【2019年整理】第三代高清监控系统推动高速公路视频联网监控高清化建设

1、第三代高清监控系统推动高速公路视频联网监控高清化建设杭州中威电子股份有限公司石旭刚视频监控高清化时代已到来2010年，视频监控产业进入“高清元年”，各地高清监控项目如雨后春笋般 不断涌现。2011年，武汉市城市视频监控系统项目建设完成市级高清监控点5000 个，后续仍将建设高清监控点2万个；2012年，泉州开始投资建设8000个高清 监控点，长沙开始投资建设30000个高清监控点，广东公安厅启动“慧眼工程” 拟于2012年至2014年期间在全省范围建设96万个高清监控点。高清监控市场的快速启动，直接推动了高清监控产品的完善和技术的升级， 各大监控厂家针对不断变化的用户需求，在不同的技术发展阶段

2、推出了不同的高 清监控解决方案，大致可以分为三代。（一）第一代高清监控系统2000年，监控产品数字化进程加速，业内对“数字化、网络化、智能化” 的监控技术发展趋势逐步达成共识，然而，网络摄像机却一直由于图像质量、延 时、价格等各种因素难以被市场所接受，直到2006年第一代高清监控系统出现， 这种局面才有所转变。第一代高清监控系统，主要由“百万像素”摄像机和视频管理软件组成， 适用于中小规模监控场所。较传统模拟监控系统而言，第一代高清监控系统图像 更加清晰，覆盖面更广，相同监视区域可以替代原有多个固定点摄像机或全方位 摄像机。虽然具备一定优势，但第一代高清监控系统是针对中小监控场所开发，能接 入

3、的高清视频路数有限，在传输、存储、显示、控制等相关环节也没有能形成完 整解决方案，更无法满足高速公路、平安城市等大型专业监控系统的视频接入需 求。即使对于中小规模的监控场所来说，虽然图像质量有所提高，但也没有产生 质的飞跃，而且成本也居高不下，因此，第一代高清监控系统在国内市场一直难 以打开局面。虽说市场推广初期未被市场接受，难以大规模应用，但第一代高清监控系统 的推出，为“高清监控”打下了良好的基础，推动了业内对于“高清监控”的关 注，为后续“高清监控”的蓬勃发展起到了不可磨灭的作用。（二）第二代高清监控系统第二代高清监控系统随着高清IPC、高清编解码器、高清光端机、NVR、IPSAN 等设

4、备的日趋成熟和高清监控市场的快速启动应运而生。2009年，公安部先后发布对图像清晰度提出更高要求的闯红灯自动记录 系统通用技术条件、公路车辆智能监测记录系统通用技术条件、道路交 通安全违法行为图像取证技术规范、机动车号牌图像自动识别技术规范等 一系列标准。同年12月，江苏省公安厅启动“320项目”，该项目计划在江苏 全省范围内打造一个道路监控网，全省各地市内道路每3公里建立一个对车辆 监控的抓拍点，其它的道路每20公里建立一个监控抓拍点，该项目前端设备将 投资9.54亿，整个项目投资近20亿以上。该项目在设备入围阶段，对前端摄像机做出了最低200万像素的要求，消息 一经传出，在业内掀起轩然大波

5、，各大监控厂商争相推出针对公安需求的各类高 清监控解决方案，经过一段时间的整合、完善，逐步形成了能够满足大型监控系 统需求的第二代高清监控系统。第二代高清监控系统较第一代高清监控系统具有以下优势：（1）第二代高清监控系统由高清网络摄像机、传输、显示、存储等所有环节设 备组成，每个环节的设备都是针对大型监控系统开发，系统功能更全面， 性能更稳定；（2）第二代高清监控系统能提供1080P的高清视频图像，清晰度比720P有很 大的提升；（3）第二代高清监控产品基于联网监控，能有效组建大规模的监控系统；（4）第二代高清监控系统可通过可视化平台管理软件统一管理。第二代高清监控系统为用户带来了前所未有的高

6、清体验，直接刺激了市场的 需求，2010年，各地治安卡口项目及电子警察项目开始大规模采用第二代高清 监控系统，高清监控市场开始进入高速发展阶段，因此，业内将这一年称为“高 清元年”。（三）第三代高清监控系统近两年，第二代高清监控系统进入高速发展阶段，很多大型的平安城市项目 开始大规模采用第二代高清监控系统进行建设，但随之也在大规模市场应用中暴 露出，上墙图像有损、PTZ操控延时等的一系列短期内无法解决的问题，并由此 推动了 HD-SDI技术在监控行业的应用。在各种系统的使用过程中人们发现，无论是原有的模拟监控系统、第二代高 清还是HD-SDI，都有无法令人割舍的地方。原有模拟监控系统还未达到使

7、用年限，很多网点仍然使用，全部更换为高清， 不但投资巨大，还将面临巨大的决策风险。第二代高清系统已经基本可以满足用户需求，但在对实时性要求较高的场 合，在对大场景等图像清晰度、细节要求较高的场合表现还是不如人意，200 400ms的延时，让捕捉高速移动目标的精准PTZ操作非常困难。同时，在接入原 有的模拟系统时，需对模拟图像压缩编码后再解码上墙，图像质量明显下降，让 客户觉得还不如原有的模拟图像质量好。高清HD-SDI图像虽然可以很好地克服高清IPC在图像延时、图像损伤方面 的缺点，但是大规模HD-SDI高清系统不但系统复杂：传输需要高清HD-SDI光端 机，交换需要HD-SDI矩阵，视频分配

8、需要HD-SDI分配器，存储和联网还需要 HD-SDI编码器，而且其建设成本也非常高，所以纯粹的HD-SDI高清监控系统难 以大规模推广应用。于是，既能发挥高清IPC和高清HD-SDI的优点，又能克服各自的缺点，并 还能无缝接入原有模拟监控系统的第三代高清监控系统诞生了。第三代高清监控 系统能根据用户的实际需求混合布设高清IP摄像机和高清HD-SDI摄像机，并能 在监控中心进行统一上墙显示，对于HD-SDI图像，显示的就是原始的、实时的 高清图像，对于标清模拟图像，显示的就是实时的、无损的模拟图像效果。第三代高清监控系统，在实现IP高清、HD-SDI高清、标清模拟视频的混合 接入、混合上墙时，

9、并不是简单的通过把HD-SDI图像和模拟图像进行压缩编码 后变成统一的IP图像，再进行统一解码上墙显示来实现的。如果只是通过对 HD-SDI图像、模拟图像进行压缩编码后再统一解码上墙，则就失去了HD-SDI图 像、模拟图像的存在意义了，因为上墙显示的都是IP图像。第三代高清监控系统，能根据IP图像、HD-SDI图像、模拟图像的不同特点 进行分别接入，同时通过技术手段把不同的图像进行统一上墙显示，IP图像显 示的是有延时的、有一定损伤的解码图像，HD-SDI图像显示的就是无延时的、 无损的原始高清图像，模拟图像显示的就是无损的、无延时的原始模拟效果。第 三代高清监控系统真正融合了高清IPC图像、

10、标清IP图像、高清HD-SDI图像、 标清模拟图像，系统既能满足高清、高实时图像的需求，又能满足数字化存储、 IP网络传输的要求，真正实现IP高清视频、HD-SDI高清视频、模拟视频的任意 联网、调度、切换、控制。同时，第三代高清监控系统还是一套多业务综合系统， 除了视频、音频外，还能支持数据、以太网、开关量等多种信号的接入，能够解 决同一平台上多业务同时接入的问题。第三代高清监控系统的典型代表是杭州中 威的VAR3s高清数字视频综合平台。我国高速公路视频联网监控现状近10年来，我国高速公路建设取得了巨大的成功，绝大多数省份的高速公 路从孤立的单条道路跨入了纵横交错的路网化时代，而与之相适应的

11、，高速公路 视频联网监控系统作为高速公路机电“三大系统”的核心之一，也取得了巨大的 技术进步，目前新建高速公路的视频联网监控系统几乎都已采用数字化、网络化、 集成化的数字视频监控系统，其中的典型就是数字压缩/非压缩一体化或数字全 压缩的光传输交换平台系统。光平台解决方案系统原理如图（一）所示。其核心思想是，隧道监控的模拟 视频和全程监控的路面模拟视频通过同轴电缆接入“远端光接入模块”（远端编 码传输设备），远端光接入模块对接入的模拟视频进行数字化编码（H.264压缩 编码或数字非压缩编码）后通过由“远端光接入模块”组成的光纤自愈环网远程 传输到收费站/隧道管理所/监控分中心的平台设备中。收费图

12、像（车道图像、收 费亭图像）和收费广场图像通过“远端光接入模块”编码后（H.264压缩编码或 数字非压缩编码）以点对点或环网光纤传输模式接入收费站/监控分中心的平台 设备中。隧道管理所、收费站、监控分中心的平台设备通过通信系统与路段监控 中心的平台设备进行联接，也可以通过平台自身组成光纤网络，以避免占用高速 公路通信系统的IP带宽资源。收费站、监控分中心、路段监控中心的平台设备一方面输出IP压缩视频码OB-VAK；M)NUB VAR3 OMOB-VAR3S-ONU0B-VAR3S-IK)Nll图（一）数字压缩/非压缩一体化或数字全压缩的光传输交换平台流进入存储设备进行存储，另一方面通过解码功能

13、把编码图像进行解码，并输出 到电视墙完成图像显示功能。随着高清视频监控的兴起，高速公路对高清视频监控已开始进行试验性的探 索，主要技术方案是采用高清IPC，但都只限于在一些重要的场合安装几个路清 IPC监控点进行测试或试验，大规模应用的案例还不是很多。由于高速公路视频 监控系统的拓扑结构与平安城市等监控系统的存在很大差异，因此在平安城市已 开始应用的第二代高清监控系统并不能直接照搬应用到高速公路视频监控系统 中来，这就造成目前高速公路视频监控高清化的程度远远落后于平安城市等监控 系统。高速公路视频监控图像可以分为隧道内监控图像、隧道口 /桥梁等重点部位 监控图像、路面监控图像（全程监控图像）、

14、收费站车道图像、收费亭内图像、 收费站广场监控图像等几类，每类监控图像的功能都不完全一样，也即对这几类 监控图像的技术要求也不完全一样。在高速公路视频监控高清化的过程中，如果 能深入分析这些不同监控类型图像的特点，采用不同的高清视频技术，并用统一 的系统解决从高清视频采集到联网传输、交换、大屏控制、上墙显示、存储等一 系列问题，则高速公路视频监控高清化进程一定会得到快速推进。新技术推动高速公路视频联网监控的高清化进程高速公路视频监控要完成高清化，首先需要考虑不同类型的图像对高清技术 的不同需求。隧道内监控图像主要用于监控隧道内的交通状况，主要是隧道内的车辆密 度、行驶速度、有无事故等。由于都采

15、用固定的枪机，因此对图像延时并不敏感， 但对图像的清晰度的要求则最好能看清车牌，在发生事故时可以第一时间得到更 多的信息。因此图像采集采用130万或200万的高清IPC比较合适。隧道口、桥梁等重点部位的监控主要是对隧道口或桥梁等重点地段的路面运 行情况和周围环境进行监视，其监视场景和范围都比较大，而且需要快速地转换 视角和场景范围，必要时还需对某些特殊部位进行细节监视，如山体是否有滑坡 迹象、桥梁有无异常等。因此，对这类图像的需求是：完全实时、快速精准的 PTZ控制、图像力求清晰、细节力求丰富。这类监控点采用200万高清HD-SDI 高速球机比较合适。路面全程监控图像主要是观察路面的交通拥堵情

16、况，必要时（如发生交通事 故）也需要看清局部状况，因此，这类图像对实时性要求不高，清晰度则是越清 晰越好。这类监控点合适采用200万高清IP摄像机，可以采用云台或球机。对于收费车道和收费亭内图像，对实时性要求不是太高，一般130万或200 万IPC就可以满足要求。但对于收费广场图像，由于要监视的范围较大，有时还 需要看清车辆或人员的细节，需要进行精准的PTZ操控，因此采用200万高清 HD-SDI高速球机比较合适。所以，要真正实现高速公路视频监控高清化，并不是简单地选用一款高清 IPC就可以实现的了，只有根据不同的图像需求，选用不同的高清技术，才能真 正有效地发挥高清视频监控的优点。另一个问题

17、是，如何把这些不同的高清图像用一套统一的系统完成传输、控 制、交换、上墙显示等一系列难题。高速公路的拓扑结构不同于平安城市，后者 是一个星形的拓扑，通过简单的点对点设备就可以完成对各种不同高清信号的传 输，由于高速公路的链状拓扑，光纤资源的有限性，其系统会比平安城市复杂。从以上面分析可看出，要在高速公路实现高性能的高清视频监控，必须采用 第三代高清监控技术，让不同的高清视频发挥不同的作用，以满足高速公路视频 监控图像多样化的特点。也只有通过第三代高清监控技术，才能真正把高速公路 视频监控提升到一个全新的高度。下面以杭州中威电子股份有限公司的第三代高清视频监控系统一一VAR3S 高清数字视频综合

18、平台为例来讨论如何在高速公路实现高清化视频联网监控。图（二）是系统原理图。隧道图像和全程监控图像采用具有自愈环网功能的 130万或200万高清IP摄像机，以环网形式把图像传输到收费站/隧道管理所/ 监控分中心的VAR3S综合平台中；隧道口/重点监控部位/收费广场的图像采用 200万HD-SDI高速智能球机，实时、无损的HD-SDI高清信号通过光纤以点对点 模式接入VAR3S综合平台；收费站车道/收费亭图像采用130万/200万高清IPC 通过网线直接接入交换机，通过光纤接入VAR3S综合平台。收费站/隧道管理所/ 监控分中心的VAR3S综合平台对接入的高清IP/HD-SDI信号进行统一交换、控制、 解码，并通过HD-SDI/HDMI/VGA等接口输出到电视墙进行显示。路段监控中心通 过通信系统（也可以采用光纤专网）与各收费站/隧道管理所/监控分中心联网， 实现高清IP视频的互联互通。系统方案具有如下特点：（1）、系统拓扑结构与目前主流的高速公路视频联网监控系统几乎完全一致，无 论是业主还是设计院，大家对该拓扑结构都已非常熟悉；（2）、外场监控没有传输设备，最大限度地提高了系统的可靠性和稳定性。外场 除了供电以外，不需要信号电缆，也无需信号防雷，极大地提高了抗雷击性能；（3）、即可以设计成全高清系