摘 要：文章對馬鞍山大橋千兆以太環(huán)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能特點等進行了詳細地論述。與通常的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)接入不同，馬鞍山長江公路大橋的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過點對點的光纖接入，采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了道路外場視頻的綜合業(yè)務(wù)接入，降低了初始成本和運行成本。工程應(yīng)用表明，全以太網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)實現(xiàn)簡單且易擴展。

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。全線總里程36.274公里。

主體工程為全封閉、全立交、雙向六車道的平原微丘區(qū)高速公路，設(shè)計速度100公里/小時。路基寬33.5米，路面寬30米。左汊主橋為三塔兩跨懸索橋，結(jié)構(gòu)成對稱布置，主梁跨徑為2×1080m，連接主纜分跨布置為（360+1080+1080+360）m=2880m。右汊主橋為為三塔六跨的雙索面半漂浮體系斜拉橋，跨徑布置為（38+82+2×260+82+38）m，全長760m。

與以往的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)接入不同，馬鞍山長江公路大橋采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，通過外場視頻圖像點對點至匯聚點通信站的匯聚，以及千兆以太網(wǎng)的傳輸架構(gòu)，實現(xiàn)全線視頻至監(jiān)控分中心的傳輸。

2 設(shè)計原則

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

2.1 實用性

依照用戶要求，堅持實用性為主的原則，本系統(tǒng)將完全滿足道路監(jiān)控項目的各項需求，同時考慮未來發(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)計提供現(xiàn)實依據(jù)，選用的設(shè)備具備高可靠性、高安全性，高達數(shù)萬小時的平均無故障時間，并為關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵部件設(shè)計冗余備份。同時，選用安全機制健全、安全級別高的平臺輔佐系統(tǒng)搭建。

2.3 先進性

本系統(tǒng)設(shè)計遵循系統(tǒng)工程的設(shè)計準(zhǔn)則，通過科學(xué)合理地設(shè)計，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)展前景的先進技術(shù)，使系統(tǒng)能在未來數(shù)年內(nèi)不落后，并通過軟件升級即可實現(xiàn)更多新功能，充分保護用戶的投資。

2.4 開放性

本系統(tǒng)設(shè)計將采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)的國際、國內(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)計和設(shè)備選型時，將科學(xué)預(yù)測未來擴容需求，進行余量設(shè)計。

2.5 易管理性、易維護性

本系統(tǒng)將采用圖形化軟件平臺實現(xiàn)整個監(jiān)控系統(tǒng)管理與維護?？勺詣訖z測系統(tǒng)中任何一臺設(shè)備的運行狀態(tài)，并示出詳細參數(shù)，以輔佐管理人員及時準(zhǔn)確地判斷和解決問題。采用穩(wěn)定易用的硬件和軟件，完全不需借助任何專用維護工具，既降低了對管理人員進行專業(yè)知識的培訓(xùn)費用，又節(jié)省了日常頻繁地維護費用。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

馬鞍山大橋視頻傳輸、控制和存儲采用全光數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)收費站、監(jiān)控分中心二級監(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)、收費站監(jiān)控幾個部分，具體如下：

（1）跨江大橋主體工程和北接線段：全部為橋梁路段，考慮到橋面空間受限，救援時疏散困難的特點，需要加強對交通狀況的監(jiān)視。在該路段按照一公里左右的間距設(shè)置遙控攝像機。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，可以保證對主橋橋面狀況的無盲區(qū)觀察。

（2）南接線段：全程按照2公里左右平均間距1臺遙控攝像機布置。馬鞍山東樞紐的交通分合流路段設(shè)置遙控攝像機1臺。

（3）長江航道：考慮到長江航道航行船舶多，水面交通情況復(fù)雜的特點，為加強對江中橋梁構(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)視遙控攝像機，在右汊主橋兩處邊塔下橫梁位置的各設(shè)置1套遙控攝像機。

（4）大橋全景監(jiān)視和安保：為對主橋整體運行狀況進行全景監(jiān)視，掌握大橋設(shè)施的實時狀況，左汊主橋的三處索塔上橫梁頂分別設(shè)置長焦距的全景監(jiān)視攝像機，右汊主橋的兩處邊塔頂分別設(shè)置長焦距的全景監(jiān)視攝像機。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，實時監(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)中間的主線橋梁上設(shè)置遙控攝像機，從高處鳥瞰服務(wù)區(qū)的停車場，實現(xiàn)對服務(wù)區(qū)車流、人流的安全狀況及整個服務(wù)區(qū)的運行情況的監(jiān)測。

（6）收費站：收費站廣場兩側(cè)各設(shè)置攝像機一臺，用于收費站兩側(cè)道路的交通狀況。

馬鞍山大橋項目中對視頻信號的監(jiān)控和管理自下而上可分為兩層。

（1）道路沿線。全線用于道路交通監(jiān)視的有32臺遙控攝像機和22臺固定攝像機。遙控攝像機采用10-200mm變焦鏡頭，設(shè)置于道路兩側(cè)，用于監(jiān)視道路運行情況，采用獨立桿式安裝或與監(jiān)控門架合設(shè)。固定攝像機采用7-70mm手動調(diào)焦鏡頭，設(shè)置在左汊大橋和右汊大橋的主橋段，加強對橋面狀況的監(jiān)視，采用獨立桿式安裝或利用照明燈桿合設(shè)。

監(jiān)控外場攝像機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)送端將視頻信號進行復(fù)用和編碼，使用雙碼流技術(shù)，即每路圖像均以兩種碼流存在，一路高質(zhì)量、高帶寬的用于實時監(jiān)控、一路低碼流的用于存儲和向公眾提供，也可根據(jù)實際應(yīng)用情況靈活調(diào)配。該系統(tǒng)具有抗干擾性強、傳輸距離可達近百公里、圖像分插（上、下）方便、圖像質(zhì)量優(yōu)、節(jié)約光纖、性價比優(yōu)等特點。

（2）航道水面監(jiān)控。航道水面視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要是對主通航孔航道區(qū)域進行監(jiān)視。左汊大橋三處橋塔下塔柱各設(shè)置2臺遙控攝像機，右汊大橋兩處邊塔下橫梁各設(shè)置1臺全景攝像機，攝像機采用10-330mm變焦鏡頭，攝像機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。全線共8套。攝像機同樣采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，通過成對的以太網(wǎng)光端機傳輸至設(shè)置在塔柱內(nèi)的視頻以太網(wǎng)交換機上，再通過千兆光纖以太環(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)控中心對大橋設(shè)施周邊和構(gòu)造主要入口監(jiān)控點進行監(jiān)視和控制。系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)控點和大橋傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。

a.現(xiàn)場監(jiān)控點：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，共配置22套攝像機和20套雙鑒紅外報警器。左汊大橋三處橋塔上橫梁各設(shè)置2臺遙控攝像機，右汊大橋兩處邊塔頂部各設(shè)置2臺全景攝像機，攝像機采用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、報警開關(guān)信號均采用全光數(shù)字視頻系統(tǒng)方式，外場設(shè)置成對以太網(wǎng)光端機，通過光纖傳輸?shù)酱髽蚬芾硖?，進入監(jiān)控室的以太網(wǎng)交換機。

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

（5）監(jiān)控分中心。采石路段監(jiān)控分中心對整條高速公路進行視頻監(jiān)控和管理。監(jiān)控分中心通過全光數(shù)字傳輸系統(tǒng)切換輸出監(jiān)控外場圖像、數(shù)據(jù)。分中心的圖像通過全光數(shù)字傳輸系統(tǒng)局端機接入干線傳輸網(wǎng)中，省監(jiān)控中心可通過全光數(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

馬鞍山大橋全線采用1080P的高清數(shù)字視頻技術(shù)，畫質(zhì)清晰且壓縮比高，并可以集成辨識、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)等實現(xiàn)高清視頻的采集、傳輸和顯示，錄像文件管理及儲存容易，可同時異地備份。本項目的高清數(shù)字視頻技術(shù)應(yīng)用為管理部門之間的信息共享提供了統(tǒng)一的技術(shù)平臺，在國內(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，通過外場視頻圖像點對點至匯聚點通信站的匯聚，以及千兆以太網(wǎng)的傳輸架構(gòu)，實現(xiàn)全線視頻至監(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，維護管理也更加方便。

5 結(jié)束語

千兆以太網(wǎng)架構(gòu)的視頻系統(tǒng)傳輸技術(shù)是面向未來的技術(shù)，從全球的技術(shù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)需求來看，在未來的幾年內(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，具有很好的實用性與擴展性。

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作者簡介：江舟（1988-），男，江蘇省南京市，江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，研究方向：機電系統(tǒng)。