1、高速公路视频监控设计方案自隆高速方案设计第一章 项目概述自隆高速路现需要对其进行系统设计,鉴于全省高速路段联网控制及未来高清化趋势，结合自隆路段自身需求，便于自隆高速路段监控设施形成一个面向未来的更完善的系统，减轻维护管理难度，降低维护管理成本。特向贵司推荐微迪VDE300带码流控制工业以太网交换机视频综合管理系统，该管理系统具有如下特点： 先进性：采用科学的、主流的，符合发展方向的技术、设备和理念，系统集成化、模块化程度高、兼容性强。 可靠性：采用成熟、稳定、完善和通用的技术设备，系统具有一致性，升级能力和技术支持，能够保证全天候不间断长期稳定运行，有完备的技术培训和质量保证体系,整个系统成
2、环可以在某条线缆故障时自动切换到另一环路。 实用性：设计合理，构架简洁，功能完备，切合实际，能有效提高工作效率。 经济性：在充分满足系统功能的前提下，体现高性价比。采用经济实用的技术和设备，充分利用现有的设备和资源，综合考虑系统的建设、升级、联网和维护费用，不盲目投入。 灵活性：该项目设备的控制容量上保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用，可节约大量系统光纤资源。 提高监管力度与综合管理水平：本项目系统设备控制高效率、准确及可靠。本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合监控，实时动态撑握监视及报
3、警情况。本系统设计大大减少劳动强度，减少设备运行维护人员；另外，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合管理水平。第二章 视频监控系统整体改造方案建议2.1、系统设计依据本系统的所有设计和施工方案均遵循有关国际和国家标准进行，在硬件的配置上也都采用标准结构，以使系统具有开放性。整个监控系统的设计、施工过程严格按国家标准民用闭路监视电视系统工程技术规范进行；通讯信号的传输和通讯设备的选用则遵循国际电信联盟ITUTH.320、ITUTG.703；软件开发上严格按照软件工程设计规范进行。本系统所遵循的主要标准
4、如下所列：GB5019894 民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB472885 电气图用图形符号国家标准 GBJ11587 工业电视系统工程设计规范 YDJ189 邮电通讯电源设备安装设计规范 GBJ7985 工业企业通讯接地设计规范 IEC364441 保护接地和防雷接地标准GB50636-2010 城市轨道交通综合监控系统工程设计规范GB50348 安全防范工程技术规范GB50395-2007 视频安防监控系统工程设计规范 2.2、系统设计方法针对客户需求及目前高速公路视频监控技术应用及发展趋势，我公司建议自隆高速系统建设方案如下：1、沿滩，富顺，狮市，响石，隆昌主线收费站车道、亭内、广
5、场摄像机全部采用1080P网络高清摄像机。 2、收费站摄像机高清视频、亭内拾音器、脚踏报警开关、热线电话等业务，均通过“带码流控制工业以太网交换机”（以下简称VDE300-3042-4IPC）经光纤接入到2层工业以太网交换机（以下简称VDE300-6126G）再接入到三层工业以太网交换机进行统一管理。3、新系统要有很好的扩容性，本次建设采用的视频综合管理系统以及远端设备主要负责收费车道的视频、数据业务，并为视频管理系统预留出足够的板卡位置，便于将来对车道视频传输、地方道路情报板数据传输、广场摄像机视频及控制传输进行升级，并预留与相邻站点及分中心的传输组网功能。2.3、设备选型依据2.4.1 1
6、080P网络高清摄像机近几年来，随着IP视频技术的不断发展，网络高清摄像机已经逐步取代广泛使用的模拟摄像机，应用在各种场合，尤其是在高速公路、智能交通、平安城市等视频路数多，对视频质量要求高的行业，那么我们为什么选择1080P网络高清摄像机呢？原因如下：1扫描方式模拟摄像机基本为隔行扫描，运动画面容易出现模糊现象，数字高清摄像机则为逐行扫描或全局曝光，运动画面清晰。 隔行扫描（模拟摄像机） 逐行扫描（数字摄像机）2分辨率与解析度模拟摄像机无论有多高的解析度参数，只要接入录像机等后端设备，受最高D1分辨率限制，再加上反复的模数转换与D1反交错处理产生的损伤，最终获得的解析度只有150-400TV
7、L，而数字高清摄像机分辨率高达720P与1080P，甚至更高，解析度可以达到800TVL以上。3噪点和干扰模拟摄像机视频从CCD传感器一出来就是模拟信号，而模拟信号无论是在摄像机内部，还是输出后传输过程中，都可能受到不同程度的干扰，从而产生波纹与噪点。而数字高清摄像机输出的是数字信号，更不容易受到干扰，因此画面干净。数字信号不易受干扰4色彩还原度模拟摄像机输出的是CCTV广电标准复合模拟视频，是将亮度信号与色度信号调制在同一频带一起传输的，这种复合视频信号传给DVR时，首先由视频采集芯片（如：SAA7130,TW6816）将模拟信号转成数字信号。同时还要负责把色度信号与亮度信号分离，可是，由于
8、亮度与色彩信号占用了相同频带分离难以彻底。导致色彩信号串到亮度信号里，亮度信号串到色彩信号里，导致模拟摄像机色彩还原度不好。5显示设备与效果最近几年，显示器与电视机（监视器）的分辨率越来越大，屏幕尺寸越来越大，而价格却越来越便宜，高速公路管理部门一般采用这种大屏幕的显示设备来进行实时监控。然而，我们的模拟监控像素只有9到41万像素，远远小于大屏幕显示设备的1920X1080,如果把低像素放大满屏显示，画面清晰度极其模糊与糟糕，不仅如此，模拟监控的4:3画面显示在16:9的宽屏幕设备上，还要面临变形的烦恼。综上所述，模拟摄像机和数字高清摄像机有如下技术对比：综上所述，数字高清监控是安防监控行业的
9、发展趋势，因此我们推荐使用微迪的VDE300带码流控制工业以太网交换机视频综合管理系统和1080P网络高清摄像机完成此次自隆高速项目的建设。2.4.2 VDE300带码流控制工业以太网交换机视频综合管理系统选择了网络高清摄像机进行前端视频采集，就必须为其搭配一套稳定可靠的传输和管理系统。目前高速公路主流的视频监控方案主要有以下几种：1. 数字非压缩光传输平台2. EPON无源光网络3. 工业以太网交换机+商用三层交换机以下是几种方案的优缺点分析：高速公路监控系统主流视频平台分析数字非压缩光传输平台EPON无源光网络工业以太网交换机+商用三层交换机优点1.进入高速市场较早，市场占有率大。2.主要
10、针对非压缩视频。3.组网方式较灵活，在光纤资源丰富的情况下，可组成链状、树形、星型、环形等网络。1.在电信行业使用较广泛。2.主要承载业务为数字信号，对IP视频流支持较好。1.工业级设计，具备防水、防尘、防雾、抗电磁干扰、抗高低温、抗腐蚀等多种优点，稳定性极强。2.价格比其他组网方式低。3.设备功耗低。4.设计目标就是承载IP数字信号，可方便接入IP高清图像。5.组网方式灵活，可组成链状、树形、星型、环形等任意网络，实现环网链路备份。6.采用标准的以太网协议，开放性接口，可任意接入其他符合以太网协议厂家设备，比如思科、华三等网络设备。7.施工便利，接口为以太网或光纤，避免了传统同轴电缆的焊接工
11、作。缺点1.价格较贵。2.其网络平台主要承载的是数字非压缩视频，每路视频为125M，占用带宽大，单纤传输非压缩视频最大为16路，对于1080P网络高清视频，提供端口及资源有限。3.各设备厂商均采用的是自身独立的设备结构和算法，无统一标准，虽然宣称开放SDK包，但其实无法接入其他厂家设备，容易形成垄断。4.在业务量较大的情况下会占用大量光纤资源。1.组网方式单一，只能组链状或树形网络，无法成环，无法提供链路保护功能。2.由于采取分光器逐级分光方式，施工、维护、升级极其不便，需要耗费大量人力物力进行逐级的光损耗测算，不适用于高速公路领域。3.系统保密性有缺陷。4.分光器会随时间老化，影响业务传输。
12、1.QoS无法保证，未针对IP图像的码流特性进行优化，在突发大码率情况下会形成网络拥堵，造成后端图像卡顿、丢包、拖影等现象，严重影响用户体验。为规避突发码流带来的传输问题，很多系统在中心段调用的是各收费站NVR或IP-SAN中存储的图像，丧失了图像的实时性，同时由于已经经过了存储设备压缩，在大屏幕上显示效果远远低于实时IP图像。2.系统保密性有缺陷，全交换体系可从网络中任意一点侵入。3.业务层面只提供RJ45电口，无法兼容音频、开关量、低速数据等业务，为解决上述问题，有些项目多采用光端机等做辅助传输，形成多套传输系统，管理维护及其不变。综上所述，以上方案对于高清IP监控视频的传输都存在或多或少
13、的问题，给用户带来了诸多不便。针对以上问题， VDE300除了具备工业以太网交换机的全部优点以外，还开创性的将带宽可管理的理念纳入到平台中去，真正实现了在任何网络结构下，都可以给每路1080P网络高清视频流分配一个独立的带宽，确保从最前端到中心端的每路视频流享有一个独立的，不被占用的带宽，同时结合微迪通信独有的IP视频流量优化技术，从而从根本上避免了动态图像突发带来的视频流激增导致的IP视频传输卡顿、丢包、拖影、丢帧等各种问题，另外也解决了网络保密性的问题，即在网络中任意一点接入，只能收到该节点的信息，不能访问其他节点信息。在目前高速公路的高清网络图像监控系统中，图像不流畅，不确定的卡顿是困扰
14、用户的主要问题，导致这些问题的原因很多，其中一个非常重要的因素在于图像信号本身的特点。在H264协议里定义了三种帧，完整编码的帧叫I帧，参考之前的I帧生成的只包含差异部分编码的帧叫P帧，还有一种参考前后的帧编码的帧叫B帧。H264采用的核心算法是帧内压缩和帧间压缩，帧内压缩是生成I帧的算法，帧间压缩是生成B帧和P帧的算法。I帧所包含的信息量远远大于B帧和P帧，所以通常所说的1080P图像4M码流仅仅是指图像的平均码流，但实际上在I帧出现的位置上会突发更高的码流，当在画面中出现大量运动图像的时候，瞬间码流甚至高达70M以上，参见图示：那么如何改善这种情况呢？微迪专利的VDE300码流处理优化技术
15、可以改善这种状况，我们将急剧变化的码流结构加以优化，把突发的峰值码流适当控制，让码流结构更合理，那么就可以大大改善这种状况，最终的结果是在同样的情况下，图像的流畅性得到改善，得到更流畅的图像，换言之，在同样的网络资源下可以容纳更多路的高清图像，在更流畅的同时，降低了系统带宽资源配置，降低了系统的造价。参见图示：通过VDE300系统的上述码流优化技术，可有效的保证IP高清码流在激增的情况下传输带宽的稳定，同时保证IP视频流中的有用信息100%的传输到后端网络，避免图像细节丢失，提升图像质量。以1路1080P全帧率（每秒30帧）的高清网络视频流为例，我们计划采用10M带宽传输，则不论网络结构是环形
16、、树形、网状的，我们都可以通过中心端管理系统，从前端摄像机到中心端管理系统，从网络总带宽中划分出1个独立的不被占用的10M带宽，专门用于这1路1080P全帧率高清网络视频的传输，且不论前端运动图像是否增多，是否造成摄像机输出码率激增，均可实现图像的稳定可靠传输。由此可见，VDE300可实现双纤环网100路以上独立带宽的1080P全帧率高清网络视频传输，尤其适合高速公路行业全程监控及收费站监控的视频管理。VDE300系统与其它传输方式分析比对表：传输方式功能特点VDE300系统收发器EPON工业以太网三层交换机组网拓扑结构环形冗余、链形、点对点、混合拓扑点对点链形或树形环形冗余、链型、点对点、混
17、合拓扑VLAN支持一般不支持支持支持QoS真正的QoS一般不支持设定优先级方式的准QoS设定优先级方式的准QoS提升视频流畅效果的视频码流优化功能支持无无无不同性质信号间物理隔离以太网通道支持无无无节点间网络信息隔离保护支持无无无光纤路由信号加密加扰支持无无无综合业务直接接入传输支持多路音频、数据、开关量、电话、对讲等无无最大12路数据链路传输距离单级100公里，链路数千公里仅两点间100公里，无链路全链路最大距离20公里单级100公里，链路数千公里扩容单环节点数128256无节点数一般32个128256网络光纤占用省较多较省省环网冗余保护支持无无支持系统化支持中心交换、解码、存储、转发等一体
18、化解决方案仅传输仅传输仅传输工业级远端单元设计是不是一般不是是远端带光参数直读显示支持无无无设备造价较高低较高较高网管功能支持一般不支持支持支持第三章、方案详细设计3.1 系统总体结构及概述VDE300是集光传输、综合业务接入、工业以太网带宽管理、IP高清视频流量优化及链路保护于一体，具有全IP数字信号、超大容量、高扩展性、符合以太网标准的真正全开放式网络高清视频管理系统；同时也是一个具有完善的网络管理能力的管理系统。因此在新建自隆高速收费站设置一套VDE300独立带宽型工业以太网视频综合管理系统。监控图像以1080P网络高清视频流的方式在整个监控网络上传输，每路视频均划定10M独立带宽，保证
19、收费站及监控分中心的图像均为高质量的1080P全帧率图像；模块化结构，全硬件设计，可靠性高，线性扩容，只要在系统总容量限制内，任意节点扩容均极为方便，只需增加相应业务板卡或远端模块即可，费用低廉，便于控制；创造性地将工业以太网及带宽可管理技术纳入该系统，为视频监控高端用户提供了专业的综合解决方案，在满足并提高了专网网络高清视频传输能力和网络质量的同时，建设起一套完善高清视频监控网络。利用VDE300视频管理系统内置的数字矩阵功能，通过各级监控单位的VDE300视频管理软件，可有效地实现监控网内的图像切换和控制。系统提供双向视频传输功能，通过授权，有权限的用户可调用监控网中任一路图像，即不同管理
20、部门之间可根据权限相互调用图像。高速公路监控系统项目具有前端点分散、多级传输、分布式管理、线路复杂、保密性要求高等特点，因此视频传输的方式直接决定了整个高速监控系统的质量和效果，而由VDE300视频管理系统构建的整个视频监控系统包括了视频信号的接入、传输、交换、控制和统一管理，是融合了工业以太网交换机技术、光纤专网通信技术、数字矩阵技术、流媒体码流优化技术的新型光纤网络传输系统，针对高速公路监控系统视频传输的特点，实现了全网1080P网络高清视频独立带宽、全数字传输及交叉切换、前端无限扩容等功能。视频传输系统的构成：1) 主干传输设备:主干传输设备VDE300带码流控制工业以太网交换机视频综合
21、管理系统采用模块化结构，各级管理部门根据不同的业务需求配置不同的业务板卡，不同节点之间采用光纤连接，根据实际需求可构成星型、环形或其它类型的传输网络。2) 管理系统：工业以太网视频网络采用B/S服务器模式，各级监控单位均可根据需要设置服务器或客户端软件，并设置不同的管理权限。通过管理系统可以完成以下功能：系统配置、故障巡检、视频切换、前端设备控制、用户权限管理等。3) 每一台VDE300设备占用一个专网IP地址，VDE300系统网管通过TCP/IP方式，对系统内的所有VDE300设备进行在线管理和配置。3.2 自隆高速CCTV系统详解在自隆高速各个收费站设置一套VDE300带码流控制工业以太网
22、交换机视频综合管理系统。收费亭内、车道视频（共计78路）、监听音频、热线电话业务，接入车道设置的VDE300-3042-4IPC，通过双光纤与相邻车道模块组成双纤自愈环形网络连接至收费站VDE300-6126G；收费广场2路监控视频图像采用2台VDE300-3042-4IPC通过光纤点对点连接至收费站VDE300-6126G，收费站财务室及投包室2路视频图像可以直接通过网线接入到VDE300-6126G。所有图像及综合业务接入到收费站VDE300-6126G二层工业以太网交换机后，通过光纤介入VDE300三层工业以太网交换机，通过VDE300系统输出高清视频至收费站IP网络，用于IP网络内部用
23、户浏览。车道脚踏报警开关量输出至报警主机进行处理。热线电话通过VDE300系统输出与收费站热线电话系统连接。收费亭内叠加了收费字符的收费模拟图像，经DVR存储编码后，接入VDE300系统，进行网络传输、浏览和显示。在收费站监控室，可通过软件或键盘实现摄像机控制，包括：云台镜头PTZ控制、预置位设置和调用、辅助开关控制。如下为自隆高速收费站系统构成图和自隆高速收费站组网图：收费站系统成图：（引用图纸自隆高速收费站（工业以太网）沿滩收费站构成图：富顺收费站构成图：狮市收费站构成图：响石收费站构成图：隆昌收费站构成图：3.3 监控分中心系统构成自隆高速公路监控分中心暂未实现视频IP化，为接入此次自隆
24、高速收费站视频用于电视墙显示，同时预留远期扩容能力，特在自隆昌高速公路沿滩监控分中心设置一套VDE300带码流控制工业以太网交换机视频综合管理系统，并配置1块主干双千兆双纤环网光传输板与自隆高速收费站VDE300设备组成双纤环网，单光口可用带宽可达2000M，可传输200路以上实时全高清独立带宽视频，配置4块12路高清视频解码模块用于自隆高速高速收费站沿滩分中心的图像的切换上大屏幕显示，同时预留远期高清改造扩容能力，远期可无缝接入自隆高速其他收费站业务，只需要增加相应板卡即可，如未来其它站采用其他家设备，只要符合标准的以太网协议，也可以直接接入到VDE300系统进行综合管理。自隆高速沿滩分中心
25、构成图：（引用图纸沿滩分中心(工业以太网）第四章、设备介绍4.1 传输设备4.1.1 VDE300带码流控制工业以太网交换机视频综合管理系统VDE300系统是集光传输、多业务接入、高清码流优化、独立带宽型工业以太网于一体，具有全数字、大容量、高扩展性的开放式全数字视频管理系统；同时也是一个具有完善的网络管理能力的管理系统。VDE300系统将视频、音频、计算机网络、数据等统一到同一传输交换平台，并且创造性地将带宽可管理技术纳入该平台，为视频监控高端用户提供了专业的综合解决方案。VDE300产品技术指标：VDE300工业以太网交换机 前端6千兆光口（单光口/双光口），2/4/8/16 10M/10
26、0M/1000M自适应电口 符合IEEE802.3 、IEEE802.3u 、IEEE802.3x、IEEE802.3at标准 10/100/1000M速率自动适应 平台间单光口支持2个1000M可用带宽。 所有以太网通道完全独立和直接透传，具有QoS和极低时延，更稳定可靠 支持诸如低速数据、开关量、音频、电话等各种业务直接接入透明传输 支持可定制的电口、光口 丰富的前端、中心端业务状态LED数字显示，前端设备可通过LED屏幕直接显示在线光功率、工作温度、IP地址等信息，方便安装和维护 支持热插拨，即插即用，无需设置 防静电，抗雷击，电磁兼容性好4.1.2 VDE300工业以太网远端模块设备特
27、点二层工业以太网交换机VDE300-6126G带码流优化控制工业以太网交换机VDE300-3042-4IPCv 2/4/8个独立的物理隔离以太网输入接口，10/100/1000M自动适应，带宽可设置。v 支持视频流优化功能,可针对视频流进行流量优化，避免码率激增。v 光口信号加密加扰，1.25G和2.5Gbps码率v 最大1000M以太网传输带宽v 支持环形冗余传输结构，收敛时间5mSv 带OLED智能化屏显，可动态显示光功率、链路损耗、IP地址等重要参数。可作为设置界面，无需电脑现场连接设置v 丰富的综合业务接口，支持音频、低速数据、报警量、电话、对讲业务等。防震免松动接线端子v 工业级结构
28、设计，良好的散热和防护能力v 12-48VDC双电源冗余设计和低功耗设计4.2 软件管理平台介绍采用最流行的SOA(面向服务的架构)，集成分布式和子系统双向可定义集成模式，适用于大规模集中监控联网应用。平台构成：1）目录服务单元目录服务器是系统的资源库，其作用在于存储系统所有规划的资源信息，包括流媒体服务器、PCDVR、嵌入式DVR/NVR、IPSAN、DVS、摄像头、报警输入探头、报警输出、矩阵等；存储系统里所有用户信息，并为其规定所能访问的资源和针对资源的权限，如该用户能访问哪些摄像头，有无回放权限等；目录服务器是一个轻量级服务器，除以上两处资源外不承担整个系统其他的存储任务，如日志、报警
29、信号、视频索引皆是分布式存储于流媒体服务器或PCDVR前端上，与目录服务器无关。2）流媒体单元流媒体服务器是整个系统的运输枢纽，负责视音频信号及命令的传输。客户端与前端设备的通讯必须通过流媒体服务器进行中转；将多个流媒体服务器进行级联，形成流媒体服务器群，层层转发，可以搭建复杂应用平台；流媒体服务器同时可以完成视音频信号的存储，从而可以作为存储中心使用，将其与IPSAN 结合，即是完美的网络存储中心。存储中心能存储的通道数依据IPSAN的存储效率而定，本身并没有通道数的限制，在国内先进的存储设备上可以同时完成1000路CIF图像的存储。4）EMAP单元电子地图服务器用于提供整个系统的电子地图及
30、相关地图上的布控信息，如摄像头、报警输入探头、报警输出等。在一个系统中可以分布式地布署多个电子地图以方便不同的用户群访问；有权限的用户可以与电子地图进行交互，通过直观地使用电子地图，形象地访问相关布控资源；用户在完成第一次完全下载地图及配置信息后，即在本地保存地图副本，只有当这些信息在服务器上发生改变后才后重新做增量更新，以减小服务器通讯负荷。这样客户端可以在本地访问电子地图，大大提高访问速度。5）报警管理单元用于接收系统内各种报警信号，包括移动侦测信号、传感器报警、视频分析报警、报警主机报警等。服务器预先针对系统中的相关防区进行报警预案等各种设置，在报警信号发生时，将防区报警及预先配置好的预
31、案发给报警处理终端。此服务器在一个系统内可以有一个或多个。同时用于接收报警分发服务器的报警信号，并进行处理，处理完毕后再向报警分发服务器写报警处理完毕日志。6）客户端单元客户端负责以图形交互界面的形式为用户提供网传、回放、日志、告警、地图等服务。用户使用客户端时，先行登录目录服务器以取得自己所能访问的资源，之后即按目录服务器的配置，联上相应的流媒体服务器，在权限许可的范围内进行各种操作。同时将客户端制作成可在IE上运行的组件，部署在Web浏览服务器上，供用户通过IE使用。也可以将前端各种压缩视频流解码输出到电视墙上显示，本系统可以同时混合解码不同厂家不同格式的视频流进行万能解码显示。本系统同样支持PC、手机、智能终端访问。平台功能表：1）资源管理（a）对各种资源进行配置，资源包括：流媒体、嵌入式、视频服务器、DVR等，
