作者：陈曦（湖北交投科技发展有限公司）

摘要：本文通过对当前高速公路视频监控系统现状进行分析，提出了从路段到省域高速公路视频上云方案的建议，包括路段视频信号的获取、网络资源的利用、上云架构选择等，并对基本功能进行了介绍。

交通运输部办公厅在2019年11月13日同时发布《全国高速公路视频联网监测工作实施方案》和《全国高速公路视频云联网技术要求》两个文件，旨在提升服务能力和监管水平的同时提高出行品质。尽管视频云联网有实施方案和技术要求作为指导，但前期高速公路建设存在的差异还是给视频云联网带来了各种问题，如产生较多费用、增加运维工作量等。本文对高速公路视频云联网的现状和上云方案等进行了分析。

一 视频云联网要求与高速公路

视频监控现状

本文从视频资源、传输架构和基本功能等几个方面来简单描述视频云联网的要求。

视频资源为除收费车道和收费亭内视频外的其他所有高速公路监控视频，具体包括高速公路主线、隧道、桥梁、收费广场、服务区、ETC门架、超限检测站点和移动视频。要求对事故高发、安全风险高、易拥堵和灾害集中等特殊路段实现全覆盖，道路主线也要达到每2公里1对摄像机。所有联网视频至少具有两个等级的质量，分别为CIF分辨率、25fps、码率不低于32kbit/s的低码流和25fps、码率不低于1Mbit/s的高码流。

传输架构有两种：推荐的“路段—省级云平台—部级云平台”三级框架和“路段—部级云平台”两级框架，这里只简单介绍推荐的三级框架，如图所示，所涉及的主要指标与两级框架一致。

三级框架中路段为上云汇聚点，所有联网视频在路段通过视频上云网关汇聚后接入省级云平台，省级云平台再向部级云平台提供视频调用服务，而两级云平台之间通过VPN隧道传输控制信令。该框架明确要求省级云平台的互联网出口带宽至少应达到每千路视频300Mbit/s，且通过利用公有云的CDN技术来提供低码流视频路数十万级的并发访问能力。该框架没有明确要求汇聚点的接入能力及上联省级云平台的网络接口要求，这实际上给予了框架充分的灵活性。在实际构建联网系统时，可以参考两级框架中的相关要求，即每百路视频至少提供50Mbit/s带宽上联省级云平台。

三级框架中对通过部级云平台选择视频播放的响应速度也做了明确规定，对低码流要求达到秒级响应，即在选择请求后视频应在1秒内开始播放；对于高码流则要求不超过4秒。

功能方面除要求将所有联网视频的低码流100%推送到省级云平台并与部级云平台对接外，还要求提供重点监控点的PTZ控制服务、省级云平台提供截图服务，以及通过视频智能分析实现对拥堵事件、交通事故、平均车速、交通流量、沿线气象等的监测分析，同时实现对类似信号丢失、清晰度、噪声、画面冻结和画面遮挡等视频质量的检测。

高速公路视频监控系统已经经过了数字化、网络化、高清化和省级联网等几个阶段。目前，新项目几乎都采用高清摄像机，模拟摄像机只存在于通车快10年以上的高速公路，这些摄像机也大多通过编码器数字化，接入到视频传输网络中，但这些摄像机因为都属于超限服役，很多画面质量不高，都需要进行数字化升级改造；视频网络化也让大多数省份建立了省级视频监控中心，或以主要投资集团为主体建设的视频监控中心，监控中心接入了全省全部或大部分高速公路的各类视频信号，包括交通监控视频信号和场地监控视频信号，涵盖了这次视频云联网要求的全部视频信号，同时可选择控制所有的云台摄像机；为此，还同步建设了全省的高速公路通信专网，网络带宽至少达到了10G+1G模式，即骨干网络带宽为10Gbit/s，接入路段的带宽至少1Gbit/s，有些省则达到了40G+10G模式。

二 上云架构

在实际视频云联网建设中，应结合高速公路的现状，充分利用既有资源，来满足视频云联网的要求。

架构上采用符合当前的高速公路管理体系的三级框架，即以路段为基础，建立省域管理系统，既满足视频云联网的要求，又同时满足本地管理的要求。有些省为了避免长路段管理，减少因为空间因素带来的管理不便，将每个路段拆分成便于管理的更短路段，将几个邻近的短路段合并成一个区域，采用区域管理的方式，既能从空间上做到集中管理，又能在一定范围内实现路网管理，提高管理效率和道路的通行能力。这样的管理区域可以与路段等效对待，采用统一的云联网模式。

通常情况下，一个路段管理的道路不会超过200公里，因此道路沿线监控视频的数量不会超过200路；如果隧道占到15%，隧道单洞长度累计不超过60公里，按每150米布设一台摄像机，则隧道监控视频约400路（对应道路沿线的监控摄像机应减少30台）；按收费站较密集考虑，平均每10公里一个收费站，则有20个收费站，每个收费站包括2台广场摄像机和2台门架摄像机，总共有收费监控视频80路；还有其他服务区、重点路段加密、桥梁等的视频。这些视频总共不会超过700路，按要求所需云联网的带宽为350Mbit/s，远小于1Gbit/s。按此评估，即平均每百公里高速公路，云联网视频不超过350路，要求传输带宽不超过175Mbit/s。如果全省高速公路里程达到8000公里，需要云联网的视频数量不会超过28000路，所需传输带宽14.0Gbit/s；如果全省高速公路里程达到10000公里，需要云联网的视频数量不会超过35000路，所需传输带宽17.5Gbit/s。考虑到省中心通常会处于骨干通信网的多环切点上，无论是路段的1Gbit/s带宽，还是中心的10Gbit/s带宽，都能满足视频云联网的要求。为此，可以将视频云联网的接入传输分成两个部分：接入处理和上云。即所有需要云联网的视频信号在路段接入，并进行检测分析和转码，形成满足要求的码流，通过高速公路通信专网传输到省级中心，再在省级中心集中上传到省级云平台。这种做法可带来至少以下两大优势。

（一）更加安全和可靠

由于视频信号集中在省中心上云，因此所有其他环节都在高速公路的通信专网内，这是一个相对封闭的网络，具有较高的安全性。对于省中心的上云接口，只有单个对外接口，费用预算比较充裕，可采用足够的措施来确保网络安全，充分满足等保要求。

同样，由于集中上云，需要电信运营商提供大带宽的互联网接口，这样就可以将带宽需要一分为二或一分为三，由不同的运营商提供，从而避免单点故障。

由于带宽越大，单位带宽的费用越低，集中上云的方式可以极大地降低该项费用，或者说可以适当增加带宽余量，从而在单个运营商的网络接口出现异常时，确保全部或大部分视频上云。

（二）兼顾本地管理

从要求每100路视频配置50Mbit/s的上云带宽来看，低码流只占3.2Mbit/s，剩余带宽可支持大约20路1Mbit/s的高码流视频，其他的用于截图、视频分析结果，以及信令信息的传输。这表明，通过支持视频云联网，绝大多数高速公路监控视频信号已经并发汇聚到省中心，这些视频可秒级访问播放，同时还可选择调看其中20%的高码流视频信号，除对收费站收费车道和收费亭的监控外，基本满足其他监控的要求。

由于绝大多数监控视频已经汇聚，且是以和秒级调看的小数据量的低码流视频信号，就很容易通过无线网络发布到移动终端上，如安装了特定应用的手机，方便为出行者提供直观的信息发布，让出行者准确地了解拥堵的程度、团雾的影响、交通事故处理的情况等，从而做出合适的出行选择。

三 视频流接入

由视频云联网三级框架图可知，摄像机直接连接视频上云网关，但实际上，由于每个路段都已经建设监控中心，都有完善的视频监控系统，因此从路段视频监控系统获取视频信号更合适。

首先，路段视频监控系统已经接入管理全路段上所有监控视频，且在接入时完成了对不同类型的摄像机信号的适配。这样一来，视频上网关只需要完成与路段视频监控系统的对接，不需要关心所采用的不同类型的摄像机，就可以完成视频信号的获取，同时还可通过视频监控系统实现对前端设备的控制。

其次，通过路段视频监控系统接入视频信号，不会对路段系统产生影响，仅仅占用了路段视频监控系统的视频分发资源，当原系统没有足够资源时，只需简单地增加服务器扩容即可，对原系统的使用没有任何影响。相反，如果视频上云网关直接从摄像机获取视频信号，最直接的就是面对双重控制，即前面设备既要能通过路段视频监控系统来控制，也要能通过视频上云网关来控制，而这两个系统没有任何直接联系，从而导致双重控制，且额外增加了路段内视频传输网络的负担。通过路段视频监控系统调看的视频，本来可以直接分发给视频上云网关，不需要再单独从摄像机机获取，但现在就必须再次从摄像机获取码流，从而让网络上增加了一个视频码流。这种做法同样让摄像机输出更多的码流，对于部分输出码流能力不足的摄像机，会形成负担，甚至会导致摄像机“死机”。

再次，可避免对路段网络的重新规划。因为路段视频监控系统是一个分级管理系统，往往路段分中心下面还有基层监控单元的监控中心，如隧道所和收费站的监控中心。而且为了让系统稳定可靠，将这些基层监控单元的视频资源划分到不同的子网中，路段分中心系统通过访问基层监控单元系统来间接获取视频信号，从而避免相互影响。但有可能这样的网络不支持路段监控分中心直接访问摄像机，导致无法采用视频上云网关直接从摄像机获取视频信号。

最后，有利于后期的维护和升级。当出现增补监控点位，即增加摄像机时，通过路段视频监控系统获取视频的方式，只需要对视频监控系统做相应的配置，然后视频上云网关就可以通过相应的协议从该系统取得增加的视频信息，避免重复配置。进一步来说，当路段视频信号因各种原因进行升级改造后，只要仍使用原来的视频监控软件，视频上云网关就不需要做其他的处理，只需要通过协议重新从路段视频监控系统获取视频信号及相关信息即可。

四 基本功能实现

要实现视频转码、截图、视频质量诊断、通过视频分析来发现交通事件等功能，首先要解码视频流。目前高速公路大都采用全高清数字摄像机，得到的是符合H.264标准的压缩视频码流，对于上百路这样的视频流解码，需要极大的计算能力，消耗大量的计算资源。如果能共用解码的结果，将极大提高视频上云网关的资源利用率。

然而，视频分析技术发展迅速，尤其当前所采用的深度学习算法对算力的要求特别高，甚至其性能取决于算力的大小。这种情况下，如果将视频分析也集成到视频上云网关中，有可能限制视频分析性能随着算法的改进而不断提高。

可见，为了充分利用资源，应尽可能将一些功能集成到视频上云网关中，如视频转码、截图、视频质量诊断等。但因为视频分析需要的算力大、技术进步快，对交通管理智慧化影响大，建议采用独立系统来实现。

五 结束语

视频云联网尽管已经有实施方案和技术要求作为指导，但因为前期高速公路建设存在的差异，还是会为视频云联网带来各种问题，如产生较多的费用、增加运维工作量等。通过采用与路段视频监控系统对接、省内将上云视频信号经高速公路通信专网集中到省级中心、单一多路径上云接口、主要功能由视频上云网关实现、独立开展视频分析等措施，可以取得相对合理的实施方案。

（原文刊载于2021年第5期《中国交通信息化》）

相关标签：