文/中威電子
近10年來，我國高速公路建設取得了巨大的成功，絕大多數省份的高速公路從孤立的單條道路跨入了縱橫交錯的路網化時代，而與之相適應的，高速公路視頻聯網監控系統作為高速公路機電"三大系統"的核心之一，也取得了巨大的技術進步，目前新建高速公路的視頻聯網監控系統幾乎都已采用數字化、網絡化、集成化的數字視頻監控系統。
縱觀10多年高速公路視頻聯網監控系統的發展，其大致經歷了兩個階段：
第一個階段是基于模擬視頻的視頻傳輸系統發展階段，從2000年開始視頻傳輸基本采用點對點數字光端機， 1路圖像需要一芯光纖來傳輸；到2003年級聯光端機的推出，實現了1芯光纖傳輸16路模擬視頻能力；再到2005年推出的光傳輸交換平臺的概念，一套平臺實現了原來光端機+視頻分配器+字符疊加器+模擬矩陣的功能，真正實現了視頻的傳輸、交換、控制一體化功能。此后幾年，基于光傳輸交換平臺的視頻傳輸系統以其先進性已經成為高速公路視頻聯網監控系統建設的首選方案，并且在全國各省市高速公路建設中都已經大量的使用。
但是，在這個階段無論視頻傳輸控制系統如何的進步，發展的如何先進，也彌補不了模擬標清視頻的先天不足。管理單位經常會有這樣的抱怨：圖像不清楚，無法看清車牌和駕駛室里的情況；在交通事故后去查看錄像，卻看不清詳實具體的事故情況；對于路段監控由于監控范圍較大，標清視頻無法看清楚具體細節等等。導致這些問題主要是因為當前的高速公路視頻監控系統受制于原先的"傳統的視頻監控模式",傳統模式中采用的是"標清"的攝像機，圖像清晰度最高只能達到D1的標準（720×576），無法提供更高清晰度的視頻，從而無法滿足高速公路監控系統的各種需求。
對同一個監控對象而言，采用現有的標清D1標準，單幅圖像約為40萬個像素點；采用720P標準，單幅圖像約為90萬個像素點，2倍于D1;而采用1080P的標準則有200萬個像素點，4倍于D1.高像素意味著更大的信息量，令圖像的細節更加清晰和細膩。因此，高清視頻可以得到監控對象更多的細節情況，可有效解決現有標清監控系統存在的看不清的問題。
高清信號表現的信息豐富，不用過多的圖像切換就可以表達大量內容。例如用標清設備對一組人物進行監控，需要頻繁的在全景和近景間進行變換，變換的時間就可能漏掉了關注的對象，而高清用一個畫面就可以完成，因為在全景中，每個人都可以描繪得相當清晰。高清攝像機的清晰度以及色彩還原、影調反差是任何標清攝像機所無法比擬的。
高清視頻監控以其高分辨率、高畫質、大監控范圍的優點已經被業內廣泛認可。因此到2012年以后高速公路視頻聯網監控系統建設進入了第二個階段：高清時代，即基于高清攝像機為視頻采集終端的，集高清視頻傳輸、交換、顯示、存儲為一體的高清視頻聯網監控系統。該系統的推出解決了標清時代業主關于視頻清晰度不足的需求。
整個高速公路高清視頻聯網監控系統由前端高清攝像機，中間高清傳輸設備，局端高清管理平臺構成。在一般的設計方案中采用高清網絡攝像機，然后用光纖收發器傳輸，最后通過高清解碼器解碼顯示的方案。該方案雖然基本滿足了使用方對高清視頻的需求，但是卻面臨了與早期傳統模擬監控系統遇到的相同問題。第一，整個傳輸系統中間設備眾多，繼而需要大量的數據線連接，這增加了施工復雜性，同時也影響系統穩定性。這就需要一套集高清視頻信號采集、傳輸、交換、顯示一體的高清聯網視頻監控系統解決方案。第二，由于目前高清攝像機同質化嚴重，不能僅僅只是簡單的拿一個高清機芯組裝一個相機，還需要從更深層次的，編碼算法優化，圖像處理優化，色彩還原性，云臺控制流暢性，聚焦速度等方面等考慮攝像機品種。
一、新技術應用：傳輸采集一體化高清攝像機
中威電子在高清攝像機的基礎上創新性的推出了傳輸采集一體化高清攝像機，包括傳輸采集一體化高清槍機、傳輸采集一體化高清球機、傳輸采集一體化高清云臺等。
中威推出的傳輸采集一體化高清攝像機將高清攝像機技術與工業以太網光傳輸技術完美集成，與傳統的以太網數據傳輸的網絡攝像機相比，該產品對高清視頻及相關數據采用新型的光纖接入網技術，可以采用自愈保護環網光纖傳輸，與采用傳統的以太網傳輸攝像機的方案相比，具有低成本、高帶寬、擴展性強和良好的以太網兼容性等突出優點。具有穩定性更高、抗干擾性強、抗雷擊等能力。廣泛適用于平安城市、高速公路、金融、電信、機場、酒店等監控場所。
傳輸采集一體化高清攝像機與眾多攝像機不同的是，其內嵌千兆工業以太網傳輸模塊以光傳輸方式進行視頻等數據輸出，該產品可以直接通過光纖連接高清數字視頻綜合平臺，省去了遠端傳輸模塊，而且由于省去了遠端傳輸設備與網絡攝像機連接的網線，系統穩定性更高，加之光纖直連方式，整個系統的抗干擾性和抗雷擊等能力也得到有效提升。
該產品采用200萬像素1/2.8" 逐行掃描CMOS傳感器，支持1920×1080、1280×720等分辨率格式圖像輸出，通過H.264 / MPEG4 / MJPEG等先進的視頻壓縮技術，使得視頻流處理得非常靈活、流暢、迅捷。
該傳輸采集一體化高清攝像機，除視頻等數據傳輸采用千兆工業以太網模塊光傳輸方式與傳統網絡攝像機采用以普通太網傳輸方式的不同外，其余功能與任何一款優質的常規型攝像機無異，從檢測即可驗證。該機的畫質、網絡控制性能、寬動態、低照度等功能效果都表現得令人注目；而普通以太網傳輸網絡攝像機不具備的光傳輸技術其真正地改變了傳統網絡攝像機的聯網和數據傳輸方式，具有低成本、高帶寬、擴展性強和良好的以太網兼容性等突出優點。有效的節省了網絡建設和運營維護成本，環網結構也便于后期擴容升級不但極大地提升了工程上的易安裝性、低功耗、低成本、低維護、系統穩定性、抗雷抗電磁干擾性能強，且確保了攝像機在復雜環境下傳輸的畫面質量，傳輸采集一體化高清攝像機整體都有比較出色的表現。
二、高速公路高清需求分析
高速公路視頻監控圖像可以分為隧道內監控圖像、隧道口/橋梁等重點部位監控圖像、路面監控圖像（全程監控圖像）、收費站車道圖像、收費亭內圖像、收費站廣場監控圖像等幾類，每類監控圖像的功能都不完全一樣，也即對這幾類監控圖像的技術要求也不完全一樣。通過深入分析這些不同監控類型圖像的特點，采用不同的高清視頻技術，并用統一的系統解決從高清視頻采集到聯網傳輸、交換、大屏控制、上墻顯示、存儲等一系列問題。
隧道內監控圖像主要用于監控隧道內的交通狀況，主要是隧道內的車輛密度、行駛速度、有無事故等。由于都采用固定的槍機，因此對圖像延時并不敏感，但對圖像的清晰度的要求則最好能看清車牌，在發生事故時可以第一時間得到更多的信息。
因此圖像采集采用200萬的高清光纖環網槍機比較合適。
隧道口、橋梁等重點部位的監控主要是對隧道口或橋梁等重點地段的路面運行情況和周圍環境進行監視，其監視場景和范圍都比較大，而且需要快速地轉換視角和場景范圍，必要時還需對某些特殊部位進行細節監視，如山體是否有滑坡跡象、橋梁有無異常等。因此，對這類圖像的需求是：快速精準的PTZ控制、圖像力求清晰、細節力求豐富。這類監控點采用20 0萬高清光纖環網高速球機比較合適。
路面全程監控圖像主要是觀察路面的交通擁堵情況，必要時（如發生交通事故）也需要看清局部狀況，因此，這類圖像對實時性要求不高，清晰度則是越清晰越好。這類監控點合適采用20 0萬高清光纖環網高速球機，可以采用高清光纖環網云臺。
對于收費車道和收費亭內圖像，對實時性要求不是太高，一般200萬高清網絡攝像機就可以滿足要求。但對于收費廣場圖像，由于要監視的范圍較大，有時還需要看清車輛或人員的細節，需要進行精準的PTZ操控，因此采用200萬高清光纖環網高速球機比較合適。
另一個問題是，如何把這些不同的高清圖像用一套統一的系統完成傳輸、控制、交換、上墻顯示等一系列難題。中威推出的高清數字視頻綜合平臺，讓不同的高清視頻發揮不同的作用，以滿足高速公路視頻監控圖像多樣化的特點。
三、中威全高清方案介紹
1、收費站監控
（1）收費車道攝像機采用20 0W高清網絡槍機，收費亭攝像機采用200W高清網絡半球，收費廣場攝像機采用200萬高清光纖環網高速球機，收費車道/收費亭高清攝像機直接網線接入千兆遠端接入模塊，車道千兆環網遠端接入設備與廣場高清光纖環網球機組成光纖自愈環網傳輸到收費站內配置的高清數字綜合平臺內。收費亭內監聽，報警信號直接接入亭內高清網絡半球的音頻口及報警接口，以完成視音頻同步編碼，報警聯動等功能。
（2）互通區攝像機及服務區攝像機采用200萬高清光纖環網高速球機，多臺光纖環網高速球機可以組成光纖自愈環網傳輸到收費站內配置的高清數字綜合平臺內。
（3）站內財務室監控攝像機是采用200W的高清網絡半球，直接網線接到高清數字綜合平臺內。
（4）收費站實現對所有視頻的接收落地以及上傳分中心的功能。所有圖像均在前端攝像機內進行H.264數字化雙碼流壓縮（1股高碼流，1股低碼流），低碼流用于IPSAN存儲，高碼流用于視頻工作站預覽或者高清電視墻上實時顯示。通過客戶端軟件可以預覽實時圖像并可以對云臺球機進行控制還可以回放錄像圖像功能。
2、隧道監控
（1）隧道洞內固定攝像機以及變電所攝像機采用200萬高清光纖環網攝像機，以上攝像機可以通過光纖直接組成千兆視頻傳輸網，無需外加傳輸設備。
（2）隧道洞口攝像機、隧道橫洞攝像機采用200萬高清光纖環網高速球機，隧道洞口、隧道橫洞200萬高清光纖環網高速球機與隧道洞內200萬高清光纖環網攝像機混合組成千兆自愈傳輸網到隧道管理站內配置的高清數字綜合平臺內。
（3）隧道管理站實現對所有隧道視頻的接收落地存儲、事件檢測以及上傳監控分中心功能。所有圖像均在前端攝像機內進行H.264數字化雙碼流壓縮（1股高碼流，1股低碼流），低碼流用于IPSAN存儲，高碼流用于視頻工作站預覽或者電視墻顯示。所需顯示的高清視頻通過視頻管理平臺解碼輸出到高清電視墻，大屏拼接屏，主監視器顯示。通過視頻客戶端軟件可以調用各隧道值守點IP-SAN內存儲的錄像。
3、監控分中心
收費站高清數字視頻綜合平臺和隧道管理站高清數字綜合平臺與監控分中心高清數字視頻綜合平臺采用平臺光纖組環的組網方式，組成千兆級別的數字視頻調用專網。監控分中心采用按需調用的方式，將所需顯示的高清視頻通過視頻管理平臺解碼輸出到高清電視墻，大屏拼接屏，主監視器顯示。通過視頻客戶端軟件可以調用各下級站點的IPSAN內存儲的錄像。
方案特點：
（1）系統拓撲結構與目前主流的高速公路視頻聯網監控系統幾乎完全一致，無論是業主還是設計院，大家對該拓撲結構都已非常熟悉。
（2）外場監控沒有傳輸設備，最大限度地提高了系統的可靠性和穩定性。外場除了供電以外，不需要信號電纜，也無需信號防雷，極大地提高了抗雷擊性能。
（3）即可以設計成全高清系統，也可以設計成部分高清、部分模擬系統，系統拓撲結構不會發生變化，具有高度的兼容性，也適合對舊系統的改造。
（4）收費站/隧道管理站/監控中心的綜合平臺設備集成度高，不但穩定可靠，而且安裝維護工作量大大減少；
（5）全IP化的存儲、聯網技術，與更高一級監控中心聯網非常方便。
隨著高清圖像的快速普及，高速公路視頻監控高清化已是不可逆轉的潮流，中威電子的第三代高清系統--VAR3S高清數字視頻綜合平臺為高速公路視頻監控高清化提供了一套完善的解決方案，也必將加速高速公路視頻監控的高清化進程。
