高速公路数字监控平台应用

黄衢南高速公路数字监控平台应用黄衢南高速公路全长约161公里, 是国家高速公路网中北京至台北G3高速公路的重要组成部分。这条快速便捷的省际大通道，贯通南北、辐射四方，将浙皖闽三省有机相连，使长三角、海西两大经济区一路通达。黄衢南高速公路项目分二期建设，往北连接安徽省的黄山市，往南连接福建省的南平市。二期黄衢(浙江衢州至安徽黄山)高速公路浙江段地处山区，其中黄衢段桥隧比例超过50%，建设难度前所未有。黄衢南高速，也是浙江省交通规划“二纵二横十八连三绕三通道”中的“一连”，是连接安徽、浙江、福建三省的省际干线公路，也是浙江省“交通西进”政策的重大战略实施，对皖、浙、赣、闽四省边际地区的经济发展，具有十分重大的现实意义和深远的战略意义。， 一、 项目介绍 黄瞿南高速公路包含众多隧道和收费站，监控点众多，系统对图像质量有着较高的要求。在隧道监控系统中，必须满足众多隧管所和开化分中心的视频环路联网建设，以保障系统的稳定性的需要。在收费监控系统中要求6个收费站监控图像星型汇聚至收费分中心，实现对图像的监控和存储功能及在开化收费分中心编码上传至省级监控中心。1.1、隧道介绍黄衢高速全程长大隧道较多，共有26个隧道，其中8座长大隧道及一座小隧道设有隧道监控摄像机。各隧道内图像路数布设密集，全程图像路数达到了291路。如此多的视频数量，是本项目的难点之一。黄衢高速共有1000米以上的长大隧道有8座，在8座长大隧道变电所各有1个监控设备机房。各隧道内监控图像需先通过光纤汇集至变电所监控机房，再通过监控机房设备光传输至杨家园隧管所及开化分中心。江都坞隧道内布设有监控摄像机，但隧道不设置监控设备机房，江都坞隧道图像就近传输至后坪坞隧道监控设备机房，再通过后坪坞隧道监控机房设备统一上传。开化监控分中心及杨家园隧管所设置视频中心管理设备，用于所有隧道视频图像的输入及切换输出。所有外场视频图像经中心设备编码后，输出至磁盘阵列进行实时录像。视频切换输出配置为84路。所有输入视频图像具有字符叠加功能。隧道洞口带云台摄像机需要配置反向控制数据端口。为了能够更好的对26个隧道的实时状况进行监控，隧道监控部分计划采用全程多点监控的模式，全隧道共设置有291台摄像机，对路隧道情况基本实现无盲区监控。1.2、收费站介绍黄衢南高速共设有6个收费站，各站内亭内收费图像、车道图像通过视频传输设备传输至收费站控制室，再通过控制室设备传输至收费分中心，收费分中心与监控分中心合址。各收费站控制室需监看实时图像，并通过硬盘录像机对图像进行实时录像。收费图像监控的设计采用两级管理模式：一级：由6个收费站在本站实现电视墙监控，收费站级的监控要实现对车道、收费亭及广场图像的一对一监控，同时实现监听音频及车道告警的管理。二级：开化收费分中心接入下辖收费站传输至分中心的73路收费图像，在分中心切换60路图像至电视墙，切换8路图像至主监，输出4路图像接入编解码器并上传萧山东监控中心，并编码输出所有图像至IPSAN磁盘阵列进行存储。如何实现在161公里的超长距离上，291路隧道图像的监控，以及6个收费站73路收费监控图像等多种图像信息的汇总，以及后期的信息管理及网络发布呢？解决方案的实用性、适用性，会对整个路段设计所要达到的监控管理效果都会产生很大的影响。不同的方案有不同的优缺点，而道路监控和收费监控两部分作为解决方案的核心，会直接影响到方案的主体构架。1.3、系统方案实施针对黄瞿南项目需求的特点，我们对目前高速行业较先进的几种技术方案进行了深入的了解和对比，大体上有三种方案可供选择实施，有传统方式也有近几年兴起的先进模式，几种方案各有优劣，做一下简单比较：方案一、采用节点机+点对点光端机+模拟矩阵那么这种方案的优点是：1、选用设备简单、系统构架成熟；2、设备安装调试容易，维护方便；当然也存在如下几方面的缺点：1、节点机链路缺乏保护，收费站星型组网不适用超长路段系统；2、系统构成比较繁琐，中间设备较多，图像质量有所下降；3、矩阵联网需依靠点对点光端机构建视频、数据干线，传输带宽受到较大限制；4、扩容成本较高，系统增容与功能扩展不够灵活。5、不具备比较完善的系统管理功能。方案二、采用光端机+编解码设备+通信系统的方式这种方案的优点在于：1、通信系统具有环网保护功能，节省主干光纤；2、编解码方式可支持远距离、多点多级别传输模式；3、图像数据网络共享简单，能够满足灵活组网的要求。而缺点则表现为：1、编码压缩方式产生视频延迟，网络的不稳定性决定了图像容易出现丢包及马赛克现象，影响后期信号的再处理；2、目前编解码设备没有行业设备标准，各厂家设备兼容困难，项目中容易形成产品垄断；3、后期系统扩容只能沿袭原有模式，功能扩展也必须基于先期编解码设备的支持；4、通信系统需增加设备为图像传输提供更高的传输带宽，同时大量的图像传输亦会对通信系统的稳定性造成影响。方案三、点对点接入+光矩阵联网方案 此方案优点主要有以下几个方面：1、前端点对点方式接入，保证外场图像的安全性；2、系统可支持类似网络方式的图像点播或广播功能，全网图像质量一致，保证信号的多点多级共享；3、光矩阵总线式联网可实现远距离、大容量、多级别传输，所有图像采用非压缩模式，可充分利用光纤带宽；4、可针对高速公路收费、监控各系统业务的需要灵活组网，专网专用；5、多业务板卡方式，可提供视频、数据、音频、以太网、E1等多种多样的业务接口，满足多种业务的接入，同时附带完整的网络管理功能。系统也存在一定的缺点：首先前端采用点对点方式，占用光纤资源较多；其次系统配置稍复杂，对维护人员技术要求较高。但是本项目光纤资源充足，为光矩阵的使用提供了便利的条件。通过对上述三种方案的分析介绍，我们可以清除的看到单纯光端机与模拟矩阵组合方案，因为自身的技术特点及局限，很难满足黄瞿南高速监控系统的功能要求；而压缩视频编码IP传输模式因虽然具有系统结构比较简洁、较光端机方案能有效的减少了视频业务模、数/数、模转换的次数，但是编解码格式自身固有的技术特点，使其在对解决本项目的实际问题上存在着一些缺陷；只有光纤数字矩阵模式，在具备了系统结构简洁等特点的基础上，采用全网非压缩视频处理模式，光纤接入、传输，分布矩阵管理等具有显著特点的系统结构，能够最大限度满足当前项目的功能要求。在选择光矩阵的基础上，我们考虑到此项目在隧道监控中要保证291路监控图像采用光纤环网模式工作，这在以往的高速公路视频监控系统中是很少见的，如果选择集中式全交叉方式的光矩阵，从交换能力和系统稳定程度上无法满足，全交叉光矩阵系统构建相对复杂，无法保证稳定工作，而且从技术角度不足以支持291路图像的光纤环网的要求。在此考虑选择北京蛙视通信公司的VOX-XG2000型号光矩阵，此设备采用分布式数字总线交换，单板卡交换能力高，可以支持大容量图像、多业务数据的光纤组网，其组网模式灵活，支持星网、链网、环网等，单机箱最大支持152路图像视频任意切换输出，采用数字非压缩编码技术，图像质量清晰、无延时，而且支持多机箱级联，系统结构简单，扩容能力强，可以满足要求。2、 系统方案介绍2.1 隧道监控系统整体组网与方案设计黄衢高速隧道监控项目，设有一个隧道管理所（杨家园隧管所），一个管理分中心（开化管理分中心），开化分中心位于全路段中间位置，各长大隧道变电所监控室分布在分中心两侧。基于上述实际地理位置，图像及数据传输可采用树形拓扑或者环形拓扑结构，树形拓扑结构网络构造简单，但稳定安全性不足，如果中间节点设备故障，将会对图像传输系统造成影响。基于隧道监控系统的稳定与安全性考虑，采用双纤自愈环网结构构建监控网络。即在座长大隧道变电机房及开化分中心分别架设一套视频传输设备，通过22芯主干光纤，组成一个双纤自愈环网，传输291路图像至杨家园隧管所及开化分中心。在石崖坞、连坑坞、枫头岭、大流坑、后坪坞、白马山隧道变电机房及杨家园隧管所、开化监控分中心分别配置该多业务传输设备，总共8套VOX-XG设备采用光纤级联的方式，组成自愈环网，保证图像传输系统的稳定性。杨家园隧管所及开化分中心作为系统自愈环网的中心节点，在监控中心可切换输出前端任意一路图像至电视墙，进行实时监控，中心切换输出图像可达152路。各隧道变电所平台设备可任意切换输出8路图像至监视器，对监控图像进行监看。系统图如下：2.2收费图像传输系统方案黄衢高速全程共设有6个收费站及一个收费分中心，分别为皖浙、浙皖主线收费站，马金、开化、芳村、东案匝道收费站，收费分中心设置在开化。各收费站的每个收费亭内设置一个监控点及一个拾音器，各车道设置2个摄像机，所有图像需传输至开化收费分中心。各个收费站通过配置VOX-XG数字视频管理平台实现对本地视频及音频、数据业务的接入、管理和上传联网功能，视频存储通过VOX-XG设备环通视频至硬盘录像机实现。在开化分中心，需通过配置VOX-XG中心设备对前端收费站上传的图像进行实时切换监看和本地编码的IP-SAN网络存储，并切换输出编码视频至萧山东监控中心。对于收费图像而言，图像质量为第一要素，前端摄像机及视频传输设备需为各收费站监控室、收费分中心查看图像细节提供清晰图像源。比如遇到紧急情况可清晰的用肉眼识别车牌等。在分中心需对所有视频图像进行存储，为了保证存储的图像在调看时能清晰识别图像细节，故在提供录像源的时候就需要尽量保证图像清晰度。在方案设计时，需要考虑在后期如果要加入车牌识别器等设备，非压缩视频图像误报率最低。考虑到上述原因，黄衢南高速收费图像传输系统采用多业务平台，通过光纤传输非压缩图像至开化分中心的模式构架。每个收费站及分中心各配置一套VOX-XG系统，通过光纤组成星型网络，把前端收费亭、车道监控图像传输至收费分中心。此种传输模式最大程度上保证了图像传输质量，并且星型组网方式为简单成熟的组网模式，对于小业务量的图像传输系统构架非常稳定。收费站车道及收费亭内图像先通过视频电缆进行前端汇集，再通过8路光远端模块，通过光纤传输至相应收费站平台设备。在收费站通过光平台设备，可对车道图像、亭内图像、金库图像进行切换实时监看，前端通过远端模块传输至收费站的音频报警信号，经平台设备输出后接入相应处理设备。收费站平台设备通过光纤与开化收费分中心配置的平台设备进行级联，把各收费站监控图像传输至收费分中心，在分中心通过VOX-XG系统进行切换输出、实时录像等相应处理。3 黄衢高速监控分中心与浙江省监控分中心联网方案浙江省设置有一个监控中心，位于萧山东。黄衢高速隧道监控与收费监控系统构建完成后，需把选择切换输出若干路图像上传至浙江省萧山东监控中心。隧道监控系统上传6路图像；收费监控系统上传4路图像。省监控中心与路段分中心距离较远，并且省监控中心对于图像清晰度的要求没有路段上要求那么高，故采用压缩图像通过编解码器传输至省监控中心为最佳方式。在隧道监控与收费分中心的VOX-XG设备上分别配置4-6路模拟视频输出端口，任意切换输出4-6路模拟视频，接入相应编解码器设备，由编解码器对模拟图像进行压缩编码，编码格式MPEG-2/MPEG-4/H264任意选择。对图像进行压缩编码后，再经由与省中心相连的以太网进行上传。在省中心配置解码器设备，对上传上来的图像进行解码后，再接入相应处理设备。4 系统特点黄衢高速公路道路情况复杂，隧道多，监控点数量庞大，系统建设要求要高于传统项目建设。隧道图像多达291路，并且要求双纤自愈环网运行，这在目前众多高速公路机电监控项目中属于图像路数最多的环网。本项目不仅要解决在开化分中心实现对多个隧管所和收费站，多路视频图像的接入管理和光纤联网以及编码上传至省中心的功能，还需要解决图像的延时性、清晰度和系统稳定运行等问题。随着系统建设，需要