项目概述

　　该项目为某省高速公路全程监控机电工程，该高速公路全线长120KM，双向4车道、全封闭、全立交，限速为120km/h，全线设有路灯照明，全程设2个无人通信站、1个收费站及一个监控分中心，其采用一级公路兼城市道路标准设计，收费站及路段监控都要求全高清监控，然后把所有监控点图像分别通过光纤链路传输至无人通信站及收费站，再把无人通信站和收费站的所有高清监控图像通过通信系统，汇聚到监控分中心进行集中监控。

　　需求分析

　　在当前大多数高速公路视频监控系统中，图像清晰度只能达到D1格式画质，这样的清晰度很难看清过往车辆的车牌号码与细部特征，尤其对于国家级高速公路全程路段的大型桥梁、大型互通式立交桥、收费广场、治超站、大服务区、事故多发地等重点监控目标而言，其清晰度已远远达不到高速公路交警或高速公路管理处的应用要求。同时由于受到录像图像海量存储时的传输带宽的限制，在录像回放时很难捕捉到视频细节。因此，该高速公路在提出高清视频监控需求后，对视频监控系统提出了以下要求：

　　· 在前端视频采集系统中，需要网络高速球实现高清视频源的采集与编码，其分辨率需要达到200万像素;

　　· 传输系统要利用已有光纤网络进行传输高清码流信号;

　　· 存储系统需满足高清视频图像数据的高效存储及高效带宽传输;

　　· 解码系统应支持高清图像的解码和输出;

　　· 显示系统支持的最大分辨率必须不低于采集图像的分辨率;

　　· 性价比高。

　　方案设计

　　整个系统以UPS不间断电源技术为供电基础，根据项目的具体实际情况把整个系统依功能分为前端高清采集处理设计、高清光传输交换设计、高清存储及解码显示设计、高清控制与管理设计。具体为在沿线道路以2KM的距离布设一台高清200万像素网络高速球机进行拍摄，并在互通立交、服务区广场及特大桥等重点道路路段相应加密监控，全线共设置64台高清200万像素网络高速球机，充分利用已有的光纤网络，通过远端接入设备ONU把高清视频图像传输到无人通信站，并在无人通信站配置高清存储服务器、高清视频工作站，通过高速公路通信系统进行传输至监控分中心。在监控分中心配置高清解码器、高清显示器、高清存储服务及高清管理服务器等，完成整个系统的端到端高清监控解决方案，整体系统示意图见图1所示。

　　前端高清采集处理设计

　　针对项目实际需求，该方案设计采用某公司的200万高清网络高速球，以完成现场图像、数据的采集和处理，并通过光纤传输系统上传到监控分中心。200万高清网络高速球可清楚、灵活地采集到500米范围内的车辆情况，并通过云台转动和光学变焦捕捉视频细节。

　　200万高清网络高速球采用H.264高清图像编码技术，采用1/2.7英寸200万像素CMOS超低照度传感器，可输出最大分辨率达到1920×1080的高清图像;可在没有红外灯辅助的情况下实现最低达0.01 Lux的低照度监控，又可实现动态范围达100dB以上的强光场所监控。[nextpage]

　　高清光传输交换设计

　　路段监控高清传输设计

　　200万高清网络高速球的监控视频信号通过远端接入模块ONU，采用光纤环网传输方式传输至无人通信站OLT设备上。200万高清网络高速球输出一路以太网信号，接入在每个监控点的远端接入模块ONU上。各远端接入模块ONU与无人通信站OLT设备通过光纤组成环网传输网络。

　　该系统中远端接入设备主要采用ONU400，每台远端接入模块ONU400最大可接入4路10M/100M以太网数字编码压缩信号，并可把每个端口预分配10~40Mbps的网络带宽，同时还支持其它标准以太网接口及RS-232、RS485、RS422等低速数据的格式传输。ONU400远端接入设备支持灵活的组网方式，支持环型、链型、星型等各种混合型模式。可根据不同的分布情况因地制宜的采用相应的接入方式。ONU采用环网接入时最大支持16个节点，支持环网自愈功能，其业务倒换时间小于30ms。系统对前端各节点网络传输进行统一控制，采用按业务分配带宽，有效地保证了在网络传输过程中不会出现网络阻塞、丢包、延时等不稳定现象。

　　局端光接收交换设备OLT作为系统的中心设备，采用模块化设计，可根据各收费站的需求灵活配置， 其1.25G的光接收卡FSA1250-C可支持最多16路百万全高清网络高速球视频接入，单机框则可达到32路百万全高清网络高速球视频接入能力交换，光接收卡FSA1250-C接收前端采用不同接入方式传输的数字信号，其具备2个业务汇聚千兆以太网电口，在网络平台下可实现更高速率的数据存储，支持NVR80X高清存储及与上级监控通信网络的系统扩展级联。

　　根据项目建设要求在无人通信站不设站级监控，无需设置高清解码器及高清液晶监视器，配置网管系统UMS、网络高清存储设备及视频浏览工作站(包括流媒体服务、录像服务、客户端等软件模块。)

　　无人通信站OLT接入通信系统，将图像上传至监控中心。路段监控高清视频传输示意图如图2所示。

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　　收费站监控高清传输设计

　　在收费站视频监控系统中，收费亭、车道的视音频及低速数据通过ONU400组成单纤环网接入收费站监控室的OLT;广场的高清网络高速球机视频信息通过ONU100直接以点对点方式接入收费站监控室的OLT。收费站监控高清视频传输示意图如图3所示。

　　监控分中心监控高清传输设计

　　在监控分中心设置局端接收及交换设备OLT，通过通信系统接收来自下辖的2个无人通信站OLT设备上传的监控的图像。各无人通信站的OLT设备将远端接入设备ONU采集的数字压缩视频通过千兆网口上传至监控分中心OLT，监控分中心可随意调用前端任一路图像进行显示和操作。

　　根据项目需求在监控分中心设置高清解码器及高清液晶监视器，配置网管系统UMS、网络高清存储设备及视频浏览工作站(包括流媒体服务、录像服务、客户端等软件模块)。监控分中心高清视频传输系统构成图如图4所示。

　　高清存储及解码显示设计

　　高清存储设计

　　高清监控视频存储大多是以超大数据流为代价，因此对于高清视频，需要有足够的存储空间。选择什么样的高清存储方案将直接影响视频流畅度、系统稳定性等一系列因素。该方案中的UTN采用NVR网络存储服务器进行分布式存储、中心集中管理的模式。NVR网络存储服务器采用IP构架的以太网传输，具备良好的扩展性、共享性和较低的分摊应用成本，是目前大规模高清监控存储主要采用的技术措施之一。[nextpage]

　　高清解码显示设计

　　在高清视频监控系统中，高清视频解码器VON5200/HD的主要功能是从网络上获取视音频数据流，再将数字信号转换还原为模拟信号，输出到多媒体大屏幕、调音台、功放等模拟音视频设备上，它接收基于UDP/RTP协议、单播或组播模式的实时视频数据流。该高清视频解码器支持H.264高清高码流的视频解码能力。为了便于给监控分中心的高清视频解码器集中供电，系统使用OLT机箱集中供电的方式。根据系统需求，该项目在监控中心配置了24台2路网络高清解码器进行解码输出。

　　高清控制与管理设计

　　管理服务器

　　系统的管理服务器采用Linux操作系统，可完成整个监控系统的管理，主要负责所有业务、服务内容的汇聚和管理。主要分为业务处理和服务应用两大部分：业务处理负责数据信息存储查询、视频存储分发、视频搜索、报警信息处理、指挥调度等业务功能;服务应用负责实时图像点播、历史图像检索和回放、设备控制、存储和备份、报警联动等基本监控功能。

　　高清视频工作站

　　在需要进行远程视频浏览的地方，可使用C/S客户端或B/S多媒体终端进行浏览。C/S客户端是专业的操作软件，客户可在PC电脑上对系统进行远程操作控制。B/S多媒体终端是基于监控系统平台的WEB解决方案，主要特点是使用方便、操作简单、直观、功能简洁明了。用户不需要对客户端进行程序的安装，通过IE浏览器即可在PC机上直接进行视频监控、录像文件点播和云台控制等一系列操作。

　　UMS网管系统

　　UMS(UTN Management System)网管系统，用于管理 UTN网络的局端和远端配置，提供配置管理、设备状态监控以及设备故障管理。UMS提供基于WEB的管理界面，用户通过浏览器登录UMS系统即可实现对UTN系统的全面管理。UMS同时还提供基于SNMP协议的网管客户端软件，客户软件提供图形化的系统管理界面。

　　方案功能特点

　　图像质量高清晰

　　该监控方案采用一次编码，避免了传统监控系统因为多级级联而造成的图像质量急剧下降的现象，最大限度地还原图像的真实情况，并提供200万像素的高清晰图像分辨率，每个监控点最高可以提供40M的带宽，为用户提供全高清的清晰图像。

　　良好的系统开放性

　　该监控系统采用国际标准IP传输协议，高品质IP网络代替了传统的视频切换矩阵进行实时监控流的交换处理，相当于将IP网络作为虚拟交换矩阵，具备无限扩展的能力，同时还提供业界标准的设备接口，兼容性强。

　　系统高可靠性传输

　　系统采用TDM网络传输技术，对各节点网络传输进行统一控制，有效地保证了在网络传输过程中不会出现网络堵塞、丢包、延时等不稳定现象，充分地保障用户的监控系统能实时、稳定的运行。

　　(1)TDM控制，独立通道，传输时延小。不同于IP网的分包转发，该监控方案引入了TDM控制机制。前端各接入点ONU采集到的数据，各自在自身的独立通道内传输。各ONU之间不存在资源竞争问题，从而彻底解决了网络阻塞的问题。

　　(2)按业务分配带宽，解决了因各节点争抢带宽而造成的网络阻塞。ONU不需要进行数据包的分析，对其它ONU的数据只进行简单的转发，从而保障了数据传输的可靠性和快速性。

　　(3)专用的高速以太网数据通道与低速数据通道，大大提高了网络传输的效率及安全性。单纤虚拟双环设计，高低速数据在各自的通道上传输，低速数据不需要进行IP打包分发，实时性强。

　　(4)支持数据流量监测，隔离广播风暴。系统通过光纤业务接入卡连接ONU，自行组网，完成数据的传输和调用。与外网的通讯则是通过交换控制卡进行，外网的网络风暴不会对本监控系统的光纤传输网造成任何影响。

　　高集中化管理

　　系统针对不同的用户可采用域管理、用户管理和云台控制冲突管理等多种权限管理模式。不同用户可以根据指定的权限对系统进行操作。系统还根据用户业务管理模式的特点，采用集中式的管理方式，通过管理服务器不仅可对前端设备进行集中的管理和控制，还可对分布在各区域的存储终端设备进行远程的集中管理。用户只需要在一台客户端上就可以对整网设备进行批量配置下发、远程升级、远程操作、业务实现等操作。