京沪高速公路全数字综合管理平台的设计与实现

京沪高速公路全数字综合管理平台的设计与实现

为提高服务管理意识，河北省高速公路北京办事处大力推进机械化、智能化、现代化建设。整个项目实施了青县至吴桥线路140.9公里的视频监控系统重建项目。该项目分为两个阶段，实施并投入运营。全程视频监控系统采用全数字综合管理平台作为系统的核心设备,通过增加外场摄像机、广播号角等设备,与远端接入设备节点式光端机及各类服务器、工作站等设备组成网络,将视频、音频等信息通过光纤传输和处理,实现了京沪高速公路全程范围内的视频监控,实现了高速公路视频信息的采集及综合信息发布、指挥调度等功能,为管理层提供了更加高效、便捷的管理平台。一、视频、广播子系统京沪高速全程视频监控系统由路段计算机网络子系统、闭路监视子系统、信息发布子系统、交通事件检测子系统、有线广播子系统、数据传输子系统、供配电子系统构成。道路干线平均每两公里设置一对摄像机、一对广播号角,在互通区附近摄像机的布设适当加密,视频传输采用前端节点式光端机+全数字综合管理平台模式,在各收费站和监控中心分别设置一台全数字综合管理平台,通过干线光缆连接,将京沪全程总计156路道路监控视频图像通过7芯光纤传输至监控中心,实现全线范围内视频、广播的统一管理和控制。图1为全程视频监控系统构成图。二、体视频监控系统的功能全数字综合管理平台综合运用计算机、图像处理、视频压缩、传输与交换、网络管理、视频行为分析等技术,集视音频信号的接入、传输、交换、存储、显示以及PTZ控制、告警联动、视频分发、事件检测等功能和应用于一体。全数字综合管理平台是一个高度标准、开放的视频监控网络平台,完美支持专业级视频监控所必备的从非压缩到不同压缩等级的多码率数字视频信号的并行传送与统一调度。全数字综合管理平台的信号接入、传输和交换均基于电信级以太网技术,支持星形、链形、环形、相切环等光网络拓扑,可在全网提供1+1保护,使整个平台具有极高的可靠性、安全性和可扩展性。三、全数字综合管理平台的优势(一)高质量的视频传输在京沪全程视频监控系统方案中,在各收费站设置全数字综合管理平台,视频图像采用数字非压缩技术处理方式,通过全数字综合管理平台将非压缩数字视频信号上传至监控中心控制室,监控中心控制室通过设置在中心的全数字综合管理平台控制各收费站的视频调度,能直接控制切换调用任意一路非压缩实时的视频信号上传至监控中心,数字非压缩技术处理图像损耗小、图像清晰,极好地满足了监控中心拼接大屏显示对高质量视频源的需求。(二)视频质量的高效性全数字综合管理平台采用符合国际电联(ITU-R)BT.601、BT.656标准的非压缩分量数字视频码流作为其基础视频码流,视频信号的压缩、传输、交换、处理、存储、显示等全部基于此标准的基础视频码流,从而使得全数字综合管理平台具备了非常优良的扩展性和通用性。全数字综合管理平台内的压缩视频采用H.264标准,同时提供多种码率不同画质的压缩视频。在京沪全程视频监控系统方案中,在收费站设置全数字综合管理系统,以符合国际标准IEEE802.3的1000M以太网作为核心交换平台,遵循国际标准ITUBT601、BT656对模拟视频进行数字化,前端模拟视频信号接入系统后编码为BT656数字视频信号,系统中的图像压缩、图像交换、图像处理、图像存储、图像显示等环节全部基于BT656数字视频信号,系统也支持直接输入、输出BT656数字视频信号,与传统光平台相比,编码更加标准化。数字视频码流在以太网上传输和交换,技术成熟、完善、稳定、通用,标准化程度高,图像全网调用、桌面调用灵活,网络改造方便。图2为全数字综合管理平台与传统光平台视频编码流程比较。(三)系统网络拓扑结构全数字视频管理平台设备网管通过TCP/IP协议进行通信,支持WEB访问设置。通过网管软件实现对系统设备的状态监视,视频调配,系统资源管理、用户管理、视频存储、录像查询调用等功能。网管设备:全数字视频管理平台具备专用的网管板模块,采用IP接口方式对整个系统的设备进行在线管理和调度。系统配置:网管系统可根据系统中所有设备的网管地址在中心网管软件上进行添加,并根据系统实际拓扑构建拓扑图;支持多级电子地图,支持树型列表。通过设备硬件网管芯片可自动读取设备参数并实时显示,用户还可根据需要修改网络拓扑结构。系统控制:完成图像的切换调用和控制,能够根据需要随时更改后台数据库配置,添加摄相机协议。支持多级服务器,实现对各节点硬件设备的管理、配置、故障巡检。信息显示及故障告警:能够对网络中所有设备进行巡检,并可实时监测和显示所有设备的运行状态,包括设备地址、光链路状态、视频链路状态、CPU运行温度等,当有设备出现关键故障时,系统可自动判断故障类型并在中心网管界面提出告警信息。用户管理:提供完善的用户管理,包括权限设置、优先级判别、多级管理模式的定义等。可开放端口,与其他系统平台对接,实现资源的共享和互相调用。能够根据用户的需求提供二次开发服务。视频存储:将指定的视频进行集中存储,存储设备支持标准的IP-SAN、NAS及DAS设备。可设定存储计划,对指定的摄像机在计划时间段内进行录像存储。可以在客户端上对所点播的实时视频及录像文件进行本地存储。可以事件触发存储,在事件发生和解除时分别开始和停止对设定摄像机的录像存储。录像查询调用:在客户端对录像文件进行按“摄像机+时间”或按“事件”检索,可进行录像的远程回放及下载。(四)视频数据传输全数字综合管理平台支持多种业务接入传输:提供视频、数据、音频、以太网、El、电话、报警、对讲、视频会议及低速数据的接入和传输。全数字视频管理平台主干传输支持2.5G以上(含2.5G)传输速率;光传输支持单、双纤等多种传输方式。全数字综合管理平台支持分布式数字矩阵,多个数字视频矩阵系统之间通过光纤可以以任意拓扑组网结构互联,每个数字视频矩阵能够对全网接入的视频、音频和数据等多业务进行管理、控制、交换,实现全网多业务的共享和统一调度。全数字综合管理平台支持多节点联网:任意节点设备均可实现视频信号的接入、切换输出和总线传输,任意节点均可通过数字非压缩视频总线下载图像,全网只需一次模数/数模转换。全数字综合管理平台支持视频信号的多点共享和双向传输,能够实现会议电视功能。全数字综合管理平台在图像切换、控制部分支持软硬件两种方式,硬件方式支持外部键盘操作,软件方式支持在平台软件的客户端主机上操作。四、全数字综合管理平台的不足(一)占用光纤资源相对较多京沪全程视频监控系统在各收费站和监控中心共设置8台全数字综合管理平台,道路监控视频图像总计156路,系统共占用7芯干线光纤,和以往利用视频编码器、具有交换功能的总线式编(解)码系统+SDH通信系统传输方式只占用2芯光纤相比,占用光纤资源相对较多,但对于目前光纤资源比较丰富的高速公路来讲,光纤资源已经不是重点考虑或者担忧的问题,另外,高清视频传输是今后发展的必然趋势和方向,全数字综合管理设备以其数字非压缩技术在传输图像清晰度方面有着巨大优势,其占用光纤资源较多的不足得到充分的弥补。(二)软件设计有待进一步完善在京沪全程视频监控系统建设和运营过程中,全数字综合管理平台也暴露出一些不足之处:首先是软件开发略显滞后,用户的某些需求可能无法实现,因此,软、硬件有待进一步的研发和完善,从而不断满足用户不断增加的更高层次的需求;其次,不同品牌平台之间存在一些技术壁垒和兼容问题,两个品牌的平台共同组网时,或者由两个品牌的平台组成的网络在运行过程中如果出现问题,需要品牌双方相互开放通信协议,从而造成问题解决起来相对比较困难,因此,行业标准化和规范化水平有待进一步提高。五、高速公路监控系统信息化建设的要求随着国家高速公路建设事业的飞速发展和电子技术的日新月异,高速公路监控系统的信息化建设迎来了前所未有的发展机遇,也成为当今热点,与此同时,人们对高速公路监控系统的信息化建设提出了更高的要求。在高速公路视频监控系统应用中,全数字综合