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隧道交通综合监控系统应用分析


MEASUREMENT & SUPERVISION

计 量 检 测 与 监 测

交 通 标 准 化 ·

2010 年 6 月上半月刊(总第 222 期)

隧道交通综合 监控 系统 应用分析
苏明瑞
(石家庄泛安科技开发有限公司, 河北 石家庄 050000 )

摘要: 全数字网络监控系统的建立, 完全取代了传统的模拟摄像机系统与紧急电话系统的组合, 实现了与隧道机电系统 的其他子系统共用网络管理平台, 系统结构简单稳定, 管理更加方便实用, 节约了建设成本。 高清摄像机的使用更是提高了 图像监控质量与监控效果。 这一系统的成功应用必定会给公路隧道的运营和管理带来巨大的经济与社会效益。 关键词: 隧道; 监控系统; 综合; 数字网络化 中图分类号: U453.7 文献标识码: A 文章编号: 1002-4786 (2010 )06-0018-04

DOI : 10.3869/j.1002-4786.2010.06.054

Application of Synthetical Monitored Control System for Tunnel Traffic
18 SU Ming-rui
(Shijiazhuang Fan′an Science & Technology Development Co. , Ltd. , Shijiazhuang 050000 , China )

Abstract: The fully digital monitored control system displaces the traditional log camera system and emergency telephone system, and realizes that sharing a platform with the other subsystems of mechatronic system of tunnel. It has simple of system, and the management of which is more convenient and practical , thus

combination of ananetwork management and stable structure the construction cost

is saved. The usage of high-definition camera even heightens the quality and effect of image monitored control. The successful application of this system is sure to bring great economic and social benefit for the operation and management of highway tunnel. Key words: tunnel ; monitored control system; synthesis ; digital network

1

建立隧道交通监控系统的意义 随着我国经济的快速发展, 尤其是近年来国家

式, 平时用以直观地、 实时地观测隧道内外交通运 行情况和事故现场, 为救援工作提供第一手信息, 同时对隧道内机电设备的工作状况有一个直观的反 馈。 紧急情况发生尤其是火灾等情况发生时, 监控 员可以直接观察到现场情况, 为消防活动和疏散行 动提供引导和帮助。 由此可见, 隧道图像与报警监 控系统对公路隧道的安全、 环保、 高效、 经济运行 具有非常重要的意义。

对基础工程的大力投入, 公路隧道的建设项目与日 俱增。 公路隧道是公路上的特殊路段, 空间环境狭 窄、 光线变化大, 具有潜在的交通事故危险性。 特 别是发生火灾等紧急事件时, 交通疏导和救援工作 比一般公路的难度要大很多。 所以, 对隧道内车辆 与设备运行情况的监视与控制管理是保障公路隧道 安全正常运行非常重要的课题之一。 隧道闭路电视系统采用对隧道全程监控的方

2

现有隧道监控系统的组成及功能 隧道机电系统是一个非常庞大的系统工程, 尤

TRANSPORT STANDARDIZATION. 1 HALF OF Jun. ,2010 (No.222 )

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计 量 检 测 与 监 测

其对于大于 1km 的长隧道来说, 一般由八、 九个机 电子系统组成, 其中与监控报警相关的有图像监控 系统、 紧急电话系统和火灾报警系统等。 隧道图像 监控系统现场设备一般由连续布放的摄像机组成, 摄像机的间距为 150m 左右, 顺车辆行驶方向设置。 弯道的设备密度稍大一些, 例如一条 2km 左右的隧 道内, 摄像机的数量为 14 台左右。 摄像机在隧道内 顺序布放, 相邻几路现场图像在它们的中间位置集 中后通过多路合成光端机, 利用隧道内敷设的光纤 通道向监控分中心进行传输(见图 1)。
隧 道 内 模 拟 摄 像 机 组1 隧 道 内 模 拟 摄 像 机 组2

控报警系统提供了很好的平台。 目前监控领域出现 的全数字网络摄像机具有多种接口功能, 在完成图 像监控的同时还能提供多种其他的功能。 本方案就 是将图像监控系统、 紧急电话系统进行整合, 成为 一套数字综合监控系统, 同时它还具备现场报警后 的远程处理功能。

3.1

具备多种功能的全数字综合网络摄像机 全数字综合网络摄像机(下称网络摄像机)也被

称为 IP 摄像机, 可以认为这是一个摄像机和计算机 组合在一起的单元。 它捕获并直接在 IP 网络上传送 现场图像, 从而使授权用户可通过标准的网络设备 在本地或远程浏览, 存储和管理视频流图像。 网络摄像机有它自己的 IP 地址, 内置 Web 服务 器、 FTP 服务器、 FTP 客户端、 电子邮件客户端, 具有报警管理、 可编程等特点。 网络摄像机并不需 要借助个人电脑, 它独立运作, 并可以放在具有 IP 网络连接的任何地方。 除了现场视频图像摄取和传送, 网络摄像机还 可以在同一传输网络平台上完成其他的诸多功能, 例如视频运动检测、 音频通话、 数字输入和输出 (可用于触发报警或打开、 关闭远端设备), 网络摄 像机内的缓冲区甚至还可以保存和传送发生在警报 之前的预存图像。

模 拟 视 频 信 号 上 传

多路视频 光端机 纤 芯1 纤 芯2 纤 芯3

多路视频 光端机

图1

隧道内模拟摄像机的布放及图像上传示意图

视频信号传送到隧道监控分中心后, 一般经过 多路视频分配器进行一入多出, 输出多路同样的信 号分别送监控电视墙实时显示, 送至切换控制矩阵 供操作员进行控制调用, 送至硬盘录像机进行图像 存贮以备事后稽查(见图 2)。
隧道内模拟摄像机 多路视频光端机 多路视频光端机
多 路 视 频 分 配 器

19

隧道内模拟摄像机

至监控电视墙显示 至切换矩阵控制 至硬盘录像机存贮

最常见的网络摄像机的接口位于摄像机的后 端, 由标准网络接口、 音频接口、 I/O 报警 接 口 和 供电电源接口等组成(见图 4 )。

隧道内模拟摄像机 多路视频光端机 至其他摄像机

图2

模拟摄像机的视频流传输
AUDIO-OUT EIHERNET AUDIO-IN ①以太网口 ③电源接口
1 2 3 4

隧道内出现紧急情况后的报警一般是通过紧急 电 话 (ET )进 行 的 , 紧 急 电 话 在 一 般 高 速 公 路 路 段 上的设置距离是每 1km~2km 一套, 而在隧道内一般 是 200m 左右一套 。 信 号 的 传 输 方 式 一 般 采 用 音 频 电 缆 传 输 , 或 者 采 用4芯 光 缆 组 成 闭 环 传 送 系 统 , 通过监控分中心设置的紧急电话控制器完成组网功 能(见图 3 )。
ET ET ET
紧急电话 控制器

④I/0连接端口

②音频输入 /输出口
注: 以太网口: 完 成 摄 像 机 与 监 控 分 中 心 管 理 服 务 器 之 间 的 信 息 传 送 ; 音 频 输 入 /输 出 口 : 负 责 现 场 音 频 信 号 的 采 集 , 上 传 和 由 中 心 下 传 语 音 信 号 ; 电源接口: 为网络摄像机供电, 一般为直流 12V ; I/O 连接端口: 数字 I/O 量, 1 路数字输入和 1 路 数 字 输 出 , 接 受 现 场 的 开 关 量 上 报 , 并 可 通 过 中 心 软 件 功能下传 1路开关量信号, 控制现场设备(如中间继电器)

紧急电话工作站

图4

网络摄像机后端接口示意图

图3

紧急电话系统的构成

3.2

网络摄像机与外围设备完成的功能 网络摄像机通过外部接口与对讲话筒、 对讲听

3

全数字监控系统的特点及应用 全数字综合监控系统的出现为整合隧道内的监

筒、 报警按钮和控制外场继电器等相连接, 并以其

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交 通 标 准 化 · 3.2.4
移动检测

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为核心构成了集图像监控、 语音对讲、 报警处理和 运动检测为一体的综合监控系统(见图 5)。
RJ45接口
全数字综合网络摄像机 语音下传 对讲话筒 报警按钮 语音上传 接入数字 视频以太 网络

移动检测是通过分析跨视频帧的亮度变化来处 理图像。 也就是说, 当画面中有运动物体存在时, 摄像机开始相应的工作, 例如开始进行录像或报 警。 在数字视频系统里, 运动检测一般支持两种模 式: 软件模式和摄像机内建模式。 软件模式, 即 通过处理从摄像机传输到计算机的图像进行运动检 测。 与此相反, 摄像机内建模式是在图像传输之前 对图像进行运动检测。 因此, 摄像机运动检测启动 后能够大幅度降低上端服务器的 CPU 负载和网络负 载。

对讲听筒(广播剌叭)

I/0开关量输入 I/0开关量输出

图5

网络摄像机及其外围设备构成的综合系统

3.2.1

图像监控 网络摄像机有普通型和高清型两种, 可以根据

3.2.5

现场设备布放与数据上传 隧道内高清数字网络摄像机的布放与原模拟摄

管理的要求进行选择。 建议使用分辨率为 100 万像 素以上的高清摄像机, 这样对隧道内的监控效果会 更好, 尤其对车牌识别与事故过程的记录会更清 晰。 图像的输出口为 RJ45标准的以太网接口, 输出 的视频图像为经过全数字编码的 IP 包, 编码格式有

像机相同, 但可以达到比普通摄像机更高的分辨率 和更优的图像效果。 全数字视频输出为标准的以太 网 IP 数 据 包 , 所 以 系 统 组 成 即 为 标 准 的 以 太 网 结 构。 距离小于 100m 时 以 超 五 类 双 绞 线 传 输 , 距 离 大于 100m 时采用 光 纤 传 输 , 光 端 设 备 采 用 光 纤 收 发器。 现场通过网络交换机集中后统一上传到分中 心视频网络平台(见图 6)。
隧道内网络 摄像机组

MJPEG和H.264两种。 3.2.2
语音对讲 利用网络摄像机的音频接口实现隧道现场与分

20

中心的双向对讲功能。 当隧道内发生紧急情况或司 乘人员需要帮助时, 按动隧道内的紧急按钮, 由分 中心值班人员认可后启动对讲功能, 实时了解现场 情况。 由于每个摄像机都带有音频接口, 所以每

I/O 控制 双向语音
控 制 信 号 和 语 音 下 传 光收发器
纤 芯1

I/O 控制 双向语音
光收发器

交换机 光收发器

I/O 控制 双向语音
光收发器 光收发器
纤 芯1

150m 就可以设置 一 组 对 讲 装 置 , 远 大 于 隧 道 内 紧
急 电 话 (ET )的 设 置 数 量 。 对 讲 功 能 的 利 用 不 但 可 以代替紧急电话, 减少系统建设投入, 而且服务效 率也大大提高。

数报 字警 视和 频语 信音 号信 上号 传上 传

纤 芯2 纤 芯3 纤 芯4

图6

隧道内网络摄像机布放及信息上传示意图

3.2.3

报警处理 数字 I/O 接 口 的 输 入 端 (DI )连 接 隧 道 内 的 报 警

4 分中心系统 4.1 分中心系统的构成
监控分中心的设备主要由图像存贮与监控服务 器组、 综合控制工作站、 高清电视显示系统、

按钮, 当隧道内出现紧急情况时, 由求助人员按动 它, 从而与监控分中心建立联系。 报警按钮与对讲 开关设于对应的网络摄像机前方 50m 左右, 分中心 的监控员可以清晰地观察到报警当事人的情况以及 报警发生时现场的实时情况。 同时报警按钮触发启 动对应的摄像机进行录像工作, 将对应视频切换为 主显示状态。 如果是一般的紧急情况, 监控员可以 点击软件界面上对应的符号起动摄像机和开关量输 出端(DO ), 控制现场的紧急装置如防火门等, 并 予以响应; 如果是火灾报警等紧急情况, 监控员可 以与火灾报警系统上传的信息综合进行对比, 作出 判断, 起动相应的应急预案。

100M/1000M 自适应 以 太 网 交 换 机 以 及 其 他 网 络 设
备组成(见图 7)。 现场全数字综合网络监控摄像机的图像等信息 通过符合带宽要求的光纤传输网络传到监控分中 心, 分中 心 以 100M/1000M 自 适 应 网 络 交 换 机 构 成 千兆主干网络, 所有设备接入这个网络。 存贮与监控服务器完成其所接入摄像机信号的 显示、 控制、 存贮与管理功能。 所存图像的码流大 小以及存贮时间的要求不同, 其对服务器硬盘容量 的要求也不一样, 当需要更多的硬盘来满足存贮要

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监控分中心设备组成 高清电视显示系统

计 量 检 测 与 监 测

隧道内监控数字摄像机组

磁盘阵列 全数字综合网络摄像机 1 千兆交换机 存贮与监控 服务器 1

RJ45

100M 100M/1000M×24
以 太 网 传 输 网 络

TV

Wall

语音与 I/O 设备 全数字综合网络摄像机 2

磁盘阵列 存贮与监控 服务器 n 键盘鼠标共用器 主监视器 综合控制工作站 键盘 鼠标

RJ45

100M

语音与 I/O 设备 全数字综合网络摄像机 n

RJ45

100M

语音与 I/O 设备

图7

监控分中心监控系统构成示意图
隧道内发生事件 司乘人员按动报警开关 对应摄像机高清录像 中心软件弹出对话框 监控员进行判断 与隧道内人员对讲交谈 声光报警

求时, 需增加磁盘阵列设备。 高清网络监控系统的显示一般采用具备 VGA 接 口的 DLP 大屏、 高清液晶电视、 计算机的 VGA 接口 或高清 DVI/HDMI 接口进行开窗口显示, 充分发挥 了系统数字化高清图像的优点。 根据授权可以在同 一网络的不同地点进行远程图像浏览或录像的调用 工作。

21
误操作或 误报警

4.2

软件管理界面 可以将网络摄像的管理内嵌于综合控制工作

通知人员救护 通知保护现场 通知交警部门 结合火灾报警 系统进行判断 交通事故

确认事件 紧急程度

站, 与整个隧道控制软件同平台协同工作。 在隧道 系统的软件界面中加入网络摄像机的图标, 通过点 击对应图标进行管理。 当需要监控某一地点的图像 时, 通过点击实时显示对应的图像; 当有报警按钮 按下时, 对应的图标会闪烁显示, 并弹出会话窗口 供监控员进行下一步的操作(见图 8 )。
报警 按 钮1 对 讲1 以太网 报警 设 备 箱 按 钮2 对 讲2 网 络 摄 像 机2 以太网 报警 设 备 箱 按 钮3 对 讲3 网 络 摄 像 机3 以太网 设备箱

发生火灾

一般情况协助

起动预案: 消防系统起动 车辆紧急疏导

其他紧急情况

予以电话 指导协助

起动相应预案 取消紧急状态

图9

报警事件处理流程图

系统结构简单稳定, 管理更加方便实用, 节约了建 设成本。 高清摄像机的使用更是提高了图像监控质 量与监控效果, 相信这一系统的成功应用必定会给 公路隧道的运营和管理带来巨大的经济与社会效 益。

网 络 摄 像 机1

图8

具有摄像机图标的软件界面

4.3

事件处理流程 当隧道内有人按动紧急按钮时, 事件处理流程

如图 9 所示。

5

结语 全数字网络监控系统的建立, 完全取代了传统

作者简介: 苏明瑞, 河北石家庄人, 机电一级建造师, 毕 业于大连理工大学工业电气自动化专业, 现主要从事高速 公路机电工程系统集成工作, 任石家庄泛安科技开发有限 公司副总经理。 收稿日期: 2010-02-01

的模拟摄像机系统与紧急电话系统的组合, 实现了 与隧道机电系统的其他子系统共用网络管理平台,

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