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  • 国家公路网监测视频联网方案 | 一位工程师的探索

    2018-05-11 19:10:09 来源:赛文交通网 评论:
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    随着高速公路网络化的快速发展,“孤立、单一”的路段视频管理模式越来越难以适应为服务公众和智能化运营管理的需求,迫切需要实施监测视频全国联网监控。本文给出了公路视频联网和视频传输通道的现状,深入分析了实现全国视频联网存在的主要问题,提出了全国公路视频联网的总体架构,给出了部级视频监控综合管理应用平台建设方案,重点提出了省级视频监控平台接入方案和视频传输组网方案,为全国公路监测视频联网的实施做了有益探索

    前言

    “十二五”期间,我国公路网通车总里程达到457万公里,高速公路里程突破12万公里,“7918”国高网基本建成,农村公路里程突破397万公里。公路基础设施建设在促进我国社会经济发展方面,发挥了至关重要的先导性、基础性支撑作用和服务功效。

    为保障国家高速公路和重点干线公路以及重要站点的稳定运行,提高公路网安全性能和服务水平以及应急处置能力,为人民群众提供安全、便捷的出行服务,全国各级公路主管部门已部署一定规模的视频监控设备。据不完全统计,全国可用公路网视频监控资源有8万余路,目前交通运输部路网监测与应急处置中心(以下简称“部路网中心”)已接入1.5万余路,但接入图像的方式包括客户端访问、流媒体调用等多种方式,难以实现对视频的主动调阅及轮询等。考虑行业转型发展所面临的新形势、新要求,加快推进“四个交通”发展,解决当前公路网监测管理业务发展中存在的问题,需要开展国家公路网监测视频联网的研究。

    全国公路视频联网基本情况

    视频监控系统具有实时、直观、信息丰富、可追溯等优点,在重要领域的监控、安全防范、应急指挥等方面发挥了重要应用。受限于管理体制和投资模式,我国高速公路基本上是逐段建设并以路段为运营管理单位,因此视频监控系统同样按照“一路一监控”的分散模式建设。这种模式下,不能满足路网层面的需求,难以实现联网和数据共享。受制于管理需求、传输带宽、技术水平等限制,各省高速公路监控系统联网程度要远远滞后于收费系统,且越来越难以适应为公众服务和智能化运营管理的需求。

    为了规范高速公路监控系统规划、设计、建设和运营管理工作,提升高速公路管理和服务水平,交通运输部于2012年颁布《高速公路监控技术要求》、《公路网运行监测与服务暂行技术要求》,以保障全国高速公路和国省干线公路的稳定运行,提高公路交通突发事件应急能力和公共服务水平。在上述技术要求的指引下,虽然高速公路视频监控联网系统建设有长足进步,但联网程度与收费系统相比仍存在较大差距。受供电、传输等多种因素制约,国省主干道、普通公路视频监控设施的配置存在困难,一般配置少量或未配置监控设施。

    倪春盛对视频监控系统的发展里程及现状进行了分析,指出在全数字化视频时代可通过以太网实现设备之间的互联,基于SIP协议的无线网络视频监控系统是今后的发展方向。何铁军、张宁对模拟视频的数字化压缩提出了相应方案。

    全国公路视频联网现状及问题分析

    (一)部、省公路视频联网现状

    由于视频种类、编码格式和协议标准不一致,因此部路网中心部署了31台视频接入服务器、64×64VGA矩阵,来接入各省(区、市)实时监控视频。传输链路主要采用公网、交通行业专网,其中部路网中心调用视频的互联网带宽为60兆。每个省上传8-10路视频,能同时查看其中的4路。在已实现视频上传的省份中,仅山西和湖南上传的视频可以任意切换。由于未设置前置机、软件冲突、网页访问不稳定等原因,目前部路网中心实时调用内蒙古、黑龙江、广西、海南、四川、青海、西藏的视频存在一定困难。路网中心调阅各省视频需要登录相应省份的客户端软件,输入用户名和密码方可实现,影响了管理的便捷性。

    (二)公路监控视频汇聚现状

    1.省级高速公路视频监控系统现状

    除了海南省外,国内其余30个省市均实现了不同程度的视频联网。东部省份联网程度最高,中部省份联网程度中等,西部省份联网程度最低。山西、广东、浙江等省份统一了联网标准,如山西省2010年制定了本省技术要求,因此不仅保证本省内视频联网,还可以实现视频自由切换控制。

    部分省份采用集成商开发的视频管理平台,如北京首发集团采用云星宇开发平台、北京市交通委员会则采用的是安徽博微广成开发的平台、四川采用的江苏智运开发的平台。平台的多样性给全国视频联网统一平台带来困难。各省视频管理平台(解码器)的厂家基本涵盖了主流的厂家,如大华、蛙视、中威、海康,微创、宇视、数码视讯、亚邦等,也有集成商开发的平台。

    省中心视频编解码方式以硬解码为主,部分省市采用软解码如内蒙古,有些省份软解码和硬解码都有如天津、青海、黑龙江等。省中心的编码格式主要为H.264,少数省份还有MPEG2和MPEG4如内蒙古、重庆。福建省除了H.264外还采用了AVIS标准。多种编码格式存在不便于路网中心的视频接入。

    除海南省外全国其他省市实现了不同程度高速公路视频汇集,部分省市视频汇集点有两个甚至更多,如广东省视频汇聚部门有广东交通集团、广州市交通委、深圳市交通委,省档案信息中心对上述视频进行了整合,但不能实现自由切换和控制。与部对接部门无视频资源的省份主要有:甘肃、宁夏、内蒙古;与部对接部门有间接接视频资源的省份主要有:广东、新疆、山东、安徽、浙江、江苏、重庆;其余省市与部对接部门有直接视频资源。

    2.普通公路视频监控系统现状

    已汇聚普通公路视频的省份主要视频来源为治超视频、交调视频,枢纽、长大下坡、事故多发地等视频汇聚较少,用于路网监测的视频资源较少。省中心视频编解码方式既有硬解码也有软解码,编码格式主要为H.264。

    普通公路视频有汇聚的省份有13个,分别是北京、江苏、湖北、重庆、江西、福建、上海、广东 、辽宁、云南、河北(很少、交调视频)、西藏、青海,其余18个省市未将普通公路视频汇聚。普通公路的视频大部分在各省的公路管理局(处)或路政管理局进行管理。目前普通公路视频汇聚较完善的省份有北京、江苏、湖北、江西、重庆5个省市。

    (三)全国高速公路信息通信网现状

    1.高速公路视频传输通道

    目前,全国高速公路信息通信联网工程基本实施完成,省际间联网传输路由以5纵4横的网络架构为主。目前,除海南、西藏外,光纤联网工程涉及到29个省(市、自治区)全部290个站点干线传输设备的系统联调都已完成,华中、东南、西北、中西、西南5个环网和东北、新疆2条链实现了全部贯通,整体工程于2015年完成验收。

    视频汇聚部门已经部署了通信设备,通过简单配置能够实现高速公路视频数据传输主要有18个省市:北京、河北、山西、甘肃、辽宁、吉林、黑龙江、上海、安徽、福建、河南、湖南、广东、广西、四川、陕西、青海、新疆。视频汇聚部门与全国干线通信网接入设备不同址的有5个省份:天津、贵州、浙江、云南、宁夏。如天津市的高速公路专网接入点位于天津市政公路管理中心(天津市和平区成都道),而高速公路主要视频汇聚地在天津市高速公路管理处(天津市东丽区津汉公路899号),两地距离约18.6公里,目前100M带宽VPN传输数据。

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    2.普通公路视频传输通道

    普通公路一般仅实现了本省内管辖范围内的视频调看,基本上采用VPN传输通道进行视频传输。

    (四)监测视频联网存在的主要问题

    经过多年的发展,各省监测视频联网有了一定程度地发展,部分省份联网程度较高,能够实现视频自由切换和控制,但要实现全国监测视频联网仍面临着诸多制约因素,主要为管理部门不统一、视频来源不统一、监控平台不统一、编码标准不统一、通信接入条件不统一。

    1.管理部门分散,不便于工作对接与协调

    目前,在省厅层面与部路网中心对接有视频监控管理职能的部门既有各厅路网中心,厅下设其他结构,也有高管局、联网中心等,此外还有计划单列市。特别是,普通公路的视频管理普遍比较薄弱,甚至没有明确管理部门。在省域内部,由于投资主体的多元化导致视频监控管理部门多元化,给省内联网带来困难。

    2.管理部门和资源汇聚部门不完全一致,需要进行协调和平衡

    (1)管理部门和资源汇聚部门完全一致

    业务主管部门和视频汇聚部门都是交通运输厅(委),这种类型的省份无论是省内视频联网还是部省视频联网,都比较容易实现。如西藏、青海、宁夏、海南等省份属于这一类型。

    (2)管理部门和视频资源汇聚部门不一致

    高速公路业务主管部门设立在省(区、市)交通运输厅(委),但视频汇聚部门则在省(区、市)高管局或者集团公司。业务主管部门只实现视频调用和显示,不能实现视频的自由切换和控制。这类省份在进行部省视频联网时,应先联系设置在省(区、市)交通运输厅(委)的业务主管部门,由其协调落实视频汇聚部门。如北京、天津、重庆、浙江、湖南、湖北、云南、贵州、甘肃、山东、江西、新疆、内蒙古等省份属于这一类型。

    (3)视频业务管理和汇聚部门都在省高管局或集团公司。

    这种类型的省份在进行部省联网时,应直接联系省高管局或集团公司。如果视频汇聚部门不在同一个机构,需要在省内确定一个牵头的机构。如河南、河北、四川、山西、黑龙江、吉林、辽宁、福建等省份属于这一类型。

    对于上述不同情况,在联网实施过程中不仅要考虑与部路网中心的管理衔接性,更应该考虑视频源具体位置和后期运营管理和维护。如果对接部门有完整的视频资源可以考虑从对接部门接入视频;否则,建议从视频原始部门接入。部分省份视频接入点不止一个,如果一个省有多个视频来源时,应视具体情况决定接入方案。

    3.高速公路和普通公路的视频管理、资源等存在较大差异,不宜同步实施

    经过多年的发展,除海南省外各省均实现高速公路视频汇聚,部分省份管理相当完善,如山西、广东、福建等。普通公路的视频管理较高速公路视频管理相对薄弱,部分省份普通公路视频管理机构不明确,大多省份的视频管理由相应地市交通局或路政局管理,视频接入困难。普通公路主要视频来源为治超视频、交调视频,枢纽、长大下坡、事故多发地等用于路网监测的视频少。

    4.视频联网技术差异较大,整合难度大

    在平台方面,已联网的省份只有少数省份颁布了省内标准进行联网如山西省、浙江省、广东省(交通集团),部分省份采用GB/T28059开发联网平台实现本省视频联网。由于GB/T28059技术细节规定不够,部分省市则采用或计划采用GB/T28181。在编解码标准方面,H.264是应用最为广泛的标准,但也有少数省份还有MPEG2和MPEG4如内蒙古、重庆。福建省除了H.264外还采用了AVIS标准。多种编码格式的存在不便于路网中心接入。视频联网技术差异较大,由于没有统一的技术标准或要求给视频整合带来困难。

    5.高速公路视频接入条件较好,普通路视频传输存在困难

    经统计目前约一半省份视频汇聚与高速公路通信接入点同址或有光纤通道。少数省份不具备光纤通道,需要经由市区视频传输通道建设存在困难。普通路视频目前主要在省内地市汇聚,上传本省内存在困难,由省内至部的传输链路也需要迫切解决。

    全国公路视频联网技术方案

    (一)总体架构

    全国公路监控视频联网总体架构可以划分为省级平台接入层、传输层、转发存储层、业务应用层、信息服务层及用户层等六个层次,以及系统的标准规范保障和安全运行保障,如下图所示。

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    (二)部级视频监控综合管理应用平台建设完善

    部级视频监控综合管理应用平台,实现各省已汇聚视频的实时接入和调用,为后期视频图像信息处理辅助路网运行监测提供支撑,需要配置中心管理、视频分发、视频存储、流媒体等管理服务器,配置视频解码器组、视频工作站和平台软件等。后期可根据需要配置GIS、视频检测、图片检测、视音频协作、报警联动等应用服务器。部级平台系统构成如下图所示。

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    (三)省级视频监控平台接入方案

    对于满足标准协议的省级视频监控平台,可直接采用标准协议进行对接,实现部、省两级视频监控平台之间的互联互通与资源共享。对非标准化平台接入方案如下:

    1.协议转换接入方式

    配置视频接入前置机,采用协议的方式与省级视频监控平台对接,并能获取省级视频监控平台的所有设备组织树等相关信息,在获取到信息后,转换为标准协议,将设备组织树和相关的功能推送到部级平台。对于省级视频监控平台部分编码和码流不符合现行标准,如部分省份码流仍然还有采用MPEG-2或者为非TS流时,视频接入前置机采用内置模块完成码流的标准化转换。

    2.平台SDK接入方式

    部分省市并不具备具有统一的标准协议,可获取省级视频监控平台的二次开发SDK,从省级视频监控平台获取相应的设备组织树和视频资源等。采用平台SDK接入方式必须保证从省级视频监控平台获取到的SDK具备稳定运行的条件,且能够保障常用的基本功能可在SDK中实现。

    3.二次编码接入方式

    对于不符合标准协议也不能提供SDK开发包的平台,可采用二次编码的临时过渡方案进行联网接入。在省级中心配置符合标准协议的视频编码器,对图像进行二次编码上传部级视频监控综合管理应用平台,但无法实现部级平台自由切换操作。因此,原则上不采用该方案,仅作为临时过渡方案。

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    (四)视频传输组网方案

    对于分布在省会城市的省级视频监控平台通过与近高速公路的联网,然后利用省内高速公路通信专网传输通道,实现与全国高速公路省级通信节点的联网。为此,需要建设传输链路解决“最后一公里”。

    1.自建管道光缆方案

    该方案施工需占用市政道路资源,但一次施工长期受益,能获得足够的光纤资源,后期扩容方便,自主性强,并且多余资源可进行出租获得部分收益。采用该方案时,建议埋设2孔硅芯管,敷设1根36芯光缆。其费用较高约为10万元/公里,包括路面开挖,管道光缆敷设、回填和路面恢复的材料和人工等费用。

    2.租用管道方案

    该方案为一次性租用电信部门的管道资源,并自行敷设光缆。其优点在于能够获得充足的光纤资源,并且施工进度快,完成租赁后即可进行施工。但受制约较多,且租赁期满则网络无法使用,因此在暂时无法自行敷设光缆的情况下作为备选方案,建议管道租用数量为1孔,租用周期为10年,平均租用费用为约6.8万元/公里。

    3.租用公网光纤/带宽方案

    该方案需要持续性租用电信部门的光纤或者带宽资源,每年向电信部门支付租赁费用。该方案不能保证实时数据传输,尤其是视频图像传输,且不利后期系统扩容。

    上述三种方案综合比较如表1所示。从表1中可以看出自建管道光缆方案最有优势,若自建困难,可采用租用管道方案,此外在某些管道资源匮乏的地区可租用公网光纤/带宽方案实现临时接入。

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    全国公路视频联网技术方案

    本文对公路视频联网和视频传输通道的现状进行充分了分析,探讨了实现视频联网存在的主要问题。针对这些问题,提出了全国公路视频联网的总体架构,给出了部级视频监控综合管理应用平台建设思路,有针对性地提出了省级视频监控平台接入方案和视频传输组网方案,为全国公路监测视频联网的实施做了有益探索。

    高速公路视频监控系统是一个复杂的多级联网监控系统,涉及编码格式、视频传输、视频控制等多个层面,因此要实现国家层面的视频联网应加强顶层设计,强化技术标准的保障作用,为视频联网提供依据,如修订和细化GB/T28059,避免重复建设和反复改造。此外对于视频的利用和存储也是必须要解决地课题。


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