高速公路監控系統的製作方法

2023-10-27 22:20:27

專利名稱：高速公路監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高速公路監控系統，尤其涉及一種可以同時實現對高速公路路況和收費廣場進行數據監控和圖像監控，並可實現遠程實時音視頻數據採集和同步壓縮傳輸、視頻切換和多畫面處理，以及對各種高速公路設備進行遠程控制的高速公路監控系統。
背景技術：
傳統的高速公路監控系統包括數據監控、視頻圖像監控兩個相對獨立的分系統(如圖6所示)。數據監控系統對車輛檢測器、氣象檢測器、可變情報板等外場設備進行監控，其中，各外場監控設備採集的數據通過數據機(MODEM)經獨立的低速信道與位於監控中心的MODEM一一對應相連，然後接入多串口卡，再由通信控制機進行不同層面的軟體處理，最終與監控網絡中的伺服器相連(如圖7所示)；視頻圖像監控系統對路況、收費廣場和車道亭內收費人員工作情況進行監控，在該系統中，模擬攝像機所採集到的圖像，通過光端機傳輸給視頻矩陣切換器，再由控制鍵盤控制視頻矩陣切換器選擇相應圖像，並經視頻分配放大器顯示圖像，同時進行圖像存儲(如圖8、圖9所示)。這種高速公路監控系統有以下缺點(1)各路段注重於對本路段的監控，數據監控系統和視頻圖像監控系統相互獨立，存在信息孤島現象；(2)接線複雜、層次不清、可靠性差，實時性較低；(3)路況視頻監控採用點對點送往中心站的模擬方式，多級調用導致圖像質量下降，並且模擬視頻不易處理，長時間錄像導致錄像帶耗費大，不便調看和數據共享；(4)光纖資源耗費巨大，擴容困難，遠程控制不便，聯網監控不易實現；(5)對路況、收費廣場等場外監控圖像和收費車道及收費亭內監控圖像不加分類處理，導致收費車道及收費亭內監控圖像佔帶寬過大，難以傳送至中心，故必須在本站另設監控室，耗費人力、財力；(6)路段接入網通信容量浪費較大，155M只用不到10％，而場外圖像傳輸帶寬要求較高，需要通過2Mbps速率以上的IP包傳輸，必須另附綁定多個E1的SDH-IP的協議轉換設備。

發明內容
1、發明目的本發明的目的是提供一種可同時實現對高速公路路況和收費廣場的數據監控和圖像監控，同時進行收費車道及收費亭內音視頻監控，並可實現遠程實時音視頻數據採集和同步壓縮傳輸、視頻切換和多畫面處理，以及對各種高速公路設備進行遠程控制的高速公路監控系統。
2、技術方案為達到上述發明目的，本發明的高速公路監控系統包括監控交換機、監控分中心交換機、圖像數據監控單元、主幹網和遠程終端；還包括圖像數據監控網和收費監控網，其中，圖像數據監控網包括道路監控圖像輸入裝置、收費廣場監控圖像輸入裝置、外場設備和寬帶分布式網絡單元(簡稱為W-DMDU)，其中，寬帶分布式網絡單元包括矩陣切換電路、圖像編解碼板、計算機、接口模塊板和通信控制板，矩陣切換電路通過圖像編解碼板與計算機連接，接口模塊板通過通信控制板與計算機連接，道路監控圖像輸入裝置和收費廣場監控圖像輸入裝置分別與矩陣切換電路和通信控制板連接，外場設備通過接口模塊板接入通信控制板再與計算機連接；收費監控網包括收費車道及收費亭內圖像輸入裝置、收費亭內語音輸入裝置、收費車道及收費亭內音視頻接入設備和收費監控單元，收費車道及收費亭內圖像輸入裝置和收費亭內語音輸入裝置通過收費車道及收費亭內音視頻接入設備與收費監控單元連接；圖像數據監控網中寬帶分布式網絡單元的計算機和收費監控網的收費監控單元通過監控交換機與圖像數據監控單元連接，再通過監控分中心交換機接入主幹網，與遠程終端通信。
收費監控網的收費監控單元包括監控終端和收費圖像存儲裝置，監控終端一端與收費車道及收費亭內音視頻接入設備連接，另一端與監控交換機連接。
道路監控圖像輸入裝置、收費廣場監控圖像輸入裝置、收費車道及收費亭內圖像輸入裝置為攝像機。
收費圖像存儲裝置採用與收費監控單元的監控終端相連的視頻存儲器，亦可稱為硬碟錄像機，實現對收費圖像的長期存儲。
圖像數據監控網中，寬帶分布式網絡單元的計算機為嵌入式計算機。
寬帶分布式網絡單元的圖像編解碼板為MPEG-2圖像編解碼板，將道路監控圖像輸入裝置和收費廣場監控圖像輸入裝置的視頻信號編碼成為MPEG-2的數字視頻流。
收費監控網的收費車道及收費亭內音視頻接入設備採用MPEG-4圖像編解碼板，將收費車道及收費亭內圖像輸入裝置的視頻信號編碼成為MPEG-4的數字視頻流，同時實現對收費亭內語音信號的音頻編碼。
3、有益效果本發明的高速公路監控系統主要有以下優點(1)本監控系統接線簡單、實時性好、可靠性高並且維護方便；(2)採用寬帶分布式網絡單元將計算機、TCP/IP協議、圖像編碼器、RTP/RTCP流媒體實時處理、實現軟貓(即用軟體實現MODEM功能)、光/CAN/RS等系列接口、並行算法及以太通信平臺等有機融為一體，同時對高速公路路況圖像、收費廣場圖像和外場設備的數據進行監控，實現遠程實時視音頻數據採集和同步壓縮傳輸、視頻切換和多畫面處理，及高速公路設備遠程控制等功能；(3)採用MPEG系列圖像編解碼板進行音視頻信號處理，每路圖像的數據帶寬為1～10Mbps，既節約了系統帶寬，又保證了傳輸圖像的清晰度；(4)收費車道及收費亭內圖像監控由收費監控網實現，獨立於高速公路路況圖像監控和收費廣場圖像監控，減少了帶寬的佔用，無需另設監控室，節約了資源。
四

圖1是本發明的高速公路監控系統的原理框圖；圖2是本發明的高速公路監控系統的系統結構框圖；圖3是具有12塊通信控制板和4塊圖像編解碼板的寬帶分布式網絡單元的結構圖；圖4是外場視頻編碼模塊流程圖；圖5是車道亭內監控視頻編碼模塊流程圖；
圖6是傳統監控系統總體結構示意圖；圖7是傳統監控系統數據傳輸方案示意圖；圖8是傳統監控系統視頻傳輸方案示意圖；圖9是傳統監控系統的圖像調用和顯示示意圖。
五具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本發明的高速公路監控系統包括監控交換機1、監控分中心交換機2、圖像數據監控單元3、主幹網4和遠程終端5；該系統還包括圖像數據監控網6和收費監控網7，其中，圖像數據監控網6包括道路監控圖像輸入裝置61、收費廣場監控圖像輸入裝置62、外場設備63和寬帶分布式網絡單元64；所述的寬帶分布式網絡單元64包括矩陣切換電路641、圖像編解碼板642、計算機643、接口模塊板644和通信控制板645，矩陣切換電路641通過圖像編解碼板642與計算機643連接，接口模塊板644通過通信控制板645與計算機643連接，道路監控圖像輸入裝置61和收費廣場監控圖像輸入裝置62分別與矩陣切換電路641和通信控制板645連接，外場設備63通過接口模塊板644接入通信控制板645再與計算機643連接；收費監控網7包括收費車道及收費亭內圖像輸入裝置71、收費亭內語音輸入裝置72、收費車道及收費亭內音視頻接入設備73和收費監控單元74，收費車道及收費亭內圖像輸入裝置71和收費亭內語音輸入裝置72通過收費車道及收費亭內音視頻接入設備73與收費監控單元74連接；圖像數據監控網6中寬帶分布式網絡單元64的計算機643和收費監控網7的收費監控單元74通過監控交換機1與圖像數據監控單元3連接，接入其中的圖像視頻伺服器31、監控數據伺服器32和監視計算機33，再通過監控分中心交換機2接入主幹網4，與遠程終端5通信。
收費監控網7的收費監控單元74包括監控終端741和收費圖像存儲裝置742，監控終端一端與收費車道及收費亭內音視頻接入設備73連接，另一端與監控交換機1連接。
道路監控圖像輸入裝置61、收費廣場監控圖像輸入裝置62、收費車道及收費亭內圖像輸入裝置71為攝像機。
收費圖像存儲裝置742為視頻存儲器，亦可稱為硬碟錄像機，實現對收費圖像的長期存儲。
寬帶分布式網絡單元64的計算機643採用嵌入式計算機。
如圖2所示，在高速公路的監控分中心中設有寬帶分布式網絡單元(W-DMDU)和收費車道及收費亭圖像監控單元；路況及收費廣場攝像機組與寬帶分布式網絡單元的視頻編碼板連接，車輛檢測器、氣象檢測器、可變情報板等外場設備與寬帶分布式網絡單元的通信控制板連接；嵌入式計算機將圖像信號和數據信號處理後傳輸至交換機，該交換機為監控三層交換機，可取百兆速率；收費車道及收費亭圖像監控單元中，收費車道及收費亭內攝像機與收費監控單元的MPEG-4編解碼板連接，MPEG-4編解碼板通過收費監控單元與監控三層交換機連接；監控分中心設置有各種監控終端，例如前臺監控終端、後臺監控終端、監控伺服器等，實現對圖像和數據信號的監控；上述圖像和數據信號經監控三層交換機傳輸至監控分中心交換機，該交換機亦為監控三層交換機，可取千兆速率，再接入高速公路主幹網，供遠程終端監控。
如圖3所示，寬帶分布式網絡單元64具有12塊通信控制板和4塊圖像編解碼板，矩陣切換電路為16選4矩陣切換電路；圖像編解碼板642為MPEG-2圖像編解碼板，實現圖像的四選一，即從四幅輸入模擬圖像中選擇其一進行編碼，以節約系統帶寬。
同樣，為了保證圖像傳輸質量，收費監控網7的收費車道及收費亭內音視頻接入設備73採用MPEG-4圖像編解碼板，實現對收費車道、收費亭內圖像進行MPEG-4編碼，收費車道及收費亭內音視頻接入設備73同步實現車道亭內音頻編碼。
如圖4所示，外場視頻編碼模塊實現圖像數據監控網的相關功能，主要負責採集路況和收費廣場的視頻信號，需要具備以下功能(1)根據實際需要進行編碼後將編碼數據從乙太網進行發布；(2)根據網絡通暢狀況和監控終端的反饋信息及時地調整圖像編碼的碼率；(3)根據需要提供可靠的控制外場設備的IP信道；(4)根據監控終端的需求進行視頻編碼源的切換，例如能完成16選4的功能。上述功能通過下面的方案實現(1)視頻採集和編碼部分採用嵌入式系統實現，作業系統為linux，其優點是設備專用，便於升級和維護；(2)根據圖像質量的實際需求和編碼能力的要求，優先採用MPEG-2編碼；(3)視頻編碼端根據監測到的網絡可用帶寬和接收端的丟包率，自適應地調整編碼碼率，從1Mbps到10Mbps動態可調；(4)採用組播方式，可同時有多個終端接收並使用同一路視頻數據；(5)提供一個專用埠用於接收視頻源切換指令，以完成16路視頻源選4路進行編碼的功能；(6)提供一個專用埠用於路況監控攝像機的指令轉接；(7)為每個外場設備的低速數據通道提供一個專用IP埠用於映射，完成外場設備指令的轉接；(8)採用多個進程和專用晶片用於編碼參數的調整和視頻源的切換；(9)提供一個專用進程用於網絡管理的需要，即網管系統的AGENT模塊。
如圖5所示，收費車道及收費亭內音視頻編碼模塊實現收費監控網的相關功能，主要負責採集收費車道和收費亭的監控音視頻信號，需要具備以下功能(1)編碼後將編碼數據從乙太網進行發布；(2)根據網絡通暢狀況和監控終端的反饋信息及時地調整音視頻編碼的碼率。上述功能通過下面的方案實現(1)視頻採集和編碼部分採用linux作業系統實現專用設備，保證運行穩定；(2)根據實際的需求和編碼能力的考慮，優先選用MPEG-4編碼；(3)視頻編碼端根據監測到的網絡可用帶寬和接收端的丟包率，自適應的調整編碼碼率，從幾百Kbps到1024Kbps動態可調；(4)採用IP組播方式，可同時有多個監控終端使用同一路視頻數據；(5)採用多個進程用於控制每路音視頻的編碼，從而實現一個模塊同時支持24路音視頻的實時編碼和發布；
(6)提供一個專用進程用於網絡管理的需要，用於接收編碼參數調整指令和編碼進程起停指令。
權利要求
1.一種高速公路監控系統，包括監控交換機(1)、監控分中心交換機(2)、圖像數據監控單元(3)、主幹網(4)和遠程終端(5)；其特徵在於該系統還包括圖像數據監控網(6)和收費監控網(7)；其中，圖像數據監控網(6)包括道路監控圖像輸入裝置(61)、收費廣場監控圖像輸入裝置(62)、外場設備(63)和寬帶分布式網絡單元(64)；所述的寬帶分布式網絡單元(64)包括矩陣切換電路(641)、圖像編解碼板(642)、計算機(643)、接口模塊板(644)和通信控制板(645)；矩陣切換電路(641)通過圖像編解碼板(642)與計算機(643)連接，接口模塊板(644)通過通信控制板(645)與計算機(643)連接，道路監控圖像輸入裝置(61)和收費廣場監控圖像輸入裝置(62)分別與矩陣切換電路(641)和通信控制板(645)連接，外場設備(63)通過接口模塊板(644)接入通信控制板(645)再與計算機(643)連接；收費監控網(7)包括收費車道及收費亭內圖像輸入裝置(71)、收費亭內聲音輸入裝置(72)、收費車道及收費亭內音視頻接入設備(73)和收費監控單元(74)，收費車道及收費亭內圖像輸入裝置(71)和收費亭內語音輸入裝置(72)通過收費車道及收費亭內音視頻接入設備(73)與收費監控單元(74)連接；圖像數據監控網(6)中寬帶分布式網絡單元(64)的計算機(643)和收費監控網(7)的收費監控單元(74)通過監控交換機(1)與圖像數據監控單元(3)連接，再通過監控分中心交換機(2)接入主幹網(4)，與遠程終端(5)通信。
2.如權利要求1所述的高速公路監控系統，其特徵在於，收費監控網(7)的收費監控單元(74)包括監控終端(741)和收費圖像存儲裝置(742)，監控終端(741)一端與收費車道及收費亭內音視頻接入設備(73)連接，另一端與監控分中心交換機(1)連接。
3.如權利要求1所述的高速公路監控系統，其特徵在於，道路監控圖像輸入裝置(61)、收費廣場監控圖像輸入裝置(62)、收費車道及收費亭圖像輸入裝置(71)為攝像機。
4.如權利要求2所述的高速公路監控系統，其特徵在於，收費圖像存儲裝置(742)為視頻存儲器。
5.如權利要求1所述的高速公路監控系統，其特徵在於，寬帶分布式網絡單元(64)的計算機(643)為嵌入式計算機。
6.如權利要求1所述的高速公路監控系統，其特徵在於，寬帶分布式網絡單元(64)的圖像編解碼板(642)採用基於MPEG-2的圖像編解碼板。
7.如權利要求1所述的高速公路監控系統，其特徵在於，收費監控網(7)的收費車道及收費亭內音視頻接入設備(73)採用基於MPEG-4的圖像編解碼板。
全文摘要
本發明公開了一種可以同時實現對高速公路路況和收費廣場的數據監控和圖像監控以及收費車道及收費亭內圖像監控，接線簡單、實時性好、可靠性高並且維護方便的高速公路監控系統。該高速公路監控系統包括監控交換機、監控分中心交換機、圖像數據監控單元、主幹網和遠程終端，還包括圖像數據監控網和收費監控網，圖像數據監控網包括道路監控圖像輸入裝置、收費廣場監控圖像輸入裝置、外場設備和寬帶分布式網絡單元，其中，寬帶分布式網絡單元包括矩陣切換電路、圖像編解碼板、計算機、接口模塊板和通信控制板；收費監控網包括收費車道及收費亭內圖像輸入裝置、收費亭內語音輸入裝置、收費車道及收費亭內音視頻接入設備和收費監控單元。
文檔編號G07B15/06GK1632840SQ200410103070
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月30日 優先權日2004年12月30日
發明者顧德軍, 陳啟美, 葉遇春, 王穎健, 王俊, 陳鎖柱 申請人:江蘇省高速公路經營管理中心