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高速公路视频监控系统应用探析
2015/5/26 10:37:00      来源:《中国安防》    作者:范海龙
    自1984年我国开始建设第一条高速公路----沪嘉高速公路开始(长15.9公里),到现在已三十多年时间,截止目前中国高速公路通车总里程达到十万公里以上,已超过美国居世界第一。

  自1984年我国开始建设第一条高速公路----沪嘉高速公路开始(长15.9公里),到现在已三十多年时间,截止目前中国高速公路通车总里程达到十万公里以上,已超过美国居世界第一。高速公路的快速发展带动了保障其安全、高效运行的高速公路监控系统的广泛应用。高速公路监控系统从无到有、从小到大,从模仿国外到完全自行设计并制定适合我国的相关标准,目前取得了相当大的成绩。尤其是近几年来,伴随着我国经济的快速发展,对高速公路信息化的需要也呈现出高度智能化、高度信息化、高度多样化等特点,高速公路的监控需求平稳增长,应用也出现了较多的变化。
  一、高速公路网络高清视频监控应用需求上升
  高速公路视频监控系统一般分为收费站、外场和隧道三部分,收费站视频监控系统主要是对收费站的车道、广场、收费亭等进行监控,观察和记录过车类型、收费员操作过程及收费过程中的突发事件。道路视频监控(外场、隧道监控)主要是对高速干道、桥梁立交、隧道等高速重点路段进行监控,掌握高速公路交通状况,及时发现交通事件并给予引导,保证高速公路的安全通畅。
  近年来高速公路视频监控技术的发展历经了几个主要阶段,从视频监控技术的演变时间段来看,主要分为模拟监控时期、模数混合时期和全数字高清监控时期。视频监控系统在过往的建设中一直以模拟监控方式为主,该模式的最大的特点是系统成熟和稳定,但其缺点也很明显,比如清晰度低、可靠性一般、难以实现智能化,并且模拟产业链日渐式微。随着高速公路信息化建设的不断投入,近几年来各省市高速公路运营管理模式已经发生了很大的变化,要求视频监控系统走向联网和资源共享,实现图像资源的统一调度。在面对大规模、多级别远距离联网、高清晰度要求等问题时,传统模式已经无法满足要求,传统模拟视频监控系统将向具有高度集成能力、能融合各种功能、传输交换各种业务、能方便地进行多级联网的统一的数模监控和全数字监控系统平台发展。
  目前,新建的高速项目主要以高清网络为主,改造项目是模数混合为主(不过即使是模拟也是高线数监控)。模拟与高清监控的比例正在发生明显的变化,虽然目前网络和高清没有完全取代模拟系统,但是网络高清的优势已经逐步彰显,预计这两年高速公路监控项目中高清的比例将得到快速扩大。
  二、产品应用的特殊需求
  高速公路视频监控不同于城市视频监控系统,城市视频监控是人防与技防的有效结合,高速公路视频监控则完全是野外、开放型的监控,其特点主要表现有:一是高速公路比较长,路况复杂,需要大范围、长距离的监控;二是干道夜间通常没有补光,照度差;三是需要考虑收费站、隧道特殊场景监控;四是室外环境恶劣,防水防尘透雾要求高;五是高速公路比较长,需要充分考虑维护成本。
  基于这些特殊性,高速公路的监控设备有其特定的需求,一般外场设备宜选型带电子透雾、宽动态功能的激光夜视一体机,夜视距离在500米或1000米之间,满足高速公路外场全天候监控的需求,监控杆为12米高立杆;收费站宜选用高清抓拍摄像机用于车辆图像抓拍和车道监视,收费亭安装高清网络半球用于监视收费人员工作情况,广场安装高清网络高速球监视广场全貌;隧道宜选用带宽动态、图像降噪功能的高清红外网络高速球,采用100~200m的布置间距,实现隧道无盲区监控。以上产品密封性必须达到IP66,稳定性和可靠性也需要很高。对于传输,考虑高速公路线路维修困难,其网络建议做链路冗余保护;对于后端存储,设计要做到有一定的冗余负载能力才能满足需求。同时高速公路监控的防雷性能也是重要关注点,宜选型口碑好的厂家产品,避免维护成本大量支出。此外,高速公路的供电也是一大难题,现在除了主流的电缆传输供电,有些路段还会根据环保需要,采用太阳能供电,个别点位还会应用到风能。
  三、智能化应用不断深入
  目前随着高速公路监控网络化和高清化发展,其必然带来海量信息,如何在大量数据中挖掘出有用信息越来越受到用户的广泛关注,这也促使智能分析技术得到更多应用。当前,针对高速公路视频监控进行的智能分析主要包括车牌识别、交通事件检测、交通流量采集这三类。
  1.车牌识别
  目前车牌识别应用已经很普及,它是高速收费系统和高速车辆智能监测记录系统的重要组成部分。早先高速公路车牌识别是基于“标清+前端智能盒”或后台识别方式,近几年嵌入式高清抓拍机的不断运用把车牌识别推向了一个新的高度。同时,识别技术由多帧识别、择优输出取代了早先的单次识别,提高了识别准确率。目前,微卡口的应用(在普通道路视频监控基础上前端叠加车牌识别功能)实现了宏观监控和细节识别的有效结合,是高速公路视频监控的全新尝试。
  2.交通事件检测
  目前对于高速公路重点路段、事故多发路段需要通过智能分析来进行事件检测,快速发现高速公路上的违法违规事件,保证高速公路的安全运行。基于视频检测的交通事件检测系统,主要是利用安装在道路上的摄像机对交通情况进行实时监控,通过先进的智能视频检测算法(多目标识别与跟踪技术),及时发现并上报特定交通事件。交通事件检测在采集高清图像的基础上,主要实现对画面中出现的停车、超速、欠速、逆行、行人出现、抛洒物等各类异常事件进行检测。目前产品应用形态由早先的服务器分析模式演变成嵌入式分析盒模式。
  3.交通流量采集
  传统的高速公路交通流量采集是通过地感线圈、微波方式,目前基于高清视频的交通流量采集逐渐得到运用。视频交通流量采集系统采用模式识别算法、人工智能算法和车辆跟踪算法等多领域的技术,实现对画面中特定区域(如车道内)的车辆进行识别和分辨,对过往车辆数、排队长度等进行统计,同时还采用视频测速技术对过往车辆的速度进行测量。其支持以下交通流数据的实时采集和计算:车流量、瞬时速度、车头时距、车头间距、车道空间占有率、车辆排队长度等,视频流量采集具有安装简易、维护方便、适用性高等特点。
  四、网络高清是建设方案首选,其他方案可补充
  目前高速公路视频监控高清化除了通过网络建设,还可以采用HD-SDI数字高清方式。HD-SDI技术特点是“无压缩、低延时”,这是网络高清系统不可比拟的优势,但是在实际项目中,HD-SDI数字高清并没有大规模运用,其主要原因在于:第一,HD-SDI数字高清没有强有力的行业标准规范支持,主流芯片、产品厂商虽然有相应的SDI产品,但多处于观望状态;第二,HD-SDI传输距离是最大瓶颈,其100米的传输距离具有很大的局限性,远距离需要借助中继设备,这样必然带来项目成本上升;第三,HD-SDI无压缩面临海量存储,远高于网络高清,所以后端存储还是需要通过压缩编码,但是目前针对SDI的芯片编码能力有限,编码技术有待进一步提高。
  网络高清的优势在于网络系统的架构下,可以进行灵活的组网、便捷的远程访问以及大平台的搭建,是主流的方案,然而网络高清在传输过程中需要进行压缩编码、解码,中间环节会出现丢包、网络堵塞等问题,从而导致视频画面延时,对于需要云台转动进行实时控制的场景这将非常不利。虽然网络高清是现在高速视频监控项目的首选,但网络高清与HD-SDI高清不是完全独立的,事实上两者在项目中可以相辅相成。我们应该站在客户的角度理性对待,合理设计,比如某项目监控点间的距离为100米之内时,整套系统则可采取整体HD-SDI数字高清方式,通过同轴电缆或光端机传输,后台直接接入高清SDI矩阵并输出显示。此种模式适用于中小型高速公路视频监控项目的高清改造,其在保留原有模拟系统的布线状态下更新设备即可,可最大限度满足用户的习惯性需求。
  五、H.265产品或将在高速公路视频监控得到充分运用
  这两年来网络视频监控系统正在向更高分辨率演进,高速公路监控高清化和所有行业监控一样,将面临网络带宽、存储的问题。目前应用的H.264从技术上无法解决高清视频高码率问题,超高的网络带宽、高昂的存储投资将成为高清视频进一步应用的瓶颈。尤其对需要改造的高速公路视频监控系统,受到网络带宽限制,无法在原有网络条件下利用H.264大规模升级到高清视频监控系统。
  目前,采用H.265标准方案的监控产品崭露头角。H.265是ITU-TVCEG继H.264之后所制定的新视频压缩标准,其围绕着现有的视频编码标准H.264,在保留原来某些技术的基础上,同时对一些相关的技术加以改进,用以改善码流、编码质量、延时和算法复杂度之间的关系,达到最优化设置。在码率大幅降低的情况下,H.265编码视频的主观质量与H.264编码视频近似甚至更好。以1080P分辨率为例,实时帧1.5Mbps的H.265码流即可达到H.264码流主观质量,而码率只有常规H.264的1/3~1/4。H.265带来的超低码流特性将解决带宽和存储问题(H.265技术同样适用HD-SDI存储编码)。超低码流结合目前4G商用,也使得高清无线传输成为可能,对高速路条状、跨区域场景尤为合适。同时H.265在边缘低照效果和强光抑制方面的优越性也非常适合高速场景。可以预计,H.265产品将在高速公路视频监控得到充分运用,但我们也应该清醒认识到,这需要一定的培育周期,目前H.265面临的联网标准和专利收费风险亟需解决。
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编辑:侯雨婷
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