高速公路特長(zhǎng)隧道中高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、    高速公路特長(zhǎng)隧道中高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)    摘 要：在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)方面，高清視頻監(jiān)控技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)以一座超過10 km的特長(zhǎng)隧道和一個(gè)隧道群配置高清視頻監(jiān)控設(shè)施項(xiàng)目為例，詳細(xì)介紹了視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)的具體方案，為今后特長(zhǎng)隧道和隧道群的監(jiān)控設(shè)計(jì)提供了參考。關(guān)鍵詞：高清視頻;高速公路;特長(zhǎng)隧道;監(jiān)控系統(tǒng)1 項(xiàng)目背景隨著高速公路規(guī)模不斷擴(kuò)大，客貨車數(shù)量呈爆炸式增長(zhǎng)。山西省受地域影響，特長(zhǎng)隧道較多，隧道內(nèi)環(huán)境特殊，其設(shè)備較一般公路上的同類設(shè)備數(shù)量多、種類多樣，管理、維護(hù)困難。且隧道中一旦發(fā)生事故，對(duì)人員的人身、財(cái)產(chǎn)安全都會(huì)造成重大損傷，為保證隧

2、道運(yùn)行安全而對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，已經(jīng)成為現(xiàn)代交通管理的重要環(huán)節(jié)。隨著通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理能力的快速提高，高清數(shù)字視頻傳輸技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，為新時(shí)代隧道監(jiān)控提供了基礎(chǔ)?；诖?，本文結(jié)合山西省某高速公路特長(zhǎng)隧道及隧道群的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體構(gòu)架和設(shè)計(jì)構(gòu)成，對(duì)其進(jìn)行研究。以山西某高速公路為例，在其隧道附近設(shè)置隧道管理站，所轄隧道管理站管理本路段內(nèi)5座隧道，包含3座長(zhǎng)隧道（a/b/d），1座短隧道（c）及1座超過10 km的特長(zhǎng)隧道（e）的監(jiān)控設(shè)施，其中1座短隧道（c）及1座長(zhǎng)隧道（d）因地理位置相近，組成1個(gè)隧道群。隧道管理站將相應(yīng)的視頻、數(shù)據(jù)傳輸至路段管理中心，并受路段管理中心管理。本項(xiàng)目全線采用雙向4車

3、道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80 km/h。2 項(xiàng)目架構(gòu)本項(xiàng)目依據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范 第二冊(cè) 交通工程與附屬設(shè)施（jtg d70/22014）的規(guī)定進(jìn)行設(shè)備配置，根據(jù)隧道長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)年度、預(yù)測(cè)隧道單洞年平均日交通量等因素計(jì)算出各隧道監(jiān)控等級(jí)，得出a/b/d隧道近遠(yuǎn)期為a級(jí)，e隧道近遠(yuǎn)期為a+級(jí)，c隧道近遠(yuǎn)期為b級(jí)。隧道監(jiān)控設(shè)備的圖像采用技術(shù)參數(shù)不低于200萬(wàn)像素的高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)及2芯單模光纜上傳到管理中心。所有監(jiān)控圖像通過管理中心的數(shù)字化視頻監(jiān)控軟件平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視和管理，對(duì)所轄隧道的視頻進(jìn)行調(diào)用、解碼、上拼接屏等操作。視頻監(jiān)控系統(tǒng)借助攝像機(jī)能精準(zhǔn)監(jiān)視隧道內(nèi)的交通情況，對(duì)隧道內(nèi)的火災(zāi)

4、、異常等事件予以確認(rèn)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理及判定，發(fā)布控制指令并及時(shí)通知有關(guān)部門進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度或救援，并能為事后分析處理事故提供直接依據(jù)。3 總體設(shè)計(jì)3.1    設(shè)計(jì)方案隧道進(jìn)出口洞外設(shè)置高清彩色遙控?cái)z像機(jī)，能監(jiān)視隧道洞口區(qū)域的交通狀況，也可用于觀察超高車輛。隧道洞內(nèi)直線段按不大于150 m間距設(shè)置彩色固定攝像機(jī)，曲線段根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)減小布設(shè)距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道全程連續(xù)、無盲區(qū)的監(jiān)視。在各緊急停車帶和車行橫洞區(qū)域，設(shè)置1臺(tái)球形變焦攝像機(jī)，既能監(jiān)視緊急停車帶的交通、車輛情況，又能監(jiān)視車行橫洞的使用運(yùn)行狀況。在隧道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備室機(jī)房?jī)?nèi)配備激光夜視球型攝像機(jī)，用于上級(jí)管理單位監(jiān)視設(shè)備室

5、內(nèi)的運(yùn)行狀況和異常事件確認(rèn)。本項(xiàng)目共有460路高清視頻圖像。隧道管理站設(shè)置視頻解碼器組、圖形拼接控制器、液晶拼接監(jiān)視器墻、視頻存儲(chǔ)服務(wù)器、磁盤陣列、視頻控制工作站、視頻檢測(cè)分析儀、控制鍵盤、主監(jiān)視器等。隧道管理站接收的視頻圖像接入視頻交換機(jī)，可以經(jīng)過高清視頻解碼器解碼后通過多屏拼接控制器輸出到監(jiān)視器墻顯示;配置視頻檢測(cè)分析儀，可以提取信息對(duì)異常事件進(jìn)行分析處理;可以通過視頻服務(wù)器和磁盤陣列對(duì)所轄范圍內(nèi)的圖像實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，由視頻控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理。視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。3.2    視頻檢測(cè)視頻檢測(cè)系統(tǒng)由以人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)為核心，基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)識(shí)別算法的視頻檢測(cè)分析儀

6、（含分析處理軟件）、視頻檢測(cè)計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件、攝像機(jī)及相關(guān)的傳輸設(shè)備構(gòu)成。各隧道出洞口、進(jìn)洞口內(nèi)第1臺(tái)固定攝像機(jī)，洞內(nèi)緊急停車帶、橫通道前的1臺(tái)固定攝像機(jī)，每隔1臺(tái)的固定攝像機(jī)將圖像數(shù)據(jù)上傳至視頻檢測(cè)分析儀，作為檢測(cè)視頻源。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)檢測(cè)到火情（火苗檢測(cè)、煙霧檢測(cè)），發(fā)生事故或交通事件時(shí)，視頻檢測(cè)分析儀進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，并同時(shí)對(duì)該事件進(jìn)行自動(dòng)錄像，時(shí)長(zhǎng)不少于1 min，系統(tǒng)將這些錄像傳輸存儲(chǔ)到視頻檢測(cè)計(jì)算機(jī)中，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理發(fā)生的情況。本項(xiàng)目共有307路檢測(cè)視頻源，需配置10臺(tái)32路視頻檢測(cè)分析儀。3.3    視頻傳輸隧道洞外高清彩色遙控?cái)z像機(jī)、隧道洞內(nèi)主線高清

7、固定攝像機(jī)及車行橫洞處的高清彩色/黑白日夜型球型攝像機(jī)，通過6類網(wǎng)線與千兆環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)一對(duì)一相連，每個(gè)變電所及水泵房配置的4個(gè)激光夜視球型攝像機(jī)通過6類網(wǎng)線與1臺(tái)千兆環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)相連，每個(gè)環(huán)網(wǎng)在傳輸穩(wěn)定的原則下，按照不超過40路圖像的基礎(chǔ)進(jìn)行配置。所有隧道的視頻圖像通過和攝像機(jī)相連的千兆環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)構(gòu)建的24芯單模光纖環(huán)網(wǎng)上傳到隧道管理站的光纖配線架，再通過每個(gè)隧道環(huán)網(wǎng)的千兆環(huán)網(wǎng)工業(yè)交換機(jī)匯聚上傳至視頻監(jiān)控交換機(jī)。3.4    視頻顯示每個(gè)環(huán)網(wǎng)的工業(yè)交換機(jī)上傳視頻圖像至隧道管理站的視頻監(jiān)控交換機(jī)匯聚，高清視頻解碼器對(duì)視頻進(jìn)行解碼后通過多屏拼接控制器在46寸4×

8、;11的液晶拼接屏上顯示出來。日常管理多以隧道洞口、人行橫通道前、緊急停車帶處的視頻圖像在監(jiān)視器墻上進(jìn)行一對(duì)一顯示，其他路視頻則按照4畫面4輪回的原則顯示;出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，多屏拼接控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，傳輸并合成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖像以合適的圖像大小及分辨率顯示在監(jiān)視器墻上。3.5    視頻存儲(chǔ)視頻存儲(chǔ)可以方便各用戶通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)調(diào)用及查取錄像資料，并對(duì)歷史圖像進(jìn)行調(diào)看回放。本項(xiàng)目460路視頻圖像數(shù)據(jù)在隧道管理站的視頻監(jiān)控交換機(jī)匯聚后寫入存儲(chǔ)設(shè)備，磁盤陣列實(shí)時(shí)存儲(chǔ)所有圖像，通過視頻服務(wù)器對(duì)磁盤陣列進(jìn)行管理，存儲(chǔ)時(shí)間應(yīng)大于30 d。本項(xiàng)目視頻存儲(chǔ)陣列存儲(chǔ)容量擬按照4m/路（存儲(chǔ)

9、分辨率：1 080p）的帶寬，存儲(chǔ)時(shí)間30 d的要求配置，考慮硬盤實(shí)際容量與標(biāo)稱容量之間的差值及硬盤的損耗，按照冗余容量1.2倍計(jì)算磁盤容量：（4m/路÷8 byte/bit×3 600 s×24 h×30 d×460路）÷1 024÷1 024569 tb。3.6    視頻控制視頻服務(wù)器、視頻存儲(chǔ)陣列連接在視頻監(jiān)控交換機(jī)上，可由視頻控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。隧道管理站任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)只要具備權(quán)限，就可以在計(jì)算機(jī)監(jiān)視屏幕上以圖像放大、縮小、全屏顯示及停止軟解壓等方式監(jiān)視上傳的監(jiān)控圖像。多臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)監(jiān)視同一

10、攝像機(jī)圖像;一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)監(jiān)視多個(gè)隧道攝像機(jī)的實(shí)時(shí)圖像，在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上多畫面分割顯示;可抓拍并保存計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的視頻圖像;視頻控制計(jì)算機(jī)可對(duì)局端接入設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)端接入設(shè)備進(jìn)行控制，包括切換上傳控制、遙控?cái)z像機(jī)的云臺(tái)控制等。為提高道路救援效率，一旦片區(qū)中心出現(xiàn)報(bào)警，觸發(fā)視頻圖像強(qiáng)制顯示的同時(shí)，也應(yīng)將報(bào)警圖像在就近的隧道管理站強(qiáng)制顯示，使監(jiān)控人員及時(shí)了解報(bào)警原因。隧道管理站能對(duì)事件觸發(fā)自動(dòng)調(diào)用顯示，也可以手動(dòng)調(diào)用。在發(fā)生交通異常事件時(shí)，視頻控制計(jì)算機(jī)能自動(dòng)控制攝像機(jī)調(diào)整到預(yù)置位，或自動(dòng)切換攝像機(jī)圖像到監(jiān)視器上進(jìn)行顯示，或者自動(dòng)錄像。3.7    隧道視頻監(jiān)控軟件平臺(tái)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況，通過建立標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接入視頻存儲(chǔ)服務(wù)器，獲取相關(guān)視頻圖像數(shù)據(jù)，為事件的確定與執(zhí)行提供參考依據(jù)。本項(xiàng)目視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本路段內(nèi)隧道的監(jiān)控，平臺(tái)開放，具有兼容性;系統(tǒng)軟件平臺(tái)可靠性高，具備容錯(cuò)、糾錯(cuò)能力;隧道監(jiān)控軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊化之間平滑過渡。平臺(tái)對(duì)外接口提供可視化的管理界面和接口;各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議均可接入;上級(jí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)無縫接入;可實(shí)現(xiàn)音視頻的編解碼處理。4 結(jié)語(yǔ)隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)為業(yè)主掌握交通狀況和交通控制提供了便利，緊急情況下，用以確認(rèn)隧道本地設(shè)備上傳的信息，監(jiān)視交通異常、消防