文/中威电子
近10年来，我国高速公路建设取得了巨大的成功，绝大多数省份的高速公路从孤立的单条道路跨入了纵横交错的路网化时代，而与之相适应的，高速公路视频联网监控系统作为高速公路机电"三大系统"的核心之一，也取得了巨大的技术进步，目前新建高速公路的视频联网监控系统几乎都已采用数字化、网络化、集成化的数字视频监控系统。
纵观10多年高速公路视频联网监控系统的发展，其大致经历了两个阶段：
第一个阶段是基于模拟视频的视频传输系统发展阶段，从2000年开始视频传输基本采用点对点数字光端机， 1路图像需要一芯光纤来传输；到2003年级联光端机的推出，实现了1芯光纤传输16路模拟视频能力；再到2005年推出的光传输交换平台的概念，一套平台实现了原来光端机+视频分配器+字符叠加器+模拟矩阵的功能，真正实现了视频的传输、交换、控制一体化功能。此后几年，基于光传输交换平台的视频传输系统以其先进性已经成为高速公路视频联网监控系统建设的首选方案，并且在全国各省市高速公路建设中都已经大量的使用。
但是，在这个阶段无论视频传输控制系统如何的进步，发展的如何先进，也弥补不了模拟标清视频的先天不足。管理单位经常会有这样的抱怨：图像不清楚，无法看清车牌和驾驶室里的情况；在交通事故后去查看录像，却看不清详实具体的事故情况；对于路段监控由于监控范围较大，标清视频无法看清楚具体细节等等。导致这些问题主要是因为当前的高速公路视频监控系统受制于原先的"传统的视频监控模式",传统模式中采用的是"标清"的摄像机，图像清晰度最高只能达到D1的标准（720×576），无法提供更高清晰度的视频，从而无法满足高速公路监控系统的各种需求。
对同一个监控对象而言，采用现有的标清D1标准，单幅图像约为40万个像素点；采用720P标准，单幅图像约为90万个像素点，2倍于D1;而采用1080P的标准则有200万个像素点，4倍于D1.高像素意味着更大的信息量，令图像的细节更加清晰和细腻。因此，高清视频可以得到监控对象更多的细节情况，可有效解决现有标清监控系统存在的看不清的问题。
高清信号表现的信息丰富，不用过多的图像切换就可以表达大量内容。例如用标清设备对一组人物进行监控，需要频繁的在全景和近景间进行变换，变换的时间就可能漏掉了关注的对象，而高清用一个画面就可以完成，因为在全景中，每个人都可以描绘得相当清晰。高清摄像机的清晰度以及色彩还原、影调反差是任何标清摄像机所无法比拟的。
高清视频监控以其高分辨率、高画质、大监控范围的优点已经被业内广泛认可。因此到2012年以后高速公路视频联网监控系统建设进入了第二个阶段：高清时代，即基于高清摄像机为视频采集终端的，集高清视频传输、交换、显示、存储为一体的高清视频联网监控系统。该系统的推出解决了标清时代业主关于视频清晰度不足的需求。
整个高速公路高清视频联网监控系统由前端高清摄像机，中间高清传输设备，局端高清管理平台构成。在一般的设计方案中采用高清网络摄像机，然后用光纤收发器传输，最后通过高清解码器解码显示的方案。该方案虽然基本满足了使用方对高清视频的需求，但是却面临了与早期传统模拟监控系统遇到的相同问题。第一，整个传输系统中间设备众多，继而需要大量的数据线连接，这增加了施工复杂性，同时也影响系统稳定性。这就需要一套集高清视频信号采集、传输、交换、显示一体的高清联网视频监控系统解决方案。第二，由于目前高清摄像机同质化严重，不能仅仅只是简单的拿一个高清机芯组装一个相机，还需要从更深层次的，编码算法优化，图像处理优化，色彩还原性，云台控制流畅性，聚焦速度等方面等考虑摄像机品种。
一、新技术应用：传输采集一体化高清摄像机
中威电子在高清摄像机的基础上创新性的推出了传输采集一体化高清摄像机，包括传输采集一体化高清枪机、传输采集一体化高清球机、传输采集一体化高清云台等。
中威推出的传输采集一体化高清摄像机将高清摄像机技术与工业以太网光传输技术完美集成，与传统的以太网数据传输的网络摄像机相比，该产品对高清视频及相关数据采用新型的光纤接入网技术，可以采用自愈保护环网光纤传输，与采用传统的以太网传输摄像机的方案相比，具有低成本、高带宽、扩展性强和良好的以太网兼容性等突出优点。具有稳定性更高、抗干扰性强、抗雷击等能力。广泛适用于平安城市、高速公路、金融、电信、机场、酒店等监控场所。
传输采集一体化高清摄像机与众多摄像机不同的是，其内嵌千兆工业以太网传输模块以光传输方式进行视频等数据输出，该产品可以直接通过光纤连接高清数字视频综合平台，省去了远端传输模块，而且由于省去了远端传输设备与网络摄像机连接的网线，系统稳定性更高，加之光纤直连方式，整个系统的抗干扰性和抗雷击等能力也得到有效提升。
该产品采用200万像素1/2.8" 逐行扫描CMOS传感器，支持1920×1080、1280×720等分辨率格式图像输出，通过H.264 / MPEG4 / MJPEG等先进的视频压缩技术，使得视频流处理得非常灵活、流畅、迅捷。
该传输采集一体化高清摄像机，除视频等数据传输采用千兆工业以太网模块光传输方式与传统网络摄像机采用以普通太网传输方式的不同外，其余功能与任何一款优质的常规型摄像机无异，从检测即可验证。该机的画质、网络控制性能、宽动态、低照度等功能效果都表现得令人注目；而普通以太网传输网络摄像机不具备的光传输技术其真正地改变了传统网络摄像机的联网和数据传输方式，具有低成本、高带宽、扩展性强和良好的以太网兼容性等突出优点。有效的节省了网络建设和运营维护成本，环网结构也便于后期扩容升级不但极大地提升了工程上的易安装性、低功耗、低成本、低维护、系统稳定性、抗雷抗电磁干扰性能强，且确保了摄像机在复杂环境下传输的画面质量，传输采集一体化高清摄像机整体都有比较出色的表现。
二、高速公路高清需求分析
高速公路视频监控图像可以分为隧道内监控图像、隧道口/桥梁等重点部位监控图像、路面监控图像（全程监控图像）、收费站车道图像、收费亭内图像、收费站广场监控图像等几类，每类监控图像的功能都不完全一样，也即对这几类监控图像的技术要求也不完全一样。通过深入分析这些不同监控类型图像的特点，采用不同的高清视频技术，并用统一的系统解决从高清视频采集到联网传输、交换、大屏控制、上墙显示、存储等一系列问题。
隧道内监控图像主要用于监控隧道内的交通状况，主要是隧道内的车辆密度、行驶速度、有无事故等。由于都采用固定的枪机，因此对图像延时并不敏感，但对图像的清晰度的要求则最好能看清车牌，在发生事故时可以第一时间得到更多的信息。
因此图像采集采用200万的高清光纤环网枪机比较合适。
隧道口、桥梁等重点部位的监控主要是对隧道口或桥梁等重点地段的路面运行情况和周围环境进行监视，其监视场景和范围都比较大，而且需要快速地转换视角和场景范围，必要时还需对某些特殊部位进行细节监视，如山体是否有滑坡迹象、桥梁有无异常等。因此，对这类图像的需求是：快速精准的PTZ控制、图像力求清晰、细节力求丰富。这类监控点采用20 0万高清光纤环网高速球机比较合适。
路面全程监控图像主要是观察路面的交通拥堵情况，必要时（如发生交通事故）也需要看清局部状况，因此，这类图像对实时性要求不高，清晰度则是越清晰越好。这类监控点合适采用20 0万高清光纤环网高速球机，可以采用高清光纤环网云台。
对于收费车道和收费亭内图像，对实时性要求不是太高，一般200万高清网络摄像机就可以满足要求。但对于收费广场图像，由于要监视的范围较大，有时还需要看清车辆或人员的细节，需要进行精准的PTZ操控，因此采用200万高清光纤环网高速球机比较合适。
另一个问题是，如何把这些不同的高清图像用一套统一的系统完成传输、控制、交换、上墙显示等一系列难题。中威推出的高清数字视频综合平台，让不同的高清视频发挥不同的作用，以满足高速公路视频监控图像多样化的特点。
三、中威全高清方案介绍
1、收费站监控
（1）收费车道摄像机采用20 0W高清网络枪机，收费亭摄像机采用200W高清网络半球，收费广场摄像机采用200万高清光纤环网高速球机，收费车道/收费亭高清摄像机直接网线接入千兆远端接入模块，车道千兆环网远端接入设备与广场高清光纤环网球机组成光纤自愈环网传输到收费站内配置的高清数字综合平台内。收费亭内监听，报警信号直接接入亭内高清网络半球的音频口及报警接口，以完成视音频同步编码，报警联动等功能。
（2）互通区摄像机及服务区摄像机采用200万高清光纤环网高速球机，多台光纤环网高速球机可以组成光纤自愈环网传输到收费站内配置的高清数字综合平台内。
（3）站内财务室监控摄像机是采用200W的高清网络半球，直接网线接到高清数字综合平台内。
（4）收费站实现对所有视频的接收落地以及上传分中心的功能。所有图像均在前端摄像机内进行H.264数字化双码流压缩（1股高码流，1股低码流），低码流用于IPSAN存储，高码流用于视频工作站预览或者高清电视墙上实时显示。通过客户端软件可以预览实时图像并可以对云台球机进行控制还可以回放录像图像功能。
2、隧道监控
（1）隧道洞内固定摄像机以及变电所摄像机采用200万高清光纤环网摄像机，以上摄像机可以通过光纤直接组成千兆视频传输网，无需外加传输设备。
（2）隧道洞口摄像机、隧道横洞摄像机采用200万高清光纤环网高速球机，隧道洞口、隧道横洞200万高清光纤环网高速球机与隧道洞内200万高清光纤环网摄像机混合组成千兆自愈传输网到隧道管理站内配置的高清数字综合平台内。
（3）隧道管理站实现对所有隧道视频的接收落地存储、事件检测以及上传监控分中心功能。所有图像均在前端摄像机内进行H.264数字化双码流压缩（1股高码流，1股低码流），低码流用于IPSAN存储，高码流用于视频工作站预览或者电视墙显示。所需显示的高清视频通过视频管理平台解码输出到高清电视墙，大屏拼接屏，主监视器显示。通过视频客户端软件可以调用各隧道值守点IP-SAN内存储的录像。
3、监控分中心
收费站高清数字视频综合平台和隧道管理站高清数字综合平台与监控分中心高清数字视频综合平台采用平台光纤组环的组网方式，组成千兆级别的数字视频调用专网。监控分中心采用按需调用的方式，将所需显示的高清视频通过视频管理平台解码输出到高清电视墙，大屏拼接屏，主监视器显示。通过视频客户端软件可以调用各下级站点的IPSAN内存储的录像。
方案特点：
（1）系统拓扑结构与目前主流的高速公路视频联网监控系统几乎完全一致，无论是业主还是设计院，大家对该拓扑结构都已非常熟悉。
（2）外场监控没有传输设备，最大限度地提高了系统的可靠性和稳定性。外场除了供电以外，不需要信号电缆，也无需信号防雷，极大地提高了抗雷击性能。
（3）即可以设计成全高清系统，也可以设计成部分高清、部分模拟系统，系统拓扑结构不会发生变化，具有高度的兼容性，也适合对旧系统的改造。
（4）收费站/隧道管理站/监控中心的综合平台设备集成度高，不但稳定可靠，而且安装维护工作量大大减少；
（5）全IP化的存储、联网技术，与更高一级监控中心联网非常方便。
随着高清图像的快速普及，高速公路视频监控高清化已是不可逆转的潮流，中威电子的第三代高清系统--VAR3S高清数字视频综合平台为高速公路视频监控高清化提供了一套完善的解决方案，也必将加速高速公路视频监控的高清化进程。
