高速公路监控方案

XXX高速公路监控

系统项目

设

计

方

案

***系统科技有限公司

二〇二〇年四月

目录

一、概述 (3)

二、总设计思路 (3)

2.1 系统设计的指导思想 (3)

2.2 设计原则 (3)

2.3 设计依据 (4)

三、系统结构规划设计 (5)

四、系统设计方案描述 (6)

4.1 前端设备 (6)

4.1.1 设备选型 (6)

4.1.2 安装方式 (7)

4.2 传输网络 (9)

4.4 收费站分控中心 (10)

4.5 软件功能 (11)

五、接地、防雷及抗干扰 (15)

5.1接地方式 (15)

5.2 系统防雷措施 (15)

5.3 系统抗干扰措施 (17)

5.4 隔离接地变压器 (17)

一、概述

随着城市的发展，高速公路成了毗邻城市的主要通道，拉近彼此间的距离，促进城市经济发展。高速公路管理要求的不断提高，收费管理、数据通信、图像监控已经是现代化高速公路建设中必不可少的一个部分。正因为这些需求的不断提高，对公路系统提出了系统管理智能化、监视远程化、控制网络化、存储海量化、办公高效化等。

监控系统主要有两种，一种是模拟监控系统；另一种是最近几年随着科技不的断近步而发展起来的数字监控系统。随着高速公路监控点不断的增多，公路不断的延长，系统可不断扩容增大。

如今一些国家（包括中国）的高速公路监控系统的技术结构也随之发生变化。由单一的计算机集中处理方式代之为多计算机功能分散的计算机网络处理方式，从而使系统可靠性提高，易于维护和功能扩展。应用于监控系统中的各种设备向智能化方向发展，使今后高速公路的监控系统具有更强的功能。

二、总设计思路

2.1系统设计的指导思想

为切实推进高速公路视频监控系统建设，增强预防和打击高速公路犯罪的能力，有效维护高速公路设备，依据安全防范系统相关的规范以及相关技术标准规范，考虑到XXX高速公路的实际情况，在XXX高速公路作为试点，为下一步建立广东省高速公路监控联网系统打下基础。

2.2设计原则

本项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其具有以下原则：

1、先进性与适用性

系统的技术性能和质量指标应达到国际领先水平；同时，系统的安装调试、软件编程和操作使用又应简便易行，容易掌握，适合中国国情和本项目的特点。该系统集国际上众多先进技术于一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发

展的要求。同时系统是面向各种管理层次使用的系统，其功能的配置以能给用户提供舒适、安全、方便、快捷为准则，其操作应简便易学。

2、经济性与实用性

充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计选用功能和适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求，经济实用。

3、可靠性与安全性

系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套完成的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

4、开放性

以现有成熟的产品为对象设计，同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，可以消防、防盗、聚光系统实现联动，具有RJ-45网络通讯口，可实现远程控制。

5、可扩充性

系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。并根据今后该项目工程的实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。

6、追求最优化的系统设备配置

在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。

7、保留足够的扩展容量

该项目设备的控制容量上保留一定的余地，以便在系统中改造新的控制点；系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口；也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用。

8、提高监管力度与综合管理水平

本项目系统设备控制需要高效率、准确及可靠。本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合监控，时时动态撑握监视及报警情况。闭路电视监控大大减少劳动强度，减少设备运行维护人员；另外，系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行，在最佳情况下运行，既可节能，又可大大减少设备损耗，减少设备维修费用，从而提高监管力度与综合管理水平。

2.3设计依据

《智能建筑设计标准》(GB／T 50314—2000)

《建筑智能化系统工程设计标准》（DB32/191-1998）

《城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范》（CECS/119-2000）

《建筑与建筑群综合面线系统工程设计规范》（GB/T50311-2000）

《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB/50198-94)

《系统接地的型式及安全技术要求》（GB14050-93）

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

《安全防范工程验收规则》（GA/T308-2001）

《工业电视系统工程设计规范》(GBJ 115)

《安全检查防范系统通作图形符号》（GA/74-94）

《消防联动控制设备通用技术条件》（GB 16806—1997）

《火灾自动报警设计规范》（GB50116-98）

三、系统结构规划设计

考虑客户使用方便和投资成本，我们根据XXX高速公路的情况，采用集中控制、分散管理方式，充分发挥收费站分控的作用。

XXX高速公路监控系统总长约60公里，每隔六公里有一个收费站，共10个收费站。根据现场情况，将部分监控点就近敷设到收费站分控中心，各自对监控点控制和数据存储管理，高速公路总控制中心对分控中心可以控制和调用存储数据。

前端设备到收费站分控中心采用两种传输方式：1种：采用光纤传输方式；另1种：采用无线传输方式。在分控中心存储和控制。

收费站分控中心通过光纤上传硬盘录像机数据信号到高速公路管理中心，总控制中心通过管理中心服务器来控制分控中心的硬盘录像机上管理的监控点，调用分控中心的存储数据，并通过存储服务器和阵列将所有汇集到总控制中心的数据。

X X X高速公路监控系统拓扑图：

目前市场上用的监控系统解决方案基本上可分为三种模式：

1、基于传统的模拟矩阵监控模式的监控系统；

2、以硬盘录像机（DVR）为核心的第二代准数字化视频监控模式的监控系统；

3、以网络视频服务器为核心的第三代全数字化远程视频集中监控模式的监控系统。

鉴于投资成本、现场情况及高速公路管理局实际使用需求的考虑，XXX高速公路监控系统采用第二代准数字化系统的视频监控模式。该模式经过近几年的发展，技术较为成熟，应用更为广泛，可靠性较高，而且具有非常灵活而强大的扩展潜力，能满足高速公路监控系统的各种需求。

四、系统设计方案描述

4.1前端设备

4.1.1设备选型

由于XXX高速公路监控系统监控的范围和面向对象广泛都是属于户外，天气光线等环境

因素，因此摄像机的选型和安装十分关键，在对各监控点现场进行认真勘察。

根据我们对XXX高速公路的实际情况考察，初步设计监控区域10处，共计划安装摄象机20台：

1、初步采用智能一体化快球20台；

4.1.2安装方式

前端部分主要由一体化球机、支架、立杆等组成。摄像机按现场实际情况可安装在灯柱上，在没有合适安装地方的监控点，可采用立杆的方式安装。

球型摄像机立杆安装示意图

考虑本系统的设备都是安装在室外，摄像机电源、避雷器等设备的安全及防水等都是不可避免的问题，因此我们建议在摄像机安装点的附近都配置一个防水设备箱，将摄像机电源、避雷器等设备放置在防水设备箱内，同时摄像机的各种接线都将在此防水设备箱内部完成。如下图：

4.2传输网络

XXX高速公路监控系统的监视对象主要为高速公路上的公路设备，因此，图像的实时性和清晰度应放在首位来考虑。根据用户需求及现场情况，前端摄像机到收费站分控中心我们考虑采用光纤传输方式和无线传输的方式。其中光纤通过光端机传输效果最好，可将摄像机图像、音频、数据控制和报警等信号无压缩地传输，但造价成本高。无线传输会因为环境而产生干扰，图像会有1秒的延时，但造价成本降低。

1、前端摄像机到收费站分控中心

光纤传输方式：

我们建议采用自建、直接敷设的方式，光纤从收费站分控中心敷设光纤到前端的光端机，通过同轴电缆敷设到安装摄像机。考虑到现场的环境，系统线材（光纤、视频线、控制线、电源线等）预留20％作为以后监控点移位用。

无线传输方式

本系统所选取的频段为2.4GHz,无线网络设备皆采用扩频方式,QPSK调制技术,可以实现11Mb/s和54Mb/s的数据传输速率。如果高速公路有山或者其他物体阻隔需要增加中继器来保障信号的良好，架设的高度应达到10米至15米,保证在选定的中继点处是相互可视的。中继点可选在高速公路附近最高的山顶上，集中接收周围发射端传来的信号，再经其它中继传回监控中心。

前端摄像机通过同轴电缆、控制电缆敷设到视频服务器上，视频服务器通过双绞线敷设

到无线发收器上，通过微波发送到收费站分控中心无线接收器，通过五类双绞线连接到交换机上，输入到硬盘录像机上。

2、收费站分控中心到监控中心

考虑本次项目环境和实际情况，设计两种传输方式：

一、：收费站分控中心通过直接敷设光纤到监控中心。

二、：利用收费站和监控管理中心原有的光纤线路传输。

收费站分控中心通过光纤收发器将交换机数据跟高速公路管理中心的交换机级联。

监控中心的系统电源装置包括永久连接的外部主电源和内部备用电源。

监控系统常用的供电方式有两种：

一、集中供电；

二、就近供电。

集中供电：中心输出口大，当供电中心区域停电，就会使所有的监控点都断电，管理人员不能监视现场情况。就近供电：这种供电结构施工方便，管理方便，当某个供电区域停电，那只是这个区域断电，就不会使所有的供电区域都断电，管理人员还可以监视到其他监视现场情况

本次项目供电我们建议采用就近供电：就是通过收费站分控中心供电给前端摄像机。分控中心并要求安装1台3KVA的UPS后备电源由分控中心集中供电到前端摄像机，确保了摄像机电源的稳定性与安全性。

考虑到高速公路监控系统今后的扩展，在机房建设及配电设计时，应考虑充足的市电供应余量。

在XXX高速公路监控系统中，根据现场情况的不同与以后的扩展余量，我们采用4路视频1路双向数据传输光端机进行视频信号的高质量传输。

4.4收费站分控中心

分控中心也要求实行24小时实时监控记录。配置1台8路嵌入式硬盘录像主机、UPS及其他配套设备。对全部的摄像机进行7*24小时录像,可保证视频资料保存15天以上。

收费站分控将该路段光纤传输的视频信号和控制信号通过光端机还原后，通过视频分配器输入到嵌入式数字硬盘录像主机，实现对采集来的视频信号的数字化、压缩、传输，并直

接存储在硬盘录像机上，同时将无线传输的视频信号和控制信号通过无线接收器后接入交换机，输入到嵌入式数字硬盘录像主机，实现对采集来的视频信号的数字化、压缩、传输，并直接存储在硬盘录像机上。并通过通过光纤收发器跟高速公路管理中心的交换机级联，使管理中心通过专用网络看到前端收费站的数据。

作为整个系统的核心，我们在XXX高速公路监控系统XX收费站分控中心的主要配置如下：?1台8路嵌入式数字硬盘录像机，进行监控图像的录像和前端设备控制；

?1台交换机和一套光纤收发器；

?1台17寸液晶显示器，进行监控图像；

?1台3KVA UPS不间断电源，以保证系统电源的可靠性与稳定性。

在高速公路管理中心配置1台客户端主机对前端监控点进行监视和控制。根据管理人员对使用用户授予权限：只是可以监控不可以控制；或可以监控和控制。

4.5软件功能

监控中心用来完成闭路电视监控系统的视频控制、显示、存储等功能，监控中心不仅是

闭路电视监控系统设备聚集的场所，更是闭路电视监控系统甚至是整个安防系统的监视和控制中心，与其它系统的响应联动控制也是由这一部分完成。所以监控中心设计的好坏直接影响整个系统的使用。因此方案在设计监控中心时主要依据以下几点：

（1）监控室应尽量靠近监控目标，设置在环境噪声小和电磁干扰小的场所；

（2）监控室地面应光滑平整，不起尘，尽量采用架空活动地板，方便布线；

（3）监控室内温度宜为16-30℃，湿度为30％~70％，使用面积根据设备容量确定在12~50m2；

（4）室内设备的排列便于维护和操作，满足电缆进线和电缆弯曲半径的要求，并符合安全消防的要求；

（5）室内设备布局尽量避免阳光直射；

（6）应配专用的电源和接地设施。

通过硬盘录像机实现对系统内任意监控点进行监视，视频录像、视频回放、报警联动等功能。

一、压缩功能

1、支持 PAL / NTSC4.43 / NTSC3.58 制式视频信号。

2、视频压缩采用H.264压缩技术，不仅支持变码率，而且支持变帧率。

3、可设定视频图像质量，也可设定视频图像的压缩码流。

4、每路视音频信号独立实时压缩，音频压缩标准采用G.722，采样点为：8K采样点/秒，16bit/采样点。

5、视频和音频信号压缩后生成复合的H.264码流，码流回放时视频和音频保持同步。也可设置不用音频。

6、有6种录像质量供选择。可以根据具体的需要调节录像质量，以保证足够长的录像时间。

二、网络功能

1、支持TCP/IP协议（支持ARP、RARP、IP、TCP、PPPOE、DHCP等等）。

2、完备的网络端控制命令（通过网络，可以使用客户端管理器控制嵌入式硬盘录像机主机，也可以对主机进行远程设置）。

3、可以使用应用软件或Internet Explorer浏览器通过网络设置参数、实时浏览任何一

路视频和音频信号、查看,以及云台控制。

4、内置多种云台控制协议，既可以在主机端对云台进行控制，又可以通过网络控制云台和镜头、雨刷等

5、可通过网络远程升级，实现远程维护，方便用户以后的升级维护以及功能扩展。

三、录像功能

1、支持：手动录像、定时录像、移动检测录像、报警录像。

2、支持手动录像、定时录像、移动检测录像、报警录像内容的分类检索。

3、视频移动动态检测功能，每路视频可设置多个动态检测区域

4、提供全屏蔽开关，可以实现实时画面全屏蔽，全屏蔽状态的时候录像不会被屏蔽。

5、探头报警录像功能支持单路报警联动单路或者是多路进行录像

6、管理主机可通过网络实时纪录压缩码流，支持借助网络将图像声音同步直接录入电脑。

7、可实现音视频全实时同步录像，每路视音频录像参数均可单独设置。

8、支持通道名叠加，支持通道录像时间叠加。

9、支持录像状态（手动录像、定时录像、移动检测录像、报警录像）查询功能。

四、放像功能

1、本地放像：精确时间定位放像、手动录像内容检索放像、定时录像内容检索放像、移动检测录像内容检索放像、报警录像内容检索放像。

2、支持画中画放像。

3、支持实时放像同时显示，不会对录像内容产生影响。

4、支持 4 个级别的快放、4 个级别慢放、倒放、暂停、单帧回放模式；按时间回放时定位准确。

5、可以使用客户端管理器达到多路回放的放像模式，不影响实时图像以及录像

五、实时监看监听功能

1、本地监视器支持，本地 VGA 支持。

2、支持每个通道录像参数（亮度、对比度、色度、饱和度）的调节。

3、显示模式切换迅速，没有延迟。

4、内置多种云台控制协议，可以通过前面板或者遥控器控制云台和镜头、雨刷等。

5、视频移动动态检测功能，每路视频可设置64个动态检测区域

6、提供全屏蔽开关，可以实现实时画面全屏蔽，全屏蔽状态的时候录像不会被屏蔽。

7、支持回放、预览同时进行。

8、支持画面轮巡功能，可以根据需要自由设置是否启用轮巡以及轮巡的时间。

9、支持一、四、九画面分割显示

10、具备 WEB SERVER 功能，可以通过浏览器监看远程主机的图像，支持域名解析。

11、可以使用应用软件或浏览器通过网络设置各种参数、实时浏览任何一路视频和音频信号、查看监听。

12、支持管理主机（监控中心）和网络硬盘录像机（前端）的双向语音对讲（或单向语音广播）。

13、支持电视墙功能。

硬盘录像机画面分割显示图

六、存储备份功能

1、16 路主机分别配备了 4 个 IDE 通道，可同时驱动 8 块 IDE 接口硬盘工作，支持的每个硬盘容量达2000GB。

2、强大的硬盘管理功能，支持对硬盘的格式化、分区功能，系统自动实现硬盘休眠和扇区损坏跳过功能

3、支持正常运行状态下对硬盘进行分区格式化。

4、支持硬盘休眠，同时工作硬盘个数最多不超过 2 个。

5、硬盘上文件可以选择循环记录和非循环记录。

6、标准 FAT32 文件系统格式，录像文件可在 PC 系统上识别，并可在安装随机光盘内的播放软件后播放

七、报警检测功能

1、本地报警：视频丢失报警、移动侦测报警、探头触发报警、硬盘无空间提示、视频异常检测、磁盘错误扇区检测。

2、远程报警：视频丢失报警、移动侦测报警、探头触发报警，可以通过网络远程传送给客户端，借助客户端，可以实现报警录像自动打开。

3、网络报警联动（报警信号上传），通过PC自带的喇叭进行声音报警，可以实现报警通道图像自动最大化。

4、健全的录像日志查询功能（探头报警日志查询、移动侦测报警查询、远程登陆日志查询、录像参数修改日志查询、升级日志查询、回放日志查询、系统启动日志查询）。

5、系统锁定、口令检验、多级用户授权（支持超过100级的安全设定）等多种安全保障功能。

6、网络报警联动（报警信号上传）。

7、用户名、口令及码流传输时用密码加密，防止泄露。

8、具备看门狗功能，出现异常时系统可自动检测，同时自动重新启动，以完成系统输入、输出以及录像状态等的重新初始化。

五、接地、防雷及抗干扰

5.1接地方式

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

5.2系统防雷措施

5.2.1C C T V系统的综合防雷

在本系统中，前端摄像单元和后端机房之间的信号是用光纤进行传输，所以本系统的防雷措施只需考虑前端摄像机与现场光端机这一段；而由于没有金属线缆直接接入监控中心，因此，监控中心设备在做好良好接地措施并且建筑物本身已满足合格的防雷要求的情况下，无需再考虑设备的防雷。

对于前端单元，除了做良好的接地以外，还要在电子设备和防护设备之间做良好的隔离，同时还要做好前端单元电源的防雷措施。

在本设计方案中，我们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。

（1）电源线防雷接地

在各种各样的传输线中，电源线是分布最广的传输线，也就意味着受雷电感应的几率最高，最易引入感应雷，另外，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，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。统计数据表明，60%－80%的感应雷电入侵波来自于电力传输线。

为防止雷电感应损坏相关设备，系统对户外设备采用了安全可靠的二级电源防雷措施，即在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，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。

（2）视频信号线和控制信号线防雷接地

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。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。

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，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。

5.3系统抗干扰措施

监控系统中有多种因素造成影响图象质量，由于视频频带在0～6MHz的宽带范围内，同轴电缆在传输过程中较易受到各种干扰，影响图象质量，出现网纹、斜纹、滚道等现象。常见的干扰主要来自交流50Hz电源干扰和中波广播电台干扰，反映在图像上分别为滚道和网纹。产生干扰是由于传输电缆设置不当造成的，如传输电缆与交流电源线平行敷设，电源和系统前端设备安装时与建筑物内钢筋连通等。故我们根据实际情况采用下列抗干扰措施：在线材敷设时，采用单独接地方式，接地点远离强电接地点。机房采用综合接地时，接地电阻不大于1Ω。

系统采用一点接地方式以避免因接地电位差而引起交流杂波等干扰，包括：

?系统中前端设备安装时采取绝缘措施，设备架空以避免多点接地；

?系统中信号电缆和控制电缆采用专用电缆；

?系统中电缆接头制作符合规范要求；

?在系统控制室所有设备的外壳机箱均应接地；

?系统采用电源同步方式。

?设备选用输入电流为交流、低压设备，以避免不必要的干扰。

5.4隔离接地变压器

接地环路是一个AC电流与视频信号的基准电平相互干扰时所引起的电气问题。它发生在由屏蔽视频电缆和视频设备的外壳形成的导电通道中，电缆两端屏蔽的电位之差对致了回路。

屏蔽的电平通常为OV，出现接地回路时，该电平就会在OV上下波动，差别越大，畸变和破坏就越严重。如果电位过大，会引起设备的毁坏。

接地回路的问题是可以解决的。重要的是经销商和最终用户都应该知道这种情况是可能发生的。接地回路的问题可能会在系统中的一些地方发生，解决每个发生的问题时都有必须具体问题具体分析。发生回路的地方有可能在摄像机和监视器之间、从摄像机到切换器或许多可能发生的。

隔离接地变压器是解决任何接地回路问题最有效和最方便的方法

不是所有的接地回路都表现为图像的干扰，其它设备的无规律及异常的情况也可能是由接地回路引起的。要记住，标有“共用”或“中性”的导线或连接器尽管有可能已经在设备内部接地，但它们不是机械式接地连接。它们每个都应作为独立的导线而不允许接触地面或相互接触。