云上天眼——沌口大桥视频云联网技术应用

随着高速公路通车里程的增加，监控基础设施不断增多，基础监控设施日趋完善。但由于各路段管辖机构不同、各系统差异化大、融合度低，未能实现视频监控全面联网，监控视频无法复用共享，急需打破机构屏障、地域屏障、网络屏障,运用“互联网+”思维，采用“云-管-端”的总体架构,通过视频云联网建设，提升精细化的管理水平和公众出行服务水平。2019年11月，交通运输部印发了《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》,要求在2020年12月底完成部省全面联网及设施升级，实现部省路网视频监控设施联通、视频资源实时在线共享和协同调度功能。

监控设施三级管理

武汉沌口长江公路大桥是武汉第九座长江大桥，项目含接线工程全长8.599km，跨江主桥全长1510米，桥宽46米，双塔双索面钢箱梁斜拉桥，双向十车道高速公路标准打造建设，时速120公里。沌口大桥起点接四环线西段，终点止于四环线南段，与武汉汉洪高速（S13）、武深高速(G0422)湖北段、武汉青郑高速（S11），分别交叉互通衔接，是湖北省武汉市境内连接蔡甸区与江夏区的过江通道，是武汉市四环线的重要组成部分。沌口大桥的开通对于缓解武汉过江交通压力，促进沿线经济发展发挥了重要作用。沌口大桥视频系统现状如下：

1.沿线设施管理体制。沌口大桥监控设施管理体制采用“湖北省高速公路应急指挥中心-沌口大桥监控分中心-外场监控设施”的三级管理体制。

2.摄像机布设情况。沌口大桥以“以太网”为基础，总共在全线覆盖了119套高清摄像头。其中外场沿线设置了45套道路遥控云台摄像机，跨江主桥段作为重点监控区域设置了60套防恐摄像头、10套航道摄像头、4套桥梁主塔全景摄像头，实现了路段、桥梁全程监控。

3.视频传输。路段视频传输方面，沌口大桥视频传输采用全数字传输系统。外场摄像机按照功能不同，分别通过工业光纤环网交换机组成道路、防恐、航道共4组光纤环网，并传输至中心视频三层以太网交换机汇聚，共同组成千兆自愈光纤环形网络。为监控系统提供具备冗余性、快速故障自愈能力的通信网络。路省视频传输方面，沌口大桥监控中心设置的视频三层以太网汇聚交换机，利用光纤接入邻近的武汉四环线高速公路监控系统，从而接入湖北省视频监控内网，将沌口大桥视频图像传输至湖北省高速公路应急指挥中心协同调度。

4.视频监控平台系统。视频监控平台系统由6套视频流媒体服务器、5套视频存储磁盘阵列、2套三层视频交换机、14套视频解码器、44块55英寸液晶拼接屏组成。

5.大屏拼接系统。中心大屏幕显示系统采用全液晶拼接屏的显示方案，由 4（行）x 11（列）共44块55英寸拼接屏组成。可将任意信号以单屏或整屏方式显示在大屏上，实现开窗、放大、缩小、跨屏显示等具体操作。

6.视频事件检测系统。视频事件检测系统，实现对45路道路摄像机图像进行实时检测。当出现拥堵、停车、逆行、遗撒物等异常事件，立即发起报警。

7.综合监控平台软件。中心设有一套数字化视频管理监控平台软件，实现视频图像调阅、实时预览、录像查询等功能。

图1 沌口大桥信息中心

视频云联网设计

根据《全国高速公路视频联网工作实施方案》《全国高速公路视频云联网技术要求》，以及《湖北省高速公路视频云联网技术要求》,视频云联网系统应满足以下几点：

1.外场视频终端升级改造。监控摄像机均应采用数字化摄像机，以满足上云汇聚要求。对存在交通安全风险、事故高发区、灾害集中区、易拥堵路段等重点监测点位的视频设施进行加密，实现监测全覆盖。视频智能监测设备宜采用云边计算结合方式，视频结构化解析功能尽量层级下沉，以减轻网络带宽传输压力。新建、在建、扩建高速公路的视频监测设施，应按每2公里1对的标准一次性建设并联网运行。新建或改造的数字化摄像机应具备多码流输出功能，且满足GB/T 28181、GB/T 28059、RTMP等协议标准，以便于今后视频直接上云。

2.联网要求。路段视频系统内全部监控摄像机图像均应采用数字化，满足上云汇聚要求；路段视频系统上云汇聚点应能将全部摄像机同时接入，确保所有视频资源同时在线和可控；路段视频系统上云汇聚点需开通专用的运营商宽带，专用带宽应满足每100 路视频不低于50M的标准，且具备一个及以上独立互联公网固定IP地址；路段视频系统既有网络和运营商宽带专线间，应部署有安全防火墙；路段视频系统上云汇聚点应按需部署视频上云网关及相关设备，将全部视频资源转换为32Kpbs低码流（25帧、CIF分辨率）和不低于1Mpbs高码流（25 帧）两种符合H.264标准的码流，其中32Kpbs 低码流（25 帧、CIF分辨率）视频以RTMP协议长连接方式实时推送到部级云平台，部级云平台可按需调用不低于1Mpbs高码流（25帧）视频；应提供路段辖区内所有视频资源摄像机（含桥隧、收费站广场、服务区及 ETC 门架等设备信息、点位信息、在线运行状态等信息；视频资源编号命名、字符叠加及时钟同步规则应符合《交通运输部办公厅关于做好部省视频监测系统（客户端）整改升级工作的通知》（交办公路函〔2019〕676号）要求；接口和VPN隧道支持国家密码管理局认可的密码算法，优先使用国密算法加解密；各级视频平台同步采用北斗授时时间。

3.总体架构。通过云计算服务、公有云CDN以及视频上云网关、云端VPN隧道，实现本路段主线、收费站、服务区、ETC门架等视频监控设备资源100%汇聚并联网应用，实现向省级视频联网云平台提供视频调用等服务。省级视频联网监测工作按照“全域接入、科学实施、智慧监测、提质增效”的建设原则，采用“视频云联网”技术，构建“云、管、端”一体化的省级视频云平台，并实现部、省两级视频云平台联网、联动。

湖北省高速公路视频云联网系统由省级云平台、路段上云汇聚点、高速公路沿线视频系统三级构成。

图2 全国高速公路视频云联网系统总体结构图

视频云联网建设方案

沌口大桥外场道路摄像机按每250米1个设置、跨江主桥段防恐摄像机按每60米1对设置。其配置远超每2公里1对的设置要求，且所有视频图像均为数字化高清图像，满足上云汇聚要求。本次只需要在管理中心进行视频云联网系统建设。

1.网络架构。沌口大桥视频云联网采用“前端摄像机- 路段分中心-省级云平台-部级云平台”的方式。在沌口大桥中心设置1套128路视频上云网关，各前端摄像机主码流接入原视频监控管理平台系统，辅码流接驳上云网关。

图3 沌口大桥视频云联网系统架构图

2.视频联网传输方案。在沌口大桥中心租赁1条运营商50兆互联网专线，与省级云平台建立VPN隧道链接。视频上云网关通过VPN链路按照低码流（不低于32Kps）实时推送，高码流（不低于1Mps）按需推送的要求，上传至省级云平台。

3.网络安全防护。硬件安全：省级云平台按照网络安全等级保护三级要求建设，沌口大桥中心参照二级要求建设。在上云网关和互联网专线网络接口之间部署外网防火墙，实现监控内网与互联网的访问控制和安全隔离；在沌口大桥与相接路段监控内网之间部署内网防火墙，实现各路段监控内网间的访问控制和安全隔离；确保视频云联网安全。传输安全：上云网关至省级视频云平台通过云端VPN 隧道传输，采用隧道、加解密、密钥管理、使用者与设备身份认证四项技术保证安全。部省视频码流对接时，采用URL鉴权功能，提高视频资源防盗能力，URL由播放地址、验证串组成。接口安全：对接接口协议需采用HTTPS协议，降低交互复杂性、减少通信过程交互环节；支持OAuth2.0认证，保证接口安全调用；接口的数据传输采用JSON数据格式；传输过程符合请求/响应模式，有请求须有响应返回。

智能视频综合管理平台

通过在沌口大桥监控分中心将视频上云融合，实现高速全程视频的“互联、互通、互享”，构建具有综合管理能力的高速公路智能视频综合分析管理平台，为各高速公路路段管理单位提供实时视频资源调阅及共享服务。达到“可视、可测、可控、可服务”目标，实现了“一网感知互联、一云整合共享、一图洞察全局、一心智慧联动、一体协同处置”——“五个一”的管理服务功能。

图4 视频云平台

视频云联网依托于公共云平台提供的资源服务，实现高速公路视频资源在云平台的汇聚与分发，通过云监控、大数据、云计算等先进科技手段，强化了高速公路“一路多方”联勤联动机制，实现了信息服务的“可知、可导、可达”，应急管理的“可测、可防、可控”。

随着视频云联网系统投入使用，实现了对道路、车辆、人员以及环境的全天候监控，确保了各类事件的及时发现、精准定位、快速处置。为应急指挥、协调调度、协同处置提供有力支撑，为智慧交通的发展助力。

本文刊载 / 《大桥养护与运营》杂志

2021年 第4期 总第16期

作者 / 金鑫 薛瑞华

作者单位 / 武汉中交沌口长江大桥投资有限公司

编辑 / 王硕

美编 / 赵雯

责编 / 李诗韵

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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