基于epon技術(shù)的高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)應用研究

賈磊

摘要：高速公路具有設(shè)計標準高、車流量大、行車速度快等特點。視頻監(jiān)控在整個高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中起到了重要的作用，在發(fā)現(xiàn)事故、排除事故、預防事故等方面起到了良好效果，保護了高速公路的安全運行。在高速公路上布置視頻監(jiān)控系統(tǒng)可有效減少交通事故發(fā)生的概率，最大程度疏導交通。EPON技術(shù)作為光纖接入網(wǎng)的重要通信方式之一，能夠較好地滿足高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的嚴格要求。因此對EPON技術(shù)在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用加以深入探究，有著重大的意義。

關(guān)鍵詞：EPON技術(shù);視頻監(jiān)控系統(tǒng);寬帶鏈接

中圖分類號：TN948.6;TN929.1文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）06-0060-02

Abstract：Theexpresswayhasthecharacteristicsofhighdesignstandard，largetrafficflowandfastrunningspeed.Videosurveillanceplaysanimportantroleinthewholeexpresswaysurveillancesystem，whichhasplayedagoodeffectinfindingaccidents，eliminatingaccidents，preventingaccidentsandsoon，andhasprotectedthesafeoperationoftheexpressway.Placingvideosurveillancesystemonhighwayscaneffectivelyreducetheprobabilityoftrafficaccidentsandfacilitatetraffictothegreatestextent.Asoneoftheimportantcommunicationmethodsofopticalfiberaccessnetwork，EPONtechnologycanmeetthestrictrequirementsofexpresswayvideosurveillancesystem.Therefore，itisofgreatsignificancetodeeplyexploretheapplicationofEPONtechnologyinexpresswayvideosurveillancesystem.

Keywords：EPONtechnology;Videosurveillancesystem;Broadbandlink

引言：高速公路是重要的交通運輸和出行紐帶，是保障我國經(jīng)濟發(fā)展和企業(yè)良好運行的重要基礎(chǔ)建設(shè)。目前，我國高速公路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)基本建設(shè)完畢，對降低交通事故、疏導交通方面起到了良好的作用，EPON技術(shù)作為一種前沿通信技術(shù)，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中有著良好的應用前景和應用價值。

1EPON技術(shù)的定義

EPON技術(shù)全稱EthernetoverPON技術(shù)，本質(zhì)上是一種光纖接入技術(shù)。光纖接入技術(shù)從接入技術(shù)上可以分為兩大類，分別是有源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。1983年，BT實驗室基于無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，率先研發(fā)出了PON技術(shù)，也就是PassiveOpticalNetwork技術(shù)，這種技術(shù)是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，消除了局端與用戶間的有源設(shè)備，避免了外部設(shè)備的雷電影響和電磁干擾，能夠減少整個系統(tǒng)的故障率，提高穩(wěn)定性，并且很大的降低了維護設(shè)備的成本[1]。PON技術(shù)可以適用任何制式和速率的信號，擁有非常良好的適應性，在各種信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應用廣泛。其中EPON（EthernetoverPON）也成了最為實用的技術(shù)，EPON技術(shù)采用點到多點的構(gòu)造，使用無源光纖傳輸信號與信息，在以太網(wǎng)上能提供更多的業(yè)務。目前，EPON已經(jīng)成為光纖接入網(wǎng)最有效、最實用、應用最廣泛的通信方式之一。

2EPON的結(jié)構(gòu)組成

EPON主要是由無源光網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)構(gòu)成的，無源光網(wǎng)絡(luò)又由局端側(cè)的光線路終端（OLT）、用戶側(cè)端網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光纖分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成，采用樹型拓撲結(jié)構(gòu)，使用上行1310nm和下行1490nm波長傳送數(shù)據(jù)，語音CATV業(yè)務則使用1550nm波長承載，再根據(jù)與以太網(wǎng)的協(xié)議，與以太網(wǎng)完成接入[2]。無源光網(wǎng)絡(luò)中，OLT是終端設(shè)備，主要是交換器或者路由器，一般放置在機房中心，是各種業(yè)務進行的平臺。在整個EPON框架中，OLT是系統(tǒng)的核心，有著為客戶傳輸數(shù)據(jù)、分配帶寬的重要作用，是EPON系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行的重要保障。ODN為無源光網(wǎng)絡(luò)的線路分配器，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)，分為光纖和無源光分路器兩部分，無源分路器不需要電源，抗電磁干擾能力強。無源分光器的部署相當靈活，由于是無源操作，幾乎可以適應所有環(huán)境。在ODN線路的設(shè)計上要考慮客戶所處的地區(qū)、客戶密度等多種元素。OND是EPON的接收單元，能夠?qū)τ脩舻臉I(yè)務作出精確的劃分和調(diào)整，并根據(jù)與以太網(wǎng)的協(xié)議，接收設(shè)備終端發(fā)出的信號和數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成為用戶需要的形式。

3EPON技術(shù)的在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用優(yōu)點

EPON技術(shù)作為應用最為廣泛的光纖接入技術(shù)，有著許多優(yōu)點。由于EPON技術(shù)使用無源光網(wǎng)絡(luò)，在信號和數(shù)據(jù)傳輸過程中不需要外部供電，抗干擾性能強，鋪設(shè)起來更加簡單，因此這種技術(shù)的成本較低，適合大面積推廣和應用。另外EPON系統(tǒng)容易擴展和升級，升級時不需要對原有框架進行大的改動，而且維護成本也很低，對長期運營和管理的成本節(jié)省很大。EPON系統(tǒng)對局端資源的占用少，系統(tǒng)高度模塊化，初期投入低，擴展容易，而且EPON是一種著眼于未來的科技，是一個業(yè)務廣泛的平臺，對于向全IP網(wǎng)絡(luò)過渡是一個非常好的選擇，投資回報率高。EPON系統(tǒng)能為客戶提供上下行對稱的10Gbps帶寬，通訊性能優(yōu)異。EPON系統(tǒng)的服務范圍大，通過點到多點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省帶寬資源，服務更多的用戶。

高速公路上的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路正常運行和人們出行安全反面發(fā)揮著重要作用，對帶寬速度、視頻清晰程度、實時圖像上傳的準確性，都有極高的要求。由于我高速公路往往距離較長，導致需要的接入點多，可能需要上百甚至是上千個接入點。另外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像采集點分散，經(jīng)常有隧道等機電系統(tǒng)較為密集的區(qū)域，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)也有很大的影響。目前，EPON技術(shù)能較好滿足高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的種種嚴格要求，因此對EPON技術(shù)在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用開展探究具有重要意義。

4EPON技術(shù)在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用探究

4.1高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行機制。高速公路具有設(shè)計標準高、車流量大、行車速度快等特點。視頻監(jiān)控在整個高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中起到了重要的作用，在發(fā)現(xiàn)事故、排除事故、預防事故等方面起到了良好效果，保護了高速公路的安全運行。高速公路監(jiān)控系統(tǒng)需要對整條路線進行全程監(jiān)控，監(jiān)控范圍包括隧道、收費站、服務區(qū)等，視頻傳輸?shù)慕橘|(zhì)主要是沿線鋪設(shè)的光纖。高速公路上的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由服務器、客戶機、攝像頭、數(shù)據(jù)庫、信息處理機、通訊終端等組成。其中數(shù)據(jù)庫服務器負責相應客戶機的數(shù)據(jù)請求，傳遞指令、反饋信息，存放設(shè)備參數(shù)和操作日志。客戶機主要包括通信管理模塊、路段監(jiān)控模塊、圖形處理模塊、信息處理模塊、視頻監(jiān)控模塊等模塊組成，是高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心。在監(jiān)控系統(tǒng)正常運行時，數(shù)據(jù)庫服務器和客戶機會在計算機網(wǎng)絡(luò)上連接，形成一個局域網(wǎng)，又通過局域網(wǎng)和光纜來控制整條高速公路上的監(jiān)控設(shè)備。其中，前端圖像采集系統(tǒng)是上級監(jiān)控系統(tǒng)中的一個重要子系統(tǒng)，主要工作包括實現(xiàn)視頻的實時切換與采集，控制視頻矩陣，連續(xù)抓取關(guān)鍵路段或隧道中的現(xiàn)場圖像，并對攝像機的云臺、鏡頭焦距、倍率控制、拍攝角度進行控制，為監(jiān)控中心提供清晰、有效的圖像。

4.2EPON傳輸與以太網(wǎng)交換機傳輸?shù)膮^(qū)別。高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)涉及到的視頻、圖像規(guī)模大，需要極高的帶寬和上傳速度，對于設(shè)備控制的精度有較高要求。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用以太交換機進行數(shù)據(jù)接收和傳輸，以太網(wǎng)絡(luò)采用共享總線型傳輸媒體方式的局域網(wǎng)。以太網(wǎng)交換機每個接口都與主機以全雙工的模式相連，交換機能同時聯(lián)通多對端口，使每一對主機在相互通信時都可以獨占通信媒體，從而完成無沖突的信息傳輸。

隨著數(shù)字化技術(shù)有了飛速的發(fā)展，給攝像機的應用與發(fā)展帶來了巨大的改變，目前高清數(shù)字化攝像機的應用在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)成為主流趨勢，由于高清數(shù)字化攝像機會收集更加豐富、復雜的信息，其相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也隨之發(fā)生了變化，在這種背景下，以太網(wǎng)交換機的傳輸效率和傳輸速度都已經(jīng)無法滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求，出現(xiàn)多點故障時將直接影響整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

EPON是一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，EPON系統(tǒng)采用多點結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸，能夠在以太網(wǎng)上提供更多類型的服務，利用PON的拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。具有更高的帶寬和信息傳輸速率，兼容性、擴展性強，信息指令也更加豐富，可以處理更多更復雜的視頻信息，能夠很好的彌補以太網(wǎng)交換機的缺點。而且EPON系統(tǒng)還擁有更好的穩(wěn)定性和安全性，即使一個或幾個同時出現(xiàn)問題，也不會影響整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。因此，EPON系統(tǒng)逐漸取代了以太網(wǎng)交換機，在高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中得到了更加廣泛的應用。

4.3視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端控制作用。在高速公路視頻監(jiān)控體系中，EPON系統(tǒng)相當于一個控制平臺，EPON系統(tǒng)中線路終端（ONU）和用戶側(cè)單元件（OLT）之間的最大距離為20km，高速公路通信站設(shè)有多個OLT設(shè)備，并通過配置多個PON口，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的接入。為了節(jié)省光纖資源，監(jiān)控系統(tǒng)一般采用5∶95的逐級分光方式，在隧道中每隔200m設(shè)置一個監(jiān)控點，因此一個ONU設(shè)備會控制一條路上的設(shè)備終端。同時，編碼器可以與ONU設(shè)備連接在一起，減少單個設(shè)備發(fā)生故障的幾率，有利于提高監(jiān)控的穩(wěn)定性。在通信站，OLT設(shè)備通過以太網(wǎng)連接到高速公路的傳輸平臺，從而完成與監(jiān)控平臺的連接，可以隨時將信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺，提高了信息的實時性和準確性。另外，EPON技術(shù)可采用樹形線性的網(wǎng)絡(luò)連接方式，可以同時提供高達1Gbps的帶寬，非常適用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

4.4EPON系統(tǒng)在IP視頻監(jiān)控上的應用。當前的高速公路視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)屬于城域網(wǎng)絡(luò)，用戶終端接入網(wǎng)絡(luò)也屬于城域網(wǎng)入網(wǎng)，視頻監(jiān)控承載網(wǎng)絡(luò)除了包含一般的城域網(wǎng)技術(shù)特點之外，還有其他的特點。視頻監(jiān)控承載對數(shù)據(jù)上傳的速度要求很高，監(jiān)控終端分布很廣，沒有固定規(guī)則，當前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)建設(shè)成本很高，接入點很多，整個監(jiān)控系統(tǒng)擁有上萬個接入點，很難用傳統(tǒng)的視頻矩陣切換監(jiān)控點。通過將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與IP應用緊密結(jié)合，如果出現(xiàn)多個監(jiān)控中心同時查看一個終端設(shè)備的情況，一般會用IP技術(shù)來解決，EPON系統(tǒng)在IP視頻監(jiān)控上得到了很好的應用。

針對高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)復雜情況和嚴格要求，形成了基于EPON技術(shù)的IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)。IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過EPOM以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)將視頻編碼設(shè)備部署在前端，并通過EPON接入網(wǎng)將IP化的視頻信號上傳，IP視頻信號可以靈活的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過IP城域網(wǎng)和分布在各監(jiān)控中心的視頻解碼器，可以將圖像轉(zhuǎn)化為模擬信號，進行顯示[3]。通過EPON技術(shù)和IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，可以將監(jiān)控圖像直接儲存在監(jiān)控中心的IP儲存設(shè)備中，各控制中心想要調(diào)用監(jiān)控圖像不再需要依靠矩陣交換就可以實現(xiàn)，而是通過監(jiān)控系統(tǒng)直接向視頻解碼器發(fā)出指令，極大的減少了指令傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，提高了視頻監(jiān)控的及時性和靈敏地，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠更加有效的保護交通安全。

4.5EPON系統(tǒng)在檢測高速公路違規(guī)違章車輛中的應用。高速公路是城市間的交通要道，大部分來往于兩個城市間車輛都要通過高速公路，其中出現(xiàn)了許多違規(guī)違章車輛，對高速公路的正常運行和其他人的行車安全造成了巨大影響。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對違規(guī)違章車輛的監(jiān)控力度較弱，監(jiān)控范圍也不夠全面，無法對違規(guī)違章車輛做出有效的懲罰。但近年來，隨著EPON系統(tǒng)的應用，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)對違規(guī)違章車輛的監(jiān)控力度有所上升，取得了良好的結(jié)果。應用EPON系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)兼容性較強，可以在系統(tǒng)框架上添加多種應用程序。比如，在終端攝像頭上安裝智能測速程序，可以通過計算車輛進入與駛出的時間和距離，判斷車輛的速度是否超過安全標準，并直接將結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)后臺，有效減少車輛超速的現(xiàn)象，最大發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)預防危險的能力。另外，也可以在終端攝像機中安裝智能識別程序，通過外形和車牌號準確得到高速公路上貨車或載客車輛的基礎(chǔ)信息，得知這些車輛的承重極限，并對通過識別系統(tǒng)對當前的車輛狀況進行判斷，分辨出違規(guī)車輛，可以有效的對這些車輛進行針對性管理。

結(jié)論：高速公路是是重要的交通運輸和出行紐帶，在高速公路上布置視頻監(jiān)控系統(tǒng)有著極為重要的意義，能夠減少交通事故的發(fā)生，保護交通安全。EPON作為一種新型的光纖接入技術(shù)，有帶寬大，上傳速度快，兼容性強等特點，在終端控制、IP視頻監(jiān)控、違規(guī)違章車輛監(jiān)控上起到了重要的作用。

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