浅析高速公路视频传输设备选型要点

戴开春

浅析高速公路视频传输设备选型要点

戴开春

根据高速公路视频传输特点，笔者建议在高速公路监控系统中使用传输频带宽、通信容量大、传输距离远、不受电磁干扰，线径细、重量轻、成本低且易于布线等优点的光纤+非压缩视频光端机+同轴电缆的方式来传输。

高速公路视频监控的需求

近年，我国高速公路建设正以前所未有的速度发展，截至2009年，高速公路总里程已经跃居世界第二位。

伴随着高速公路的建设，高速公路运营管理成为亟待解决的问题。由于运营管理者需要对高速公路运营路况实时、全面地了解和掌控，所以高速公路全程视频监控系统也随之应运而生。

高速公路视频监控系统一般分为收费监控和道路监控两部分。 收费监控系统主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况，对收费车道通过的车辆类型、收费员的操作过程以及收费过程中的突发事件和特殊事件进行观察和记录，实施有效的监督。道路监控系统主要是对高速公路干线、互通立交、隧道等高速公路重点路段进行监视，掌握高速公路交通状况，及时发现交通阻塞路段、违章车辆，若给予引导，保证高速公路的安全通畅。

高速公路对传输方式的选择和要求

高速公路监控系统传输的特点

根据高速公路视频管理的特点，高速公路视频监控系统分为收费监控和道路监控两部分。在收费监控信号传输中，由于车道和收费管理处的距离比较近，一般在几百米到上千米之间，收费监控常常需要传输较多路数的实时图像，通常伴随的多路音频、数据、对讲和以太网等，业务功能丰富、数量多是收费监控的基本特点；道路监控方面，由于高速公路监控传输的距离比较远，对图像实时要求高，视频路数数量大，道路上的传输结构复杂，环境恶劣是道路监控的基本特点。

根据以上的这些特点，我们建议在高速公路监控系统中使用传输频带宽、通信容量大、传输距离远、不受电磁干扰，线径细、重量轻、成本低且易于布线等优点的光纤+非压缩视频光端机+同轴电缆的方式来传输。收费监控常常需要传输较多路数高质量的实时图像，通常伴随的多路音频、数据、对讲和以太网等，因而建议选择传输频带宽、通信容量大、不易受电磁干扰布线方便的光纤光缆加非压缩视频光端机的方式进行传输。

应尽量采用单模光纤而非多模光纤

然而在我们选择了光纤的传输方式后，还应该注意尽量采用单模光纤而非多模光纤。在以往的标准和使用习惯中，我们常常会这样选择：传输距离在2千米以内的，选择多模光纤；超过2千米选用单模光纤。原因是，早些年由于光纤制造工艺和光器件方面的缺陷，如由于单模光纤的制造工艺复杂而导致成本很高；由于我们常用的光接收器件在传输距离较近的环境中使用时，容易出现接收功率饱和现象，从而造成在使用中的设备应用场合兼容性差等问题。如今这些技术上的问题已经不再是问题。在成本方面，单模光纤的价格和多模光纤的价格已经差不多。光器件的动态范围也已经可以从0到最大传输距离无需调节便可稳定使用，且单模光纤的传输速率高，没由模间干扰，也没有反射等缺陷。我们可以在全程采用单模光纤传输（实际现在大部分多模光端机已经采用了单模器件技术，因此在新敷设光纤时建议淘汰多模光纤）。

视频传输光端机的选择

在这里，我们同样要根据高速公路监控系统传输的特点，来考虑选择什么样的光端机进行传输。

收费监控光端机的选择：收费监控系统主要是对收费站的车道、收费广场、收费亭的收费情况进行监控，它的图像需要传到收费管理处，距离近、图像多、业务丰富是它的显著特点，因此一般应选择点对点传输的多路数字视频光端机。

外场道路监控光端机的选择：外场道路监控比收费站监控更复杂，需要对互通立交以及重点路段设置监控点，在高速公路路段上每隔2千米左右设置一个监控点，有隧道的高速公路还需在隧道内每个方向每隔150米左右设置一个监控点。摄像机控制信号和外场需要通信的信号比较多，图像信号、云台控制、监视仪、可变情报标志或情报板、信息诱导屏或信息发布屏、车辆检测器、能见度检测器、气象检测器、监控点设备机箱防盗门磁开关等丰富的信号需要传输，在一条几十公里到上百公里的高速公路上，需要传输上百路图像和云台控制信号，还有大量的其它信号需要传输，点对点传输的方式在这里将受到距离远和监控点分散等不利条件的限制，因此可以选择将图像通过点对点的图像光端机传到就近的收费站，再在收费站通过大路数点对点光端机传到高速公路管理中心。另外我们还可以通过更先进技术的级联型（或称节点式）光端机，将路段上各点图像分别集中，然后按照汇聚点的先后顺序依次将所有视频串行传输到监控中心。这样，每条串行通道仅需占用1芯光纤，而每条光纤链路分别可设置10-16个汇聚节点，每两个汇聚节点之间的距离可达几十，也可解决因点对点大路数视频光端机不能传输上百千米甚至几百千米的传输，因为每条光纤链路上可接入10-16个图像和若干数据的接入，一条上百路图像的高速公路也只需几芯光纤即可把所有图像都传回管理中心了，大大节省了光纤的资源。

对光端机性能方面的选择：目前市场上多路数字视频光端机，涉及的技术指标种类繁多，大部分工程商和用户也缺乏相应的手段而无法判断技术指标的合理性与真实性，因此在选择产品时容易迷失方向。然而在高速公路监控系统中，由于环境条件更恶劣，传输距离远，对图像的要求更高，且必须达到国家所要求的较高的系统传输要求。笔者在这里描述了几项在工程中比较关键且容易验证的技术指标，并着重从可靠性和实用性方面，分析了在安防监控工程中怎样选择数字视频光端机。

1.技术指标考虑

多路数字视频光端机可具备多种功能，每一类功能都有相应的技术指标要求，如视频指标、音频指标、异步数据指标、以太网指标等等。具体的技术指标可以要求厂商提供第三方的测试证明，有条件的工程商应该在选购设备前按照厂商提供的指标进行复测，以检验设备的实际技术指标和厂商的诚信度。这里着重从工程的角度简单说明以下两项视频指标。

视频带宽足够——视频带宽是一个老生常谈的问题。视频带宽不足，监视画面细节部分就不够清晰，水平分辨率就低，严重的甚至会出现色彩失真或丢失。正是由于视频带宽对图像质量的重要性，有些不法厂商故意夸大产品的视频带宽欺骗客户。有些厂商生产的多路数字视频光端机宣称其视频带宽为8M，可其对外公布的视频采样频率是12.5M。按照奈奎斯特采样定律，要真实地还原信号，其采样频率至少应该是信号频率的两倍。如此算来，这些厂商的光端机其理论视频带宽无论如何也不可能超过6.25M。显然，这是一个夸大性能欺骗客户的谎言。但并不是所有的客户都能够准确识别厂商的谎言，对于一般的工程商和用户通过观察图像的细节，可以粗略判断设备的视频带宽。

APL范围足够宽——APL，即图像平均电平，许多工程商不太注意或不太熟悉这个指标。但是，如果说到有些工程中遇到这么一个问题：视频信号经过光端机传输，当画面中有大面积的白色时（如摄像机被强光照射时）监视器上的画面就会水平抖动，那么工程人员一定不陌生。这就是因为有些厂商生产的视频光端机的APL范围太窄，当图像信号中有大面积白色时，每行图像信号中的直流分量增大，APL将会升高，从而造成行同步信号幅度减小或丢失，监视器无法检测到行同步而发生画面抖动。

2.可靠性考虑

作为安防监控工程，设备的可靠性应该是第一考虑要素。而设备的可靠性是设备厂商在产品设计时就必需考虑的，但是，有些厂商可能会因为某些原因而不愿做或不知道怎么做这方面的工作。这里着重从工程的角度简单地讨论以下问题。

供电方便，电源范围宽——供电是保证数字视频光端机可靠性的首要考虑要素，供电不能保证可靠、合理，谈数字视频光端机的可靠性就成了水中捞月。采用220VAC供电的视频光端机取电比较方便，可靠性也较高，工程中应视情况尽量选择220VAC供电的光端机。然而在外场设备中有时220VAC供电会很不方便，就会用到24VDC供电的太阳能供电，在太阳能供电是就需要考虑光端机的供电电源的灵活性和功耗是不是够低了。

3.温度、湿度适应性强

在有的安防监控工程中，光端机的工作条件比较恶劣，温度变化范围宽，空气湿度大，有的野外监控点偶尔还会停电。这都要求多路数字视频光端机在温度范围和允许的湿度方面有更多的考虑，以保证其能在恶劣环境下稳定工作，适应安防监控需要。

4.接地考虑

在安防监控工程中，保证设备的良好接地是保证设备可靠性的重要环节。良好的接地，对设备抵御浪涌冲击、防静电和防雷击都有好处，可以显著提高设备的可靠性。因此，选择光端机时，应特别注意厂商的接地方案，由此也可以看出厂商的实力。一个好的接地应有以下方面的考虑：

首先，光端机的电源必须接地。作为工业级产品，为了设备和人员的安全，多路数字视频光端机应采用国标220VAC三芯电源线与三眼电源插座相连，而不能为了省事采用两芯电源线与电源插座相连。而且，工程中应保证电源插座的地线与大地可靠连接。

其次，光端机的信号地应与机壳地、大地相连，为积累的静电荷提供泄放回路，防止静电荷积累，损坏设备。光端机的信号地与机壳地、大地间的良好连接，可有效地预防感应雷对设备造成的损坏。

最后，多路数字视频光端机的RS485数据端子也应提供接地线，以便在工程中与对端设备的地线端子相连，避免因RS485通道两端设备间的地电位差损坏数据端口。

5.端口保护

光端机的视频端口、音频端口、数据端口都是极容易遭受损害的部位，静电、浪涌、感应雷击都有可能造成光端机端口的损坏，除工程中应该严格按照施工要求小心操作外，设备本身也应该提供必要的端口保护，选择光端机时，应特别关注厂商的端口保护措施。

6.故障隔离保护

我们前面讲到，在外场视频监控时由于距离比较远、视频路数多、光纤资源稀缺，我们使用了级联式（也就是节点式）光端机，然而在使用过程中，难免会出现其中的设备会出现故障或停电的情况，为了使不会由于故障或停电造成本条链路中的其它设备的正常使用，可以选择在没过节点中加光保护开关装置，使故障点自动隔离，不会影响到其它任何设备的使用。

7.光纤链路的保护

在对图像要求较高的路段，可能会考虑到光纤故障的备份考虑，以便在某芯光纤出现故障的时候，设备仍然可以正常工作。这时我们就需要对设备作双光纤保护措施，双光纤保护光端机可以在某一芯光纤发生故障时，自动将业务从另外一芯备用光纤中传输，完成业务的不间断传输。

8.对光端机辅助功能的要求

现在，光端机除提供视频信号的传输通道外，还能提供丰富的其它信号传输通道，如音频信号、异步数据信号、以太网信号、对讲、开关量信号和普通电话信号等。这些信号都可以用电缆直接连接，只是通过光端机连接能传输更远的距离且减少电缆数量，这时光端机在形式上就成了电缆的简单替代。大多数情况确实如此。如一个简单的RS485或RS422的反向控制信号、一个点对点的双向音频信号、一个三线制的用于上位计算机与电子警察连接的RS232信号等，都能通过光端机简单替代电缆实现连接。可是另一些情况就不同了，如普通电话信号中就有-48V的馈电、一些对讲系统除提供供电外，还增加了控制信号。并且有的信号接口形式上看与光端机的类似，实际却不同，如单工RS485和半双工RS485等，这些信号通过电缆直接连接时，系统能正常工作，但如果用光端机的普通功能接口连接，系统就无法正常工作了，这时常常会认为是光端机的接口工作不正常，其实却不然。

因此，在选择配置光端机的辅助功能前先要详细了解系统的连接及各个将要与光端机连接的端口的接口类型、有无通信协议、是单向还是双向，除明确知道的功能外此端口还提不提供如供电等其它功能。要准确地了解这些信息要求对所使用的设备性能有相当充分的掌握。如很多人在选用光端机时提出需要一个数据通道用于传输“曼码”，可是“曼码”只是一种数据格式，或者说是码形，并不能说明所需要的数据接口的类型、传输速率等参数。另外，“曼码”在安防行业内也不是一种标准码，目前AD、PELCO、三星等公司的产品都能提供用“曼码”控制的设备，但这些“曼码”却并不相同。当然，有的光端机厂家明确标示其接口支持特定公司的产品则例外。明确了所需的辅助功能，还要确定选用模拟光端机还是数字光端机，这时基本上可以根据视频通道数及辅助功能的多寡来定，当视频通道数多于2个或辅助功能多于2个或相同辅助功能的通道数多于4个，则最好选用数字光端机，否则也可以用模拟光端机。

9.对光端机光纤活动连接器接头的要求

光纤活动连接器已有很多种类型了，按连接头结构型式可分为：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等型式，按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC等类型，而当前应用最广的结构形式只有FC、SC和ST三种。各种型号的连接器都有自己的特点和用途。一般长距离或大容量通信大多使用FC型或SC型连接器，其优点是插入损失小、安装容易、稳定性高。短距离(≤20km)信号传输则较多用ST型连接器，且多用于多模系统，因为其精度要求不高，成本也就较低。在早期的工程中，几乎全部采用ST连接头，这主要与采用模拟光端机和多模光纤有关。后来，在多路视频光端机广泛应用及数字光端机加入的情况下，如果仍毫不犹豫地选用ST连接头，可能就不合适了。比较理想的选择应该是FC连接头，由于它采用螺纹紧固，能提供稳定可靠的连接。SC连接头是插拨式的，工程中可能会误将光纤接头拨下或拨松，给工程施工带来麻烦。

10.光端机音频接口和对讲接口对音频传输电缆的要求

音频电缆一直是一个最容易出问题的部分，经常会造成音频声音失真甚至产生较大的噪声，但是相当多的人并不重视它。音频信号有单声道和双声道，线缆或短或长，线芯有粗有细，有屏蔽和没屏蔽的线，包括线缆的路由环境，地线干扰都会对声音的最终效果产生影响，一般情况下我们建议最好用屏蔽线缆传输音频，尽量避免和强电磁干扰的环境中布线，尽量避免用双绞线传输单极性的音频或对讲信号。

11.对光端机信号指示灯的要求

视频光端机由于除了传输视频外，还传输大量的其它辅助信号，因此光端机必须有丰富的指示灯对设备的运行状态加以显示，一般情况下，至少应有电源指示、光路指示，信号同步指示、视频指示、数据指示等，总之越丰富越方便了解设备的运行状态。

12.对光端机结构设计要求

如今的一套光端机便可传输大量的视频、数据、音频、电话、对讲、开关量等信号，总会由于材料、工期等原因，也不可能一直靠厂家提供大量的备用品，一旦某一个功能损坏后必然会影响整套设备其它功能的使用。因此，我们建议，在选择光端机机时，一定要检查设备是不是模块化的设计，每个接口是否能很方便地进行维护。所以，重视设备的模块化设计，对于售后服务的速度和质量而言至关重要。

用光功率计仪表检测检查光纤的损耗：光端机在正常情况下的发光功率：单模20千米：-8db-12db之间；单模60千米：-5db-8db之间；如果在光端机的发光功率在-＜-15db，那么可以判断这个光端机是有问题的。

另一种检查方法是用于确定一段事先存在的光纤中的最大信号损耗计算是否光缆有故障。

公里数=(发光功率-收光光率)/每公里衰减数

光纤每公里的最大衰减数如：

1300波长=0.45DB/KM

1550波长=0.25DB/KM

如果计算出来的距离比实际距离短，说明光缆线路没有故障，如果计算出来的距离比实际距离长，说明光缆线路有故障，应尽早检查光缆。

光端机常见故障的排查

光缆故障一般可分为两种，一种是光缆断开（包含光缆接错），造成光缆两端无光，光端机没有任何反应；第二种是光缆或光缆续接头损耗过大造成光端机收不到信号或受到的是误码信号。

实用性考虑

每一家厂商提供给用户和工程商的都应该是成熟产品，而不是科研样机，因此它必须有实用性方面的考虑。在选择光端机时，用户和工程商可以从设备的实用性角度多做考量。其一，实用性方面的问题，用户和工程商容易判断；其二，很难相信不能将实用性做好的厂商能把光端机的可靠性和技术指标做好。这里着重从以下几个角度简单地讨论光端机的实用性。

由于多路数字视频光端机技术含量高，首先其外观应小巧精致、美观大方，整体结构必须尽量符合工程安装要求。其次，一般室内型多路数字视频光端机除采用19英寸宽度以适应安装于标准19英寸机柜外，还应兼顾工程中将光端机置于桌面或壁挂的需要。最后，多路数字视频光端机还必须具有良好的散热性能和电气接触性能。

作者单位：湖北东光电子股份有限公司