高速公路視頻監(jiān)控現(xiàn)狀

　　隨著高速公路路網(wǎng)的擴(kuò)大及管理要求的不斷提高，收費(fèi)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)是現(xiàn)代化高速公路建設(shè)中必不可少的一個(gè)部分。監(jiān)控系統(tǒng)又以視頻圖像監(jiān)控為主，由視頻采集子系統(tǒng)、視頻傳輸子系統(tǒng)以及視頻處理子系統(tǒng)構(gòu)成，在高速公路路網(wǎng)規(guī)模較小，視頻監(jiān)控距離較短的情況下，國內(nèi)大部分的高速公路沿線已經(jīng)具有了光纖傳輸線路，有的也正在建設(shè)中，并有足夠的纖芯留給了視頻傳輸系統(tǒng)使用，通過光端機(jī)以模擬的方式將視頻圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控或錄像。在路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，監(jiān)控距離不斷增長的情況下，遠(yuǎn)距離的視頻傳輸成本也在不斷提高，圖像傳輸質(zhì)量明顯下將，甚至無法忍受。為充分利用光纖線路資源，提高遠(yuǎn)距離圖像傳輸質(zhì)量及視頻記錄質(zhì)量，在安徽高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，我們提出了充分利用通信網(wǎng)絡(luò)資源，采用數(shù)字化視頻技術(shù)及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高速公路視頻圖像的遠(yuǎn)距離傳輸及處理，使收費(fèi)監(jiān)控與道路監(jiān)控融合并達(dá)到全省三級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的目的。

　　數(shù)字音視頻技術(shù)

　　全省聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控必然用到視頻數(shù)字化技術(shù)，提起數(shù)字視頻技術(shù)，人們首先想到的是MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)，MPEG于1988年成立，是活動(dòng)圖像專家組（Moving Picture Exports Group）的縮寫。目前MPEG已頒布了MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4三個(gè)活動(dòng)圖像及聲音編碼的正式國際標(biāo)準(zhǔn)。MPEG優(yōu)于其他壓縮／解壓縮技術(shù)主要是因?yàn)樽鳛閲H標(biāo)準(zhǔn)兼容性很好、具有最高可達(dá)200：l的更好壓縮比、在高壓縮比下具有很小的數(shù)據(jù)損失。

　　MPEG-1制定于1992年，為工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)，可適用于不同帶寬的設(shè)備。支持NTSC 352 x 240及PAL 362 x 288的SIF標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖像的壓縮，編碼速率最高可達(dá)4-5Mbps，傳輸速率為1．5Mbps，每秒播放30幀，具有CD唱盤的音質(zhì)。MPEG-可以用于不同帶寬的視頻傳輸、視頻記錄系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

　　MPEG-2制定于1994年，為高級工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率而設(shè)計(jì)。支持可達(dá)NTSC 720 x 480及PAL 720 x576的SIF標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖像的壓縮，編碼速率為3-100Mbps，同樣具有廣播級的視像及CD唱盤的音質(zhì)。MPEG-2可以用于廣播級的視頻傳輸及視頻記錄系統(tǒng)。

　　MPEG-4傳輸速率要求較低，在4．8Kbps-6．4Mbps之間，主要應(yīng)用于基于窄帶的視像處理系統(tǒng)中，通過幀重建技術(shù)，壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。MPEG-4支持交互AV服務(wù)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，MPEG-4的設(shè)計(jì)具有更廣的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。

　　目前，基于MPEG視頻壓縮技術(shù)的設(shè)備已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用，主要分為視頻編碼器／解碼器及視頻記錄設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了基于窄帶的低畫質(zhì)的視頻圖像數(shù)字化及基于寬帶的廣播級視頻圖像數(shù)字化，基于硬盤的數(shù)字視頻記錄系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用，逐漸取代了模擬錄像機(jī)，成為市場的逐流。

      高速公路的圖像監(jiān)控業(yè)務(wù)

　　——圖像監(jiān)控概述

　　高速公路圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要是對收費(fèi)站的車道、收費(fèi)廣場、收費(fèi)亭的收費(fèi)情況，對收費(fèi)車道通過的車輛類型、收費(fèi)員的操作過程、收費(fèi)員的收費(fèi)過程以及收費(fèi)過程中的突發(fā)事件和特殊事件進(jìn)行觀察和記錄，實(shí)施有效的監(jiān)督；同時(shí)，高速公路圖像監(jiān)控系統(tǒng)還可以對高速公路干線、互通立交、匝道等高速公路重點(diǎn)路段進(jìn)行監(jiān)視，掌握高速公路交通狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)交通阻塞路段、違章車輛，及時(shí)給與引導(dǎo)，保證高速公路的安全暢通。

——圖豫監(jiān)控結(jié)構(gòu)

　　高速公路圖像監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)樹型分層控制結(jié)構(gòu)，即區(qū)域聯(lián)網(wǎng)分級監(jiān)控，最頂層一般以級路網(wǎng)為單位建設(shè)監(jiān)控總中心，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)路網(wǎng)的全面監(jiān)視與控制，監(jiān)控總中心以下按路段下設(shè)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)路段級的全面監(jiān)視與控制，監(jiān)控中心以下按收費(fèi)站／所下設(shè)監(jiān)控分中心，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站／收費(fèi)所級的全面監(jiān)視與控制。
監(jiān)控總中心、監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心之間采用聯(lián)網(wǎng)分級控制，監(jiān)控總中心需要控制監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，首先控制監(jiān)控總中心的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)控制到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心在控制本級的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)再通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)控制到監(jiān)控分中心，最后由監(jiān)控分中心實(shí)現(xiàn)視頻像的調(diào)度及攝像機(jī)的管理。區(qū)域聯(lián)網(wǎng)分級監(jiān)控是通過各級授權(quán)實(shí)現(xiàn)的，控制命令是通過IP網(wǎng)絡(luò)逐級傳輸?shù)摹?br />
　　——視頻采集設(shè)備

　　視頻采集設(shè)備主要完成監(jiān)控現(xiàn)場的圖像數(shù)據(jù)采集，高速公路一般對收費(fèi)站進(jìn)行全面監(jiān)控，在收費(fèi)車道、收費(fèi)亭內(nèi)、出入口收費(fèi)廣場、監(jiān)控分中心機(jī)房分別安裝視頻采集設(shè)備，以期達(dá)到全面監(jiān)控的目的，除此之外，部分高速公路還提供重點(diǎn)干線、互通立交、匝道等重點(diǎn)路段的圖像監(jiān)控。

　　——視頻傳輸設(shè)備

　　所有現(xiàn)場監(jiān)控的視頻圖像由于距離監(jiān)控分中心較近，一般采用模擬傳輸方式，直接將現(xiàn)場圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控分中心，監(jiān)控分中心一般需要選取收費(fèi)站數(shù)路視頻圖像上傳監(jiān)控中心，監(jiān)控中心一般也將需要選取路段數(shù)路視頻圖像上傳到監(jiān)控總中心，這兩種類型的傳輸一般距離有遠(yuǎn)有近，近的一二十公里，遠(yuǎn)的數(shù)百公里。視頻傳輸需要解決遠(yuǎn)程傳輸?shù)膱D像質(zhì)量，傳輸成本、光纖資源情況、傳輸可行性等因素。

　　——視頻處理設(shè)備

　　視頻處理設(shè)備一般是指視頻切換矩陣、視頻顯示設(shè)備、視頻記錄設(shè)備等，視頻記錄設(shè)備是取代模擬錄像機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備。高速公路一般要求對每一路圖像均進(jìn)行24小時(shí)不間斷錄像并對特殊事件進(jìn)行特殊處理，以便檢索回放；也存在僅對通行車輛進(jìn)行錄像，對特殊事件進(jìn)行錄像的要求。一般要求在監(jiān)控總中心，監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心可以任意對所轄路段、收費(fèi)站的錄像資料進(jìn)行按事件發(fā)生時(shí)間、收費(fèi)站，收費(fèi)員、車道，車型、車種、事件類型等檢索和回放。

　　視頻數(shù)字化設(shè)備

　　基于MPEG技術(shù)的視頻數(shù)字化設(shè)備應(yīng)用相當(dāng)廣泛，視頻數(shù)字化設(shè)備按使用方式一般可以區(qū)分為通用數(shù)字視頻設(shè)備與高速公路工業(yè)化專用數(shù)字視頻設(shè)備。通用設(shè)備一般用于較為獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)中，與所應(yīng)用的領(lǐng)域結(jié)合較為疏松：而高速公路工業(yè)化專用數(shù)字視頻設(shè)備一般可以與高速公路的監(jiān)控業(yè)務(wù)緊密集成，使得視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)更加方便、直觀，下面以皖通WT系列數(shù)字視頻設(shè)備為例來介紹高速公路專用數(shù)字化視頻設(shè)備。

　　——數(shù)字硬盤錄像機(jī)

　　◆系統(tǒng)基本功能

　　皖通WT系列數(shù)字硬盤錄像機(jī)主要完成上傳監(jiān)控分中心、監(jiān)控中心、監(jiān)控總中心的視頻進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)不間斷錄像，并對特殊事件車輛的視頻進(jìn)行標(biāo)記。 實(shí)時(shí)錄像功能，系統(tǒng)提供基于MPEG-1、MPEG-2及MPEG-4的視頻編碼格式，具有單路或多路音視頻同步實(shí)時(shí)錄像功能，可設(shè)置每路的錄像和錄音模式（如：單視頻、單音頻、混合同步）。

　　特殊錄像標(biāo)記功能，數(shù)字硬盤錄像機(jī) 在錄像過程中可以對特殊事件錄像進(jìn)行標(biāo)記，以便錄像管理器或控制軟件對特殊錄 像進(jìn)行檢索。一個(gè)錄像標(biāo)記可以記錄8個(gè)屬 性（如：事件發(fā)生時(shí)間、收費(fèi)站、收費(fèi)員、車道、車型、車種、事件類型等），發(fā)生特殊情況時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)或RS-232接口，控制系統(tǒng)可以將8個(gè)屬性傳送到數(shù)字硬盤錄像機(jī)，數(shù)字硬盤錄像機(jī)自動(dòng)將錄像屬性標(biāo)記到錄像文件中。錄像回放時(shí)可以直接回放特殊事件標(biāo)記前后的圖像。

　　影像品質(zhì)可調(diào)整，數(shù)字錄像機(jī)支持10個(gè)等級的連續(xù)錄像品質(zhì)，較低的影像品質(zhì)有較高的壓縮比，較高的影像品質(zhì)有較低的壓縮比。在錄像過程中，日常的24小時(shí)連續(xù)錄像可以采用較低品質(zhì)的影像錄像狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生特殊事件需要標(biāo)記錄像時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)置，自動(dòng)進(jìn)入較高品質(zhì)的影像錄像狀態(tài)，事件結(jié)束后或系統(tǒng)定時(shí)時(shí)間到，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常的較低品質(zhì)的影像錄像狀態(tài)，這樣可以保證長時(shí)間的24小時(shí)錄像，并且在發(fā)生特殊事件時(shí)，可以保證較高的影像質(zhì)量。

　　◆錄像管理器

　　錄像管理器是數(shù)字硬盤錄像機(jī)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控套件，可以運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)中的任何計(jì)算機(jī)上，主要實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有數(shù)字錄像機(jī)的遠(yuǎn)程配置、監(jiān)控、錄像檢索、回放及備份等功能。

　　錄像實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，錄像管理器可以提供單路或多路音視頻同步實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，每路均可達(dá)到30幀／每秒。
　　可調(diào)整影像參數(shù)，可以實(shí)時(shí)調(diào)整錄像參數(shù)，如：亮度，對比，飽和度、色調(diào)和音量等，還可以對錄像品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)整。錄像檢索、回放，錄像管理器提供所有錄像機(jī)的集中檢索功能，可以按照特殊錄像的屬性一次性檢索所有錄像機(jī)中的錄像，例如：可以檢索所有車型沖突的錄像、所有免費(fèi)車錄像等，系統(tǒng)檢索后可以逐一進(jìn)行回放，錄像文件資料的檢索滿足高速公路領(lǐng)域的特殊管理要求，是其他通用數(shù)字視頻設(shè)備所不具有的?；胤潘俣冗_(dá)25幀／秒，可以快進(jìn)、快退、單幀回放、放大等功能，錄像回放不影響系統(tǒng)正常錄像及特殊事件的圖像標(biāo)記功能。

　　剪輯及備份功能，由于連續(xù)錄像的文件較大且歷史使用價(jià)值較小，一般僅需要對特殊標(biāo)記錄像及指定錄像進(jìn)行備份，錄像管理器提供特殊錄像及指定錄像的自動(dòng)或手動(dòng)剪輯功能，可以對錄像中的特殊標(biāo)記錄像進(jìn)行剪輯，復(fù)制備份到光盤或硬盤，形成歷史資料。

　　狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，錄像管理器提供所有數(shù)字硬盤錄像機(jī)實(shí)時(shí)的狀態(tài)信息，指示錄像狀態(tài)、錄像設(shè)備資源狀態(tài)、故障狀態(tài)等。

　　◆錄像軟件開發(fā)包

　　軟件開發(fā)包是數(shù)字硬盤錄像機(jī)的二次開發(fā)套件，主要為系統(tǒng)集成商提供一套簡單的系統(tǒng)集成接口，可以方便地由系統(tǒng)集成商直接控制與監(jiān)控?cái)?shù)字硬盤錄像機(jī)，主要用于視頻圖形處理軟件中。軟件開發(fā)包提供一套數(shù)字硬盤錄像機(jī)管理控件及開發(fā)指南。