項目概述

　　該項目為某省高速公路全程監(jiān)控機電工程，該高速公路全線長120KM，雙向4車道、全封閉、全立交，限速為120km/h，全線設有路燈照明，全程設2個無人通信站、1個收費站及一個監(jiān)控分中心，其采用一級公路兼城市道路標準設計，收費站及路段監(jiān)控都要求全高清監(jiān)控，然后把所有監(jiān)控點圖像分別通過光纖鏈路傳輸至無人通信站及收費站，再把無人通信站和收費站的所有高清監(jiān)控圖像通過通信系統(tǒng)，匯聚到監(jiān)控分中心進行集中監(jiān)控。

　　需求分析

　　在當前大多數(shù)高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，圖像清晰度只能達到D1格式畫質(zhì)，這樣的清晰度很難看清過往車輛的車牌號碼與細部特征，尤其對于國家級高速公路全程路段的大型橋梁、大型互通式立交橋、收費廣場、治超站、大服務區(qū)、事故多發(fā)地等重點監(jiān)控目標而言，其清晰度已遠遠達不到高速公路交警或高速公路管理處的應用要求。同時由于受到錄像圖像海量存儲時的傳輸帶寬的限制，在錄像回放時很難捕捉到視頻細節(jié)。因此，該高速公路在提出高清視頻監(jiān)控需求后，對視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了以下要求：

　　· 在前端視頻采集系統(tǒng)中，需要網(wǎng)絡高速球實現(xiàn)高清視頻源的采集與編碼，其分辨率需要達到200萬像素;

　　· 傳輸系統(tǒng)要利用已有光纖網(wǎng)絡進行傳輸高清碼流信號;

　　· 存儲系統(tǒng)需滿足高清視頻圖像數(shù)據(jù)的高效存儲及高效帶寬傳輸;

　　· 解碼系統(tǒng)應支持高清圖像的解碼和輸出;

　　· 顯示系統(tǒng)支持的最大分辨率必須不低于采集圖像的分辨率;

　　· 性價比高。

　　方案設計

　　整個系統(tǒng)以UPS不間斷電源技術為供電基礎，根據(jù)項目的具體實際情況把整個系統(tǒng)依功能分為前端高清采集處理設計、高清光傳輸交換設計、高清存儲及解碼顯示設計、高清控制與管理設計。具體為在沿線道路以2KM的距離布設一臺高清200萬像素網(wǎng)絡高速球機進行拍攝，并在互通立交、服務區(qū)廣場及特大橋等重點道路路段相應加密監(jiān)控，全線共設置64臺高清200萬像素網(wǎng)絡高速球機，充分利用已有的光纖網(wǎng)絡，通過遠端接入設備ONU把高清視頻圖像傳輸?shù)綗o人通信站，并在無人通信站配置高清存儲服務器、高清視頻工作站，通過高速公路通信系統(tǒng)進行傳輸至監(jiān)控分中心。在監(jiān)控分中心配置高清解碼器、高清顯示器、高清存儲服務及高清管理服務器等，完成整個系統(tǒng)的端到端高清監(jiān)控解決方案，整體系統(tǒng)示意圖見圖1所示。

　　前端高清采集處理設計

　　針對項目實際需求，該方案設計采用某公司的200萬高清網(wǎng)絡高速球，以完成現(xiàn)場圖像、數(shù)據(jù)的采集和處理，并通過光纖傳輸系統(tǒng)上傳到監(jiān)控分中心。200萬高清網(wǎng)絡高速球可清楚、靈活地采集到500米范圍內(nèi)的車輛情況，并通過云臺轉動和光學變焦捕捉視頻細節(jié)。

　　200萬高清網(wǎng)絡高速球采用H.264高清圖像編碼技術，采用1/2.7英寸200萬像素CMOS超低照度傳感器，可輸出最大分辨率達到1920×1080的高清圖像;可在沒有紅外燈輔助的情況下實現(xiàn)最低達0.01 Lux的低照度監(jiān)控，又可實現(xiàn)動態(tài)范圍達100dB以上的強光場所監(jiān)控。[nextpage]

　　高清光傳輸交換設計

　　路段監(jiān)控高清傳輸設計

　　200萬高清網(wǎng)絡高速球的監(jiān)控視頻信號通過遠端接入模塊ONU，采用光纖環(huán)網(wǎng)傳輸方式傳輸至無人通信站OLT設備上。200萬高清網(wǎng)絡高速球輸出一路以太網(wǎng)信號，接入在每個監(jiān)控點的遠端接入模塊ONU上。各遠端接入模塊ONU與無人通信站OLT設備通過光纖組成環(huán)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡。

　　該系統(tǒng)中遠端接入設備主要采用ONU400，每臺遠端接入模塊ONU400最大可接入4路10M/100M以太網(wǎng)數(shù)字編碼壓縮信號，并可把每個端口預分配10~40Mbps的網(wǎng)絡帶寬，同時還支持其它標準以太網(wǎng)接口及RS-232、RS485、RS422等低速數(shù)據(jù)的格式傳輸。ONU400遠端接入設備支持靈活的組網(wǎng)方式，支持環(huán)型、鏈型、星型等各種混合型模式?？筛鶕?jù)不同的分布情況因地制宜的采用相應的接入方式。ONU采用環(huán)網(wǎng)接入時最大支持16個節(jié)點，支持環(huán)網(wǎng)自愈功能，其業(yè)務倒換時間小于30ms。系統(tǒng)對前端各節(jié)點網(wǎng)絡傳輸進行統(tǒng)一控制，采用按業(yè)務分配帶寬，有效地保證了在網(wǎng)絡傳輸過程中不會出現(xiàn)網(wǎng)絡阻塞、丟包、延時等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

　　局端光接收交換設備OLT作為系統(tǒng)的中心設備，采用模塊化設計，可根據(jù)各收費站的需求靈活配置， 其1.25G的光接收卡FSA1250-C可支持最多16路百萬全高清網(wǎng)絡高速球視頻接入，單機框則可達到32路百萬全高清網(wǎng)絡高速球視頻接入能力交換，光接收卡FSA1250-C接收前端采用不同接入方式傳輸?shù)臄?shù)字信號，其具備2個業(yè)務匯聚千兆以太網(wǎng)電口，在網(wǎng)絡平臺下可實現(xiàn)更高速率的數(shù)據(jù)存儲，支持NVR80X高清存儲及與上級監(jiān)控通信網(wǎng)絡的系統(tǒng)擴展級聯(lián)。

　　根據(jù)項目建設要求在無人通信站不設站級監(jiān)控，無需設置高清解碼器及高清液晶監(jiān)視器，配置網(wǎng)管系統(tǒng)UMS、網(wǎng)絡高清存儲設備及視頻瀏覽工作站(包括流媒體服務、錄像服務、客戶端等軟件模塊。)

　　無人通信站OLT接入通信系統(tǒng)，將圖像上傳至監(jiān)控中心。路段監(jiān)控高清視頻傳輸示意圖如圖2所示。

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　　收費站監(jiān)控高清傳輸設計

　　在收費站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，收費亭、車道的視音頻及低速數(shù)據(jù)通過ONU400組成單纖環(huán)網(wǎng)接入收費站監(jiān)控室的OLT;廣場的高清網(wǎng)絡高速球機視頻信息通過ONU100直接以點對點方式接入收費站監(jiān)控室的OLT。收費站監(jiān)控高清視頻傳輸示意圖如圖3所示。

　　監(jiān)控分中心監(jiān)控高清傳輸設計

　　在監(jiān)控分中心設置局端接收及交換設備OLT，通過通信系統(tǒng)接收來自下轄的2個無人通信站OLT設備上傳的監(jiān)控的圖像。各無人通信站的OLT設備將遠端接入設備ONU采集的數(shù)字壓縮視頻通過千兆網(wǎng)口上傳至監(jiān)控分中心OLT，監(jiān)控分中心可隨意調(diào)用前端任一路圖像進行顯示和操作。

　　根據(jù)項目需求在監(jiān)控分中心設置高清解碼器及高清液晶監(jiān)視器，配置網(wǎng)管系統(tǒng)UMS、網(wǎng)絡高清存儲設備及視頻瀏覽工作站(包括流媒體服務、錄像服務、客戶端等軟件模塊)。監(jiān)控分中心高清視頻傳輸系統(tǒng)構成圖如圖4所示。

　　高清存儲及解碼顯示設計

　　高清存儲設計

　　高清監(jiān)控視頻存儲大多是以超大數(shù)據(jù)流為代價，因此對于高清視頻，需要有足夠的存儲空間。選擇什么樣的高清存儲方案將直接影響視頻流暢度、系統(tǒng)穩(wěn)定性等一系列因素。該方案中的UTN采用NVR網(wǎng)絡存儲服務器進行分布式存儲、中心集中管理的模式。NVR網(wǎng)絡存儲服務器采用IP構架的以太網(wǎng)傳輸，具備良好的擴展性、共享性和較低的分攤應用成本，是目前大規(guī)模高清監(jiān)控存儲主要采用的技術措施之一。[nextpage]

　　高清解碼顯示設計

　　在高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，高清視頻解碼器VON5200/HD的主要功能是從網(wǎng)絡上獲取視音頻數(shù)據(jù)流，再將數(shù)字信號轉換還原為模擬信號，輸出到多媒體大屏幕、調(diào)音臺、功放等模擬音視頻設備上，它接收基于UDP/RTP協(xié)議、單播或組播模式的實時視頻數(shù)據(jù)流。該高清視頻解碼器支持H.264高清高碼流的視頻解碼能力。為了便于給監(jiān)控分中心的高清視頻解碼器集中供電，系統(tǒng)使用OLT機箱集中供電的方式。根據(jù)系統(tǒng)需求，該項目在監(jiān)控中心配置了24臺2路網(wǎng)絡高清解碼器進行解碼輸出。

　　高清控制與管理設計

　　管理服務器

　　系統(tǒng)的管理服務器采用Linux操作系統(tǒng)，可完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的管理，主要負責所有業(yè)務、服務內(nèi)容的匯聚和管理。主要分為業(yè)務處理和服務應用兩大部分：業(yè)務處理負責數(shù)據(jù)信息存儲查詢、視頻存儲分發(fā)、視頻搜索、報警信息處理、指揮調(diào)度等業(yè)務功能;服務應用負責實時圖像點播、歷史圖像檢索和回放、設備控制、存儲和備份、報警聯(lián)動等基本監(jiān)控功能。

　　高清視頻工作站

　　在需要進行遠程視頻瀏覽的地方，可使用C/S客戶端或B/S多媒體終端進行瀏覽。C/S客戶端是專業(yè)的操作軟件，客戶可在PC電腦上對系統(tǒng)進行遠程操作控制。B/S多媒體終端是基于監(jiān)控系統(tǒng)平臺的WEB解決方案，主要特點是使用方便、操作簡單、直觀、功能簡潔明了。用戶不需要對客戶端進行程序的安裝，通過IE瀏覽器即可在PC機上直接進行視頻監(jiān)控、錄像文件點播和云臺控制等一系列操作。

　　UMS網(wǎng)管系統(tǒng)

　　UMS(UTN Management System)網(wǎng)管系統(tǒng)，用于管理 UTN網(wǎng)絡的局端和遠端配置，提供配置管理、設備狀態(tài)監(jiān)控以及設備故障管理。UMS提供基于WEB的管理界面，用戶通過瀏覽器登錄UMS系統(tǒng)即可實現(xiàn)對UTN系統(tǒng)的全面管理。UMS同時還提供基于SNMP協(xié)議的網(wǎng)管客戶端軟件，客戶軟件提供圖形化的系統(tǒng)管理界面。

　　方案功能特點

　　圖像質(zhì)量高清晰

　　該監(jiān)控方案采用一次編碼，避免了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)因為多級級聯(lián)而造成的圖像質(zhì)量急劇下降的現(xiàn)象，最大限度地還原圖像的真實情況，并提供200萬像素的高清晰圖像分辨率，每個監(jiān)控點最高可以提供40M的帶寬，為用戶提供全高清的清晰圖像。

　　良好的系統(tǒng)開放性

　　該監(jiān)控系統(tǒng)采用國際標準IP傳輸協(xié)議，高品質(zhì)IP網(wǎng)絡代替了傳統(tǒng)的視頻切換矩陣進行實時監(jiān)控流的交換處理，相當于將IP網(wǎng)絡作為虛擬交換矩陣，具備無限擴展的能力，同時還提供業(yè)界標準的設備接口，兼容性強。

　　系統(tǒng)高可靠性傳輸

　　系統(tǒng)采用TDM網(wǎng)絡傳輸技術，對各節(jié)點網(wǎng)絡傳輸進行統(tǒng)一控制，有效地保證了在網(wǎng)絡傳輸過程中不會出現(xiàn)網(wǎng)絡堵塞、丟包、延時等不穩(wěn)定現(xiàn)象，充分地保障用戶的監(jiān)控系統(tǒng)能實時、穩(wěn)定的運行。

　　(1)TDM控制，獨立通道，傳輸時延小。不同于IP網(wǎng)的分包轉發(fā)，該監(jiān)控方案引入了TDM控制機制。前端各接入點ONU采集到的數(shù)據(jù)，各自在自身的獨立通道內(nèi)傳輸。各ONU之間不存在資源競爭問題，從而徹底解決了網(wǎng)絡阻塞的問題。

　　(2)按業(yè)務分配帶寬，解決了因各節(jié)點爭搶帶寬而造成的網(wǎng)絡阻塞。ONU不需要進行數(shù)據(jù)包的分析，對其它ONU的數(shù)據(jù)只進行簡單的轉發(fā)，從而保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂焖傩浴?/p>

　　(3)專用的高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通道與低速數(shù)據(jù)通道，大大提高了網(wǎng)絡傳輸?shù)男始鞍踩?。單纖虛擬雙環(huán)設計，高低速數(shù)據(jù)在各自的通道上傳輸，低速數(shù)據(jù)不需要進行IP打包分發(fā)，實時性強。

　　(4)支持數(shù)據(jù)流量監(jiān)測，隔離廣播風暴。系統(tǒng)通過光纖業(yè)務接入卡連接ONU，自行組網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)的傳輸和調(diào)用。與外網(wǎng)的通訊則是通過交換控制卡進行，外網(wǎng)的網(wǎng)絡風暴不會對本監(jiān)控系統(tǒng)的光纖傳輸網(wǎng)造成任何影響。

　　高集中化管理

　　系統(tǒng)針對不同的用戶可采用域管理、用戶管理和云臺控制沖突管理等多種權限管理模式。不同用戶可以根據(jù)指定的權限對系統(tǒng)進行操作。系統(tǒng)還根據(jù)用戶業(yè)務管理模式的特點，采用集中式的管理方式，通過管理服務器不僅可對前端設備進行集中的管理和控制，還可對分布在各區(qū)域的存儲終端設備進行遠程的集中管理。用戶只需要在一臺客戶端上就可以對整網(wǎng)設備進行批量配置下發(fā)、遠程升級、遠程操作、業(yè)務實現(xiàn)等操作。