高速公路圖像傳輸系統應用

徐海泉

為適應高速公路長期發展的最優化設計要求，本監控系統的核心數字化壓縮編碼設備和系統軟件均具備不同廠家間的互聯互通互控的兼容能力；此外圖像資源不僅為現有的監控管理服務，更具備未來提供指揮調度、領導決策、大眾服務等能力。

系統概述

全數字化光纖網絡多業務監控平臺順應光纖網絡的低成本、大規模應用潮流，集音視頻壓縮編解碼、網絡交換、數據接入、光纖傳輸、軟件處理及網絡存儲等先進技術于一體，適應視頻監控系統技術向全光網絡化方向發展。ZKON系統采用靈活的光纖（點對點/鏈型/環型）及以太組網方式,實現端到端全數字化碼流傳輸，避免轉接及二次編解碼，克服了傳統非壓縮視頻光端機多級轉接、重復編碼的缺陷，內置多協議低速數據接入及網絡交換功能，配合整體的監控系統軟件、網絡分布式存儲、轉發及流媒體服務器模塊，形成一體化視頻監控及數據接入平臺，廣泛應用于高速公路監控系統、城市道路監控系統、大中企業廠區監控及政府園區監控系統。

系統總體設計要求

系統設計充分考慮數字化分布式多級網絡視頻監控的系統特點，技術上遵循先進性、實用性與成熟可靠性并重的原則。

在充分了解高速公路監控系統設計的基礎上，形成一整套集圖像實時傳輸、光纖自愈環網、內置網絡交換、集中網絡存儲、資料查詢檢索回放、多級別遙控于一體、功能齊全的數字化網絡視頻整體解決方案，完善各區域圖像信息通信應急保障機制，提升處置突發性事件的快速反應能力，為交通管理機關和領導決策、指揮調度、調查取證等多種后臺應用提供及時、可靠的監控圖像信息。

配合網絡視頻監控系統軟件，實現直觀方便的可視化操作和靈活豐富的設備控制權限設定，可根據用戶實際需要劃分總中心、路公司監控中心、區域分中心、監控管理站等各級單位的權限，實現各級用戶對實時圖像的調看權、控制權、網絡存儲權和對歷史資料的查詢回放權限的細分。同時可實現IE瀏覽功能，適合各部門領導在桌面隨時調看現場圖像。針對圖像傳輸線路資源的設定，系統軟件實現對用戶調用圖像路數的統一管理。

本監控平臺子系統可與市監控總中心其它系統提供網絡接口，提供DLL/控件等多種方式的二次開發接口，實現系統無縫連接。

如交通監控業務子系統、交通數據融合處理子系統、交通信息管理和服務子系統等，形成集成網絡綜合信息平臺。監控平臺組網、設備選型充分考慮與現有的高速公路監控中心及站端圖像傳輸設備的功能、標準、接口協議的系統互連、互通和互控，保證視音頻傳輸質量和控制信令的暢通，提升系統技術先進性水平，保護前期項目的投入。

系統軟硬件設計可以兼容、接入及控制高速公路現有或未來建設的數十種主流廠家的球型攝像機、云臺解碼端、工控機式/嵌入式DVR、視頻光端機、矩陣、操作鍵盤等常用監控器材和設備，為用戶系統設備選型提供更多的靈活性和最優化保證。

系統具備自檢和在線實時檢測各運行編解碼設備、數字錄像設備狀態及通信線路的能力，方便用戶故障定位及排除，同時編解碼設備支持集中式機箱，有效減少站端和各級監控中心端的設備安裝位置占用，確保未來大規模系統應用的可維護性。

全數字化光纖網絡多業務監控平臺是研制的面向交通、公安、電力、石化等行業遠程圖像監控核心產品，集音視頻壓縮編解碼、網絡交換、數據接入、光纖傳輸、軟件處理及網絡存儲等先進技術于一體，采用先進的H.264視頻協議，支持雙碼流及軟切換功能。

系統總體結構

系統特點

ZKON系統是集圖像壓縮編解碼、光纖通信、數據傳輸、網絡交換、數字視頻網絡存儲、資料查詢檢索回放、多級別遙控于一體、功能齊全的全數字化光纖網絡視頻監控整體解決方案。

系統設備采用模塊化設計，可根據用戶需求配置圖像、數據、通信接口的種類和數量。

ZKON設備基于大規模集成電路及嵌入式操作系統設計，確保設備穩定可靠運行。

支持鏈型、環型星型等多種光纖組網方式及保護功能，支持自愈功能，自愈時間小于200ms。

支持單播、多點單播、組播及轉發等以太網絡通信協議，適應不同網絡拓撲結構及帶寬條件，與各通信廠家的網絡傳輸設備實現聯通及應用。

圖像編碼設備支持高/低雙碼流輸出，分別用于高畫質大屏幕顯示和數字視頻網絡存儲，在保證監控畫質量的同時節省網絡資源及存儲硬盤空間，避免視頻二次編解碼。

ZKON系統采用分布式網絡數字圖像存儲方式，有效降低網絡帶寬占用，提高圖像存儲的可靠性。

ZKON圖像編解碼端采用獨特的內置權限設置，尤其適合分布式多級權限管理，不依賴系統服務器的授權控制，提高了系統運行強健性。

ZKON系統軟件具備直觀方便的可視化操作和靈活豐富的設備控制權限設定，可根據用戶實際需要劃分監控總中心、區域監控分中心、監控管理站等各級單位的權限，實現各級用戶對實時圖像的調看權、控制權、網絡存儲選擇權和對歷史資料的查詢回放權限的細分。

系統支持IE瀏覽及發布功能，適合各部門領導在桌面通過內部網絡或因特網隨時調看現場圖像，可實現交通信息公眾發布功能。

ZKON系統軟件具備強大的系統管理、配置、診斷、運行維護等功能

監控平臺組網、設備選型充分考慮與現有的高速公路監控中心及站端圖像傳輸設備的功能、標準、接口協議的系統互連、互通和互控，保證視音頻傳輸質量和控制信令的暢通，提升系統技術先進性水平，保護前期項目的投入。

本監控平臺子系統可監控總中心其它系統提供網絡接口，提供DLL/控件等多種方式的二次開發接口，實現系統無縫連接。如交通監控業務子系統、交通數據融合處理子系統、交通信息管理和服務子系統等，形成集成網絡綜合信息平臺。

ZKON系統軟硬件設計可以兼容、接入及控制高速公路現有或未來建設的數十種主流廠家的球型攝像機、云臺解碼端、工控機式/嵌入式DVR、視頻光端機、矩陣、操作鍵盤等常用監控器材和設備，為用戶系統設備選型提供更多的靈活性和最優化保證。

支持多路低速數據口（232/422/485）及10/100M自適應網絡數據接入。

編碼端內置多路開關量輸入及報警輸出接口，配合LED指示，可與系統軟件形成聯動控制。

支持網絡遠程配置、程序升級、在線診斷等功能，方便系統調試及運行維護。

根據現場環境選擇壁掛/4U/6U等多種機箱結構，便于室外、室內工程安裝及寬溫度范圍。

應用系統軟件結構

ZKON系統軟件采用C/S結構和B/S結構相結合的方式。C/S結構具有速度快，結構簡單的特點。B/S結構具有安全性好，易部署和維護的特點。軟件系統擬架設多級服務器，主要包括：

數據庫服務器：這是系統最核心的服務器，所有系統的主要配置結構，歷史數據等都儲存在數據庫服務器上。作為核心服務器，可靠性和安全性是最需要考慮的因素。為提高系統的可靠性，需考慮雙機+磁盤陣列的配置。從軟件上考慮，所有的對核心數據庫訪問都必須設計成B/S模式，即所有的客戶端訪問都需通過應用服務器來對數據庫進行訪問。這樣，無論是在網絡安全設計、數據一致性保證或后續系統升級上都比較容易。數據庫服務器的設計上同時要充分考慮備份和恢復的手段和設備。

GIS服務器:GIS服務器一般可以和數據庫服務器統一架設。但考慮到系統安全，我們建議GIS服務器作為一個應用服務器單獨架設。其數據庫可以考慮將比較重要的數據部署在數據庫服務器上，但作為GIS客戶端則只能訪問GIS服務器。這樣，在GIS系統實現，調試和重構時對整個軟件系統的影響可以降到最小。

應用接入服務器：這是系統最主要的一個應用服務器。各個客戶端和WEB中間件通過訪問應用接入服務器實現對系統結構的描繪；對用戶權限的鑒別；對各個設備（如視頻矩陣、嵌入式硬盤錄象機等）的控制和訪問；對業務流程（如預案系統）的調用；對歷史數據和錄象資料的檢索等。也就是說，各個客戶端和瀏覽器方式的客戶實際上是通過應用接入服務器實現對系統設備和系統數據的訪問。應用接入服務器還負責訪問權限的控制，并發訪問的控制，網絡流量管理，訪問日志管理等方面，可以對網絡上的視頻流數據進行最充分的管理和規劃，從而將視頻流數據對網絡的利用達到最佳。這樣，系統結構清晰簡單，系統的一致性、安全性、可操作性和可維護性等都能夠得到保證

針對速公路監控系統的要求，應用接入服務器負責視頻網絡帶寬的管理，以分配64路的總監控圖像流為例，其中8路預留給收費圖像訪問使用。各級監控管理單位在訪問所屬站端圖像時需先向應用接入服務器申請，在符合總的圖像帶寬占用的條件下獲得許可時方可訪問。應用接入服務器應放置于權限最高的管理單位。

視頻網絡存儲服務器：我們建議系統可以設置視頻網絡存儲服務器。對于通過編解碼端上傳的視頻碼流，在各級監控管理站、路中心、區域監控中心均可通過配置網絡存儲服務器實現存儲，統一規劃管理和備份，并可由具備權限的各級監控視頻工作站的操作人員檢索、調閱。這樣，對于重要的甚至是不可恢復的錄象資料又多了幾道可靠的保障手段。將來，各個監控管理單位的視頻記錄設備所記錄的資料也可以由總中心的網絡視頻集中存儲服務器統一收集，再通過流媒體服務器進行分發。系統無論從管理還是使用上將更加方便實用。

網絡存儲是替代傳統DVR錄像機的全新錄像方式，可避免圖像碼流的二次編解碼，保證圖像的高清晰度畫質，方便業務臺的網絡查詢和調用回放操作。

WEB服務器：作為系統的一個主要的發布和應用接入平臺，WEB服務器負責為使用瀏覽器方式的客戶提供應用接入，中間件服務，控件發布和更新等服務。同時WEB服務器作為直接對外的服務接入點，在網絡安全，防入侵和防病毒等方面，尤其是設計的重點。建議盡可能減少script方式，多使用J2EE方式，通過中間件對系統進行訪問。在部分必須使用本地控件的環節（如視頻流接收、解碼），由于牽涉到與系統中其他應用服務器的通訊，所以在設計上要充分考慮其對網絡帶寬，網絡許可等的影響。

對于以上的服務器，我們考慮應用的用戶采用兩種方式來訪問系統：

普通的客戶端：這種客戶端軟件主要安裝在各監控管理單位的監控視頻工作站上，直接訪問應用接入服務器、編碼端、流媒體服務器、視頻網絡存儲服務器等。由應用接入服務器直接鑒權，通過鑒權后從GIS服務器獲得地理信息系統數據，從應用接入服務器獲得系統結構數據從而形成人機界面和系統結構圖?？蛻舳瞬僮魅藛T的視頻查看平臺有兩種：一個是連接解碼端的模擬大屏上顯示的來自編碼端的視頻信號，一個是在計算機上顯示的來自視頻編碼端、硬盤錄象機、網絡存儲服務器的數字視頻信號。（該信號通過視頻轉換后也可以投射到模擬大屏上）。

瀏覽器客戶端：這種客戶端主要安裝在非主要值班部門人員的計算機上。通過WEB服務器上的中間件對編碼端、視頻網絡存儲服務器、數字硬盤錄像機等進行訪問。為簡化用戶操作，建議這種客戶端的界面設計的盡可能與普通的客戶端一致。瀏覽器客戶端的存在一方面可以提高系統的安全性，另一方面也可以簡化大量的安裝，部署和軟件更新工作。讓各級領導和各個部門可以隨時方便地使用本系統。

結束語

交通依靠自身強大軟、硬件開發能力，針對網絡視頻傳輸技術及高速公路用戶需求，開發了ZKON 2000網絡視頻集中監控系統，具有功能強大、穩定可靠的應用優勢

ZKON2000系統包括業務臺（對應速公路監控系統的監控工作站）模塊、網絡存儲（對應高速公路監控系統的圖像服務器）模塊、瀏覽臺（IE）模塊、數據庫（對應高速公路監控系統的服務器）軟件等主要部分。

相信在不久的將來，高速公路圖像傳輸系統將會越來越多的應用在高速公路當中,為出行者帶來更大的便利！