高速公路特长隧道中高清视频监控系统的设计

摘 要：在高速公路监控系统方面，高清视频监控技术得到了广泛应用。现以一座超过10 km的特长隧道和一个隧道群配置高清视频监控设施项目为例，详细介绍了视频监控设计的具体方案，为今后特长隧道和隧道群的监控设计提供了参考。

关键词：高清视频;高速公路;特长隧道;监控系统

1 项目背景

随着高速公路规模不断扩大，客货车数量呈爆炸式增长。山西省受地域影响，特长隧道较多，隧道内环境特殊，其设备较一般公路上的同类设备数量多、种类多样，管理、维护困难。且隧道中一旦发生事故，对人员的人身、财产安全都会造成重大损伤，为保证隧道运行安全而对其进行监控，已经成为现代交通管理的重要环节。随着通信技术及计算机处理能力的快速提高，高清数字视频传输技术得到广泛应用，为新时代隧道监控提供了基础。基于此，本文结合山西省某高速公路特长隧道及隧道群的视频监控系统的总体构架和设计构成，对其进行研究。

以山西某高速公路为例，在其隧道附近设置隧道管理站，所辖隧道管理站管理本路段内5座隧道，包含3座长隧道（a/b/d），1座短隧道（c）及1座超过10 km的特长隧道（e）的监控设施，其中1座短隧道（c）及1座长隧道（d）因地理位置相近，组成1个隧道群。隧道管理站将相应的视频、数据传输至路段管理中心，并受路段管理中心管理。本项目全线采用双向4车道高速公路标准，设计速度80 km/h。

2 项目架构

本项目依据《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》（JTG D70/2—2014）的规定进行设备配置，根据隧道长度、设计年度、预测隧道单洞年平均日交通量等因素计算出各隧道监控等级，得出a/b/d隧道近远期为A级，e隧道近远期为A+级，c隧道近远期为B级。

隧道监控设备的图像采用技术参数不低于200万像素的高清数字摄像机，通过环网交换机及2芯单模光缆上传到管理中心。所有监控图像通过管理中心的数字化视频监控软件平台进行统一的监视和管理，对所辖隧道的视频进行调用、解码、上拼接屏等操作。

视频监控系统借助摄像机能精准监视隧道内的交通情况，对隧道内的火灾、异常等事件予以确认，通过计算机系统的处理及判定，发布控制指令并及时通知有关部门进行现场调度或救援，并能为事后分析处理事故提供直接依据。

3 总体设计

3.1    设计方案

隧道进出口洞外设置高清彩色遥控摄像机，能监视隧道洞口区域的交通状况，也可用于观察超高车辆。隧道洞内直线段按不大于150 m间距设置彩色固定摄像机，曲线段根据实際情况适当减小布设距离，实现对隧道全程连续、无盲区的监视。在各紧急停车带和车行横洞区域，设置1台球形变焦摄像机，既能监视紧急停车带的交通、车辆情况，又能监视车行横洞的使用运行状况。在隧道现场设备室机房内配备激光夜视球型摄像机，用于上级管理单位监视设备室内的运行状况和异常事件确认。

本项目共有460路高清视频图像。隧道管理站设置视频解码器组、图形拼接控制器、液晶拼接监视器墙、视频存储服务器、磁盘阵列、视频控制工作站、视频检测分析仪、控制键盘、主监视器等。隧道管理站接收的视频图像接入视频交换机，可以经过高清视频解码器解码后通过多屏拼接控制器输出到监视器墙显示;配置视频检测分析仪，可以提取信息对异常事件进行分析处理;可以通过视频服务器和磁盘阵列对所辖范围内的图像实时存储，由视频控制计算机进行管理。视频监控系统构成如图1所示。

3.2    视频检测

视频检测系统由以人工智能深度学习技术为核心，基于深度学习技术识别算法的视频检测分析仪（含分析处理软件）、视频检测计算机、应用软件、摄像机及相关的传输设备构成。各隧道出洞口、进洞口内第1台固定摄像机，洞内紧急停车带、横通道前的1台固定摄像机，每隔1台的固定摄像机将图像数据上传至视频检测分析仪，作为检测视频源。当现场自动检测到火情（火苗检测、烟雾检测），发生事故或交通事件时，视频检测分析仪进行检测，系统自动报警，并同时对该事件进行自动录像，时长不少于1 min，系统将这些录像传输存储到视频检测计算机中，可以及时发现、处理发生的情况。本项目共有307路检测视频源，需配置10台32路视频检测分析仪。

3.3    视频传输

隧道洞外高清彩色遥控摄像机、隧道洞内主线高清固定摄像机及车行横洞处的高清彩色/黑白日夜型球型摄像机，通过6类网线与千兆环网工业交换机一对一相连，每个变电所及水泵房配置的4个激光夜视球型摄像机通过6类网线与1台千兆环网工业交换机相连，每个环网在传输稳定的原则下，按照不超过40路图像的基础进行配置。

所有隧道的视频图像通过和摄像机相连的千兆环网工业交换机构建的24芯单模光纤环网上传到隧道管理站的光纤配线架，再通过每个隧道环网的千兆环网工业交换机汇聚上传至视频监控交换机。

3.4    视频显示

每个环网的工业交换机上传视频图像至隧道管理站的视频监控交换机汇聚，高清视频解码器对视频进行解码后通过多屏拼接控制器在46寸4×11的液晶拼接屏上显示出来。日常管理多以隧道洞口、人行横通道前、紧急停车带处的视频图像在监视器墙上进行一对一显示，其他路视频则按照4画面4轮回的原则显示;出现报警时，多屏拼接控制器通过网络连接多个应用系统，传输并合成计算机网络图像以合适的图像大小及分辨率显示在监视器墙上。

3.5    视频存储

视频存储可以方便各用户通过网络随时调用及查取录像资料，并对历史图像进行调看回放。

本项目460路视频图像数据在隧道管理站的视频监控交换机汇聚后写入存储设备，磁盘阵列实时存储所有图像，通过视频服务器对磁盘阵列进行管理，存储时间应大于30 d。本项目视频存储阵列存储容量拟按照4M/路（存储分辨率：1 080P）的带宽，存储时间30 d的要求配置，考虑硬盘实际容量与标称容量之间的差值及硬盘的损耗，按照冗余容量1.2倍计算磁盘容量：（4M/路÷8 Byte/Bit×3 600 s×24 h×30 d×460路）÷1 024÷1 024≈569 TB。

3.6    视频控制

视频服务器、视频存储阵列连接在视频监控交换机上，可由视频控制计算機进行控制。隧道管理站任意一台计算机只要具备权限，就可以在计算机监视屏幕上以图像放大、缩小、全屏显示及停止软解压等方式监视上传的监控图像。多台计算机可以同时监视同一摄像机图像;一台计算机可同时监视多个隧道摄像机的实时图像，在计算机显示屏幕上多画面分割显示;可抓拍并保存计算机屏幕上显示的视频图像;视频控制计算机可对局端接入设备和监控系统的远端接入设备进行控制，包括切换上传控制、遥控摄像机的云台控制等。为提高道路救援效率，一旦片区中心出现报警，触发视频图像强制显示的同时，也应将报警图像在就近的隧道管理站强制显示，使监控人员及时了解报警原因。隧道管理站能对事件触发自动调用显示，也可以手动调用。在发生交通异常事件时，视频控制计算机能自动控制摄像机调整到预置位，或自动切换摄像机图像到监视器上进行显示，或者自动录像。

3.7    隧道视频监控软件平台

根据现场设备状况，通过建立标准协议接入视频存储服务器，获取相关视频图像数据，为事件的确定与执行提供参考依据。

本项目视频监控系统实现本路段内隧道的监控，平台开放，具有兼容性;系统软件平台可靠性高，具备容错、纠错能力;隧道监控软件采用模块化结构，各模块化之间平滑过渡。平台对外接口提供可视化的管理界面和接口;各种标准协议均可接入;上级平台实现无缝接入;可实现音视频的编解码处理。

4 结语

隧道视频监控系统为业主掌握交通状况和交通控制提供了便利，紧急情况下，用以确认隧道本地设备上传的信息，监视交通异常、消防活动等状况。因此，为了保证高速公路隧道的正常运行，应该加强对高速公路隧道视频监控系统的研究。

[参考文献]

[1] 交通运输部公路科学研究院，北京交科公路勘察设计研究院.高速公路监控技术要求（2012年第3号公告）[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2] 公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施：JTG D70/2—2014[S].

收稿日期：2021-01-27

作者简介：朱彦姣（1987—），女，山西太原人，工程师，研究方向：交通机电。