基于數字視頻技術的高速公路監控系統研究

張默晗

【摘要】 高速公路的建設已成為融貫東西南北快速發展的重要樞紐，隨著科技、信息化的發展，實時監控高速公路通行路況，優化公路路網管理成為保障行車安全暢通、公眾便捷出行的重要環節。基于數字視頻技術的高速公路監控系統也因此應運而生，本文從數字視頻監控系統的構成、功能、技術等方面，研究如何發揮數字視頻監控系統的技術優勢，提升高速公路路網管理的信息化、智能化水平。

【關鍵詞】 高速公路 數字視頻技術 監控系統

一、引言

隨著高速公路縱橫交錯的延伸，隨之而來是與其相應配套的管理設施的建設，來滿足社會公眾日益增長的需求服務和管理。而數字視頻技術系統為高速公路的管理提供了直觀、方便、信息豐富的內容，是安全防范系統和高速公路機電系統的重要組成部分，是將視頻技術和現代通信技術相結合的應用，可有效實現路網管理的信息化、智能化、現代化。高速公路的全程監控和視頻傳輸的數字化，借助高科技安防通信手段，在四通八達的高速網穿梭的車輛中，實時對交通通行情況和流量進行監控，及時發現安全隱患，盡量避免和更有效率的制止各種事故的發生。同時，該系統可實現對高速公路路網的統一運營管理和指揮調度，是確保高速公路暢通無阻的有力措施。

二、數字視頻技術

隨著計算機、網絡、視頻壓縮等高新技術的發展，視頻監控進入網絡視頻技術階段，數字視頻壓縮編碼技術廣泛應用，打破了傳統模擬監控系統的結構，改變了高速公路監控系統信息采集、數據處理、數據存儲及系統控制等方式，由此產生基于PC 的多媒體監控系統。雖然，視頻采集和視頻傳輸依然以模擬方式進行，但通過模擬攝像機的圖像信號，傳輸到達多媒體監控終端后，將采取數字處理與存儲。利用通信網絡，把信息傳到監控中心（一個或多個），這樣能直接控制切換調用任意一路監控點的非壓系統構成圖，基于PC 的多媒體監控系統通過增加視頻處理卡以增加圖像的輸入路數，采用數字化存儲及視頻解壓縮功能，將實時的視頻信號上傳至監控中心，更好地解決了對大規模、長距離、高度分散的各監控點的視頻傳輸。數字非壓縮技術處理圖像，使監控區域顯示高清晰度的畫面，即使監控區域的圖像回放也能達到較高的清晰度，數字視頻網絡監控系統由此正式進入數字化階段。

高速公路的監控系統傳輸模式采用光纖專線為傳輸介質，它將視頻及控制信號轉換為激光信號在光纖中傳輸。傳輸圖像的基本系統為一路光纖視頻傳輸系統，一根光纖上傳輸一路視頻信號。

實現這過程以模擬攝像機+視頻光端機等模式，數字非壓縮點對點式視頻光端機傳輸，能夠做到集中監控、集中存儲，特別對重點路段、隧道和橋梁的監控，對某個監控點的圖像，可以利用內部網絡在任何地點隨意調用監控畫面，畫面連貫清晰。

由于光纖傳輸具有距離遠、容量大、抗干擾能力強等優點。使用光纖傳輸方式可以用于長距離的圖像傳輸、或多路視頻數字復用光纖傳輸。在多路視頻數字復用光纖傳輸，實現一根光纖上長距離傳輸多路視頻信號。

三、數字視頻技術具有高清的優勢

數字視頻技術采用高清攝像機監控，圖像分辨率更高，信息量儲存豐富，圖像還原更加清晰，細節更加細膩，而且具有智能分析車牌、人臉識別、事件檢測等，還具備激光夜視、透霧、電子防抖、強光抑制等，特別是對特殊天氣如夜間、霧天等實現有效監控，解決了傳統攝像機只能在白天起作用的問題。

同時，對特殊時段可進行區間測速、高速行駛的運動物體全過程的監控，具有監控的適應范圍多，覆蓋面更廣等特點。

高清視頻數字編碼可分為：

（1）數字非壓縮編碼及數字非壓縮編碼：具有視頻圖像質量高，實時監控性能好、延時低。但是視頻碼流很大，傳輸無法以TCP/IP網絡，對光纖的需求非常大，需要壓縮技術存儲。

（2）數字壓縮編碼高清視頻；目前，采用最多的一種壓縮編碼方式，廣泛應用在高速公路的高清視頻監控。由于經過了壓縮處理，大幅度降低視頻碼流，傳輸可以通過TCP/IP網絡，對于后期的存儲及發布，采用更為方便非壓縮方式。一般高清視頻H.264的帶寬要求一般為8Mbps～16Mbps。前端多種數據接入，解決視頻數據傳輸以及多業務傳輸需求，滿足多業務傳輸需求，這樣使高速公路沿線除了視頻監控設備，還可接入多用途的業務設備（情報板、氣象檢測設備、應急電話設備、視頻檢測設備）等，既解決了全程監控的問題，又具備傳輸其他業務數據的能力。

多業務數據的技術采用波分復用技術，可以應用太網數據、串行數據、電話信號傳輸。實現同時接入各類業務的需求，而傳輸視頻信號與各類業務都可以同時運行，也可以單獨傳輸，前端多種數據接入簡化了結構，不需要種類太多的設備，為維護設備提供了便利。由于高速公路具有海量的監控信息，為了確保信息不會丟失，系統提供了N+M備份，存儲大容量監控數據，不間斷保證24小時存儲，在遇到緊急事件后，確保有據可查。

由于數字壓縮編碼高清視頻具有可靠性的高需求，應用IP-SAN存儲陣列或RAID技術、N+M備份等技術手段，對監控信息可以高質量可靠存儲。以數字壓縮編碼高清視頻技術為基礎，可統一對重點路段、隧道和橋梁采用全天候實時音視頻監控，并可在監控中心以外的任何地點控制查看監控點，隨意調用監控畫面，畫面清晰連貫。

四、數字視頻技術監控系統的優勢

數字視頻綜合管理由設備和節點式光端機組成，光纖鏈路網絡實現數字化的視頻圖像傳輸、轉換、處理系統，具備以下優點：

（1）保證本地管理站具有高清晰度實時圖像切換，提供支持基于壓縮處理模式的視頻業務與非壓縮處理模式視頻業務的共同傳輸、轉換、提供給上級監控分中心多種顯示與瀏覽模式。

（2）全網設備統一管理，由數字管理之間的平臺與接點光端機之間，構成多種結構的網絡（鏈網、環網、星型、分支、混合型）等組網，覆蓋到最前端的范圍，設備監控功能可覆蓋至外場設備最前端（外場攝像機或其他設備處），具有很強的聯網能力。

（3）由于前端多種數據接入，可以支持多業務接入、傳輸功能。因此，可提供收費站內和外場的多種接口和傳輸能力，包括太網、異步數據、音頻、對講、報警等。

（4）具有技術優勢的后臺軟件功能，適應的模塊化設計。

（5）擴展性強，系統外場使用節點式光端機，光纖鏈路可以用單根光纖構成，不同地點的多路視頻圖像和多種數字碼流可以接入并傳輸。

五、結束語

數字視頻技術的高速公路監控系統實現了多級聯網監控，配置該系統的視頻監控中心可對所轄區域視頻監控的集中管理，有利于統一的現場調度和管理，且各監控點具有全天候監控的效果，對所有監控的視頻能夠保留長期的視頻錄像，能有效提升高速公路路網運行維護水平，保障國家高速公路和重點干線公路以及重要站點的穩定運行，為社會公眾提供安全、便捷的出行服務。

參 考 文 獻

[1]王麗 趙艷輝 高速公路監控系統視頻傳輸設計與實現[J] 交通標準化 2014.04.（15）： 135-140

[2]周洲 周林英 高速公路視頻監控系統傳輸方法的選擇[J] 交通企業管理2014.09.（8）：116-118英

[3]段龍梅 淺析高速公路基于IP高清監控系統的解決方案[J]科技與企業2014.09.（11）：268-269