省域高速公路监控系统视频联网监控方案研究

省域高速公路监控系统视频联网监控方案研究

提高全网络日常管理能力，提高交通应急指挥调度能力，提高信息服务能力，是监测区域内道路网络的重要目标。视频联网监控是实现三大功能的重要技术手段,因此,本文重点围绕三层次视频联网系统框架和功能、视频图像传输内容、图像编码制式、视频联网方式进行探讨与研究;依托某省联网工程,提出并实施了三种视频联网控制方案,实际运行效果表明,系统运行稳定可靠、所提方案经济合理。视频联网系统总体架构信息共享是省域高速公路视频联网监控的重要特点,因此,应将高速公路外场监控视频与收费站监控视频视为统一的整体进行规划和设计。结合收费系统站级视频监控系统,可将全省视频联网系统总体框架分为三大层次:省监控中心——路段监控分中心——监控管理所/有人值守隧道站。收费系统只在收费站设立视频切换控制系统,如收费站和监控管理所合建,则可根据各系统视频路数多少,决定谁来综合设置,在分中心和省中心统一由监控系统来考虑。需说明的是,如果含有长大隧道等重点安全防范路段,则应考虑和其最靠近的路段管理机构实施视频共享,方便做到紧急救援。图像来源的叠加根据联网框架构成和管理需求,省监控中心应能调阅各路段任意一路的收费、监控、全程监控、服务区、超限站等视频图像。视频图像传输内容具体有:监控外场(摄像机带云台)、监控室图像、收费站视频监视图像、超限站等视频图像和视频图像叠加的相关信息。1、监控外场(摄像机带云台)

主线道路(包括高速公路、互通立交、服务区、停车区、国道主干线等)监控图像;

特殊路段(如长大隧道、特大桥、长下坡、小曲线半径、特殊线型路段等)视频监视图像;

服务区(停车区)图像,包括广场、餐厅、超市、楼道、降温加水、后厨等;

与其他省交界处路段视频监控图像;

重要城市的出入口监视图像。2、监控室图像3、收费站视频监视图像

收费车道入口图像;

收费车道出口图像;

收费广场图像(摄像机带云台);

收费亭图像;

收费监控室图像;

财务室图像;4、超限站等视频图像5、视频图像叠加的相关信息各级视频控制系统的功能高速公路监控系统视频图像联网由各级监控中心和视频监控点组成,为避免多级系统对同一视频图像进行控制时造成冲突,实行权限分级管理。摄像机台录像

将收费图像输入视频控制矩阵系统;

控制若干个收费广场摄像机云台;

接收上一级视频控制系统下发的控制信号,对相邻收费外场摄像机云台进行控制;

对所有收费图像进行录像;

切换输出≧2路收费图像至路段监控分中心视频控制系统。邻近监控外场摄像机

将隧道区段内的监控图像输入视频切换控制系统;

接收上一级视频控制系统下发的控制信号或者由本地视频控制系统对隧道外带云台摄像机进行控制;

图像经切换输出至监视器上显示;

所有输入图像全部上传至上一级视频控制系统。

经本地或者上一级视频控制系统控制邻近监控外场摄像机;

由本地或上一级视频控制系统下发控制信号通过收费站视频控制系统对收费广场或者相邻监控外场摄像机进行控制;

对交通事件报警图像进行录像;

图像一对一或经过画面分割(或轮循方式)在监视器墙上显示;

所有监控图像全部上传至路段监控分中心。

经本地视频控制系统控制邻近监控外场摄像机;

由本地视频控制系统下发控制信号通过管理所或者隧道站以及收费站视频控制系统对收费广场及其相邻监控外场摄像机进行控制;

对所有监控图像进行录像(收费系统因为所有图像备份在站级已经完成,因此不再考虑),需要时可远程调用;

图像一对一或经过画面分割后(或轮循方式)在监视器上显示;

如设置大屏幕投影时,可切换1或多路图像到大屏幕投影系统显示。视频图像显示模块

通过设置权限可对现场摄像机进行控制;

通过显示设备可观看全省监控系统和收费系统所有视频图像;

可切换输出多路图像到大屏幕投影进行组合、开窗等灵活多变的显示;

对事件报警图像进行录像。路通综合监控

对现场摄像机控制优先权在各路段监控分中心(监控管理所、收费站);

省监控中心在一般情况下,可以根据设定的权限访问或控制现场摄像机;

当路段发生重大交通事件时,路段监控分中心向省监控中心报警(经由监控数据通道或电话方式),同时切换包括交通事件发生地点及相近路段区域的视频图像、距事件点最近互通的图像在内的至少6路图像上传至省监控中心;省监控中心接收到报警信号后,立即切换该路段上传图像在大屏幕上进行一对一显示,并要求相邻路段监控分中心上传与发生交通事件路段相关路段图像,根据交通事件严重程度,以及该区域路网交通状况,制定交通应急方案,并通过监控数据通道,下发指令给相关路段分中心,由后者予以执行。视频系统的连接模式视频图像的压缩方式早期建设的路段分中心监控视频图像,多采用MPEG-2数字压缩技术,占用带宽较大,在当今的流媒体技术应用中受到限制。H.264标准是由国际电信联盟(ITU-T)制定的新一代视频压缩格式。在同等的图像质量条件下,H.264的数据压缩比比MPEG-2高2-3倍,比MPEG-4高1.5-2倍,在网络传输过程中所需要的带宽资源更少,已经被网络流媒体技术广泛采用,成为新一代视频压缩标准。因此,在省域高速公路视频联网监控的图像传输方案中,建议选用更先进的H.264/MPEG4AVC压缩标准。每个路段监控分中心向省联网监控中心上传的视频图像,均可采用H.264压缩方式。视频编码器按H.264,D1/CIF双码流压缩,通过通信以太网通道上传至省监控中心。省监控中心视频解码器将D1(720×576)码流信号转换成模拟信号,输出到视频终端;将CIF(352×288)码流信号存储或通过视频流媒体服务器进行“软解压”,供授权用户或有查询需求的道路运营管理单位访问。上传视频图像路数省中心应能对路段发生的各种情况进行视频监控。因此,分中心上传视频可按照如下具体要求实施:1、每个路段分中心至少上传本路段的任意4路双码流视频图像(D1+CIF),在分中心矩阵输出至少4路图像到视频编码器,D1码流用于监控大屏幕监视,CIF码流用于录像存储、事后查阅。2、全省有些路段处于两省边界,或有长隧道及隧道群,或有特大桥梁,这些路段地理位置相对重要,需要针对性地增加上传视频图像的路数,最多增加至7路:

含省界收费站,增加1路;

含长隧道(单洞1000米以上)或隧道群(三个或三个以上),增加1路;

含特大桥(2公里以上)或管辖路段里程超过150km,增加1路。3、要求能根据需要同时上传4路以上收费图像(或监控、服务区、超限站图像),以满足省监控中心对路段的监控管理需求。4、每个分中心传输数字压缩图像带宽最小需求如下:4路D1所需带宽为4×2M=8M,4路CIF所需带宽为4×512K=2M。合计8+2=10M,加上损耗,大约12M。5、根据路段实际情况,分中心传输数字压缩图像带宽最大理论需求如下:7路D1所需带宽为7×2M=14M,7路CIF所需带宽为7×512K=3.5M。合计14+3.5=17.5M,加上损耗,大约20M。视听设施的硬件要求1、视频图像输出及数字传输

分中心各类视频图像由一台矩阵统一进行控制,该矩阵预留输出相应路数图像,接入省中心在路段分中心安装的视频编码器;

分中心各类视频图像由多个矩阵控制,路段能实现矩阵级联,并在其中的一台矩阵上预留输出相应路数图像,接入省中心在路段分中心安装的视频编码器;

分中心实现视频数字传输,数字视频能满足省中心对图像编码、分辨率的要求,且能与省中心解码器兼容,直接将数字视频信号接入监控分中心三层交换机进行传输;

分中心实现数字视频传输、或有数字视频改造计划,在分中心设置流媒体服务器,通过流媒体服务器上传图像信息至省中心。2、监控系统的利用

针对有模拟矩阵的分中心,省中心视频服务器直接调用编码器视频流进行观看或转发;

针对数字化视频的分中心,省中心发送指令,调阅分中心流媒体服务器或经编码的视频流;

分中心监控软件设置矩阵、云镜控制的优先权:在日常运营管理中,省中心不参与路段的矩阵控制;在发生重大事件或突发事件时,省中心具有最高优先权;在接收到省中心的矩阵控制指令后,分中心监控系统软件应统一协调矩阵控制命令队列,优先执行省中心的控制指令,省中心监控系统可对矩阵控制设置相应的权限,以获得有序的控制管理。省中心数字视频系统针对各路段矩阵配置、图像格式、硬盘录像机/视频编码器使用情况、数字视频等实际状况,本文提出了三种分中心至省中心的视频传输系统方案。首先路段分中心从矩阵输出4路视频,接入D1/CIF双码流高清编码器。然后根据各分中心的实际视频系统配置,编码器按以下要求配置:各矩阵间能够实现级联,或本身只使用一台矩阵,分中心可通过监控矩阵提供4路视频图像输出信号,经编码器压缩后,由通信系统以太网接口上传至省中心数字视频系统。针对分中心不同品牌、不同数量的矩阵,如果分中心各矩阵间不能实现级联,则在分中心增加编码器,收费、监控各视频矩阵分别提供任意4路视频图像输出信号,经编码器压缩后,由通信系统以太网接口上传至省中心数字视频系统。针对分中心不同品牌、不同数量的矩阵,如果分中心各矩阵间不能实现级联,不增加编码器,按系统分配图像路数,如收费矩阵1路、全程监控2路、服务区等监控1路,经一台4路编码器压缩后,由通信系统10/100Mbps接口上传至省中心数字视频系统。为满足管理需求,若分中心矩阵能级联(或只有一台矩阵)的则在分中心安装4路编码器,若分中心矩阵不能级联的则在各矩阵分别设置4路编码器,由监控软件进行矩阵软级联,同时保持上传省中心的通道为4路D1/CIF双码流图像。收费站采用压缩视频格式上传分中心的路段