數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用

數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路中的應(yīng)用

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的歷史隨著中國國際經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國的高速公路距離變得越來越模糊。監(jiān)控系統(tǒng)對高速公路的運(yùn)營管理、保證高速公路服務(wù)質(zhì)量起著非常重要的作用，而視頻監(jiān)控系統(tǒng)又是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。隨著技術(shù)的進(jìn)步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)本身也經(jīng)歷了若干次的革命。從最初的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)再進(jìn)一步發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并在向著智能化方向發(fā)展。1視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般可分為前端信號采集部分、中間信號傳輸部分及后端控制存儲與顯示部分。1.1模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備有：前端信號采集部分：模擬攝像機(jī)、解碼器及云臺等相關(guān)附件；中間信號傳輸部分：用于視頻信號傳輸?shù)耐S電纜（BNC接口）和用于控制信號傳輸?shù)目刂凭€等；后端信號控制存儲顯示設(shè)備：控制鍵盤、磁帶錄像機(jī)（VideoCassetteRecorder即VCR）、視頻分配器、視頻矩陣和監(jiān)視器等。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的典型應(yīng)用構(gòu)架如下圖1所示。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最早的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一經(jīng)出現(xiàn)便得到了迅速的普及和應(yīng)用，但也有其明顯的局限性：模擬攝像機(jī)采用隔行掃描，因此運(yùn)動物體易產(chǎn)生梳狀的鋸齒，其清晰度不高；信號的傳輸一般采用同軸電纜，而同軸電纜的傳輸距離一般僅為200米左右，超過此距離就會使圖像產(chǎn)生失真，因此限制了模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，且一般只在就近監(jiān)視器上顯示；磁帶錄像機(jī)需耗費(fèi)大量的磁帶，而由于磁帶受環(huán)境溫濕度及磁場等影響很大使得其不易于保存，且磁帶只能順序讀取這使其回放等查看操作十分不便、效率低下。1.2視頻存儲及存儲由于模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的諸多不足，且由于視頻編碼壓縮技術(shù)、多媒體圖像處理技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，新的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)對模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)的性能有了極大地提升，數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備是硬盤錄像機(jī)（DigitalVideoRecorderDVR）。硬盤錄像機(jī)集錄像機(jī)、畫面分割器、攝像機(jī)云臺及鏡頭控制、報警處理等功能于一體，將模擬攝像機(jī)傳來的模擬視頻信號進(jìn)行數(shù)字化編碼壓縮并存儲在硬盤上。DVR很快便全面取代了VCR，并在視頻存儲、查找和回放等方面有了質(zhì)的提高。當(dāng)前的硬盤錄像機(jī)從硬件結(jié)構(gòu)上主要分為PC式（即工控機(jī)式）硬盤錄像機(jī)和嵌入式（即DSP+MPU式）的硬盤錄像機(jī)。PC式硬盤錄像機(jī)一般由工業(yè)用主板加專用視頻采集卡實(shí)現(xiàn)，并建立在Windows等操作系統(tǒng)上；嵌入式DVR基于嵌入式處理器和嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單因此性能穩(wěn)定使用方便。PC式硬盤錄像機(jī)采用開放式構(gòu)架因此兼容性強(qiáng)軟件易升級，但也易于遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊。嵌入式硬盤錄像機(jī)操作簡單易于維護(hù)且比較穩(wěn)定，因此選擇嵌入式硬盤錄像機(jī)的用戶已經(jīng)越來越多，其應(yīng)用前景非常廣闊。但采用DVR的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于其自身構(gòu)架的局限，仍通過同軸電纜接受模擬攝像機(jī)的視頻信號，因此適用于小型的監(jiān)控系統(tǒng)。1.3網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般指安全監(jiān)視和遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域內(nèi)用于特定應(yīng)用的IP監(jiān)視系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用戶能夠通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視及視頻圖像的錄像、以及相關(guān)的報警管理。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用點(diǎn)對點(diǎn)的模擬線纜敷設(shè)，而網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)來傳輸視頻及其他與監(jiān)控相關(guān)的各類信息。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可基于NVR或基于服務(wù)器+磁盤陣列的構(gòu)架，其典型應(yīng)用構(gòu)架分別如圖2、圖3所示。其中，基于NVR架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)約了存儲服務(wù)器等的成本，并可實(shí)現(xiàn)云存儲功能。NVR架構(gòu)主要適用于中小型監(jiān)控方案，對于大型監(jiān)控方案該構(gòu)架顯得捉襟見肘?；诜?wù)器+IPSAN架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)以流媒體服務(wù)器為其架構(gòu)的核心設(shè)備，提供前所未有的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)能力，由存儲服務(wù)器和存儲陣列共同完成視頻數(shù)據(jù)的存儲，存儲的設(shè)備可在物理上集中或分散分布，這大大擴(kuò)展了系統(tǒng)在物理上的鏈接范圍，且因此使得系統(tǒng)的構(gòu)架變得更加靈活。2監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的管理構(gòu)架一般包括三個層級，依次為省級監(jiān)控中心、路段監(jiān)控（分）中心和基層監(jiān)控單元（隧道管理站、橋梁管理站等）。由于早期的高速公路受技術(shù)發(fā)展的限制，其監(jiān)控系統(tǒng)往往采用模擬監(jiān)控，而模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)不便于大規(guī)模的應(yīng)用管理，智能得到有限區(qū)域的事實(shí)視頻圖像，且依靠管理人員的肉眼與經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行路況的監(jiān)測與管理。因此新建的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)往往采用最新的基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的監(jiān)控、系統(tǒng)互連及智能管理。新一代智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在為高速公路提供車牌識別、車速測量、逆行警告和流量統(tǒng)計等多種智能化可選功能，并正在發(fā)揮著越來越重要的作用3mos的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)隨著技術(shù)的進(jìn)步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也正在加速發(fā)展，這將為高速公路等領(lǐng)域的日常管理、事后取證等工作帶來極大的便利，其主要的發(fā)展方向有以下幾點(diǎn)：高清化。高清晰度、基于百萬像素的CMOS傳感器的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)已誕生多年，并在向著更加先進(jìn)的方向發(fā)展，采用逐行掃描的技術(shù)可以得到更加流暢清晰無失真的畫面，隨著技術(shù)的成熟，整個系統(tǒng)的成本也在逐步降低，這必將加速先進(jìn)設(shè)備的普及。智能化。隨著信號處理技術(shù)、人工智能技術(shù)及計算機(jī)視覺（ComputerVisionCV）技術(shù)的