基于epon技术的高速公路视频监控系统应用研究

贾磊

摘要：高速公路具有设计标准高、车流量大、行车速度快等特点。视频监控在整个高速公路监控系统中起到了重要的作用，在发现事故、排除事故、预防事故等方面起到了良好效果，保护了高速公路的安全运行。在高速公路上布置视频监控系统可有效减少交通事故发生的概率，最大程度疏导交通。EPON技术作为光纤接入网的重要通信方式之一，能够较好地满足高速公路视频监控系统的严格要求。因此对EPON技术在高速公路视频监控系统中的应用加以深入探究，有着重大的意义。

关键词：EPON技术;视频监控系统;宽带链接

中图分类号：TN948.6;TN929.1文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）06-0060-02

Abstract：Theexpresswayhasthecharacteristicsofhighdesignstandard，largetrafficflowandfastrunningspeed.Videosurveillanceplaysanimportantroleinthewholeexpresswaysurveillancesystem，whichhasplayedagoodeffectinfindingaccidents，eliminatingaccidents，preventingaccidentsandsoon，andhasprotectedthesafeoperationoftheexpressway.Placingvideosurveillancesystemonhighwayscaneffectivelyreducetheprobabilityoftrafficaccidentsandfacilitatetraffictothegreatestextent.Asoneoftheimportantcommunicationmethodsofopticalfiberaccessnetwork，EPONtechnologycanmeetthestrictrequirementsofexpresswayvideosurveillancesystem.Therefore，itisofgreatsignificancetodeeplyexploretheapplicationofEPONtechnologyinexpresswayvideosurveillancesystem.

Keywords：EPONtechnology;Videosurveillancesystem;Broadbandlink

引言：高速公路是重要的交通运输和出行纽带，是保障我国经济发展和企业良好运行的重要基础建设。目前，我国高速公路的视频监控系统已经基本建设完毕，对降低交通事故、疏导交通方面起到了良好的作用，EPON技术作为一种前沿通信技术，在视频监控系统中有着良好的应用前景和应用价值。

1EPON技术的定义

EPON技术全称EthernetoverPON技术，本质上是一种光纤接入技术。光纤接入技术从接入技术上可以分为两大类，分别是有源光网络技术和无源光网络技术。1983年，BT实验室基于无源光网络技术，率先研发出了PON技术，也就是PassiveOpticalNetwork技术，这种技术是一种纯介质网络，消除了局端与用户间的有源设备，避免了外部设备的雷电影响和电磁干扰，能夠减少整个系统的故障率，提高稳定性，并且很大的降低了维护设备的成本[1]。PON技术可以适用任何制式和速率的信号，拥有非常良好的适应性，在各种信息系统、网络系统中应用广泛。其中EPON（EthernetoverPON）也成了最为实用的技术，EPON技术采用点到多点的构造，使用无源光纤传输信号与信息，在以太网上能提供更多的业务。目前，EPON已经成为光纤接入网最有效、最实用、应用最广泛的通信方式之一。

2EPON的结构组成

EPON主要是由无源光网络和以太网构成的，无源光网络又由局端侧的光线路终端（OLT）、用户侧端网络单元（ONU）和光纤分配网络（ODN）组成，采用树型拓扑结构，使用上行1310nm和下行1490nm波长传送数据，语音CATV业务则使用1550nm波长承载，再根据与以太网的协议，与以太网完成接入[2]。无源光网络中，OLT是终端设备，主要是交换器或者路由器，一般放置在机房中心，是各种业务进行的平台。在整个EPON框架中，OLT是系统的核心，有着为客户传输数据、分配带宽的重要作用，是EPON系统稳定、安全运行的重要保障。ODN为无源光网络的线路分配器，它的功能是分发下行数据和集中上行数据，分为光纤和无源光分路器两部分，无源分路器不需要电源，抗电磁干扰能力强。无源分光器的部署相当灵活，由于是无源操作，几乎可以适应所有环境。在ODN线路的设计上要考虑客户所处的地区、客户密度等多种元素。OND是EPON的接收单元，能够对用户的业务作出精确的划分和调整，并根据与以太网的协议，接收设备终端发出的信号和数据，并转换成为用户需要的形式。

3EPON技术的在高速公路视频监控系统中的应用优点

EPON技术作为应用最为广泛的光纤接入技术，有着许多优点。由于EPON技术使用无源光网络，在信号和数据传输过程中不需要外部供电，抗干扰性能强，铺设起来更加简单，因此这种技术的成本较低，适合大面积推广和应用。另外EPON系统容易扩展和升级，升级时不需要对原有框架进行大的改动，而且维护成本也很低，对长期运营和管理的成本节省很大。EPON系统对局端资源的占用少，系统高度模块化，初期投入低，扩展容易，而且EPON是一种着眼于未来的科技，是一个业务广泛的平台，对于向全IP网络过渡是一个非常好的选择，投资回报率高。EPON系统能为客户提供上下行对称的10Gbps带宽，通讯性能优异。EPON系统的服务范围大，通过点到多点的网络结构，能够节省带宽资源，服务更多的用户。

高速公路上的视频监控系统在高速公路正常运行和人们出行安全反面发挥着重要作用，对带宽速度、视频清晰程度、实时图像上传的准确性，都有极高的要求。由于我高速公路往往距离较长，导致需要的接入点多，可能需要上百甚至是上千个接入点。另外，视频监控系统的图像采集点分散，经常有隧道等机电系统较为密集的区域，对视频监控系统也有很大的影响。目前，EPON技术能较好满足高速公路视频监控系统的种种严格要求，因此对EPON技术在高速公路视频监控系统中的应用开展探究具有重要意义。

4EPON技术在高速公路视频监控系统中的应用探究

4.1高速公路视频监控系统的运行机制。高速公路具有设计标准高、车流量大、行车速度快等特点。视频监控在整个高速公路监控系统中起到了重要的作用，在发现事故、排除事故、预防事故等方面起到了良好效果，保护了高速公路的安全运行。高速公路监控系统需要对整条路线进行全程监控，监控范围包括隧道、收费站、服务区等，视频传输的介质主要是沿线铺设的光纤。高速公路上的视频监控系统主要由服务器、客户机、摄像头、数据库、信息处理机、通讯终端等组成。其中数据库服务器负责相应客户机的数据请求，传递指令、反馈信息，存放设备参数和操作日志。客户机主要包括通信管理模块、路段监控模块、图形处理模块、信息处理模块、视频监控模块等模块组成，是高速公路视频监控系统的核心。在监控系统正常运行时，数据库服务器和客户机会在计算机网络上连接，形成一个局域网，又通过局域网和光缆来控制整条高速公路上的监控设备。其中，前端图像采集系统是上级监控系统中的一个重要子系统，主要工作包括实现视频的实时切换与采集，控制视频矩阵，连续抓取关键路段或隧道中的现场图像，并对摄像机的云台、镜头焦距、倍率控制、拍摄角度进行控制，为监控中心提供清晰、有效的图像。

4.2EPON传输与以太网交换机传输的区别。高速公路视频监控系统涉及到的视频、图像规模大，需要极高的带宽和上传速度，对于设备控制的精度有较高要求。传统的视频监控系统使用以太交换机进行数据接收和传输，以太网络采用共享总线型传输媒体方式的局域网。以太网交换机每个接口都与主机以全双工的模式相连，交换机能同时联通多对端口，使每一对主机在相互通信时都可以独占通信媒体，从而完成无冲突的信息传输。

随着数字化技术有了飞速的发展，给摄像机的应用与发展带来了巨大的改变，目前高清数字化摄像机的应用在高速公路视频监控系统中已经成为主流趋势，由于高清数字化摄像机会收集更加丰富、复杂的信息，其相关的数据传输设备也随之发生了变化，在这种背景下，以太网交换机的传输效率和传输速度都已经无法满足视频监控系统的需求，出现多点故障时将直接影响整个视频监控系统。

EPON是一种新型的光纤接入网技术，EPON系统采用多点结构，无源光纤传输，能够在以太网上提供更多类型的服务，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。具有更高的带宽和信息传输速率，兼容性、扩展性强，信息指令也更加丰富，可以处理更多更复杂的视频信息，能够很好的弥补以太网交换机的缺点。而且EPON系统还拥有更好的穩定性和安全性，即使一个或几个同时出现问题，也不会影响整个视频监控系统的正常运行。因此，EPON系统逐渐取代了以太网交换机，在高速公路视频监控系统中得到了更加广泛的应用。

4.3视频监控系统的终端控制作用。在高速公路视频监控体系中，EPON系统相当于一个控制平台，EPON系统中线路终端（ONU）和用户侧单元件（OLT）之间的最大距离为20km，高速公路通信站设有多个OLT设备，并通过配置多个PON口，实现监控系统的接入。为了节省光纤资源，监控系统一般采用5∶95的逐级分光方式，在隧道中每隔200m设置一个监控点，因此一个ONU设备会控制一条路上的设备终端。同时，编码器可以与ONU设备连接在一起，减少单个设备发生故障的几率，有利于提高监控的稳定性。在通信站，OLT设备通过以太网连接到高速公路的传输平台，从而完成与监控平台的连接，可以随时将信息数据传输到监控平台，提高了信息的实时性和准确性。另外，EPON技术可采用树形线性的网络连接方式，可以同时提供高达1Gbps的带宽，非常适用于视频监控系统的数据传输。

4.4EPON系统在IP视频监控上的应用。当前的高速公路视频监控网络属于城域网络，用户终端接入网络也属于城域网入网，视频监控承载网络除了包含一般的城域网技术特点之外，还有其他的特点。视频监控承载对数据上传的速度要求很高，监控终端分布很广，没有固定规则，当前的视频监控系统的组网建设成本很高，接入点很多，整个监控系统拥有上万个接入点，很难用传统的视频矩阵切换监控点。通过将视频监控系统与IP应用紧密结合，如果出现多个监控中心同时查看一个终端设备的情况，一般会用IP技术来解决，EPON系统在IP视频监控上得到了很好的应用。

针对高速公路视频监控系统复杂情况和严格要求，形成了基于EPON技术的IP视频监控系统。IP视频监控系统通过EPOM以太网无源光网络将视频编码设备部署在前端，并通过EPON接入网将IP化的视频信号上传，IP视频信号可以灵活的传输到监控中心，监控中心通过IP城域网和分布在各监控中心的视频解码器，可以将图像转化为模拟信号，进行显示[3]。通过EPON技术和IP视频监控系统相结合，可以将监控图像直接储存在监控中心的IP储存设备中，各控制中心想要调用监控图像不再需要依靠矩阵交换就可以实现，而是通过监控系统直接向视频解码器发出指令，极大的减少了指令传输的环节，提高了视频监控的及时性和灵敏地，使视频监控系统能够更加有效的保护交通安全。

4.5EPON系统在检测高速公路违规违章车辆中的应用。高速公路是城市间的交通要道，大部分来往于两个城市间车辆都要通过高速公路，其中出现了许多违规违章车辆，对高速公路的正常运行和其他人的行车安全造成了巨大影响。传统的视频监控系统对违规违章车辆的监控力度较弱，监控范围也不够全面，无法对违规违章车辆做出有效的惩罚。但近年来，随着EPON系统的应用，高速公路视频监控系统对违规违章车辆的监控力度有所上升，取得了良好的结果。应用EPON系统的视频监控系统兼容性较强，可以在系统框架上添加多种应用程序。比如，在终端摄像头上安装智能测速程序，可以通过计算车辆进入与驶出的时间和距离，判断车辆的速度是否超过安全标准，并直接将结果上传到数据后台，有效减少车辆超速的现象，最大发挥视频监控系统预防危险的能力。另外，也可以在终端摄像机中安装智能识别程序，通过外形和车牌号准确得到高速公路上货车或载客车辆的基础信息，得知这些车辆的承重极限，并对通过识别系统对当前的车辆状况进行判断，分辨出违规车辆，可以有效的对这些车辆进行针对性管理。

结论：高速公路是是重要的交通运输和出行纽带，在高速公路上布置视频监控系统有着极为重要的意义，能够减少交通事故的发生，保护交通安全。EPON作为一种新型的光纤接入技术，有带宽大，上传速度快，兼容性强等特点，在终端控制、IP视频监控、违规违章车辆监控上起到了重要的作用。

参考文献：

[1]彭思岭.流媒体技术在高速公路视频监控系统中的应用[J].中国交通信息化，2018（09）：92-94+100.

[2]陈燕.EPON技术在高速公路视频监控中的应用[J].电子设计工程，2017，25（19）：64-67.

[3]杨智.高速公路数字视频监控系统技术设计及应用探讨[J].建材与装饰，2020（04）：273-274.