光传输网在高速公路监控系统中的应用

 　　视频监控系统是高速公路机电系统中一个非常重要且不可缺少的子系统，其可对交通流量和交通运行状况进行监视，对关键路段实施交通实时控制，及时发现各种异常情况并采取相应应急措施，保证高速公路高速、安全、有效地运行。本文在具体分析高速公路视频监控业务需求的基础上，主要针对高速公路视频监控光纤传输系统应用提出了一个更加完善的解决方案——综合业务光传输网。

　　近年来，我国以高速公路为主体的国道干线建设取得了重大进展，截止2008年底高速公路通车里程达到6.03万公里，稳居世界第二位。随着交通运量的增加，高速公路运营中存在的问题，特别是交通事故问题日益凸显，为此，在高速公路建设中，视频监控系统的建设受到了更多的重视。而随着前端监控点的增多，业务量的增大，以及用户对视频图像的清晰度和视频监控系统的稳定性提出了更高的要求，高速公路视频监控系统正在朝着高度集成化、更快速传输、大容量等方向发展。

　　针对当前高速公路视频监控需求，业内主流厂家根据自身实力纷纷推出较为可行的解决方案，包括以H3C为代表的光网络解决方案、以蛙视为代表的光传输平台，以及以诺龙为代表的综合业务光传输网等。

　　高速公路视频监控需求分析

　　高速公路视频监控系统一般分为收费监控和道路监控两部分：收费监控系统主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，并实施有效的监督；道路监控系统主要是对高速公路干线、互通立交、隧道等高速公路重点路段进行监视，掌握高速公路交通状况，及时发现交通阻塞路段、违章车辆，给予引导，保证高速公路的安全通畅。而对高速公路的总体服务质量提出更高要求的同时，也带来了高速公路监控点位的增加——现阶段一条100公里左右的路段，其监控的视频路数大约为200-400路左右的规模，因此，如何构建一个大型、稳定可靠、高效且便于管理的视频监控系统，是摆在高速公路业主面前的一个新问题。

　　同时，高速公路视频监控新需求的提出，也对视频传输系统提出了更高的要求：

　　·可管理性：支持分级分域的管理，以满足高速公路区域监控中心、路段中心、收费站等不同的监控需求，监控中心需要快速、便捷地对所有监控设备进行管理；

　　·多业务集成：满足高速公路多业务传输需求，并进行有效融合；

　　·可靠的传输平台：应对突发事件时，需保证监控系统可靠、快速的调阅当时历史图像，并具备自我保护功能；

　　·标准化设计：系统应采用统一标准化设计，基于开放的协议，易于扩展；

　　·大容量设计：满足大容量视频接入需求。

　　高速公路视频监控系统应用现状分析

　　随着高速公路视频监控传输系统新需求的提出，传统的高速公路视频监控传输系统逐渐显出“力不从心”的疲态。

　　传统的高速公路视频监控系统一般采取模拟视频图像集中监控模式，但随着通信技术和网络技术的发展，模拟监控系统由于其难扩展、难管理、难维护等缺点，已无法满足高速公路监控点的增加而提供按需扩展；且模拟图像在传输过程中衰减较大、抗干扰能力较差等缺点，决定了模拟传输不适合远程传送监视图像，难以实现视频资源共享，其集中于路段管理中心的模式已不能满足管理人员远程监控的需求。

　　近年来，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种视频信息处理技术的出现，使得数字视频传输技术已逐步从理论转化为实际应用，这为实现数字图像传输提供了很好的技术支持。数字化视频监控系统也以其高度的开放性、集成性和灵活性为视频监控系统和设备的整体性能提升创造了必要的条件，因此，在各省高速公路视频监控项目中，数字化的视频传输模式已经广泛得到认可。现阶段，高速公路数字化视频监控传输系统主要采用两种解决方案：数字化非压缩视频传输及数字化压缩视频传输系统。

　　数字化非压缩视频传输

　　数字化非压缩视频传输技术通常应用于光矩阵传输平台，它是集业务接入、光纤传输、信号交换及业务管理于一身的综合性业务传输平台，其整套系统视频传输只进行一次A/D、D/A转换，并采用非压缩传输以保证视频传输质量，但其同时也存在一些问题。

　　因其本质可看作为数字非压缩光端机+矩阵的结合，因此，该系统图像接入容量有限，单点同时多路上传依然存在技术瓶颈，同时由于没有统一的通信标准，各厂家设备难以兼容，使得系统更加封闭，给整个监控系统以后的扩容升级带来了很大的不便；当在多个子系统进行联网时，还得用数字视频压缩编码技术实现视频的资源共享。因此，数字化非压缩视频传输技术可看作是模拟系统向数字化改造升级的一个解决方案。

　　数字化压缩视频传输

　　数字压缩视频传输方案通常是采用视频编解码器+传输网络(以太网交换机、工业级以太网、EPON组网)的模式，系统中每一路图像对应一个视频编码器，采用编码方式，将图像压缩数字化为视频数据流，利用视频编码器的 10/100M接口传输视频数据流至各收费站，同时视频以太网交换机汇聚若干视频编码器，并通过SDH的以太网板，将各站的数字视频信号传至监控中心的三层以太网交换机。其采用标准化数字视频压缩技术，兼容性较好；采用标准以太网方式接入，组网更方便灵活，易于系统升级扩容及实现多级共享。

　　但大流量的视频流极大地占用通信系统带宽，而随着系统不断增大，需要增加更高带宽的SDH设备，使得系统建设成本大为增加。同时，数字压缩视频传输系统面向的是以太网，而非各种业务应用，系统容量及视频传输质量较依赖于以太网传输的质量和容量，从而无法提供针对业务的QoS保证，其视频质量一直得不到突破。

　　那么，有没有一种能够融合以上两种系统优势的传输系统呢?UTN综合业务光传输网的出现，很好地解决了这些问题。

　　UTN综合业务光传输网的应用

　　UTN(UniversalTransportNetworkoverFiber) 综合业务光传输网是针对数字化、网络化、集成化、标准化的视频监控发展趋势，通过深度挖掘市场需求及现有产品、技术的特点而推出的新一代视频监控光传输网，UTN结合了SDH光纤通讯网标准化和高可靠性的特点，具有灵活交换、共享等优势。

　　UTN面向视频、音频、数据、状态报警、对讲、以太网等多种业务，采用自主知识产权专利的带宽预留传输、交换技术，具有光纤自愈环网拓扑、快速倒换等特点，提供针对不同业务的以太网QoS保证，接入方式多样，组网灵活，很好地满足了各高速公路视频监控领域的实际需求(UTN应用拓扑图见图1)。

　　多业务接入，简化系统结构

　　高速公路监控系统建设中，包括收费监控、道路监控等存在大量的各类业务接入需求，主要包括监控的视频图像、监控子速率业务、音频、对讲、电话等。

　　针对高速公路多业务接入应用需求，UTN通过光纤将监控系统中的业务接入、传输、交换、管理等系统结合于一体。在全光网、高可靠传输的基础上，ONU单体设备可实现数字视频、音频、报警开关量、各种低速数据、对讲、 VoIP等信号通过以太网接入传输。它基本涵盖了高速公路机电系统中外场至收费站侧的各类接入方式，极大地简化了用户监控系统组网的复杂程度。

　　多种视频接入方式，组网灵活

　　高速公路视频监控系统一般包括收费监控和道路监控两部分，由各自监控点数量、分布情况决定了需要采用不同的接入方式及组网方式。

　　而UTN则支持多种视频接入模式，包括远端ONU光纤接入、本地视频模拟接入，以及编解码器网络接入等；其组网方式灵活，可组成链形网、环网、相切环网和多种复杂的网络结构。

　　无论用户光纤铺设网络结构为星型、环型、链式或混合组网，UTN都可采用不同的系统结构，以充分利用原有光纤资源实现监控联网。针对高速公路采用分级分域的多级管理模式，主干可采用自愈环形网；道路外场、隧道监控则采用链路或环网，系统具备自愈保护功能，组网方便，可靠性高。

　　标准开放的IP架构，便于升级、扩展

　　高速公路监控所涉及每个子领域的技术发展速度非常快，因此，为保证系统能够与其它业务系统进行融合，同时为降低用户的投资成本，并方便后期扩容，而不局限于使用一个厂家的设备，整个系统都需采用标准化、开放式的架构。

　　为此，UTN在实际应用中，整体采用了基于开放协议的标准化设计，兼容性强，易于扩展。其传输与交换均采用标准以太网协议，高速互换，同时又具有专网的传输交换性能。相对于传统切换矩阵受其容量限制的问题，UTN则采用了高品质的IP网络进行实时视频监控流的交换处理，相当于将IP网络作为虚拟交换矩阵，具备无限扩展能力。其前端ONU设备具备标准FE口，可接入任何厂家的视频编解码器；中心光接收设备OLT具备标准的FE/GE接口，在网络平台下，可实现更高安全性的数据存储(支持NAS、SAN存储)，以及系统扩展级联；其还具备数据流量监测、隔离外网广播风暴等功能，保证联网后系统的安全性。

　　虚拟双环传输技术，保证传输质量

　　高速公路监控系统存在大量的各类业务接入应用，因此传输网络也越来越多地需要考虑对多种业务的支持及保证，如视频信号传输的稳定性，信息发布业务的实时性等。

　　因此，UTN采用独特的虚拟双环传输技术，将高速以太网数据流及低速率业务分别传输，其网络倒换时间小于30ms，充分保障监控系统实时、稳定地运行。高速通道主要针对高速公路监控项目需要的高实时性PLC控制信号、信息发布等业务，低速数据业务则可通过专用低速数据环进行传输。同时，采用带宽预分配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、丢包等现象，保障了视频图像传输质量。

　　大容量业务接入、交换

　　高速公路视频监控系统随着对高速公路的总体服务质量的更高，其规模也越来越大。因此，对监控系统的接入、交换能力也提出了更高的要求。

　　而UTN具备大容量的业务交换能力，其重要设备OLT配置光接收卡，可接收以多种组网传输方式接入的光信号；根据需要配置的视频编码卡，则可对周边信号模拟视频信号直接接入，配置解码卡可将IP数字信号还原为模拟图像，同时输出到电视墙，从而实现区内各主要部位的实时监控。UTN的单机箱背板交换能力最大可达到40G，其通过扩展最大可进行1024×256路的视频交换，完全满足高速公路视频监控发展需求。

　　高质量视频传输

　　高速公路监控系统视频采集点多，分散区域广，传输距离长。针对高速公路行车速度快，车流量大的特点，配合图像分析系统，因此对图像清晰度、适时性有较高要求。

　　UNT前端ONU设备支持标准H.264视频协议，H.264使得视频图像在较低带宽下可实现更高的图像质量，例如其在3M带宽下，可以实现MPEG-2需要近8M码流才能实现的图像质量。

　　同时，UTN全网只需要进行一次模数/数模转换。其意义在于：一方面，在多级联网项目中，可以保证图像传输的质量和效果。UTN将数字视频交换技术和光纤传输技术有机结合，不需增加任何中间环节，可最大程度保证图像质量，同时简化系统结构，极大地提高了系统的稳定性，便于后期维护。另一方面，其支持双码流传输模式，更可以实现高码流图像的实时图像调用，低码流图像的实时数据存储。

　　强大的网管能力

　　应对高速公路大规模的监控系统，需要能快速地对所有监控设备进行管理，同时能对系统中各设备运行状况进行实时监控、及时发现设备故障并处理，实现对所有监控设备降低高速公路监控的维护成本。

　　针对这一点，UTN综合业务光传输网采用标准化数字设计实现全网网管功能。其基于标准SNMP协议进行设计，提供人性化的人机交互界面，可以在任意一个节点接入，对整个系统进行管理和监控，操作简单快捷，赋予用户轻松便捷的使用体验。它还支持UTN网络拓扑结构的自动发现；可配置各种业务状态报警、故障自动告警GIS地图功能；支持网管对系统中各节点进行配置；标准 SNMP协议；支持WindowsNT/2000/XP等。

　　灵活方便的管理模式

　　高速公路监控系统一般采用多级管理模式，如：收费站、路段监控中心、区域监控中心、省监控中心四级中心，各级中心采用不同权限对监控系统进行操作。

　　UTN融合了IP数字监控系统便于管理的优势，通过视频管理服务器可实现对所有监控设备及监控业务的智能化管理。其彻底改变了传统监控只能依靠人工进行系统管理和维护的局面，通过视频管理服务器不仅可以对前端设备进行集中的管理和控制，还可以对分布在各区域的存储终端设备进行远程的集中管理。同时，系统还支持分级分域的管理、灵活的用户权限管理、自动的设备批量配置。

　　结语

　　针对当前及未来的高速公路视频监控需求，各主流厂家都在不断地完善自己的系统及平台，而每一个解决方案在不同的实际应用需求中都有着存在的意义。然而，在高速公路视频监控领域，系统如果无法更快速响应并更好地解决实际应用过程中所面临的问题，其在市场中的应用都将是举步维艰的。为此，综合业务光传输网的适时推出，通过采用当前先进的视频传输技术，有效地结合市场中以往系统的优势，为高速公路用户提供了一种更标准、更优质可靠、更符合实际应用需求的真正的光纤传输平台。