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 发表人[技术]高速公路收费CCTV系统图像干扰处理方法版主回复
 林祥华
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发表于:2003-11-26 09:52  公司名称:西安金路交通工程科技发展有限责任公司
   本文结合成雅高速公路收费CCTV系统等工程,就高速公路收费CCTV系统图像干扰问题及处理方法同各位读者作一简单探讨。
                                                 ——作者
  高速公路收费CCTV系统即高速公路收费闭路电视监控,是随着我国高速公路机电工程的应用和发展逐步形成的,是有中国特色的收费系统管理手段的体现。它承担着收费监视、收费稽查和异常事件处理等重要任务。随着国内联网收费的兴起,高速公路收费CCTV系统也日益趋向复杂化、多级化。从目前情况来看,一些省份的收费CCTV系统的结构层次较多,如四川省的成雅高速公路收费CCTV系统就划分为四级网络结构,即划分为四个子系统:收费站CCTV系统、收费分中心CCTV子系统、收费中心CCTV子系统和清分中心CCTV子系统。收费图像在经过多级传输后会产生不同的干扰,严重影响收费CCTV系统图像质量。

高速公路收费CCTV系统的主要特点
  高速公路收费CCTV系统相对于其他CCTV系统具有一定的特殊性,主要有以下几点:
  1、所处的环境恶劣。高速公路收费CCTV系统中主要的设备(包括摄像机、字符叠加器、光端机及传输线缆等)都安装在室外环境中,且要24小时运行。室外环境中空气潮湿、粉尘多、噪声大、振动大,容易受电磁波等干扰。
  2、线路长。高速公路绵延几十公里、上百公里,而且车道至控制室之间的距离也比较长,这大大提高了图像处理的难度。
  3、同高速公路其他机电系统的接口较多。高速公路收费CCTV系统同高速公路收费系统、供电系统、通信系统以及土建设施都有直接的联系,存在接口,这容易引起干扰和串扰。

高速公路收费CCTV系统图像的主要干扰类型
  由于以上几种特殊性,造成高速公路CCTV系统图像容易受到各种不同的干扰。其干扰主要有以下几种:
  1、随机信噪比干扰。干扰表现为雪花干扰,监视器屏幕上会出现雪花状的斑点。
  2、单频干扰。表现为网状干扰,监视器屏幕上会出现网状条纹。
  3、电源干扰(主要是电源不稳)。表现为扭曲干扰,监视器屏幕上图像会出现轻微扭曲、图像不稳定。
  4、脉冲干扰。表现为跳动干扰,监视器屏幕上图像会出现跳动、闪烁。
  5、同步失真。表现为不同步,监视器屏幕上全部或部分图像扭曲、无法识别。
  6、接地干扰。表现为黑条纹滚动干扰,监视器屏幕上会出现黑色滚动条纹。

干扰的处理方法
  随机信噪比干扰、单频干扰、脉冲干扰与同轴电缆的质量和施工工艺有很大关系。根据工程实际情况(如图像传输距离、所处环境电磁波干扰情况)选用质量较好的同轴电缆(主要看信号线的粗细、均匀程度,屏蔽网的疏密程度),同时在施工时视频头采用焊接处理,提高施工工艺水平,可基本上消除可能出现的随机信噪比干扰、单频干扰和脉冲干扰。
  电源干扰主要出现在电源波动较大的情况下,可通过提高电压质量、增加稳压电源或UBS来消除这种干扰。
  接地干扰和同步失真三高速公路收费CCTV系统中较为严重的干扰,特别是在联网收费系统中和复杂的收费CCTV系统中这两种干扰较为常见。
  接地干扰三由于多点接地且接地电压不同造成的。在高速公路收费CCTV系统中,无论是收费站CCTV子系统、收费分中心CCTV子系统、收费中心CCTV子系统、还是清分中心CCTV子系统都存在着多点接地的情况。例如:收费站CCTV子系统中外场设备有电源接地、保护接地,控制室设备也有电源接地、保护接地;收费分中心CCTV子系统中有前端光端机的电源接地、保护接地:还有后端控制室的电源接地、保护接地。这些接地电压在实际工作中或多或少存在差异。在有的高速公路机电系统中还存在着多个不同的接地系统,例如:收费接地系统、通信接地系统、电源接地系统、外场接地系统、机房接地系统等,各个接地系统的接地电压要求不同,且有时可能会由不同的承包商承建,容易造成接地电压不同。当收费CCTV系统中存在多点接地且接地电压不同时,会在同轴电缆的屏蔽网上出现电流,从而在图像上产生黑条纹干扰。要消除这种干扰有以下三种方法:
  1、实现统一接地。这种方法适用于较小的系统,统一接地的接地电阻要求小于1欧姆,这大大提高了接地工程的难度和造价。
  2、实现单点接地。单点接地即在每个收费CCTV子系统中只对一个设备接地且只有一种接地。有人会认为单点接地存在安全隐患,其实在一个收费CCTV子系统中所有设备之间都有同轴电缆相互连接,同轴电缆的屏蔽线是和设备的外壳焊接在一起的,只要有一个设备接地就相当于所有设备接地,当然这要在设备间和同轴电缆屏蔽线正常连接且完好无损的前提下。
  3、安装视频隔离器。视频隔离器可以消除由于接地电压不同而产生的接地干扰,当然这同时也提高了工程造价。在统一接地造价很高、工程复杂,无法实现单点接地(例如在收费系统使用视频叠加卡的情况下)以及考虑到安全隐患的情况下,安装视频隔离器是个理想的选择。
  同步失真是由于高速公路收费CCTV系统中各个图像处理设备同步处理形式不同造成的。特别是在联网收费系统中,收费CCTV系统的图像从摄像机到最终的显示设备必须经过十几种设备的处理,这大大提高了同步失真的概率。根据本人的工作经验,由字符叠加器和视频隔离器引起的同步失真现象较多。
  高速公路收费CCTV系统中图像干扰类型较多,经常是几种干扰并存。因此,我们在处理图像问题时应当注意具体问题具体分析,针对不同的干扰分析造成干扰的因素,有的放矢,才能取得良好的主观图像质量。
      
      发表于《中国交通信息产业》杂志2003年第2期



 发表人[技术]音视频监控在高速公路收费系统中的应用编辑/修改
 黄长久
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发表于:2003-10-17 08:58  公司名称:音视频监控在高速公路收费系统中的应用
本文在《中国公路交通信息产业》杂志 2003年第8期发表

  在高速公路收费系统中,收费监控历来着重于视频图像的监控。主要监视收费广场、收费亭、收费车道图像。对于声音的监控,一直较为薄弱,仅仅采用对讲机作为收费广场与监控室之间的通话联系方式。未作较为系统化的音频监控。
  随着收费系统的广泛使用,管理人员希望在查看收费图像的同时能听到收费人员与驾驶人员之间的交谈,更为清楚的了解画面内容。

音视频监控的发展
  收费监控录像采用传统的时滞录像机,一般只录图像,很少录制音频。在信息检索时只能从图像上看到动作,听不到声音,并且图像质量一般,回放效果不佳、录像带容量小,不易保管。录像带图像检索费时、费事,给管理带来极大的不便。
  随着大容量硬盘的推出,人们开始采用硬盘录像来取代时滞录像机。硬盘录像机的对音视频采用数字化的压缩、处理方式,并融入了先进的计算机管理技术,便于图像的保存和检索。尤其是Mpeg-4格式的应用,使得硬盘录像机具备了在高速公路监控领域中应用的条件。Mpeg-4格式采用了基于对象的压缩编码方法,它把图像和视频分割成不同的对象,分别处理,除了能提高数据压缩,还能实现基于内容的交互功能。大容量硬盘和高压缩比的编码方法,使硬盘录像机音视频录制时间加长。
  硬盘录像机的另一优点是可以方便的根据时间、车道号进行查询。硬盘录像全实时,每路25帧。系统采用了区域采集、动态侦测的方式,一台十六路硬盘录像机,配备9块120G硬盘,采用Mpeg-4压缩编码,可以保存一个月时间的图像及音频(音频占用硬盘空间较小)。
  由于硬盘录像机音频录制极为方便,可以将收费亭图像和音频同时进行监控。
  在收费亭内安装拾音器拾取亭内的音频信号,采集收费员在收费过程中与驾驶人员的交谈以及是否使用文明用语,对于有效的防止司售作弊带来极大方便。将采集到的声音信号通过音频双绞线传输至监控室,可以方便的保存和监听。这样,在监控室便获得了收费亭内同步的音视频。音视频通过硬盘录像机管理,便于存储和检索回放。

收费亭音频采集及传输方案
  1.音频源
  在收费亭内安装拾音器,采集收费员与驾驶人员的声音。
  2.安装位置
  拾音器安装位置的选择较为关键。既要拾取有用的声音,又要尽可能避免不必要的噪声。
  方案1:将拾音器安装在收费桌面的底部,尽量靠近收费窗口。但效果并不理想,采集声音中噪声较大,包含收费操作、开关抽屉的声音。
  方案2:拾音器紧靠亭内摄像机安装,站在地面上几乎看不到拾音器,安装较为隐蔽。虽然拾音器距收费窗口略远些,但足以清晰的拾取收费亭内及窗口的声音,分辨出驾驶人员与收费人员之间的谈话。根据实际应用的体会,推荐选择方案2。
  3.音频传输
  收费亭至收费站监控室近距离音频传输采用HYA型的音频电缆线,音频双绞线有效的抑制共模干扰,对于改善音频传输质量,效果不错。声音传至监控室,可以通过监视器的音频口输入、输出,也可以将亭内音视频同步输入硬盘录像机,实现音视频同步录像。
  音频信号的远程传输可以通过音视频光端机进行,音频和视频信号接入音视频光端机,通过道路主干光纤作远程同步传输,实现站级至管理所的音视频传输。

工程案例
  2002年,甘肃省进行了白兰、柳忠、谗柳、天谗四条公路的机电工程项目的建设。其中除了天谗公路为二级汽车专用线外,其余道路均为高速公路。这四条路采用省内联网收费,以路为单位进行管理,该项目中的应用情况如下。其中,我们公司承担了柳高速公路收费系统的建设任务。
  谗柳收费监控包括音视频两方面内容:
  收费广场包括广场摄像机、收费亭摄像机、收费车道摄像机采集收费广场图像,收费亭还设置拾音器,采集亭内音频信号。同时,各亭内配置对讲分机,用于和收费站联系。
出于强化收费管理所、弱化站级管理职能的考虑,收费站设置一台视频切换器和一台监视器,不配置录像设备。站级所有视频、音频通过光端机,远程传送至收费管理所,在管理所采用硬盘录像机,进行全部音视频同步录制。并且配置电视墙,实时显示站级图像。
  另外,通过矩阵切换控制器,将音视频切换到主监视器上,可以看和听站级实时的音视频,使用效果不错。
  噪音处理:
  音频传输过程中整体质量不错,不需要专用的滤波及增益等控制电路。
  调节发射光端机的灵敏度,调整信号放大倍数,可以有效的抑制音频噪音;同时,在接收端适当调整接收光端机的灵敏度,就可以获得较好的声音。
  该方案的实施,解决了在收费管理所只能看到图像,听不到声音的难题。柳路的音视频监控系统投入使用后,用户反映良好。

查看网友回复最后回复于:2004-3-9 10:32
 发表人[技术]PROFIBUS现场总线技术及其在集成化隧道监控系统中的应用编辑/修改
 雷晟
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发表于:2003-10-17 08:47  公司名称:西安金路交通工程科技发展有限责任公司
本文在《中国公路交通信息产业》杂志 2003年第9期发表
profibus现场总线技术
  所谓现场总线,是指将现场设备与工业过程控制单元、现场操作等互连而成的计算机网络,具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点,是工业控制网络向现场发展的产物。现在比较成熟应用较多的有CANBUS;PROFIBUS;LONWORKS等,由于工程中用到的是基于PROFIBUS总线以及它的显著优势,下面重点介绍PROFIBUS总线技术。

PROFIBUS简介
  PROFIBUS(Process Field Bus)是一种国际化的开放式现场总线标准,即EN 50 170欧洲现场总线标准。该标准可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络,从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。与其它现场总线系统相比,PROFIBUS的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50 170作保证,并经实际应用验证具有普遍性,而且可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。
  PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification)、PROFIBUS-PA(Process Automation)和PROFIBUS-DP(Decentralized Periphery)等三部分组成。其中PROFIBUS-DP是一种高速(数据传输速率9.6Kbps/s~12Mbps)、经济的设备级网络,主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信,可满足交直流调速系统快速响应的时间要求,并具有非常短的响应时间和极高的抗干扰性能。PROFIBUS-PA用IECII58-2标准,传输速率为31.25Kbps,提供本质安全特性,适用于安全性要求较高以及由总线供电的场合,由于应用了本质安全传输技术,因此,PROFIBUS-PA可以方便地运用于许多对安全性要求较高的场合。PROFIBUS-FMS主要解决车间级通信问题,完成中等传输速度的循环或非循环数据交换任务,功能强大的FMS(现场总线报文规范),向用户提供了广阔的应用范围和更大的灵活性,同时PROFIBUS-FMS还具有更加强大的数据通信功能。
PROFIBUS现场总线具有以下特性:
(1)符合DIN 19 245标准的第1~3部分;
(2)界面友好,数据一致性、高度的容错性;
(3)开放的设计:可以连接第三方厂家的部件。

PROFIBUS协议模型
  PROFIBUS是以公认的国际标准为基础,协议的结构是根据IS07498国际标准以开放式系统互联网络(OSI)作为参考模型的。
(1)PROFIBUS-DP(分布式的I/O),用于分布式I/O 通讯的协议模型。
(2)PROFIBUS-PA(过程自动化),是用于过程自动化,特别是内部安全区域的协议。
(3)PROFIBUS-FMS(现场总线信息规范),是现场通用的通讯功能协议。
  作为开放式通讯系统的工业标准,PROFIBUS现场总线公布了网络各层协议的所
  有规范,按照这些规范设计设备的网络接口,不同设备可实现网络互联,这给控制设备的生产厂家、系统安装调试单位和用户带来极大的方便。

PROFIBUS总线存取协议
  (1)三种PROFIBUS(DP.FMS.PA)均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型第二层(数据链路层)来实现的。它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。
  (2)在PROFIBUS中,第二层称之为现场总线数据链路层(Fieldbus Data Link - FDL)。介质存取控制(Medium Access Control - MAC)具体控制数据传输的程序,MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。
  (3)PROFIBUS总线存取协议,主站之间采用令牌传送方式,主站与从站之间采用主从方式。
  (4)令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权(令牌)。在PROFIBUS中,令牌传递仅在各主站之间进行。
  (5)主站得到总线存取令牌时可与从站通信。每个主站均可向从站发送或读取信息。因此,可能有以下三种系统配置:
  ①纯主-从系统
  ②纯主-主系统
  ③混合系统
  (6)在总线系统初建时,主站介质存取控制MAC的任务是制定总线上的站点分配并建立逻辑环。在总线运行期间,断电或损坏的主站必须从环中排除,新上电的主站必须加入逻辑环。
  (7)第二层的另一重要工作任务是保证数据的可靠性。PROFIBUS第二层的数据结构格式可保证数据的高度完整性。
  (8)PROFIBUS在第二层按照非连接的模式操作,除提供点对点逻辑数据传输外,还提供多点通信,其中包括广播及选择广播功能。

profibus现场总线在集成化隧道监控系统中的应用
  由于隧道具有和一般道路环境不同的特性(尤其是长大隧道和隧道群),为了对隧道内的各种设备进行集中监控和管理,对行驶在隧道内车辆提供控制、诱导等服务,为交通管理提供有力的决策支持,从而改善交通环境,提高紧急事件快速响应能力和服务水平,因此,监控系统在隧道的运营管理方面的作用尤为重要。
  对于长大隧道以及隧道群来讲,选用最广泛、最先进的技术无疑是监控系统的关键问题,基于冗余双环PROFIBUS现场总线技术在集成化隧道监控系统应用,就是一种不错的方案。
隧道监控系统配置规模的大小依据隧道内年事故概率。概率越大,隧道监控系统的等级越高,系统配置的规模越大。本文考虑的是一般隧道情况(特别是长大隧道和隧道群),包括中央管理子系统、交通管理子系统、照明监控子系统、电视监控子系统、火灾报警子系统、环境监测及通风控制子系统等。
  根据目前自动控制领域广泛使用成熟的网络集成技术,隧道监控系统可由三级网络结构组成,第一层为信息管理层,主要为中央管理子系统各服务器、计算机,采用工业以太网。第二层为控制层,主要包括隧道中的各子系统的区域控制器之间(如SIEMENS PLC)及区域控制器之间与主控制器之间的连接,采用冗余双环PROFIBUS现场总线。第三层为设备层,包括各系统现场控制器与区域控制器间的连接,采用PROFIBUS现场总线控制方式。

应用实例
  从可靠、先进、经济、方便实用,便于操作和管理的角度出发,我们采用了隧道监控系统采用全集成自动化技术(如SIEMENS S7)完成了隧道监控系统的现场采集,通过冗余的双环光缆PROFIBUS现场总线与中央管理控制系统的冗余通讯、数据服务器连接,使用专门软件(如SIEMENS Step 7)进行所有可编程控制器的集中管理、组态、维护,利用图形控制软件进行人机交互,实现整个隧道机电系统的控制、协调和管理。
  由于监控各子系统具有系统检测、执行设备分散,控制功能要求系统连锁性将,和其它系统的衔接功能多的特点,我们采用多个区域控制器(将纳入监控系统的某个隧道分为多个子段,每段设置一个控制器)进行分区域控制,通过PROFIBUS现场总线和中央控制系统相连,达到总体的控制、协调和连锁目的。同时,因为Profibus现场总线将所有的控制点的接线就地化,大大减少了系统的线材需要量,显著减轻了调试、维修、维护人员的工作量。
  Profibus允许分布式I/O站、人机接口系统及现场设备和可编程控制器之间进行通信。另外,整个自动化系统可以通过现场总线来启动、测试、编程和诊断。

PROFIBUS现场总线在隧道监控中应用的优点与特点
* 可靠性高
  本方案最大的特点与优点是可靠性高。主要表现在以下各方面:
  (1)分散控制
  本方案在各控制点相对集中的地方分别设置区域控制器,进行分散控制。
某一控制点或控制器的故障或失效,不会影响系统的安全运行。
  (2)现场总线通讯系统
  冗余的环形(如果光缆在某处断了,它仍可以从自身所在位置环回,以保证通信的正常进行)Profibus现场总线系统,保证在灾难情况下系统的有效性。符合工业标准的Profibus现场总线线缆、器件、接线方法提高了分布式系统的可靠性。
  贯穿整个控制区域的Profibus现场总线技术,是当前应用最广泛的现场总线技术,对于来自任何厂家的设备都是开放的。Profibus现场总线以1.5Mbps的速率运行,控制器间的连锁和信息交换可以在10毫秒内完成。
* 技术先进
  贯穿整个控制区域冗余双环形Profibus现场总线技术,是当今应用最广泛、最先进的现场总线技术。
* 整合性强
  整个监控系统采用全集成自动化技术,由于硬件、软件之间的充分协调,以及在整个系统内的完全一体化,使得系统的整体性非常高。各个区域控制器通过冗余的环形Profibus现场总线而成为一个整体,任何控制器都可以透明、快捷地访问系统中任一输入/输出点,信息交换如同人体血液流动一样自然流畅。
* 开放性高
  贯穿整个控制区域冗余双环形Profibus现场总线技术,是当今应用最广泛的现场总线技术,对于来自任何厂家的设备都是开放的。
* 性能高
  连接各区域控制器的Profibus总线以1.5Mbps的速率运行,中央控制器和监控工作站网络以高达100Mbps的速率相连接,加上可编程控制器(如SIEMENS S7)强大的计算能力,控制器内的连锁保护可以在大约5毫秒内完成,控制器间的连锁和信息交换可以在大约20毫秒内完成,监控工作站的操作可以在大约1秒钟内响应。
查看网友回复最后回复于:2005-7-14 18:45
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