淺談4G技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐磊

【摘要】 結(jié)合工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及在建工程項(xiàng)目介紹了高速公路遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)特點(diǎn)、組成，及其在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 4G傳輸速率 監(jiān)控系統(tǒng)

一、需求分析

隨著城市的發(fā)展，高速公路管理要求的不斷提高，圖像壓縮處理技術(shù)以及無(wú)線傳輸技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代化高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的一個(gè)部分。另外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的出現(xiàn)更促進(jìn)了高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)管理智能化、監(jiān)視遠(yuǎn)程化、控制網(wǎng)絡(luò)化、存儲(chǔ)海量化、辦公高效化的發(fā)展。如今無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了4G時(shí)代，4G是具有通信速度更快、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬、智能性能更高、實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的特點(diǎn)。那么4G技術(shù)究竟會(huì)為高速公路監(jiān)控系統(tǒng)帶來哪些好處？本文將就4G技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探討。

二、4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

盡管架線鋪設(shè)光纜傳輸，在收費(fèi)管理、圖像監(jiān)控、數(shù)據(jù)通信等方面已經(jīng)非常廣泛。但是城市每公里的光纜造價(jià)大約在1萬(wàn)到2萬(wàn)元人民幣左右，這種方法前期的投入太大，對(duì)于地形復(fù)雜非永久性監(jiān)控很難實(shí)行，大規(guī)模實(shí)現(xiàn)顯然是不太實(shí)際的。無(wú)線4G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)就是在這樣的情況下應(yīng)運(yùn)而生的。應(yīng)用4G技術(shù)進(jìn)行視頻監(jiān)控只需要在控制中心放置一臺(tái)無(wú)線接收設(shè)備，就可以完成對(duì)高速公路的路況等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。大大減少了維護(hù)費(fèi)用，而且一次性投入較高傳輸部分的成本相對(duì)較低。4G監(jiān)控是目前最先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)屬于未來室外監(jiān)控工程的發(fā)展趨勢(shì)相信會(huì)成為承秦高速的另一亮點(diǎn)。

三、4G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)簡(jiǎn)介

安全技術(shù)防范行業(yè)能夠采用的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)是一種集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像的通訊方法，采用最新的通訊和圖像/語(yǔ)音處理技術(shù)，以物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基站為載體，能提供信息通信之外的定位定時(shí)、可以在任何地址寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)，包含衛(wèi)星通信，數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。在監(jiān)控系統(tǒng)傳輸中把數(shù)字圖像和控制圖像相結(jié)合，建設(shè)靈活的網(wǎng)絡(luò)來傳輸數(shù)字圖像和控制圖像，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控及聯(lián)網(wǎng)報(bào)警。另外4G線網(wǎng)絡(luò)具有所提供的傳輸速率高，綜合成本低、無(wú)需布線、安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)、靈活移動(dòng)等特點(diǎn)，支持交互式多媒體業(yè)務(wù)，如視頻會(huì)議、無(wú)線因特網(wǎng)等，提供更廣泛的服務(wù)和應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高速公路路政管理的組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制等職能的一體化決策技術(shù)支持。中國(guó)移動(dòng)對(duì)現(xiàn)有的辦公信息系統(tǒng)進(jìn)行融合，4G發(fā)射基站數(shù)已經(jīng)達(dá)約2萬(wàn)個(gè)，已在北京、天津、上海、南京、杭州等共計(jì)14個(gè)城市展開4G網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)，采用統(tǒng)一門戶管理，打造出了一個(gè)集交通信息發(fā)布系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為一體的智能交通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，進(jìn)一步改善了高速公路交通管理的社會(huì)效果。

四、4G高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的基本實(shí)施方案

4G高速公路監(jiān)控的布設(shè)主要是根據(jù)高速及環(huán)城高速公路路網(wǎng)的實(shí)際情況，采用集中控制、分散管理方式，建成一個(gè)由空中視頻監(jiān)控、地面巡邏相結(jié)合的全方位、全天候、立體式的高速監(jiān)測(cè)體系。該系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心和監(jiān)控終端組成。具有對(duì)交通事故快速響應(yīng)、提高道路安全性，移動(dòng)辦公系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)路政巡查、監(jiān)控、案件處理一體化。主要實(shí)施方案如下：建立GPS車載定位系統(tǒng)，每隔一公里固定視頻監(jiān)控系統(tǒng)，路政巡邏車輛安裝車載監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安裝在監(jiān)控桿上的LED顯示屏提供實(shí)時(shí)的交通信息、減少車輛延滯時(shí)間和交通堵塞程度。每個(gè)基礎(chǔ)設(shè)點(diǎn)上安裝全方位360度旋轉(zhuǎn)式高清攝像機(jī)及路政巡邏車輛安裝車載視頻無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)。利用高清晰度攝像機(jī)采集前端視頻；車載機(jī)編碼加密模塊進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的編碼壓縮及加密；再通過ADAER R系列4G路由器進(jìn)行視頻壓縮數(shù)據(jù)的傳輸發(fā)送；每隔一公里建立一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施點(diǎn)，對(duì)重點(diǎn)部位加設(shè)監(jiān)控點(diǎn)。監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)安裝在視野寬、無(wú)障礙、監(jiān)控面大的位置，主要在匝道、重要橋涵、彎道、坡路、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站加設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，系統(tǒng)功能如圖1所示。

五、4G技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)所具有的優(yōu)點(diǎn)

到目前的正式商用前，三大運(yùn)營(yíng)商紛紛提前規(guī)劃基于4G高速無(wú)線接入特性的業(yè)務(wù)，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過程，4G移動(dòng)通信無(wú)線系統(tǒng)已由從概念的運(yùn)作，到小范圍的試點(diǎn)。

5.1 4G高速公路監(jiān)控技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中，有線線路戶外鋪設(shè)及維護(hù)成本非常高的因素，使得視頻采集及視頻觀看的遠(yuǎn)程接入和傳輸成本是制約其發(fā)展與應(yīng)用的重要成本?；?G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控使得視頻監(jiān)控采用無(wú)線監(jiān)控方式，衍生出更多的應(yīng)用。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特別是電信運(yùn)營(yíng)商鋪設(shè)的無(wú)所不在的建立被監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心之間的連接，使得整體有線接入和傳輸?shù)母叱杀局苯佑绊懥藗鹘y(tǒng)視頻監(jiān)控在相當(dāng)一部分領(lǐng)域和場(chǎng)景的應(yīng)用。所以基于4G的無(wú)線視頻監(jiān)控技術(shù)開始發(fā)展壯大，并隨著用戶的不同需求程度，提供多樣化的服務(wù)。

在以往的車載移動(dòng)監(jiān)控中，如應(yīng)用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸，帶寬太窄，視頻占用較大，不能較好的滿足需求，運(yùn)動(dòng)中的圖像數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)監(jiān)控中心也是難題。而4G高帶寬支持在任意地點(diǎn)上傳圖像與接受遠(yuǎn)方圖像的無(wú)線接入，在4G無(wú)線傳輸技術(shù)的提升下得以解決。定將獨(dú)占無(wú)線視頻監(jiān)控領(lǐng)域的鰲頭。4G技術(shù)使過去無(wú)法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難題得到了解決，隨著4G技術(shù)的不斷完善，彌補(bǔ)了無(wú)線視頻同傳的劣勢(shì)。

目前初期的4G網(wǎng)絡(luò)足以傳送1路CIF實(shí)時(shí)圖像，將最大支持到100Mbps的傳輸速率，上傳帶寬能夠達(dá)到100Mbps，三大運(yùn)營(yíng)商都正逐步實(shí)現(xiàn)大中型城市的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。一旦高速公路全線覆蓋手機(jī)信號(hào)，再加上4G的傳輸速率，公共交通運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行安全性也將大大增強(qiáng)。高清、多路的視頻傳輸將使高速公路的監(jiān)控更加輕而易舉。進(jìn)而提高了對(duì)突發(fā)狀況的處理能力。

5.2 4G技術(shù)應(yīng)用的廣泛性

4G技術(shù)的移動(dòng)性和高帶寬等特性使得傳統(tǒng)的安防監(jiān)控方式有了更深度的融合應(yīng)用。從第一代的模擬監(jiān)控，安防監(jiān)控的技術(shù)開始發(fā)展，到第二代的數(shù)字監(jiān)控，再升級(jí)到第三代的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，移動(dòng)監(jiān)控業(yè)務(wù)大大擴(kuò)展了高速公路監(jiān)控行業(yè)。在4G的帶動(dòng)下，網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控從有線向無(wú)線快速發(fā)展。

5.3 4G監(jiān)控技術(shù)與具體行業(yè)的深度融合

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控與具體行業(yè)的深度融合將成為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前4G網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備主要是手機(jī)，終端或PDA終端通過4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)看和管理的后端移動(dòng)或無(wú)線。隨時(shí)隨地及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，4G無(wú)線監(jiān)控設(shè)備指監(jiān)控前端是移動(dòng)或無(wú)線的和比如4G網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、4G網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等設(shè)備。使得監(jiān)控不再受地理位置、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、線路資源等限制；并且能同時(shí)將采集的視頻信號(hào)進(jìn)行編碼后通過4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。

六、工程實(shí)施方案

6.1 供電方式

如電源較遠(yuǎn)，則采用風(fēng)光互補(bǔ)的方式，項(xiàng)目盡量采用就近市農(nóng)電引入以有效的節(jié)約能源。

6.2 接地方式

要求接地母線采用銅質(zhì)線，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備采用一點(diǎn)接地方式，單獨(dú)接地電阻不大于4歐姆，其線芯截面積應(yīng)不小于25mm2。綜合接地電阻不大于1歐姆，不與強(qiáng)電的電網(wǎng)零線短接或混接，接地線不形成接地回路。

6.3 系統(tǒng)防雷措施

除了做良好的接地以外，還要同時(shí)還要做好前端單元電源的防雷措施。采用視頻信號(hào)防雷器、控制信號(hào)防雷器、電源防雷器，可對(duì)前端設(shè)備起到良好保護(hù)作用。在電子設(shè)備和防護(hù)設(shè)備之間做良好的隔離。

6.4 電源線防雷接地

根據(jù)對(duì)雷電波的頻譜分析，雷電波的絕大部分能量集中在40KHZ以下，電源線是分布最廣的傳輸線，在各種各樣的傳輸線中，也就意味著受雷電感應(yīng)的幾率最高，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，60%-80%的感應(yīng)雷電入侵波來自于電力傳輸線。最易引入感應(yīng)雷，另外，其中最大的諧波分量就在工頻附近，因此，雷電波最易和電源線發(fā)生耦合。

系統(tǒng)對(duì)戶外設(shè)備采用了安全可靠的二級(jí)電源防雷措施，為防止雷電感應(yīng)損壞相關(guān)設(shè)備，強(qiáng)電匯流排用BVR16mm2多絲銅芯線引到前端設(shè)備箱接地點(diǎn)并牢固連接。在24V交流變壓器的輸入端和輸出端并接交流電源避雷器。避雷器地線應(yīng)用接地銅線與前端設(shè)備箱中的強(qiáng)電匯流排牢固連接。

6.5 視頻信號(hào)線和控制信號(hào)線防雷接地

視頻信號(hào)避雷器和控制信號(hào)避雷器的地線應(yīng)用接地銅線與前端設(shè)備箱中的匯流排牢固連接，在視頻信號(hào)線上和數(shù)據(jù)控制線上可以根據(jù)需要分別接入視頻信號(hào)避雷器和控制信號(hào)避雷器。室外攝像機(jī)的視頻線和控制線由于傳輸距離較長(zhǎng)，也是易受雷擊的環(huán)節(jié)。匯流排則用BVR16mm2多絲銅芯線引到前端設(shè)備箱接地點(diǎn)并牢固連接。

七、4G網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)完善的地方

目前，交通的道路監(jiān)控對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求很高，由于當(dāng)前能夠?qū)崿F(xiàn)盈利的運(yùn)營(yíng)商視頻監(jiān)控平臺(tái)基本都處于特定行業(yè)用戶上，所以4G網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用時(shí)還必須具有有線側(cè)圖像能夠?qū)崟r(shí)看得清、錄像存得好、云臺(tái)控制等指令響應(yīng)得快等性能。還應(yīng)考慮增加了對(duì)無(wú)線視頻采集（如交通巡邏、執(zhí)法等）及移動(dòng)視頻觀看和控制的應(yīng)用要求。

八、結(jié)束語(yǔ)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，多種系統(tǒng)技術(shù)的融合發(fā)展，在未來幾年將會(huì)全部過度到數(shù)字系統(tǒng)，大型高速公路視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)將成為現(xiàn)實(shí)。4G技術(shù)的應(yīng)用的將逐漸普及是未來監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的方向趨勢(shì)所在。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王陶陶. 淺析高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 山西交通科技，2013（5）：98-100

[2] 王陶陶. 淺析高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 山西交通科技，2013（5）：98-100

[3] 鄭佩洪. 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺談[J]. 華東科技：學(xué)術(shù)版，201（1）：138-138