浅析高速公路监控系统的解决方案

——IP 数字化监控系统应用及未来发展

文 | 罗宇

　　高速公路监控系统作为高速公路三大机电系统之一，是保障行车安全畅通、提高公路管理水平的重要关键系统。监控系统应用于路段管理中心、省高速管理中心、国家交通厅等一系列单位。在未来高速公路监控系统建设过程中，IP数字化监控系统将成为监控系统发展的主流趋势。在IP 全数字监控系统的基础上，又衍生出满足各种业务需求的子系统，最终建成满足多功能需求的大监控系统。

建设背景

　　随着我国高速公路的迅猛发展，已经形成了南北交错，东西纵横的高速公路网，在对国家经济发展做出突出贡献的同时，也对高速公路管理及运营的自动化、体育化提出了严峻的考验。随着通信技术、电子技术的发展，高速公路机电系统慢慢成为了高速公路管理及运营的基础。高速公路机电系统分为监控、收费、通信三大系统，而监控系统作为高速公路管理方进行道路管理的重要工具之一，是保障车辆行驶畅通安全的重要系统。
　　随着近几年高速公路监控系统的快速发展，计算机技术、图像技术、网络技术、通信技术等一系列技术已经被广泛应用于监控系统。传统模拟监控系统是基于传统模拟视频技术及光通信技术的监控系统，此系统已在行业内应用多年，系统架构及设备应用非常成熟，但随着高速公路网的日益增长，对实时分析、处理和预测、监控联网、多级管理的需求越来越高，因此对监控系统提出了更高的要求。

发展状况

　　近几年，国家加大高速公路的建设力度，已形成遍布全国的高速路网、总里程位列世界第二，各省高速管理中心下辖的路段不断增多，这就对高速公路机电系统，尤其是监控系统提出了更高的要求。主要表现在如下方面：各地高速公路在完成联网的同时，监控系统也需要联网，而监控联网的重中之重就是各路段视频图像的联网。各路段监控点采集的视频图像，不仅需要在路段管理中心进行实时监看，更需要上传至上级管理部门，由上级管理部门统一管理。从整体应用来看，通过各省视频图像大联网，能够在遇到重大性、突发性事件时，快速实现省级高速公路应急措施的实施。如2008 年我国南方出现的重大雪灾，高速公路监控联网系统在抗险救灾过程中起到了重要作用。

　　我国高速公路有里程长，车流量大的特点，故各路段监控系统视频信息量大，路段监控系统负担着海量信息的传输与存储工作；高速公路里程长、跨度大，布线及施工成本高昂，要求降低施工投资；随着越来越多的管理者对信息安全的重视，监控系统的信息安全技术也急需解决。

　　上述市场需求呼吁监控系统的技术变革。

　　随着计算机技术、网络技术、视频压缩技术等网络数字视频技术的发展，网络视频技术更好地解决了大规模、长距离、高度分散系统的视频监控问题。数字网络监控系统彻底打破了传统模拟监控系统的结构，从根本上改变了高速公路监控系统信息采集、数据处理、数据存储及系统控制等过程的方式及架构。

　　目前，高速公路视频监控系统正处于传统模拟系统与数字系统混合应用向全数字IP 化系统过渡的重要阶段，可以预计，今后的高速公路监控系统发展，是IP 数字化、体育化、全局化的时代，是“大监控”的时代。

建设目标

　　高速公路监控系统的建设目标为：在基于数字化技术完成路段监控系统建设的基础上，充分利用高速公路三大机电系统中通信系统的强大网络通信能力，将路段数据、图像逐级上传，实现省级路网宏观管理，跨路段的交通管理与控制，实现路网监控信息资源共享，最终实现高速公路交通信息的综合服务。

建设对策

　　宇视科技公司在国内率先提出，为了更好地应对高速公路监控系统建设需求，系统的建设应基于IP 通信网络，对前端图像进行压缩编码，再经由高速公路通信系统，传输至路段管理中心及上级管理中心，进行信息的综合共享应用。

多种前端组网方式，满足不同应用场合

　　每一条高速公路都是一个非常专业而复杂的网络体系，它由公路路段、收费站及周边、管理中心等重要元素交织组成。在充分研究高速公路每个组成元素后，宇视科技公司提出了针对不同应用环境的组网方案。

针对全程监控的解决方案

　　全程监控，监控点沿着相对笔直的高速公路沿途布设而成，监控前端在结构上呈一条直线分布。针对这种特殊情况，宇视公司提出了先进的EPON 系统，实现道路沿线监控点串接的结构，最大程度节约传输介质，降低施工难度。EPON 技术相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，对长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON 系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。

　　在解决了路段数据传输问题后，随之而来的就是传输的稳定性。为了更好地保证传输稳定性，保证在串接结构中某一前端设备故障，不影响其余前端数据传输，宇视公司继而提出了RRPP 全光环网技术，应用于全程监控。RRPP 光环网技术应用于实际工程后，如果环结构中某一前端设备故障，光环网将自动实现环网自愈功能，保证其余前端数据的正常传输。

针对收费站的解决方案

　　高速公路收费站是整个高速公路的咽喉部门，担负着高速公路收费、分段管理的重任。故高速公路收费站的监控系统建设尤为重要，主要由收费亭内监控、收费匝道监控、收费站广场监控及收费站重点区域监控组成。

　　收费站广场监控较为简单，由于前端分布较为稀疏，且点位较少，采用SFP 点对点直连组网方式即可满足传输需求。

　　收费亭内监控及收费匝道监控在布设结构上与全程监控类似，呈直线结构，适合采用串接结构传输。基于此，宇视公司采用EPON 或者RRPP 技术传输亭内及匝道视频数据。在传输视频数据的同时，又可以同时传输亭内收费数据、匝道抓拍数据至管理中心，在节约成本的同时，保证了传输的稳定性，一举两得。

　　综上所述，宇视公司根据不同的应用场景，提出了EPON 串接、RRPP 环网及SFP 直连三种不同的组网方式，三种方式各有优势，充分满足了高速公路前端组网需求，为用户提供了丰富而可靠的解决方案，用户可根据实际需求进行选择。

前端多种数据接入，满足多业务传输需求

　　高速公路沿线不仅有视频监控设备，还包含很多其他业务设备，比如情报板、气象检测设备、应急电话设备、视频检测设备等。这就要求前端传输设备在传输视频数据的同时，必须具备传输其他业务数据的能力。针对高速公路的此类需求，宇视公司在传输网络上采用波分复用技术，可同时传输以太网数据、串行数据和电话信号。这就为用户解决了多业务接入需求，各类业务都可以和视频信号同时传输，或者单独传输，大大简化了前端结构，减少传输设备种类，为后期设备维护提供便利。

N+M 备份，大容量监控数据的存储保证

　　高速公路监控系统具有海量的监控信息，并需要24 小时不间断存储，保证在遇到紧急事件后有据可查。海量信息存储需要大容量存储设备，并确保存储设备的稳定性。基于如此高可靠性的需求，宇视公司采用IP-SAN 存储阵列，采用RAID 技术、N+M 备份技术等一系列技术手段，对高速公路监控所产生的海量监控信息的进行高质量的可靠存储。

　　N+M 备份指的是在高速公路管理中心部署N 个存储设备处于工作状态，再部署M 个存储设备处于备份状态。任何一个工作设备发生故障，都可由任何一个备份设备接替，从而保证视频存储业务不中断。存储阵列恢复之后，可按照策略选择业务回切。这种N+M 备份的机制，对于高速公路监控系统中的重要监控数据留存，提供了高可靠的保障。

IMOS 多级多域方案解决监控系统大联网，助力交通服务综合应用

　　高速公路管理体系中角色较多，从省管理中心至路段管理中心，分为多级管理，这就要求监控系统在管理架构上支持多级管理。在实际应用环境中，路段管理中心可对路段进行全功能管理，在省级管理中心，又可以对下辖各路段进行进一步的管理。IMOS 管理平台具有灵活的资源化管理框架——系统将监控平台中所有组成单元抽象为资源。IMOS 管理平台结合基于高速公路各管理级别角色的精细化分级分权用户权限管理，不同的角色具备对各种资源的不同管理使用能力，不同的用户又可以和不同的角色相结合，从而给高速公路各级管理者带来无比丰富灵活的角色、权限、组织管理功能。

　　IMOS 针对高速公路从上至下三级管理模式，开发了强大的跨域业务支撑和跨域资源管理：支持多级跨级、跨域视频调用能力。灵活支持从简单资源访问到完善跨域管理操作等各种应用管理需求，即支持跨域看、控、查等基本业务，也支持跨域备份、对讲、报警等增强业务。在路段管理中心、省高速公路管理中心实现对视频图像多级调看及分级控制，上级管理中心可以调看下级管理中心的所有实时图像、录像资料等监控信息，对下级监控信息进行宏观管理。

　　通过高速公路监控大联网，实现高速公路“大监控”，在各级管理部门实现数据信息资源共享，实现未来高速公路交通服务的综合应用。

未来的功能发展

路段公共视频图像无线发布

　　高速公路系统随着近几年的快速发展，路段图像数量及清晰度大大增加，这就对视频资源的整合利用提出了需求。视频资源不仅能为高速管理部门提供管理依据，为公安部门提供侦缉依据，还可以为广大行驶在高速公路上的司机们提供便利。经常行驶在高速公路上的驾驶者，最为关心的就是路段的车辆行驶状况、前方道路行驶是否畅通、是否由于天气原因封路等交通诱导信息。基于高速公路实际使用者的需求，迫切要求高速公路管理部门可以与公众共享某些视频监控图像，因高速公路上的车辆具有连续行驶的特殊性，视频图像无线发布成了视频共享的不二手段。IMOS 系统可内嵌视频无线发布子系统，通过3G 网络，把可发布的视频图像，发布到行驶在此路段范围内，需要浏览图像的驾驶者的专用手持终端上。行驶者可根据需要，选择查看实时图像，为行车道路选择提供依据。

　　无线图像发布系统还可以解决管理者事故现场执法的需求，可以通过手持终端，观看事故现场周边的车辆行驶情况，并可以把现场处理图像上传到管理中心，为管理中心领导指挥制定重大事故处理方案提供有力依据。

视频分析功能助力高速公路体育管理

　　高速公路体育化管理是基于多种数字、体育技术的管理方式，其中涉及多种业务系统，包括路段可变情报发布系统、实时图像监控系统、GIS 地理信息系统、气象检测系统、视频分析系统等多种系统。其中IMOS 平台下的视频体育分析子系统通过路段卡口设备，分析200W、500W 像素高清视频图像中的元素信息，可分辨出车辆车牌、驾驶者面貌、车辆速度等多种信息。多个卡口设备的使用，可以实现“绿波”功能，为特勤车辆提供行驶路线；可以实现车辆行驶轨迹跟踪，提供肇事逃逸车辆逃逸路线等信息。体育分析系统又可以与人脸体育识别系统相结合，比对公安部门黑名单数据库，体育识别黑名单库内人员，并上报给相关公安机关。体育识别系统又可以与GIS 地理信息系统相结合，把有关高速公路路段的所有信息，通过数据、图像、标记等多种方式呈现在路段GIS 地图上，让管理者更为直观的观看所需信息，真正实现高速公路体育化管理，实现高速公路监控系统建设的真正意义。

结束语

　　宇视科技IP 体育监控系统在高速公路行业已经有了大量的行业应用案例，先后服务于甘肃全省境内高速，广东广梧高速，江苏汾灌高速，江苏宁宿徐高速，广西全兴高速，广西岑兴高速，广西广贺高速，云南曲陆高速，内蒙古泰白高速，黑龙江双佳高速等多条高速，有效保障了高速公路的行车安全及高效运行。宇视科技以视频监控系统助力提升高速公路管理效率为理念，建设安全、可靠、自主、高效的高速视频监控系统为责任，为我国的高速公路行业建设尽一份力量。