高清摄像机在高速公路全程监控中的应用

高清摄像机在高速公路全程监控中的应用

李泽禹

河南省交通运输厅少新管理处高速公路新济运管中心河南省新乡市453000

摘要：高速公路属于封闭式道路，保障高速公路过往司乘人员的生命与财产安全是国计民生的大事，也属于新时期道路交通部门重点管理和改进的工作内容。因此，加快高速公路监控系统及其功能的完善，成为了当务之急。高速公路监控一般为全程监控，整个系统管理及其运作比较复杂。尤其是在近几年，随着商贸物流行业的迅猛发展，再加上小型私家车数量的急剧攀升，高速公路监控系统对图像的质量及清晰度提出新要求。包括图像传输、存储、调用等。目前，高清网络摄像机开始大范围应用于高速公路监控领域。由于高速公路属于封闭式道路，里程较长，再加上要求全程线性监控，所以对于监控摄像机的数量及其技术保障性等要求均比较高。以某地区高速公路路段的高清摄像监控为例，时常出现图像卡顿、“马赛克”等问题，严重影响路况的实时预览与实时调度。基于这一问题现象，相关研究表明，通过完善并实现高清摄像机的自动聚集功能，不仅可以减少平台监控人员的工作强度，更重要的是可在第一时间获取清晰的图像，最终快速、准确锁定被监控车辆、物体。

关键词：高清摄像机；高速公路；监控系统；自动聚集

1高速公路视频监控系统简介—以ZH高速公路某路段为例

关于高速公路视频监控系统，高速公路不同于铁路道路。铁路列车一般都安排摄像装备，旨在保障乘客的人身安全与财产安全。同理，高速公路视频监控也是以此为出发点，旨在为过往的司乘人员创造更加安全、优越的道路环境。

一般来说，高速公路视频监控作为高速公路综合管理的重要组成部分，可实现对关键路径的交通实时监控。通过交通实时监控，可以监测到某路段交通的整体运行情况。基于对交通流量的数据统计，对下一步给出相应的科学预判。保持高速公路道路通行通畅，保障民众人身安全。对于突发事件，也可实现以最快的时间内控制现场，切实保障整个高速公路运营工作的有序推进。

本研究中选取了ZH高速路段，该条高速公路于2016年已全面覆盖高清视频监控系统。在系统的设计方面，通过前端接入设备，将高清网络摄像机的视频信号直接接入到就近的收费站点或交通管制部门。以收费点为例，收费站直接管辖控制周边多个区间路段，对于区域内公路运行状况及其采集视频，可实现本地存储。譬如，某路段中心和省监控中心的工作人员，可实时了解监控路段内的路况。此外，还可实时查询各路段内的历史录像，对于一些交通事故或者其他类的突发事件，可及时了解和查看。总之，高速公路高清视频全程监控的实现与系统设计，有助于道路管辖部门进行全方位的掌控，获取各路段的高清视频，全面掌握各路段细节。如此一来，使得高速公路工作人员对监控范围内的交通状况、紧急事件及时出警处理。保障公路畅通，保障民众生命与财产安全，为公众出行排忧解难、提供便利。

2高清摄像机应用于高速公路全程监控中的常见问题

尽管高清摄像机可以将最清晰的道路状况、历史录像呈现出来，极大改善和控制了早些年频发发生了高速公路交通问题，一定程度上提升了道路管理的整体效率，也督促着过往的车辆遵守交通规则、守法行驶。然而，高清视频监控系统也存在一些问题，出现最为集中的问题现象就是“图像卡顿”。关于图像卡顿，实际上大家也比较熟悉，卡顿、马赛克等图像比较常见。结合系统功能设置以及技术检查来看，可以将高速公路高清摄像图像卡顿、视频马赛克等成因归纳为以下几方面。

2.1网络传输问题所致

对于上述问题，通俗来理解，就是指网络监控系统经常出现的视频画面延迟、卡顿、“马赛克”等不流畅现象。对于这类现象，网民在视频网站观看视频过程中也经常遇到，所以其中的原因或许有可循之处。具体来看，高速公路全程监控下的高清视频，由于格外追求高像素，比如要求像素和画面至少达到720p甚至1080p，所以对网络宽带方面的要求也相应提高。继续以ZH高速的实际情况来看，由于大多数实施高清数字化全程监控系统的高速公路外场监控的网络宽带原因，即多采用以太网交换机组传输环网的形式。正如前文所述，借助于此，将采集到的视频、图像就近传输到通信站。再者，通过设置以太网交换机为接入形式的通信系统来接入网络。如此便会因原有通信系统与接入网网络吞吐能力的一定差异，导致在某时段内出现极端情况，即因网络宽带不足，使得道路中心对某占通信站点的高清图像无法实时调用，最终出现卡顿或视频延迟的状况。当然，也有可能是因为远程光纤传输系统的光衰耗较大的原因，导致传输质量大幅下降。

2.2视频编码处理的问题

高速公路视频监控中心，对于所拍摄到的高清视频，一般是由设备端传输到可显示在用户端的监视器上。所以整个过程需要一个动态、快速的编码和解码过程，因为整个视频拍摄及传输本身就是编解码过程。故此需要编解码器来实现。简单来说，视频的编码和解码，对所拍摄到的视频质量有明显影响。不仅如此，对于视频质量的影响，会受到多个因素而表现不同。譬如，常见的原因有编解码算法过于复杂、数据丢失、端到端的延迟等。

严格讲，视频编解码器的设计都是标准化的。比如，编解码的码流要求，按照严格标准规范，可实现两端互操作性。所以，用户有设计自己编码器的自由，但如果由不同的编码器来对同样的视频源依照同样的标准来编码时，问题便会产生，即解码后输出的图像、视频质量无法达到预期标准。

3高速公路高清摄像机自动聚集功能的实现

关于高速公路高清视频监控中的自动聚集功能，简言之，就是通过高清图像采集功能，对各路段内所采用的高清摄像机镜头焦距予以调整优化。以ZH高速为例，大多是将长焦距改为焦镜头。如此一来，动态的监控画面可以保证摄像机在每一次转动的过程中，均可完完全全实现一次甚至多次自动聚集过程，从而便可较好地获取到清晰的视频画面。所以，在全程监控系统中采用高清摄像机，必须要具备自动聚集功能。因为拥有自动聚集功能，是实现极短时间内获取道路路况、获取清晰图像的最大前提。

与此同时，针对上述经常出现的视频画面延迟、图像卡顿等技术性问题，可立足自动聚集功能实现的前提下，增强技术保障性。比如，3D定位、跟踪功能、报警联动系统的接入等。总之，相当程度上均可增加监控系统的预留性及其对接，最终有助于提高系统的整体可拓展性。对于后续可能出现的系统内部问题，也可实时改进和小幅调整升级。总体来看，高清摄像机自动聚集功能的实现，必须要以实现景深值的预置和反馈为技术前提。可进一步增强整个监控系统内部基础数据的保存、存储的有效性。譬如，可选用一体机镜头，使用步进电机。电机可将电脉冲信号转变为角位移的开环控制模式。简言之，即对于道路信息、车辆录像等数据的获取，可以精准控制一体机镜头的焦距以及景深的位移量来达成，即变倍操作和自动聚集定位。

参考文献

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