浅谈4G技术在高速公路监控系统中的应用

徐磊

【摘要】 结合工作实践经验及在建工程项目介绍了高速公路远程监控系统的功能、系统特点、组成，及其在高速公路建设中的应用。

【关键词】 4G传输速率 监控系统

一、需求分析

随着城市的发展，高速公路管理要求的不断提高，图像压缩处理技术以及无线传输技术已经成为现代化高速公路监控系统中必不可少的一个部分。另外，计算机网络通讯技术的出现更促进了高速公路监控系统的系统管理智能化、监视远程化、控制网络化、存储海量化、办公高效化的发展。如今无线通信技术已经进入了4G时代，4G是具有通信速度更快、网络频谱更宽、智能性能更高、实现更高质量的特点。那么4G技术究竟会为高速公路监控系统带来哪些好处？本文将就4G技术在高速公路监控系统中的应用进行相关探讨。

二、4G网络的技术优势

尽管架线铺设光缆传输，在收费管理、图像监控、数据通信等方面已经非常广泛。但是城市每公里的光缆造价大约在1万到2万元人民币左右，这种方法前期的投入太大，对于地形复杂非永久性监控很难实行，大规模实现显然是不太实际的。无线4G网络传输技术就是在这样的情况下应运而生的。应用4G技术进行视频监控只需要在控制中心放置一台无线接收设备，就可以完成对高速公路的路况等进行实时的监控。大大减少了维护费用，而且一次性投入较高传输部分的成本相对较低。4G监控是目前最先进的监控技术属于未来室外监控工程的发展趋势相信会成为承秦高速的另一亮点。

三、4G网络的技术简介

安全技术防范行业能够采用的4G无线网络监控技术是一种集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像的通讯方法，采用最新的通讯和图像/语音处理技术，以物联网络基站为载体，能提供信息通信之外的定位定时、可以在任何地址宽带接入互联网，包含卫星通信，数据采集、远程控制等综合功能。在监控系统传输中把数字图像和控制图像相结合，建设灵活的网络来传输数字图像和控制图像，实现本地和远程图像监控及联网报警。另外4G线网络具有所提供的传输速率高，综合成本低、无需布线、安装周期短、维护方便、扩容能力强、灵活移动等特点，支持交互式多媒体业务，如视频会议、无线因特网等，提供更广泛的服务和应用，能够实现对高速公路路政管理的组织、指挥、协调和控制等职能的一体化决策技术支持。中国移动对现有的办公信息系统进行融合，4G发射基站数已经达约2万个，已在北京、天津、上海、南京、杭州等共计14个城市展开4G网络的扩大规模网络试验，采用统一门户管理，打造出了一个集交通信息发布系统、智能监控系统、通信网络系统为一体的智能交通网络平台，进一步改善了高速公路交通管理的社会效果。

四、4G高速公路监控系统的基本实施方案

4G高速公路监控的布设主要是根据高速及环城高速公路路网的实际情况，采用集中控制、分散管理方式，建成一个由空中视频监控、地面巡逻相结合的全方位、全天候、立体式的高速监测体系。该系统主要由前端设备、传输网络、监控中心和监控终端组成。具有对交通事故快速响应、提高道路安全性，移动办公系统功能，实现路政巡查、监控、案件处理一体化。主要实施方案如下：建立GPS车载定位系统，每隔一公里固定视频监控系统，路政巡逻车辆安装车载监控系统，充分发挥移动视频监控系统、安装在监控杆上的LED显示屏提供实时的交通信息、减少车辆延滞时间和交通堵塞程度。每个基础设点上安装全方位360度旋转式高清摄像机及路政巡逻车辆安装车载视频无线监控系统。利用高清晰度摄像机采集前端视频；车载机编码加密模块进行视频数据的编码压缩及加密；再通过ADAER R系列4G路由器进行视频压缩数据的传输发送；每隔一公里建立一个基础设施点，对重点部位加设监控点。监控点应安装在视野宽、无障碍、监控面大的位置，主要在匝道、重要桥涵、弯道、坡路、服务区、收费站加设监控点，系统功能如图1所示。

五、4G技术相对传统监控技术所具有的优点

到目前的正式商用前，三大运营商纷纷提前规划基于4G高速无线接入特性的业务，经历了漫长的过程，4G移动通信无线系统已由从概念的运作，到小范围的试点。

5.1 4G高速公路监控技术相对传统监控技术所具有的优势

在传统有线网络视频监控中，有线线路户外铺设及维护成本非常高的因素，使得视频采集及视频观看的远程接入和传输成本是制约其发展与应用的重要成本。基于4G无线网络的视频监控使得视频监控采用无线监控方式，衍生出更多的应用。无线网络特别是电信运营商铺设的无所不在的建立被监控点和监控中心之间的连接，使得整体有线接入和传输的高成本直接影响了传统视频监控在相当一部分领域和场景的应用。所以基于4G的无线视频监控技术开始发展壮大，并随着用户的不同需求程度，提供多样化的服务。

在以往的车载移动监控中，如应用GPRS网络传输，带宽太窄，视频占用较大，不能较好的满足需求，运动中的图像数据传送到相应监控中心也是难题。而4G高带宽支持在任意地点上传图像与接受远方图像的无线接入，在4G无线传输技术的提升下得以解决。定将独占无线视频监控领域的鳌头。4G技术使过去无法实现的技术难题得到了解决，随着4G技术的不断完善，弥补了无线视频同传的劣势。

目前初期的4G网络足以传送1路CIF实时图像，将最大支持到100Mbps的传输速率，上传带宽能够达到100Mbps，三大运营商都正逐步实现大中型城市的网络覆盖。一旦高速公路全线覆盖手机信号，再加上4G的传输速率，公共交通运输的运行安全性也将大大增强。高清、多路的视频传输将使高速公路的监控更加轻而易举。进而提高了对突发状况的处理能力。

5.2 4G技术应用的广泛性

4G技术的移动性和高带宽等特性使得傳统的安防监控方式有了更深度的融合应用。从第一代的模拟监控，安防监控的技术开始发展，到第二代的数字监控，再升级到第三代的网络监控，移动监控业务大大扩展了高速公路监控行业。在4G的带动下，网络化监控从有线向无线快速发展。

5.3 4G监控技术与具体行业的深度融合

无线网络视频监控与具体行业的深度融合将成为网络视频监控市场发展的必然趋势。目前4G网络监控设备主要是手机，终端或PDA终端通过4G网络对监控点进行监看和管理的后端移动或无线。随时随地及时掌握现场情况，4G无线监控设备指监控前端是移动或无线的和比如4G网络视频服务器、4G网络摄像机等设备。使得监控不再受地理位置、現场环境、线路资源等限制；并且能同时将采集的视频信号进行编码后通过4G网络进行传输。

六、工程实施方案

6.1 供电方式

如电源较远，则采用风光互补的方式，项目尽量采用就近市农电引入以有效的节约能源。

6.2 接地方式

要求接地母线采用铜质线，监控系统设备采用一点接地方式，单独接地电阻不大于4欧姆，其线芯截面积应不小于25mm2。综合接地电阻不大于1欧姆，不与强电的电网零线短接或混接，接地线不形成接地回路。

6.3 系统防雷措施

除了做良好的接地以外，还要同时还要做好前端单元电源的防雷措施。采用视频信号防雷器、控制信号防雷器、电源防雷器，可对前端设备起到良好保护作用。在电子设备和防护设备之间做良好的隔离。

6.4 电源线防雷接地

根据对雷电波的频谱分析，雷电波的绝大部分能量集中在40KHZ以下，电源线是分布最广的传输线，在各种各样的传输线中，也就意味着受雷电感应的几率最高，统计数据表明，60%-80%的感应雷电入侵波来自于电力传输线。最易引入感应雷，另外，其中最大的谐波分量就在工频附近，因此，雷电波最易和电源线发生耦合。

系统对户外设备采用了安全可靠的二级电源防雷措施，为防止雷电感应损坏相关设备，强电汇流排用BVR16mm2多丝铜芯线引到前端设备箱接地点并牢固连接。在24V交流变压器的输入端和输出端并接交流电源避雷器。避雷器地线应用接地铜线与前端设备箱中的强电汇流排牢固连接。

6.5 视频信号线和控制信号线防雷接地

视频信号避雷器和控制信号避雷器的地线应用接地铜线与前端设备箱中的汇流排牢固连接，在视频信号线上和数据控制线上可以根据需要分别接入视频信号避雷器和控制信号避雷器。室外摄像机的视频线和控制线由于传输距离较长，也是易受雷击的环节。汇流排则用BVR16mm2多丝铜芯线引到前端设备箱接地点并牢固连接。

七、4G网络监控技术应完善的地方

目前，交通的道路监控对监控系统的要求很高，由于当前能够实现盈利的运营商视频监控平台基本都处于特定行业用户上，所以4G网络在应用时还必须具有有线侧图像能够实时看得清、录像存得好、云台控制等指令响应得快等性能。还应考虑增加了对无线视频采集（如交通巡逻、执法等）及移动视频观看和控制的应用要求。

八、结束语

高速公路监控系统的发展，多种系统技术的融合发展，在未来几年将会全部过度到数字系统，大型高速公路视频监控联网将成为现实。4G技术的应用的将逐渐普及是未来监控系统发展的方向趋势所在。

参 考 文 献

[1] 王陶陶. 浅析高速公路监控系统的设计与应用[J]. 山西交通科技，2013（5）：98-100

[2] 王陶陶. 浅析高速公路监控系统的设计与应用[J]. 山西交通科技，2013（5）：98-100

[3] 郑佩洪. 高速公路监控系统设计浅谈[J]. 华东科技：学术版，201（1）：138-138