一、绪论
2006年底通车里程已超过四万五千公里，总里程世界第二，2007年还将建设五千公里，许多省市的高速公路网已经形成，从省会到地级市都通高速公路，高速公路对发展经济、促进物资、人员交流起到了极大的作用。在高速公路成网的情况下，如何充分运用交通监控系统的技术手段保证各条路的畅通，使路网整体通行能力达到最大，是摆在我们公路管理者面前的一个重大课题。 交通量迅猛增长，服务水平显著降低；交通事故、伤亡人数不断增加，人们对安全性更为关注，对交通监控系统也提出更高的要求，监控系统的功能、性能逐渐完善和提高交通监控系统，逐步摆脱一路一监控、讲究门面等初期想法，朝着提供安全、实用、畅通、服务的成熟理念发展。同时，随着联网收费系统的不断成熟与完善，人们也开始有更多的时间、财力和经历重点关注联网监控系统。
二、高速公路区域化管理的必要性
随着高速公路网的逐渐形成，交通流量的不断增长，监控系统的规模和功能也将进一步发展，原先仅为一个路段服务的单一的监控系统正在朝为多条路径的路网服务转化，监控系统联网势在必行，交通异常自动判断、交通信息查询、紧急救援、路线诱导等监控核心功能将会得到充分发挥，本着服务于社会的原则，监控系统的作用将日益明显。
由于高速公路的设计、建设时间前后不同，如果采用的标准不同，预留接口不清，将会对以后实行统一管理带来困难。
如何在路网数据收集和融合的基础上，实现路网内的统一监控、相互联动、资源共享，以及进一步为社会提供综合服务，充分发挥路网功能，就需要对高速公路联网监控系统建设进行统一规定，以规范高速公路监控系统的技术标准和建设管理，对已建和在建项目提出合理建议，对待建项目做出指导。
三、联网监控系统的基本模式
高速公路联网运行监控系统的建设应按照“统一规划、分期实施、分级管理、逐步联网、逐步完善”的指导思想进行。
1、区域监控中心/省监控中心目标
Ø 加强主管部门对路网运营的监控管理，提高对路网规划建设的宏观决策能力；
Ø 统一协调解决路网内的交通事件和交通事务；
Ø 各路段之间实现交通资源和交通信息共享互补，充分发挥路网营运经济效力；
Ø 开拓交通信息服务系统，为社会公众、各路段管理机构、交通主管部门等不同的需求主体提供及时有效良好的服务。
2、监控中心基本功能
Ø 信息收集功能：收集路网信息，完善联网运行监控模式，积累管理经验，初步具备协调各路段的交通运营的能力；
Ø 数据统计分析功能：负责制定需要上传数据的类型、数据交换格式、数据通讯协议规范、监控系统统一编码等，完成数据的采集、分类、存储，以及简单的统计和分析功能；
Ø 数据统计分析功能：负责制定需要上传数据的类型、数据交换格式、数据通讯协议规范、监控系统统一编码等，完成数据的采集、分类、存储，以及简单的统计和分析功能。
Ø 信息发布功能：根据路段（网）交通、道路状况及实际需要利用可变信息标志发布路段（网）运营管理信息；
Ø 宏观管理控制功能：分析片区/省域高速公路路网交通运行规律，优化路网内交通机电设施的布设；完善路网的宏观管理与控制；决策重大交通事件下路网的交通组织调度方案。
Ø 协调管理高速公路与城市道路交通：获取城市道路的运行状况信息，对由高速公路即将进入市内的车辆及时引导、疏散，避免城市局部区域的拥堵；为刚进入高速公路的出行者提供高速公路的交通状况信息；
Ø 数据融合处理平台：对交通数据进行二次汲取和挖掘，为实现路网调度、及时分流、保证道路通畅、提高运营效率等提供数据支持。
Ø 社会服务功能：构建交通信息网络平台为出行者提供查询服务。开展与公安、消防、医疗等部门的合作，提高紧急事件救援效率。建立与广播、电话或公用网络等数据通道，向社会公众发布路网运行数据。
三、联网监控系统的运行要求
1、联网监控系统的进本运行条件
Ø 由省监控中心负责监控系统软件的统一开发与购买，新建区域/路段监控中心根据自身特点，统一使用省监控中心确定的系统软件；
Ø GIS平台建议由省监控中心设计开发维护，其他区域中心、各路段中心可以通过高速公路通信专网根据需要访问或下载相关路网地理信息和服务内容即可；
Ø 联网监控系统中的关键设备，包括视频控制矩阵、网络视频编解码器等关键联网设备的选型应尽量保持统一；
Ø 对于新建道路，各道路机电系统设计时就应将联网控制方案纳入设计文件；在新建道路机电系统设计、审查、实施等阶段，设计单位、应和建设单位密切联系，保证设备的配置和通信端口数量按照联网运行控制技术要求执行；
2、外场设备布设的基本原则
Ø 坚持外场设备布设的系统性：随着交通量的增长，应按照路网总体设计规划来完善监控设施，使其具备信息采集、信息分析处理和信息提供功能，以实时掌握交通流、交通干扰和交通环境的变化。布设时应综合考虑其位置，使一个设备能与其他设备在局部形成小系统；
Ø 坚持外场设备布设的协调性：监控系统外场设备布设时应考虑到与其它系统的关系，做到在功能上相互协调，互相补充，在布设上避免重复、浪费。监控设施的布设应当同当地管理、救助体系紧密相连，以争取时间、减少伤亡、尽快恢复交通、增进安全、提高服务质量。当高速公路分段实施或长大桥、隧道作为独立工程设计时，其监控设施设计应服从路网规划和交通工程总体设计要求；
Ø 坚持外场设备布设的一致性：由于路段分期实施建设，外场设备与监控中心的通讯接口应遵循总体规划和技术要求，确保数据通讯协议匹配、数据传输格式一致、软硬件系统兼容。监控设备作为高速公路管理设施的一部分，要注意与固定标志标线、护栏及其它安全设施统一一致，避免互相矛盾，发生干扰，造成标志含义不清或无法辨认；
Ø 坚持外场设备布设的可扩充性：监控设备的设计选择在应用先进电子技术、计算机技术时应确保性能的实用性、稳定性和功能的可扩充性。另外，由于交通量的增加，监控系统的规模会逐渐扩大，预留预埋应考虑到将来扩充的需要，一期布设时应考虑到后期布设的需要，以便随着交通量的增长，不断的扩充系统的规模，不断提高系统的性能指标，真正做到“一次设计，分期实施”。
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四、联网监控系统建设需要考虑的问题
目前作为高速公路管理者比较关心的热点问题是全程监控要不要上？如何上才能更合理的利用建设资金？更有效的对道路实施监控！在一些省市也作过一些全程监控的探索，实践表明，全程监控有效的提高了监控力度和事故处理效率。但是建成的全程监控系统也存在设备供电、夜间照明和系统稳定性等一系列问题。每公里14-18万元的高额投资也制约了该技术推广实施
1、选择重点地段进行监控
可考虑在重点路段、易发生事故路段、车流量大与半饱和路段建设全程监控系统，以便随时能掌握道路状况；对于车流量较小的路段可考虑暂缓实施，待车流量增大后再进行改造
2、 功能需求
随着省市高速公路路网的扩大，对交通影响非常大的气象环境条件、交通通行量、交通事故和交通拥挤阻塞等重要信息越来越多地被管理者和司乘人员关注 。
随着技术不断进步，高速公路监控系统也开始逐渐由过去传统的摄像头——视频监控模式，扩展到集车流量检测、交通控制和交通诱导等多种采集前端组成的多领域一体的监控系统。
如果在特殊路段建设全程监控系统，需要完善前端信息采集，增加视频图像检测系统，同时还要完善该路段沿线的气象检测器、视频车辆检测器和可变情报标志等交通监控和诱导设施，收集完整的道路交通数据，保证管理者的正确判断
3、扩容维护问题
Ø 按照传统技术要求实施全程监控 ，大量的传输设备的维护成了很令人头疼的问题
Ø 传输图像至少要使用1 对光端机并占用1 芯光纤，实施全程监控后整个监控系统占用的光纤资源较多；
Ø 远距离传输采用光端机级连会造成信号的衰减及信噪比降低；大量光端机的使用，造成设备无法统一管理 ；
Ø 片区中心不断接入大量的视频图像，导致中心矩阵需要不断进行通道扩展，接入缆线越来越多，大大增加了维护管理的难度 。
五、视频监控系统的简介
1、视频数字监控系统的组成
视频数字监控系统的组成通常由5个部分组成：（1）摄像机和编码器；（2）网络及通信传输设施；（3）视频存贮设备；（4）解码器及显示设备；（5）控制及管理系统。
编码器及解码器是面向视频和音频传输和存储的采用国际标准数字视频压缩技术的编码及解码设备。近来视音频编码技术有新的发展。
2、视频编码标准现状
ITU-T VCEG国际电信联盟下的视频编码专家组:
þ H.261 电视会议的视频压缩标准
þ H.262 VCEG同MPEG联合编码专家组JVT压缩标准
þ H.263 可视电话的视频压缩标准,H.263+,H.263++
þ H.264 新一代交互式视频通信压缩标准 MPEG4 AVC
ISO/IEC MPEG运动图像专家组:
þ MPEG-1 VCD压缩标准
þ MPEG-2 DVD压缩标准
þ MPEG-4 交互式多媒体通信压缩标准 MPEG-4AVC/ H.264
þ MPEG-7 互联网视频检索制定的压缩标准
（1）MPEG2
是由ISO/IEC13818 制订的运动图像压缩标准，MPEG2标准引入了“类型（profile）和“层（level）”的概念，提供了位速率的可变性功能，使用者可按需选择等级（传输速度15M 为中层、4M为低层、60M或80M为高层），一般MPEG2的视频数据速率为3～15Mbit/s，能提供720×576分辨率的广播级质量的视像。
（2）MPEG4
MPEG4的目标：提高容错能力以支持无线网、对低比特率应用进行更好的支持、支持图形对象及视频之间的融合。目前MPEG-4一般是指：
Ø MPEG-4 SP（简级）；
Ø MPEG-4 ASP（先进或高级的简级）以MPEG-4SP 为基础改进，其复杂性与效率高
于MPEG-2。一般 MPEG4 速率为2Mbit/s，在高速公路中一般采用MPEG4压缩技术的编解码器、数字录像机、或视频服务器。
（3）MPEG4 AVC 与H.264
MPEG4 AVC / H.264是ITU-T的VCEG（视频编码专家组）和ISO/IEC的MPEG（活动图像编码专家组）的视频联合组（JVT：Joint Video Team）2003年开发的一个新数字视频编码国际性标准，它既是ITU-T的H.264标准，又是ISO/IEC14496的MPEG-4的第10部分，在ISO/IEC中该标准命名为AVC（Advanced Video Coding），即MPEG-4 AVC。
Ø AVC/H.264引入了很多先进的技术，较高的压缩比，同时提高了算法的复杂度，在相同的重建图像质量下，比H.263和MPEG-4(SP) 减小约50%码率。
Ø 对信道时延的适应性较强，既可工作于低时延模式以满足实时业务，如会议电视等；又可工作于无时延限制的场合，如视频存储等。
Ø 引入面向IP包的编码机制，有利于网络中的分组传输，支持网络视频的流媒体传输。
Ø 加强对误码和丢包处理，增加差错恢复能力，能较好地适应IP和无线网络。
Ø 在编解码器中采用复杂度可分级设计，在图像质量和编码处理之间可分级，以适应不同复杂度的应用。
3、视频数字监控方案
在视频数字监控系统中，建议收费系统视频采用MPEG4编码压缩标准，监控外场视频采用MPEG2编码压缩标准，随着技术的发展也可考虑统一在一个新标准下，例如MPEG 4 AVC/H.264或中国标准AVS。
（1）收费视频数字监控
收费系统的视频监视采用在收费站经MPEG4编码器编码压缩后在本地LAN上用数字录像机DVR或视频服务器存贮，在本地LAN上的计算机工作站只要有相应的解压缩软件就可以在本地监视或浏览，同时此压缩的视频图像也可以经广域网传送至相关的路监控分中心、监控中心局域网上监视或浏览，可以说只要网络支持就可以在那里调看。
（2）交通监控视频
沿线摄像机视频信号，有三种地点数字化方式：
1）分中心、MPEG2编解码标准
2）相邻收费站（或通信站）
3）外场和本地
Ø 网络摄像机
Ø 摄像机+编码器
分中心、中心可以配置视频服务器对图像进行存贮和管理根据实际工程选择，常用第一、第二方案，开始使用第三方案。
4、视频数字监控系统的优点：
Ø 容易对图像进行实时的显示、录像、回放、查询、检索等；
Ø 具有较强的网络视频监视功能，各级管理部门网上浏览监督；
Ø 视频图像信息的网上共享，为运营管理的信息化提供支持；
Ø 易实现站、分中心、中心多级联网监控；
Ø 具有数字化系统抗干扰、占用带宽小、易于处理等特点。
5、智能化管理包括以下功能：
Ø 提供系统配置管理，运行状态监控和诊断确保系统的最佳运行；
Ø 视频存贮管理，监控图像的录像和回放，通过事件调查管理，转换相关事件的视频及数据到可检索的数据库中；
Ø 分析处理提供基于规则的事件报警，视频分配及预案的激活；
Ø 虚拟矩阵功能，切换实时视频和录像到电视墙、监视器和计算机；
Ø 提供直观而友好的中文界面，用户对其可进行个性化定制，它允许用户插入背景、图标和企业标志等；
Ø 提供客户使用SDK工具，支持集成第三方系统的能力，能为应用程序开发或系统集成者提供应用编程接口API，以使视频监视系统可被集成入其他应用程序或系统中。例如图形用户界面GUI设计软件、访问控制、报警和交通监控系统等。
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六、视频监控压缩技术的发展
H.264压缩标准作为新一代的压缩标准，在600K～2M的码率下，可为用户提供DVD级的实时视频数据流， 是目前为止编码效率最高的视频压缩标准。
1、与MPEG2、MPEG4相比，它具有明显优势：
Ø 在图像质量方面，H.264 只需60%的带宽即可获得MPEG4 PART2的效果，同样只需55%的带宽即可获得MPEG2的广播娱乐质量效果，而在同等码流、占用同等带宽的情况下，H.264的视频效果还要优于MPEG2标准压缩的图像；
Ø H.264压缩标准在高速公路联网监控和公众出行系统应用方面具有占用资源低、节省存储资源的优势。由于码流小、压缩比高，同样长度的视频录像，它占用的存储空间更小，大约为MPEG2的20%—50%，极大的节约了带宽资源和存储资源，适用于高速公路全程监控后的大容量、分布式存储的要求；
Ø 便于视频上公网、上桌面，由于码流低，H.264在低带宽下的表现特别优异，在200Kbps的码率下，以CIF尺寸编码的图像，可以达到相当满意的视觉效果，为用户未来的公网发布业务和视频上桌面提供了相当好的视频数据源。200Kbps的码流已经完全能满足互联网和单位局域网的带宽要求，同时也满足了大容量、多用户的需求；
2、新建H.264系统和现有系统兼容的问题
很明显，目前的实际情况下我们还不能直接将H.264构架的视频系统接入MPEG2的系统，也不可能废弃MPEG2系统直接更换H.264新系统，因此，需要在保留原有系统及正常管理使用的情况下进行视频监控系统的改造。
经过调研，根据国内H.264产品、系统的应用现状及高速公路联网需求，采用H.264进行改造有以下几种改造方案可供选择：
Ø 一是在现有的MPEG2基础上，重点对系统软件和控制硬件进行改造，使其既能够支持、控制MPEG2系统又能够支持、控制H.264系统，前端编码器MPEG2与H.264并行；
Ø 二是改造或更换相应系统控制软硬件后，采用支持双码流的编码器逐步直至完全更换前端编码设备；
Ø 三是实行双轨制，在MPEG2系统之外另建立一套H.264系统，两套系统并存、竞争。
可以通过以下三种方案对原有压缩方式进行升级改造：
方案一、对当前系统中的网络控制器及软件进行改造的方案
通过在对位于省中心的网络视频管理软件的开发和硬件改造，使其既支持对原有网络控制器的通信与控制，又支持新系统编解码器的通信与控制，使视频网管软件能够同时兼容MPEG2和H.264两种不同系统的控制模式。
方案二、采用支持双码流的编码器逐步直至完全更换前端编码设备
Ø 该方案与方案一类似，但更改相对彻底，不仅改造或更换相应的中心、分中心系统控制软件和硬件，而且可以部分直至全部更换底层支持双码流的编码器。
Ø 通过对站级、片区中心和省中心的改造，所有的视频都将接入相应的编码器中，由编码器直接编码压缩后根据需要采用不同的编码格式组播输出至IP网络中，片区中心和省中心根据需要，由视频管理服务器经过认证和判定后，在各自的权限内选择相应标准的图像进行监控和浏览。
Ø 这样在系统中既保留了已有的传统MPEG2系统及其优点，又建立了满足新的需求的H.264系统。该改造方案系统改造较快，相对容易，整个系统稳定性、可靠性更高，只是系统改造投入相对较高，目前可选产品较少。
方案三、在暂时保留现有系统不变的基础上，采用双轨制进行改造
Ø 方案三是在MPEG2系统之外另建立一套H.264系统，两套系统并存。在分中心、省中心本地使用大屏监控时，利用切换控制器对两套系统进行显示切换，控制系统仍旧各个系统各自独立控制；在分中心、省中心本地多用户及桌面使用时，采用H.264系统进行图像的切换和控制调用。
七、结束语
通过厦门高速公路联网监控系统研讨会的学习，使我们一行人员对全国其它各省市高速公路联网监控系统的建设有了进一步的了解，同时，也对新设备、新系统、新技术的应用有了进一步的认识，对集团公司的联网监控系统建设将有一定的借鉴意义。