專利名稱：高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，尤其涉及一種可以同時實現(xiàn)對高速公路路況和收費廣場進行數(shù)據(jù)監(jiān)控和圖像監(jiān)控，并可實現(xiàn)遠程實時音視頻數(shù)據(jù)采集和同步壓縮傳輸、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(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻圖像監(jiān)控兩個相對獨立的分系統(tǒng)(如圖6所示)。數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)對車輛檢測器、氣象檢測器、可變情報板等外場設備進行監(jiān)控，其中，各外場監(jiān)控設備采集的數(shù)據(jù)通過調制解調器(MODEM)經(jīng)獨立的低速信道與位于監(jiān)控中心的MODEM一一對應相連，然后接入多串口卡，再由通信控制機進行不同層面的軟件處理，最終與監(jiān)控網(wǎng)絡中的服務器相連(如圖7所示)；視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)對路況、收費廣場和車道亭內收費人員工作情況進行監(jiān)控，在該系統(tǒng)中，模擬攝像機所采集到的圖像，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，并經(jīng)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(jiān)控系統(tǒng)有以下缺點(1)各路段注重于對本路段的監(jiān)控，數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)相互獨立，存在信息孤島現(xiàn)象；(2)接線復雜、層次不清、可靠性差，實時性較低；(3)路況視頻監(jiān)控采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，并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(shù)據(jù)共享；(4)光纖資源耗費巨大，擴容困難，遠程控制不便，聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控不易實現(xiàn)；(5)對路況、收費廣場等場外監(jiān)控圖像和收費車道及收費亭內監(jiān)控圖像不加分類處理，導致收費車道及收費亭內監(jiān)控圖像占帶寬過大，難以傳送至中心，故必須在本站另設監(jiān)控室，耗費人力、財力；(6)路段接入網(wǎng)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(xié)議轉換設備。

發(fā)明內容
1、發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種可同時實現(xiàn)對高速公路路況和收費廣場的數(shù)據(jù)監(jiān)控和圖像監(jiān)控，同時進行收費車道及收費亭內音視頻監(jiān)控，并可實現(xiàn)遠程實時音視頻數(shù)據(jù)采集和同步壓縮傳輸、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(jiān)控系統(tǒng)。
2、技術方案為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控交換機、監(jiān)控分中心交換機、圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控單元、主干網(wǎng)和遠程終端；還包括圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)和收費監(jiān)控網(wǎng)，其中，圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)包括道路監(jiān)控圖像輸入裝置、收費廣場監(jiān)控圖像輸入裝置、外場設備和寬帶分布式網(wǎng)絡單元(簡稱為W-DMDU)，其中，寬帶分布式網(wǎng)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(jiān)控圖像輸入裝置和收費廣場監(jiān)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(jiān)控網(wǎng)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(jiān)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(jiān)控單元連接；圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)中寬帶分布式網(wǎng)絡單元的計算機和收費監(jiān)控網(wǎng)的收費監(jiān)控單元通過監(jiān)控交換機與圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控單元連接，再通過監(jiān)控分中心交換機接入主干網(wǎng)，與遠程終端通信。
收費監(jiān)控網(wǎng)的收費監(jiān)控單元包括監(jiān)控終端和收費圖像存儲裝置，監(jiān)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(jiān)控交換機連接。
道路監(jiān)控圖像輸入裝置、收費廣場監(jiān)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。
收費圖像存儲裝置采用與收費監(jiān)控單元的監(jiān)控終端相連的視頻存儲器，亦可稱為硬盤錄像機，實現(xiàn)對收費圖像的長期存儲。
圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)中，寬帶分布式網(wǎng)絡單元的計算機為嵌入式計算機。
寬帶分布式網(wǎng)絡單元的圖像編解碼板為MPEG-2圖像編解碼板，將道路監(jiān)控圖像輸入裝置和收費廣場監(jiān)控圖像輸入裝置的視頻信號編碼成為MPEG-2的數(shù)字視頻流。
收費監(jiān)控網(wǎng)的收費車道及收費亭內音視頻接入設備采用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(shù)字視頻流，同時實現(xiàn)對收費亭內語音信號的音頻編碼。
3、有益效果本發(fā)明的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(1)本監(jiān)控系統(tǒng)接線簡單、實時性好、可靠性高并且維護方便；(2)采用寬帶分布式網(wǎng)絡單元將計算機、TCP/IP協(xié)議、圖像編碼器、RTP/RTCP流媒體實時處理、實現(xiàn)軟貓(即用軟件實現(xiàn)MODEM功能)、光/CAN/RS等系列接口、并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(shù)據(jù)進行監(jiān)控，實現(xiàn)遠程實時視音頻數(shù)據(jù)采集和同步壓縮傳輸、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)采用MPEG系列圖像編解碼板進行音視頻信號處理，每路圖像的數(shù)據(jù)帶寬為1～10Mbps，既節(jié)約了系統(tǒng)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(jiān)控由收費監(jiān)控網(wǎng)實現(xiàn)，獨立于高速公路路況圖像監(jiān)控和收費廣場圖像監(jiān)控，減少了帶寬的占用，無需另設監(jiān)控室，節(jié)約了資源。
四

圖1是本發(fā)明的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)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(wǎng)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(jiān)控視頻編碼模塊流程圖；
圖6是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)總體結構示意圖；圖7是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方案示意圖；圖8是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)視頻傳輸方案示意圖；圖9是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控交換機1、監(jiān)控分中心交換機2、圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控單元3、主干網(wǎng)4和遠程終端5；該系統(tǒng)還包括圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)6和收費監(jiān)控網(wǎng)7，其中，圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)6包括道路監(jiān)控圖像輸入裝置61、收費廣場監(jiān)控圖像輸入裝置62、外場設備63和寬帶分布式網(wǎng)絡單元64；所述的寬帶分布式網(wǎng)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(jiān)控圖像輸入裝置61和收費廣場監(jiān)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(jiān)控網(wǎng)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(jiān)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(jiān)控單元74連接；圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)6中寬帶分布式網(wǎng)絡單元64的計算機643和收費監(jiān)控網(wǎng)7的收費監(jiān)控單元74通過監(jiān)控交換機1與圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控單元3連接，接入其中的圖像視頻服務器31、監(jiān)控數(shù)據(jù)服務器32和監(jiān)視計算機33，再通過監(jiān)控分中心交換機2接入主干網(wǎng)4，與遠程終端5通信。
收費監(jiān)控網(wǎng)7的收費監(jiān)控單元74包括監(jiān)控終端741和收費圖像存儲裝置742，監(jiān)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(jiān)控交換機1連接。
道路監(jiān)控圖像輸入裝置61、收費廣場監(jiān)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，亦可稱為硬盤錄像機，實現(xiàn)對收費圖像的長期存儲。
寬帶分布式網(wǎng)絡單元64的計算機643采用嵌入式計算機。
如圖2所示，在高速公路的監(jiān)控分中心中設有寬帶分布式網(wǎng)絡單元(W-DMDU)和收費車道及收費亭圖像監(jiān)控單元；路況及收費廣場攝像機組與寬帶分布式網(wǎng)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(wǎng)絡單元的通信控制板連接；嵌入式計算機將圖像信號和數(shù)據(jù)信號處理后傳輸至交換機，該交換機為監(jiān)控三層交換機，可取百兆速率；收費車道及收費亭圖像監(jiān)控單元中，收費車道及收費亭內攝像機與收費監(jiān)控單元的MPEG-4編解碼板連接，MPEG-4編解碼板通過收費監(jiān)控單元與監(jiān)控三層交換機連接；監(jiān)控分中心設置有各種監(jiān)控終端，例如前臺監(jiān)控終端、后臺監(jiān)控終端、監(jiān)控服務器等，實現(xiàn)對圖像和數(shù)據(jù)信號的監(jiān)控；上述圖像和數(shù)據(jù)信號經(jīng)監(jiān)控三層交換機傳輸至監(jiān)控分中心交換機，該交換機亦為監(jiān)控三層交換機，可取千兆速率，再接入高速公路主干網(wǎng)，供遠程終端監(jiān)控。
如圖3所示，寬帶分布式網(wǎng)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(xiàn)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(jié)約系統(tǒng)帶寬。
同樣，為了保證圖像傳輸質量，收費監(jiān)控網(wǎng)7的收費車道及收費亭內音視頻接入設備73采用MPEG-4圖像編解碼板，實現(xiàn)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(xiàn)車道亭內音頻編碼。
如圖4所示，外場視頻編碼模塊實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)的相關功能，主要負責采集路況和收費廣場的視頻信號，需要具備以下功能(1)根據(jù)實際需要進行編碼后將編碼數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)進行發(fā)布；(2)根據(jù)網(wǎng)絡通暢狀況和監(jiān)控終端的反饋信息及時地調整圖像編碼的碼率；(3)根據(jù)需要提供可靠的控制外場設備的IP信道；(4)根據(jù)監(jiān)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(xiàn)(1)視頻采集和編碼部分采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，操作系統(tǒng)為linux，其優(yōu)點是設備專用，便于升級和維護；(2)根據(jù)圖像質量的實際需求和編碼能力的要求，優(yōu)先采用MPEG-2編碼；(3)視頻編碼端根據(jù)監(jiān)測到的網(wǎng)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(tài)可調；(4)采用組播方式，可同時有多個終端接收并使用同一路視頻數(shù)據(jù)；(5)提供一個專用端口用于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)提供一個專用端口用于路況監(jiān)控攝像機的指令轉接；(7)為每個外場設備的低速數(shù)據(jù)通道提供一個專用IP端口用于映射，完成外場設備指令的轉接；(8)采用多個進程和專用芯片用于編碼參數(shù)的調整和視頻源的切換；(9)提供一個專用進程用于網(wǎng)絡管理的需要，即網(wǎng)管系統(tǒng)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(xiàn)收費監(jiān)控網(wǎng)的相關功能，主要負責采集收費車道和收費亭的監(jiān)控音視頻信號，需要具備以下功能(1)編碼后將編碼數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)進行發(fā)布；(2)根據(jù)網(wǎng)絡通暢狀況和監(jiān)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(xiàn)(1)視頻采集和編碼部分采用linux操作系統(tǒng)實現(xiàn)專用設備，保證運行穩(wěn)定；(2)根據(jù)實際的需求和編碼能力的考慮，優(yōu)先選用MPEG-4編碼；(3)視頻編碼端根據(jù)監(jiān)測到的網(wǎng)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(tài)可調；(4)采用IP組播方式，可同時有多個監(jiān)控終端使用同一路視頻數(shù)據(jù)；(5)采用多個進程用于控制每路音視頻的編碼，從而實現(xiàn)一個模塊同時支持24路音視頻的實時編碼和發(fā)布；
(6)提供一個專用進程用于網(wǎng)絡管理的需要，用于接收編碼參數(shù)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(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控交換機(1)、監(jiān)控分中心交換機(2)、圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控單元(3)、主干網(wǎng)(4)和遠程終端(5)；其特征在于該系統(tǒng)還包括圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)(6)和收費監(jiān)控網(wǎng)(7)；其中，圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)(6)包括道路監(jiān)控圖像輸入裝置(61)、收費廣場監(jiān)控圖像輸入裝置(62)、外場設備(63)和寬帶分布式網(wǎng)絡單元(64)；所述的寬帶分布式網(wǎng)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(jiān)控圖像輸入裝置(61)和收費廣場監(jiān)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(jiān)控網(wǎng)(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(jiān)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(jiān)控單元(74)連接；圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)(6)中寬帶分布式網(wǎng)絡單元(64)的計算機(643)和收費監(jiān)控網(wǎng)(7)的收費監(jiān)控單元(74)通過監(jiān)控交換機(1)與圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控單元(3)連接，再通過監(jiān)控分中心交換機(2)接入主干網(wǎng)(4)，與遠程終端(5)通信。
2.如權利要求1所述的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，收費監(jiān)控網(wǎng)(7)的收費監(jiān)控單元(74)包括監(jiān)控終端(741)和收費圖像存儲裝置(742)，監(jiān)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(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，道路監(jiān)控圖像輸入裝置(61)、收費廣場監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，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(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，寬帶分布式網(wǎng)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(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，寬帶分布式網(wǎng)絡單元(64)的圖像編解碼板(642)采用基于MPEG-2的圖像編解碼板。
7.如權利要求1所述的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，收費監(jiān)控網(wǎng)(7)的收費車道及收費亭內音視頻接入設備(73)采用基于MPEG-4的圖像編解碼板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可以同時實現(xiàn)對高速公路路況和收費廣場的數(shù)據(jù)監(jiān)控和圖像監(jiān)控以及收費車道及收費亭內圖像監(jiān)控，接線簡單、實時性好、可靠性高并且維護方便的高速公路監(jiān)控系統(tǒng)。該高速公路監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控交換機、監(jiān)控分中心交換機、圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控單元、主干網(wǎng)和遠程終端，還包括圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)和收費監(jiān)控網(wǎng)，圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)包括道路監(jiān)控圖像輸入裝置、收費廣場監(jiān)控圖像輸入裝置、外場設備和寬帶分布式網(wǎng)絡單元，其中，寬帶分布式網(wǎng)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(jiān)控網(wǎng)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(jiān)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(yōu)先權日2004年12月30日
發(fā)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(jīng)營管理中心