障可通過軟件迅速給故障定位，便于系統(tǒng)的維護(hù)工作。系統(tǒng)除視頻信號傳輸外，還可提供音頻、數(shù)據(jù)、100m