浅谈高速球应用—高速球VS高速公路

    从上世纪90年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期。我国高速公路总里程到目前已突破3万公里，位居世界第二。根据国家对高速公路的发展规划，到2020年，中国高速公路总里程将达7万公里。高速公路的建设和发展，已成为衡量一个国家和经济发展水平的重要指标。

    高速公路与一般公路相比，具有线型好、设计标准高、交通流量大、行车速度快等特点，而且一般远离城市，所以在无法利用人力随时掌控的情况下，如何利用现代化的设施来对高速公路的运营进行管理，便成为人们日益关注的话题。考虑到高速公路所具有的以上特点，如果在设计中不采用先进的管理措施，在交通量大、气候恶劣的情况下，极易发生交通事故和交通阻塞。为此，在一些车流量非常大的高速公路上部署全程的监控系统就是必不可少了。

    通常，高速公路监控系统用于交通监控、交通信息和气象信息的采集以及交通疏导。该系统通过在高速公路沿线、立交、收费广场设置CCD摄像机，并把其信号传输至监控中心集中监控，从而实现交通状况图像监控；通过在沿线关键位置设置车辆计数器、车辆测速器、气象资料采集器，并把信号传输至监控中心集中处理，实现交通信息和气象信息的采集；通过安装于道路中间分隔带的可变速标志，可以从中心对外发布交通疏导和交通控制信息。这些监控系统可实施交通流量和交通运的行监看；对关键点进行气象检测；对关键路段实施交通适时控制；及时发现各种异常情况并采取应急措施，保证高速公路高速、安全、经济地运营管理。

    高速公路监控系统的构成

    监控系统作为高速公路交通工程中的一部分，在高速公路管理中发挥着越来越重要的作用。它主要分为收费站监控、隧道／特大桥梁监控和路面监控三部分。

    1.收费站监控

    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。同时，为了配合高速公路的管理，收费站监控系统除了监看收费情况外，还需要监看过往的车辆在进收费站之前以及在出收费站之后的情况，并可监察违章车辆情况，以便高速公路形象化、高效率的管理。

    监控点主要设置在收费站的车道、收费广场、收费站正中间和各个收费亭等处。各收费车道及收费亭一般采用交通专用枪型摄像机，收费广场多采用一体化球机。

    2.隧道和特大桥梁监控

    随着交通量的不断增长，特大桥梁、山区高速公路隧道等的存在，加之驾驶人员的不良驾驶行为、车辆性能等因素，在这些特殊路段设置监控系统来监测交通安全，便显得尤为必要。

    目前大部分隧道监控已经实现无肓区监控，摄像机一般安装于隧道拱壁中央；特大桥梁等重要交通路段也大都安装了监控系统。

    3.路面监控

    路面监控系统主要是对高速公路干线进行监视，掌握高速公路交通状况。

    它主要是通过计算机应用技术，将摄像机、路上埋设的各种传感器、可变情报板等连接，收集交通数据，把车流量等情况及时传达给管理部门，这些信息经过预置的交通控制策略方案处理后，再通过信息情报板等方式提供给行车人员。这样对高速公路重点路段进行监看，掌握高速公路交通状况，及时发现问题，及时给予引导，保证高速公路的安全通畅。

    高速公路监控系统对高速球的要求

    常州宏本数码科技有限公司谢春生介绍说，目前高速公路监控系统作为高速公路交通工程机电三大项中比较重要的一项，在高速公路的管理中发挥着越来越重要的作用。随着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。高速公路监控对系统也更加严格要求，主要体现在下面几个方面：

    1.要求系统整体的稳定性

    设备的低故障率和长时间的良好运行指标越来越受到人们的关注。

    2.要求高的图像质量

    系统要求图像能够清晰可辨，并能适应各种环境和气候条件下工作的使用要求，而且要提高夜间对车辆牌号等监控对象监控图像的清晰可辨度等，这些方面也成为倍受人们关注的重要指标之一。

    3.要求系统具有较好的可维护性能

    采用相对少的系统设备和系统设备的模块化设计，方便系统的替换维护和使用过程中长期维护的投入，对系统要求有可扩展性能，在将来系统升级时有更多的可兼容设备，以最少最合理的代价完成系统升级。

    高速公路的前端摄像机一般为固定点摄像机，匀速球型摄像机和高速球型摄像机等3种，根据监控点的需求有不同的应用。通常收费亭和收费车道需实时定点监控，因此收费亭一般采用小半球摄像机，不仅有利于监视，且不影响环境美观。而收费车道由于监视范围固定，监视范围也有限，宜采用室外枪式固定摄像机。

    而高速球作为高速公路监控系统的构成上的前端摄像机的一类，其点位分布位置一般都是收费站、广场、互通立交或者是道路路面上。美国英飞拓有限公司中国区市场部经理黎志洪经理介绍说，高速球之所以主要应用在收费广场或者是全程沿线监控上，是因为广场和道路监控设备需要采用同一种摄像机，并且要求监视的范围较广。由于没有固定的监视区域，因此必须具备自动聚焦变焦变倍全方位转动功能，安装方式一般采用立杆高挂的形式，通常选用一体化高速全方位摄像机或一体化定位系统。高速全方位摄像机所具有速度和准确性恰是广场监控所需要的。

    鉴于高速公路的特殊性，更多先进技术的融入使前端摄像机——高速球的如下特点正好满足了高速公路的需求：

    1.监控面积大，视角广阔

    如高速球应用于广场，就可以发挥枪机所不具备的优势，节省设备的安装，还有利于整体的美观。

    2.旋转速度快，能够快速捕捉和跟踪图像

    高速球能在巡航定位方面达到高的巡航速度，实现准确的定位功能；可实时获得球型摄像机的方位角信息和驱动球型摄像机到达指定的方位角，这对及时快速跟踪和捕捉监控对象至关重要。

    3.拍摄清晰

    远的可视距离就要求选择光学变焦倍数大的摄像机，摄像机超低照度能够保证夜视效果好，宽动态及具有良好的噪点消除技术保证拍摄图像清晰。在这方面广州瀚祺电子科技占争荣就指出，现在高速公路的前端摄像机部分主要就是超低感应技术，宽动态技术及强光抑制技术，现在厂家对技术也在不断深入的研究，像三星光电子就推出了30倍光学变焦的具有宽动态技术一体化机型，日立推出了35倍光学变焦的一体化机型，说到底，针对不同的使用场合或环境，采用不同的高速球型摄像机，收费站使用具有强光抑制功能的高速球型摄像机，隧道和桥梁使用具有超低感应和宽动态功能的高速球型摄像机，对路面监控来说就要求使用变焦能力强，成像质量高的高速球型等等。只有对监控物体进行清晰的拍摄，其资料才有价值。

    另外，在传输方式上，针对高速球的视频信号与控制信号的传输，随着技术的发展，使用的方式有很大提高。传统高速球的视频信号是采用同轴视频线来传输，控制信号是专用信号线来传输。随着相关技术的不断完善，针对传统传输方式传输距离短，工程施工复杂等不足，分别出现了同轴视控传输、网络传输、光传输和无线传输等的高速球。需要指出的是，无论何种传输方式，在图像获取的前端和显示图像的后端，都需要有相应的编解码、信号合成与分解的装置。这样才可以实现相应的传输功能。

[NextPage]    高速公路视频监控系统中介传输是整个系统至关重要的部分，其信号传输的质量直接影响到图像的质量，关系到高速球功能与质量的发挥。因此传输设备选择尤为重要，高速公路前端监控点覆盖范围广，离监控中心距离长，为满足信号稳定有效地长距离传输、抗环境干扰，必须设计一个完整统一的低损耗传输网络来承载各种信号。光纤及相应设备组成的传输网络具有传输带宽宽、容量大、不受电磁干扰、受外界环境影响小等诸多优点，故深圳市洪迪实业有限公司夏文飞经理介绍说，传输系统采用光端机通过光纤网络传输是最常用最适宜的方式。高速公路视频监控系统需采用光纤传输的是“收费站监控中心至路段监控中心”和“道路路面监控点至收费站监控中心或路段监控中心”。

    收费站至路段监控中心的传输一般会根据实际情况采用编码器或光端机两种方式。编码器为数字编码设备，将收费站输出的模拟图像转换为TCP/IP或E1口信号，上传到高速公路内部网络中。光端机一般采用点对点方式，选择合适路数的数字光端机（数字光端机采用先进的数字编码方式，可有效消除重影、抖动和通道间的串扰，从而可达到更高的视频传输品质），将视频信号转为光信号通过光纤传输到监控中心。

    道路路面监控点到收费站监控中心传输最适合的办法为采用光端机通过光纤传输，高速路面监控点分布间隙远，离中心的距离逐渐延长，离监控中心较远的监控点采用点对点光端机需加中介器或转传的方式实现，这样不仅浪费了光纤数量，且图像质量也会受到损耗。GF级联式光端机传输系统刚好弥补了点对点光端机的缺陷，用于传输高速公路路面监控点是再适合不过了。以下着重介绍一下级联光端机的一些特征和性能。级联式光端机不仅大大的节省了光纤数量，而且还节省了光端机数量。

    GF级联（又称节点式）光端机系统以光端机作为级联链路中的基本模块，结合电级联技术和CWDM光级联技术而组成，在一芯单模光纤上实现多达128个传输区间的128路视频、多路数据、音频的级联传输。

    该系统是光纤视频、音频、数据传输系统的一种高可靠性、高性价比、极为先进的传输方式，作为一种先进的光纤数字视频、音频、数据传输系统，它能充分利用光纤的带宽资源，简化系统网络结构，提高光纤网络的使用效率。与传统光纤传输网络相比，在网络稳定性，系统性价比等方面，它都具有明显的优势。特别适合高速公路的工程应用。GF电级联系列光端机的每个级联点可完成视频/音频/数据等信号的插入，既可单路插入，也可多路插入。单纤单波长最多允许设置16个电插入点（每个插入点插入1路视频的情况）。16个单路视频电插入可以聚合成一个16路视频的单纤单波长传输系统。GF光级联系列光端机利用数字光纤传输系统容量大的特点，充分利用光纤的带宽资源，大规模的采用密集波分复用器，同电级联光端机结合，通过不同波长光波的复用和分用，能在一芯光纤上实现最多128个区间的128路视频、多路音频、多路数据光级联传输，传输距离可达百公里以上。区间数量可以任意选择，区间内的视频、音频、数据传输数量也可任意选择，如一个区间插入8路视频，一个波分最多可传输16路视频，则两个区间可共用一个波长，采用8个波长则可达到16个区间共128路视频的传输。

    单波长可传输16路视频，采用CWDM技术单向可传输高达128路视频。

    独立式节点设计，级联线路具备诊断和恢复机制。

    高速球在使用中的利弊

    早几年，高速球主要以国外品牌为主，如松下、派尔高等，昂贵的价格使其应用数量和场合非常有限，近几年随着国内自主研发的高速球以更高的性价比进入市场，人们越来越多的认识和接受了这以前有些“高不可攀”的产品。

    在使用中，当应用于较开阔的场合时，高速球能够快速定位和跟踪，达到监控场所所需要的要求，而像枪机、云台，低速球速度太慢则无法满足这些功能。另外，纵观全局，在监控面积比较大时，高速球还可通过设定预制位和巡航轨迹实现多场景的轮循监控，同时自带的报警功能可应付对一些突发的紧急事件做到快速反应，通知监控人员，起到事先预警的作用。高速球自动跟踪功能可按照一个预先设定好的巡航路线监控一段路况，若发现有已设定的可疑目标后，高速球会自动跟踪目标，自动进行聚焦调节，回传图像并向监控中心发出报警信号。高速球作为更智能化的前端监控设备，伴随着高速公路的建设及自身技术的不断发展和完善，高速球将会发挥更加重要的作用。高速球速度快，精度高的特点可以保证在更短的时间内准确的扫描更多的预制点，提高了监控效率，现在已有性能较好的高速球预置位定位精度可达到+0.07，巡航速度400度/S，长时间快速不间断的运行也不会有大的偏位现象。

    当然在某些条件下，使用高速球时其优势和特长无法发挥作用，技术方面也存在一定的问题，如夜间图像的获取问题，车牌的识别问题等，但长远看其侧重点必然有所变化；目前来说尽管国内高速公路全程监控仍存在诸多问题需要解决，但随着市场的细化或技术的不断发展，全程监控将是一种必然的趋势，那时高速球的自动跟踪，智能图像识别等扩展性功能优势将被发挥得淋漓尽致。

    另一方面，由于高速公路上尘土很多，对于高速球自身清洁比较困难，在对抗温差和环境方面都有较高要求。同时高速球没有仰角，在上坡路、桥梁、立交等应用也受到限制。

[NextPage]    据了解，在对监控产品的应用方面，目前高速公路机电项目在迅速发展中对产品的应用存在忽视的现象，对系统中的应用产品没有花更多的时间去了解，也没有好的检测设备和手段，造成个别项目验收时难以过关，更给以后使用、维护埋下隐患；

    当然对高速球的认识也存在偏差，与云台和其他类前端监控设备不能很好的区分，在使用中不能发挥出高速球的特点，甚至有时把高速球设置为固定位置当枪机、云台使用，不能发挥其高速巡航的优势等等原因，使高速球不能得到更好更广泛的应用。这些问题都有待解决。

    高速球应用的发展趋势

    1.智能化

    目前智能化在高速球上的应用也日益广泛。例如：一些高速球拥有随时检测球机内部温度和湿度、自动启动内部加热和降温设备、智能监控风扇转动状态、智能识别系统协议等功能。甚至一些高速球还可以按照设定，自动跟踪监控区域内的移动目标、判断监控区域内目标的行为状态、自动识别等强大的功能（此些功能主要体现在国外品牌的高端产品上）。随着芯片运算能力的不断提高，和许多新型算法的出现，智能判断在高速球上的体现将会越来越广泛、适用性更强，也使高速球在应用中发挥更加有效的功能。甚至在偏远地区，太阳能供电的高速球预计也将产生一定的需求。

    2.规范化

    最近几年高速球已经在高速公路中广泛被应用，基本上所有的公路都或多或少得使用上。但目前的高速公路监控大多还是收费通道和收费岗亭互通立交和隧道和桥梁等重要路段口的监控；大多使用镜头和云台枪机，对高速球的使用率还不高，即使使用，其功能也没有很好的发挥，就不能体现高速球的特点和优势，使得用高速球和枪机好像没有太大的区别。因此，对于高速球合理和有效的使用将成为人们注意的问题。