中冶南方城市建设工程技术有限公司 湖北武汉 430077
摘要：随着国民经济的发展及工程技术的进步，视频监控技术及高速公路系统得以迅猛发展。文章综合论述了视频监控技术的发展历程，以及视频监控技术在高速公路系统中的应用及发展状况。
关键词：视频监控；高速公路；发展；应用
引言：随着城市现代化建设步伐的加快、人民生活水平的迅猛提高、互联网络技术、信息科技技术等的迅猛发展，人们对人身财产安全、生活舒适、高效管理、低碳节能、人性化服务的要求越来越高，从而进一步推动了建筑智能化技术的快速发展。建筑智能化，在中国国家标准《智能建筑设计标准》中的定义如下：“它是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。”作为建筑智能化安全防范体系的重要组成部分，视频监控系统具有先进性、智能化、高效性，便捷性。视频监控系统通常可分为前端信号采集部分、中间信号传输部分及后端控制存储与显示部分。管理人员在集中监控点，可以对布放视频点区域内的情况进行动态实时的监控，管理和分析，存储单元内保留的影像资料，也可为事后的舆情回溯处理等提供最直观有力的证据和支持。视频监控技术发展经历了3个主要阶段：模拟视频监控系统，数字视频监控系统和网络视频监控系统。
1.模拟视频监控系统
模拟视频监控系统的核心设备有：前端信号采集部分：模拟摄像机、解码器及云台等相关附件；中间信号传输介质：用于视频信号传输的同轴电缆（BNC接口）和用于控制信号传输的控制线等；后端信号控制存储显示设备：控制键盘、磁带录像机（Video Cassette Recorder即VCR）、视频分配器、视频矩阵和监视器等。模拟视频监控系统的典型应用构架如下图1所示。
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图1模拟视频监控系统构架图
模拟视频监控系统是最早的视频监控系统，一经出现便得到了迅速的普及和应用，但也有其明显的局限性：模拟摄像机采用隔行扫描，因此运动物体易产生梳状的锯齿，其清晰度不高；用于信号传输的同轴电缆的传输距离也仅为两百米而已，超过此距离就会使图像产生失真，因此限制了模拟视频监控系统的应用范围，且一般只在就近监视器上显示；磁带录像机需耗费大量的磁带，而由于磁带此介质容易受环境、温湿度及磁场等因素干扰且不易于保存，且磁带只能顺序读取的特性又不利于进行事后的查找回放操作、工作效率无法满足日益增长的管理需求。
2.数字视频监控系统
由于模拟视频监控系统存在诸多不足，且得益于视频编码压缩技术、多媒体图像处理技术等数字化技术的更新换代，自动化和高效化的数字视频监控系统应运而生。
数字视频监控系统相较于模拟视频监控系统在性能有了极大地提升。数字视频监控系统的核心设备是硬盘录像机（Digital Video Recorder 即DVR），其将集录像、画面分割、摄像机云台及镜头控制、报警处理等功能于一体，将前端监控点传来的模拟视频信号以数字化编码格式进行压缩并存储在硬盘上。VCR很快便全面被DVR取代了，并在视频存储、查找和回放等方面有了质的提高。当前按硬件结构来说，硬盘录像机主要分为两种：工控机式（PC式）和嵌入式（DSP+MPU式）。工控机式DVR一般由工业用主板加专用视频采集卡实现，并建立在Windows等操作系统上；嵌入式DVR基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统，结构简单、性能稳定、交互性强且便于操作。工控机式DVR采用开放式构架、兼容性强、便于迭代升级，但其不足是易于遭受网络攻击。
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图2基于NVR的网络视频监控系统构架图
嵌入式硬盘录像机操作简单易于维护且比较稳定，因此选择嵌入式硬盘录像机的用户目前越来越多，其应用场景也日益广泛。但采用DVR的数字视频监控系统由于其自身构架的局限，仍通过同轴电缆接受模拟摄像机的视频信号，故常应用于小型的监控场景。
3.网络视频监控系统
网络视频监控系统一般为安全监视和远程监控领域内用于特定场景的IP网络监视系统，使用者能够通过IP网络实现视频监视及视频图像的录像、以及相关的报警管理。模拟视频监控系统采用点对点的模拟线缆敷设，而网络视频监控系统采用网络来传输视频及其他与监控相关的各类信息。[2]网络视频监控系统可基于NVR或基于服务器+磁盘阵列的构架，其典型应用构架分别如图2、图3所示。其中，基于NVR架构的网络视频监控系统节约了存储服务器等的成本，并可实现云存储功能。NVR架构主要适用于中小型监控方案，对于大型监控方案该构架显得捉襟见肘。基于服务器+IPSAN架构的网络视频监控系统以流媒体服务器为其架构的核心设备，提供前所未有的流媒体转发能力，由存储服务器和存储阵列共同完成视频数据的存储，存储的设备可在物理上集中或分散分布，这大大扩展了系统在物理上的链接范围，且因此使得系统的构架变得更加灵活。
4.视频监控系统的应用
此文以视频监控系统在高速公路的应用为研究对象，高速公路监控系统的管理构架一般包括三个层级，依次为省级监控中心、路段监控（分）中心和基层监控单元（隧道管理站、桥梁管理站等）。[3]而从实现的功用来划分，高速公路监控系统主要分为收费监控和交通状况监控两个子系统，而交通状况子系统又可分为道路监控和隧道监控两部分。由于早期的高速公路受技术发展的限制，其监控系统往往采用模拟监控，而模拟视频监控系统不便于大规模的应用管理，智能得到有限区域的事实视频图像，且仅依靠管理人员的肉眼与经验来进行路况的监测与管理。因此新建的高速公路监控系统往往采用最新的基于网络技术的视频监控系统，以便于实现大规模的监控、系统互连及智能管理。新一代智能视频监控系统正在为高速公路提供车牌识别、车速测量、逆行警告和流量统计等多种智能化可选功能，并正在发挥着越来越重要的作用[4]。
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图3基于服务器+IPSAN的网络视频监控系统构架图
结束语
总之，随着技术的进步，视频监控系统也正在加速发展，这将为高速公路等领域的日常管理、事后取证等工作带来极大的便利，其主要的发展方向有以下几点：一是高清化。高清晰度、基于百万像素的CMOS传感器的高清网络摄像机已诞生多年，并在向着更加先进的方向发展，采用逐行扫描的技术可以得到更加流畅清晰无失真的画面，随着技术的成熟，整个系统的成本也在逐步降低，这必将加速先进设备的普及。二是智能化。随着信号处理技术、人工智能技术以及计算机视觉（Computer Vision 即CV）技术的发展，利用视频内容分析技术，在视频监控系统中加入视频智能分析模块，借助专业计算机强大的数据处理能力将画面中的背景和前景目标进行分离，进而识别不同的物体，以提取出换面中的关键有用信息，就可为系统快速准确的实现报警功能提供保障。[4-5]
参考文献：
[1]杨磊，李峰，田艳生，等.闭路电视监控实用教程[M].北京：机械工业出版社，2005：1-6.
[2]苏志贤.智能视频监控技术[M].北京：电子工业出版社，2018：4-7.
[3]中华人民共和国交通运输部.2012年第3号公告高速公路监控技术要求[M].人民交通出版社，2012.
[4]胡建科.高速公路视频监控系统架构设计优化研究[J].西部交通科技，2019，8（8）：156-159.
[5]苏志贤.基于人机交互和网络传输的智能视频监控系统研究[J].山东农业大学学报（自然科学版），2017，48（1）：108-11