摘 要：文章對(duì)馬鞍山大橋千兆以太環(huán)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)等進(jìn)行了詳細(xì)地論述。與通常的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)接入不同，馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光纖接入，采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了道路外場(chǎng)視頻的綜合業(yè)務(wù)接入，降低了初始成本和運(yùn)行成本。工程應(yīng)用表明，全以太網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且易擴(kuò)展。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控；千兆以太網(wǎng)；數(shù)字化；馬鞍山大橋

1 工程背景

馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋位于安徽省東部，起自巢湖市和縣姥橋鎮(zhèn)省道206，接規(guī)劃中的馬鞍山至巢湖高速公路，終點(diǎn)止于馬鞍山市當(dāng)涂縣牛路口（皖蘇界），與規(guī)劃中的馬鞍山至溧水公路（江蘇段）相接。全線(xiàn)總里程36.274公里。

主體工程為全封閉、全立交、雙向六車(chē)道的平原微丘區(qū)高速公路，設(shè)計(jì)速度100公里/小時(shí)。路基寬33.5米，路面寬30米。左汊主橋?yàn)槿煽鐟宜鳂?，結(jié)構(gòu)成對(duì)稱(chēng)布置，主梁跨徑為2×1080m，連接主纜分跨布置為（360+1080+1080+360）m=2880m。右汊主橋?yàn)闉槿绲碾p索面半漂浮體系斜拉橋，跨徑布置為（38+82+2×260+82+38）m，全長(zhǎng)760m。

與以往的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)接入不同，馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，通過(guò)外場(chǎng)視頻圖像點(diǎn)對(duì)點(diǎn)至匯聚點(diǎn)通信站的匯聚，以及千兆以太網(wǎng)的傳輸架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全線(xiàn)視頻至監(jiān)控分中心的傳輸。

2 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋的特點(diǎn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取以下原則。

2.1 實(shí)用性

依照用戶(hù)要求，堅(jiān)持實(shí)用性為主的原則，本系統(tǒng)將完全滿(mǎn)足道路監(jiān)控項(xiàng)目的各項(xiàng)需求，同時(shí)考慮未來(lái)發(fā)展需求，避免追求系統(tǒng)的超前性，以減少不必要的投資。

2.2 可靠性、安全性

參照大量已建成的安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，借鑒其中的精華部分，為系統(tǒng)高可靠性的總體設(shè)計(jì)提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)，選用的設(shè)備具備高可靠性、高安全性，高達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)的平均無(wú)故障時(shí)間，并為關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)冗余備份。同時(shí)，選用安全機(jī)制健全、安全級(jí)別高的平臺(tái)輔佐系統(tǒng)搭建。

2.3 先進(jìn)性

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，通過(guò)科學(xué)合理地設(shè)計(jì)，既防止片面追求某一高指標(biāo)，又充分體現(xiàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性，最大程度地采用成熟、可繼承、具備廣闊發(fā)展前景的先進(jìn)技術(shù)，使系統(tǒng)能在未來(lái)數(shù)年內(nèi)不落后，并通過(guò)軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)更多新功能，充分保護(hù)用戶(hù)的投資。

2.4 開(kāi)放性

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)之間的透明性和互通互聯(lián)，并充分考慮與其它監(jiān)控系統(tǒng)的連接。在設(shè)計(jì)和設(shè)備選型時(shí)，將科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)擴(kuò)容需求，進(jìn)行余量設(shè)計(jì)。

2.5 易管理性、易維護(hù)性

本系統(tǒng)將采用圖形化軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)管理與維護(hù)?？勺詣?dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中任何一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并示出詳細(xì)參數(shù)，以輔佐管理人員及時(shí)準(zhǔn)確地判斷和解決問(wèn)題。采用穩(wěn)定易用的硬件和軟件，完全不需借助任何專(zhuān)用維護(hù)工具，既降低了對(duì)管理人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)知識(shí)的培訓(xùn)費(fèi)用，又節(jié)省了日常頻繁地維護(hù)費(fèi)用。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬鞍山大橋視頻傳輸、控制和存儲(chǔ)采用全光數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)站、監(jiān)控分中心二級(jí)監(jiān)視和控制。

馬鞍山大橋視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為道路沿線(xiàn)監(jiān)控、航道水面監(jiān)控、大橋安保監(jiān)控及服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站監(jiān)控幾個(gè)部分，具體如下：

（1）跨江大橋主體工程和北接線(xiàn)段：全部為橋梁路段，考慮到橋面空間受限，救援時(shí)疏散困難的特點(diǎn)，需要加強(qiáng)對(duì)交通狀況的監(jiān)視。在該路段按照一公里左右的間距設(shè)置遙控?cái)z像機(jī)。左汊大橋和右汊大橋的主橋段按照200米左右間距連續(xù)布置固定攝像機(jī)，可以保證對(duì)主橋橋面狀況的無(wú)盲區(qū)觀察。

（2）南接線(xiàn)段：全程按照2公里左右平均間距1臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)布置。馬鞍山東樞紐的交通分合流路段設(shè)置遙控?cái)z像機(jī)1臺(tái)。

（3）長(zhǎng)江航道：考慮到長(zhǎng)江航道航行船舶多，水面交通情況復(fù)雜的特點(diǎn)，為加強(qiáng)對(duì)江中橋梁構(gòu)造物安全狀況的監(jiān)視，在左汊主橋三處索塔下塔柱設(shè)置江面監(jiān)視遙控?cái)z像機(jī)，在右汊主橋兩處邊塔下橫梁位置的各設(shè)置1套遙控?cái)z像機(jī)。

（4）大橋全景監(jiān)視和安保：為對(duì)主橋整體運(yùn)行狀況進(jìn)行全景監(jiān)視，掌握大橋設(shè)施的實(shí)時(shí)狀況，左汊主橋的三處索塔上橫梁頂分別設(shè)置長(zhǎng)焦距的全景監(jiān)視攝像機(jī)，右汊主橋的兩處邊塔頂分別設(shè)置長(zhǎng)焦距的全景監(jiān)視攝像機(jī)。左汊主橋的橋塔入口、鋼箱梁端部入口、錨碇的錨室入口處以及右汊主橋橋塔入口安裝攝像機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)施重要部位的安全狀況。

（5）服務(wù)區(qū)：在服務(wù)區(qū)中間的主線(xiàn)橋梁上設(shè)置遙控?cái)z像機(jī)，從高處鳥(niǎo)瞰服務(wù)區(qū)的停車(chē)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)車(chē)流、人流的安全狀況及整個(gè)服務(wù)區(qū)的運(yùn)行情況的監(jiān)測(cè)。

（6）收費(fèi)站：收費(fèi)站廣場(chǎng)兩側(cè)各設(shè)置攝像機(jī)一臺(tái)，用于收費(fèi)站兩側(cè)道路的交通狀況。

馬鞍山大橋項(xiàng)目中對(duì)視頻信號(hào)的監(jiān)控和管理自下而上可分為兩層。

（1）道路沿線(xiàn)。全線(xiàn)用于道路交通監(jiān)視的有32臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)和22臺(tái)固定攝像機(jī)。遙控?cái)z像機(jī)采用10-200mm變焦鏡頭，設(shè)置于道路兩側(cè)，用于監(jiān)視道路運(yùn)行情況，采用獨(dú)立桿式安裝或與監(jiān)控門(mén)架合設(shè)。固定攝像機(jī)采用7-70mm手動(dòng)調(diào)焦鏡頭，設(shè)置在左汊大橋和右汊大橋的主橋段，加強(qiáng)對(duì)橋面狀況的監(jiān)視，采用獨(dú)立桿式安裝或利用照明燈桿合設(shè)。

監(jiān)控外場(chǎng)攝像機(jī)視頻傳輸采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，為數(shù)字視頻壓縮圖像提供傳輸通路。該系統(tǒng)在發(fā)送端將視頻信號(hào)進(jìn)行復(fù)用和編碼，使用雙碼流技術(shù)，即每路圖像均以?xún)煞N碼流存在，一路高質(zhì)量、高帶寬的用于實(shí)時(shí)監(jiān)控、一路低碼流的用于存儲(chǔ)和向公眾提供，也可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況靈活調(diào)配。該系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng)、傳輸距離可達(dá)近百公里、圖像分插（上、下）方便、圖像質(zhì)量?jī)?yōu)、節(jié)約光纖、性?xún)r(jià)比優(yōu)等特點(diǎn)。

（2）航道水面監(jiān)控。航道水面視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要是對(duì)主通航孔航道區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視。左汊大橋三處橋塔下塔柱各設(shè)置2臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)，右汊大橋兩處邊塔下橫梁各設(shè)置1臺(tái)全景攝像機(jī)，攝像機(jī)采用10-330mm變焦鏡頭，攝像機(jī)的自帶照明光源作用距離要求200米以上。采用角鋼支架式安裝。全線(xiàn)共8套。攝像機(jī)同樣采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，通過(guò)成對(duì)的以太網(wǎng)光端機(jī)傳輸至設(shè)置在塔柱內(nèi)的視頻以太網(wǎng)交換機(jī)上，再通過(guò)千兆光纖以太環(huán)網(wǎng)傳輸至監(jiān)控分中心。

（3）大橋安防監(jiān)控。大橋安防監(jiān)控子系統(tǒng)由保安監(jiān)控中心對(duì)大橋設(shè)施周邊和構(gòu)造主要入口監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視和控制。系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)和大橋傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。

a.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)：在橋塔的橋面入口、錨碇的錨室入口、鋼箱梁兩端的入口設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，共配置22套攝像機(jī)和20套雙鑒紅外報(bào)警器。左汊大橋三處橋塔上橫梁各設(shè)置2臺(tái)遙控?cái)z像機(jī)，右汊大橋兩處邊塔頂部各設(shè)置2臺(tái)全景攝像機(jī)，攝像機(jī)采用10-330mm變焦鏡頭，采用角鋼支架式安裝。

b.傳輸網(wǎng)絡(luò)：視頻圖像、報(bào)警開(kāi)關(guān)信號(hào)均采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，外場(chǎng)設(shè)置成對(duì)以太網(wǎng)光端機(jī)，通過(guò)光纖傳輸?shù)酱髽蚬芾硖?，進(jìn)入監(jiān)控室的以太網(wǎng)交換機(jī)。

（4）服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站監(jiān)控。服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站的視頻圖像同樣采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式傳輸，采石互通收費(fèi)站的視頻千兆以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)光纖直接連至監(jiān)控分中心的視頻交換機(jī)，其他收費(fèi)站的局端機(jī)通過(guò)綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)的以太網(wǎng)通道傳至監(jiān)控分中心的視頻交換機(jī)。

（5）監(jiān)控分中心。采石路段監(jiān)控分中心對(duì)整條高速公路進(jìn)行視頻監(jiān)控和管理。監(jiān)控分中心通過(guò)全光數(shù)字傳輸系統(tǒng)切換輸出監(jiān)控外場(chǎng)圖像、數(shù)據(jù)。分中心的圖像通過(guò)全光數(shù)字傳輸系統(tǒng)局端機(jī)接入干線(xiàn)傳輸網(wǎng)中，省監(jiān)控中心可通過(guò)全光數(shù)字傳輸系統(tǒng)具有的軟矩陣切換功能，從分中心調(diào)閱圖像。

馬鞍山大橋視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

馬鞍山大橋全線(xiàn)采用1080P的高清數(shù)字視頻技術(shù)，畫(huà)質(zhì)清晰且壓縮比高，并可以集成辨識(shí)、搜索、追蹤等科技。視頻傳輸采用組播技術(shù)、雙碼流技術(shù)和流媒體技術(shù)等實(shí)現(xiàn)高清視頻的采集、傳輸和顯示，錄像文件管理及儲(chǔ)存容易，可同時(shí)異地備份。本項(xiàng)目的高清數(shù)字視頻技術(shù)應(yīng)用為管理部門(mén)之間的信息共享提供了統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)，在國(guó)內(nèi)高速公路建設(shè)中處于技術(shù)領(lǐng)先的位置。

視頻圖像傳輸采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，通過(guò)外場(chǎng)視頻圖像點(diǎn)對(duì)點(diǎn)至匯聚點(diǎn)通信站的匯聚，以及千兆以太網(wǎng)的傳輸架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全線(xiàn)視頻至監(jiān)控分中心的傳輸。相比傳統(tǒng)高速公路之前使用較為廣泛的EPON、光平臺(tái)等視頻傳輸方式相比，全以太網(wǎng)的傳輸架構(gòu)結(jié)構(gòu)清晰，網(wǎng)絡(luò)傳輸更加可靠、穩(wěn)定，維護(hù)管理也更加方便。

5 結(jié)束語(yǔ)

千兆以太網(wǎng)架構(gòu)的視頻系統(tǒng)傳輸技術(shù)是面向未來(lái)的技術(shù)，從全球的技術(shù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)需求來(lái)看，在未來(lái)的幾年內(nèi)，以太網(wǎng)架構(gòu)的傳輸技術(shù)還將有很大的發(fā)展空間。該架構(gòu)的環(huán)形與星型相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與馬鞍山大橋視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常吻合，具有很好的實(shí)用性與擴(kuò)展性。

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作者簡(jiǎn)介：江舟（1988-），男，江蘇省南京市，江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，研究方向：機(jī)電系統(tǒng)。