視頻監(jiān)控在公路隧道中的方案比較

馬 瑛

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通號(hào)處，陜西 西安 710043）

一、概述

公路隧道視頻監(jiān)控主要用于監(jiān)視隧道的交通運(yùn)營(yíng)情況，以便控制中心值班員對(duì)整條隧道的交通運(yùn)行狀況實(shí)行全面監(jiān)視，為隧道交通管理提供全面的、直觀的監(jiān)視手段。在發(fā)生緊急情況下，如：隧道發(fā)生事故或火災(zāi)引起堵塞擁擠，視頻監(jiān)控可對(duì)事故上傳圖像信息進(jìn)行確認(rèn)，為選擇疏導(dǎo)方案提供依據(jù)，并可對(duì)必要的視頻圖像進(jìn)行錄像，以便分析取證。

二、目前主流的視頻傳輸產(chǎn)品

目前來說主流的視頻傳輸產(chǎn)品為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻光端機(jī)、節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)和視頻編解碼器。

1、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻光端機(jī)???點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻光端機(jī)是目前使用較為普遍的視頻傳輸設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)有：使用簡(jiǎn)單靈活，視頻質(zhì)量高，實(shí)時(shí)性好；除了可以傳輸多路視頻信號(hào)外，還可以傳輸音頻信號(hào)、異步數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等多種信號(hào)。它的主要缺點(diǎn)：無法組網(wǎng)，不具備保護(hù)功能，系統(tǒng)可維護(hù)性差；無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。如果距離過遠(yuǎn)，只能采用光端機(jī)級(jí)連方式。而多級(jí)光端機(jī)的級(jí)連會(huì)造成信號(hào)的急劇衰減。

2、節(jié)點(diǎn)式視頻光端機(jī)

節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)是一種新型的光纖傳輸系統(tǒng)，通常使用2芯光纖將各節(jié)點(diǎn)連接形成環(huán)網(wǎng)、鏈網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，視頻和數(shù)據(jù)可以在任意節(jié)點(diǎn)上下。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中還可以傳輸音頻、雙向數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)等信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省光纖資源；視頻容量大；節(jié)點(diǎn)數(shù)量基本不受限制，圖像質(zhì)量全程一致；如組成雙纖環(huán)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)自愈保護(hù)功能，當(dāng)某一段光纖或某一節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障，不影響整個(gè)系統(tǒng)的傳輸；可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的綜合接入；整個(gè)視頻傳輸系統(tǒng)可通過網(wǎng)管統(tǒng)一管理和維護(hù)，具備故障自我診斷功能。

3、視頻編解碼器

視頻編解碼器是通過現(xiàn)有通信系統(tǒng)接口及通道傳輸視頻信號(hào)的設(shè)備，其傳輸?shù)膱D像質(zhì)量主要取決于通信系統(tǒng)提供的接口和帶寬。根據(jù)接口形式的不同，視頻編解碼器大致可以分為：固定帶寬接口（E1接口）、IP接口兩種。

（1）固定帶寬接口：通過SDH等通信系統(tǒng)提供的E1通道傳輸視頻。優(yōu)點(diǎn)：充分利用已有SDH通信網(wǎng)的資源；靈活分配帶寬，用戶可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源和對(duì)圖像的要求任意分配N個(gè)E1；每路圖像一般情況使用2個(gè)E1，最多使用4個(gè)E1；方式簡(jiǎn)單點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。缺點(diǎn)：對(duì)SDH的傳輸帶寬要求較高，1個(gè)STM-1的SDH系統(tǒng)最多傳送31路4M大小的圖像，1個(gè)STM-4的系統(tǒng)最多傳送126路4M大小的圖像；目前設(shè)備成本較高。

（2）IP接口：通過以太網(wǎng)接口傳輸視頻信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：便于多級(jí)聯(lián)網(wǎng)；編碼器和解碼器可以不對(duì)稱；可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控到桌面，通過軟件可在計(jì)算機(jī)上解壓觀看圖像。缺點(diǎn)：一般情況下其內(nèi)部為每個(gè)端口實(shí)際提供的帶寬在10M左右，在視頻碼流為4M的情況下，最多只能傳輸2路實(shí)時(shí)視頻信號(hào)，并當(dāng)在一個(gè)端口上既傳送實(shí)時(shí)視頻流又傳送其他數(shù)據(jù)時(shí)，由于視頻信號(hào)占帶寬較大，會(huì)影響其他數(shù)據(jù)的正常傳送，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)擁塞；當(dāng)編碼器與解碼器不對(duì)稱，解碼器切換解壓不同編碼器的圖像時(shí)，會(huì)產(chǎn)生馬賽克，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致解碼器死機(jī)。

三、公路隧道視頻監(jiān)控方案比較

1、通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)傳輸圖像

隧道內(nèi)的圖像上傳如果采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)傳輸，則每路段（如隧道內(nèi)攝象機(jī)為125米一臺(tái)，使用4口光端機(jī)，則每段為距離為125米*4=500米）中心均需使用至少1對(duì)光端機(jī)并占用1芯光纖，這樣整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)占用的光纖資源較多。如果隧道距離隧道監(jiān)控中心過遠(yuǎn)，還需要通過光端機(jī)的級(jí)連將圖像上傳至中心，光端機(jī)級(jí)連會(huì)造成信號(hào)的衰減及信噪比降低。同時(shí)大量光端機(jī)的使用，設(shè)備無法統(tǒng)一管理，系統(tǒng)可維護(hù)性差。其優(yōu)點(diǎn)是圖像質(zhì)量高，實(shí)時(shí)性好。

2、通過節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸圖像

通過節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸圖像，整個(gè)系統(tǒng)只需要2芯光纖將各隧道內(nèi)節(jié)點(diǎn)組成環(huán)網(wǎng)或鏈網(wǎng)，節(jié)省光纖資源。隧道監(jiān)控中心將隧道內(nèi)上傳的信號(hào)經(jīng)設(shè)備全部輸出，統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控管理，并可在隧道監(jiān)控中心通過網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)整個(gè)傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)維護(hù)。

3、通過視頻編解碼器傳輸圖像

（1）固定帶寬接口：通過SDH系統(tǒng)提供的2M口或多個(gè)2M捆綁傳輸圖像。該方案需要隧道內(nèi)單獨(dú)設(shè)置通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備，因此在公路隧道一般不采用此方案。

（2）IP接口：通過隧道內(nèi)設(shè)置的PLC提供以太網(wǎng)接口傳輸視頻信號(hào)。視頻數(shù)據(jù)可靠行完全依賴于網(wǎng)絡(luò)，而目前以太網(wǎng)協(xié)議中對(duì)數(shù)據(jù)并沒有QOS保證，網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)，可能解壓時(shí)出現(xiàn)馬賽克。

四、工程應(yīng)用實(shí)例

1、重慶菜園壩公路隧道工程

重慶菜園壩公路隧道位于重慶市內(nèi)，隧道全長(zhǎng)約1.5公里，為上、下行線雙洞雙車道。

該工程中采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)傳輸隧道內(nèi)的視頻信號(hào)。上下行隧道內(nèi)各設(shè)置了4臺(tái)遠(yuǎn)端機(jī)，相應(yīng)的在隧道監(jiān)控中心共設(shè)置了8臺(tái)近端機(jī)。上下行隧道內(nèi)各敷設(shè)一條8芯光纜，每對(duì)光端機(jī)使用1芯，共用4芯，其余4芯留做備用。

2、秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道工程

秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道位于陜西省西安至安康柞水段，穿越秦嶺山脈的終南山，隧道全長(zhǎng)約18公里，為上、下行線雙洞雙車道，是我國(guó)目前設(shè)計(jì)的最長(zhǎng)的公路隧道。

由于隧道長(zhǎng)，需要傳輸?shù)囊曨l容量大、實(shí)時(shí)性要求高。以125米間距輸出1路視頻計(jì)算，則隧道內(nèi)至少需要輸出288路視頻。如采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)傳輸，則視頻監(jiān)控占用的光纖資源較多，且設(shè)備無法統(tǒng)一管理，系統(tǒng)可維護(hù)性差。如采用IP接口的視頻編解碼器，則在網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)，無法保證視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

基于以上原因，本工程采用的是數(shù)字式節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)傳輸圖像，上下行隧道分別用2芯光纖將各隧道內(nèi)約80個(gè)節(jié)點(diǎn)組成璉網(wǎng)；隧道監(jiān)控中心將隧道內(nèi)上傳的信號(hào)全部輸出，統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控管理；在隧道監(jiān)控中心設(shè)置網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)整個(gè)傳輸進(jìn)行實(shí)時(shí)維護(hù)。

[1]王長(zhǎng)華，李曉春，修瑩，章海燕.視頻傳輸系統(tǒng)在公路隧道視頻監(jiān)控中的選擇和應(yīng)用.《公路交通技術(shù)》ISTIC-2009年2期.