目前高速公路項(xiàng)目中對(duì)視頻信號(hào)的監(jiān)控和管理自下而上可分為以下幾層：
1、收費(fèi)站
屬于收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)，各收費(fèi)站把本地的視頻、音頻、開關(guān)量、數(shù)據(jù)等信號(hào)通過電纜或光纜傳輸?shù)绞召M(fèi)站管理室，各收費(fèi)站各自對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控和管理。同時(shí)各收費(fèi)站還根據(jù)實(shí)際需求選擇部分圖像、音頻等信號(hào)上傳到路段監(jiān)控分中心。
2、路段監(jiān)控分中心
一條高速公路通常設(shè)置一個(gè)或多個(gè)路段監(jiān)控分中心，它們分別對(duì)某一路段進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理。需要傳輸?shù)男盘?hào)主要有 路段中各隧道內(nèi)的視頻圖像，重要路段的監(jiān)控圖像，各收費(fèi)站根據(jù)路段監(jiān)控分中心要求選擇上傳的圖像等信號(hào)。
3、區(qū)域 監(jiān)控中心
根據(jù)具體地域情況，有時(shí)可以把多條高速公路劃分為一個(gè)片區(qū)來(lái)統(tǒng)一管理，設(shè)置區(qū)域 監(jiān)控中心 。區(qū)域 監(jiān)控中心根據(jù)實(shí)際情況對(duì)所轄的 幾條高速公路的路段監(jiān)控分中心上傳的圖像進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理。
4、省中心
各省高速公路管理局對(duì)省內(nèi)所有的高速公路進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控、管理和調(diào)度。各片區(qū)監(jiān)控中心將自己所轄區(qū)域內(nèi)的視頻信號(hào)有選擇地上傳到省中心，由省中心統(tǒng)一監(jiān)控和管理。
隨著高速公路管理要求的不斷提高，收費(fèi)管理、數(shù)據(jù)通信、圖像監(jiān)控已經(jīng)是現(xiàn)代化高速公路建設(shè)中必不可少的一個(gè)部分。從目前國(guó)內(nèi)大部分的高速公路現(xiàn)況來(lái)看，幾乎80%的公路沿線都已經(jīng)具有了光纖傳輸線路，因此，怎樣合理利用原有的光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像傳輸，節(jié)約現(xiàn)有光纖資源成為了高速機(jī)電項(xiàng)目研究的新課題。
近年來(lái)，光纖傳輸技術(shù)在高速公路監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)和其他一般監(jiān)控系統(tǒng)中得到了非常廣泛的應(yīng)用，人們對(duì)光通信以及光端機(jī)越來(lái)越熟悉，而且光纖通信技術(shù)越來(lái)越成熟，光端機(jī)的廣泛運(yùn)用都讓監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越得到重視和應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)和總線技術(shù)突破了原有的技術(shù)瓶頸，使高速公路等監(jiān)視與控制系統(tǒng)高速信息共享成為可能，并在很多項(xiàng)目上給予實(shí)現(xiàn)。
光纖的傳輸系統(tǒng)
1．系統(tǒng)基本構(gòu)成
光纖監(jiān)控、通信系統(tǒng)都是以光波作為載波，以光纖作為傳輸媒介的監(jiān)控以及通信系統(tǒng)。光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光中繼器、光纖連接器及耦合器的無(wú)源器件等五個(gè)部分組成。
視頻光端機(jī)是光纖通信系統(tǒng)的核心設(shè)備，光端機(jī)分為發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，它們的性能直接影響整個(gè)監(jiān)控以及通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。光纖傳輸系統(tǒng)中對(duì)來(lái)自信息源的信號(hào)傳送到發(fā)送端的光端機(jī)，光發(fā)射機(jī)則是將光源通過電信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)，輸入光纖傳輸至遠(yuǎn)方；接收端的光端機(jī)內(nèi)有光檢測(cè)器將來(lái)自光纖的光信號(hào)還原成電信號(hào)，經(jīng)放大、整形、再生后恢復(fù)還原輸出。一般都能完成幾十公里甚至上百公里的圖像以及相關(guān)信號(hào)傳輸。
光纖傳輸系統(tǒng)中各部分的功能作用：
(1)發(fā)射機(jī)：發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光信號(hào)轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能是將來(lái)自于信號(hào)源（視頻、音頻或控制數(shù)據(jù)等）的電信號(hào)對(duì)光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號(hào)耦合到光纖去傳輸。
(2)接收機(jī)：光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測(cè)器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（視頻、音頻或控制數(shù)據(jù)等），然后，再將這微弱的電信號(hào)經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到用戶接收端去。
(3)光纖或光纜：光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)射端發(fā)出的已調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到接收端的光檢測(cè)器上去，完成傳送信息任務(wù)。
(4)中繼器：中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖進(jìn)行校正。
(5)光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件：由于光纖或光纜的長(zhǎng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長(zhǎng)度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對(duì)光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件的使用是必不可少的。
2.光纖（光纜）傳輸特性
光纖是用高純度的玻璃材料制造而成。光纖線路由光纖、光纖接頭、光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體，實(shí)際中使用的是容納許多根光纖的光纜（每根光纖都有自己的包層）。
光纖線路的性能主要由光纜內(nèi)光纖的傳輸特性決定。目前使用的石英光纖有多模光纖和單模光纖。單模光纖（Single-Mode）只傳輸主模，也就是說(shuō)光線只沿光纖的內(nèi)芯進(jìn)行傳輸。由于完全避免了模式射散使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用與大容量，長(zhǎng)距離的光纖通迅。多模光纖（Multi-Mode）在一定的工作波長(zhǎng)下，有多個(gè)模式在光纖中傳輸。由于色散，這種光纖的傳輸性能較差頻帶比較窄，傳輸容量也比較小，距離比較短。單模光纖使用的光波長(zhǎng)為1310nm或1550nm。單模光纖的傳輸特性比多模光纖好，價(jià)格比多模光纖便宜，而得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于光纖的基本要求是損耗和色散這兩個(gè)傳輸特性參數(shù)盡可能地小。
產(chǎn)生光纖損耗的原因主要分為三種：吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。光纖損耗關(guān)系到光纖傳輸距離的長(zhǎng)短和中繼距離的選擇。即光纖損耗限制了光纖傳輸?shù)淖畲笾蓖ň嚯x。目前光纖傳輸中常用三個(gè)低損耗窗口。0.85（850nm）、1.31(1310nm)和1.55(1550nm)左右是光纖傳輸系統(tǒng)中常用三個(gè)低損耗窗口。
光纖色散是指輸入光脈沖在光纖中傳輸時(shí)由于各波長(zhǎng)光波的群速度不同而引起光脈沖展寬的現(xiàn)象。光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘?hào)脈沖發(fā)生畸變，從而限制了光纖的傳輸帶寬。
光端機(jī)的優(yōu)勢(shì)：
光纖傳輸系統(tǒng)具有容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在通信傳輸方面有著不可替代的地位。光纖通訊容量大，理論可利用帶寬可達(dá)50000GHz，無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)100公里。
由于光纖傳輸具有損耗低、頻帶寬、容量大、信號(hào)質(zhì)量好的特點(diǎn)，使用光纜組網(wǎng)可以減少鏈路上的放大器和供電環(huán)節(jié)，使信號(hào)的傳輸質(zhì)量及系統(tǒng)的可靠性大為提高。而且光纖傳輸還具有抗電磁干擾、無(wú)電磁泄漏、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。從目前高速公路機(jī)電工程中的視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式看，光纖傳輸方式是高速公路視頻圖像監(jiān)控傳輸系統(tǒng)的最佳選擇。因此一種特殊的傳輸設(shè)備：光端機(jī)應(yīng)運(yùn)而生了。
光端機(jī)是一種光纖通信設(shè)備，它是將所要傳輸?shù)膱D像、語(yǔ)音以及數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，再將這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行復(fù)用處理，使多路低速的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成一路高速信號(hào)，并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。在接收端將光信號(hào)還原成電信號(hào)，還原的高速信號(hào)分解出原來(lái)的多路低速信號(hào)，最后再將這些數(shù)據(jù)信號(hào)還原成圖像、語(yǔ)音以及數(shù)據(jù)信號(hào)。節(jié)點(diǎn)光端機(jī)是光端機(jī)中的高端產(chǎn)品，它能夠在一條光纖上插入多達(dá)16個(gè)接入點(diǎn)。例如深圳安迅達(dá)程科技有限公司自行研發(fā)生產(chǎn)的AKF節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)系列。
節(jié)點(diǎn)光端機(jī)（簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)機(jī)）的出現(xiàn)，給高速公路的全程圖像監(jiān)控系統(tǒng)提供了可靠的傳輸通道。
節(jié)點(diǎn)機(jī)傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介
節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)又稱總線型光端機(jī)，其更準(zhǔn)確的定義是采用單/雙纖鏈路式組網(wǎng)形式的圖像傳輸系統(tǒng)，也被稱為鏈路式光端機(jī)。采用的技術(shù)是電信中常用的時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM）和分插復(fù)用技術(shù)（ADM），具有節(jié)省光纖資源，延長(zhǎng)傳輸距離等優(yōu)點(diǎn)。由于采用ADM技術(shù)的鏈路式光端機(jī)在傳輸容量上受到較大限制，一般將TDM與ADM結(jié)合使用。在沒有富余光纖資源的情況下，更多的是采用TDM技術(shù)，這樣可以使不同業(yè)務(wù)平臺(tái)的光通信系統(tǒng)完全在物理上隔絕的一芯光纖上傳輸。該系統(tǒng)目前在高速公路上的運(yùn)用已經(jīng)是相當(dāng)?shù)膹V泛。
鏈路式（節(jié)點(diǎn)式）數(shù)字視頻光端機(jī)采用非壓縮數(shù)字視頻傳輸方式，是TDM（時(shí)分復(fù)用）技術(shù)和ADM（電分插復(fù)用）技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。10節(jié)點(diǎn)級(jí)聯(lián)型光端機(jī)采用1.25G光傳輸平臺(tái)，在一芯光纖上可同時(shí)傳送10路視頻信號(hào)，支持節(jié)點(diǎn)數(shù)至少10個(gè)，級(jí)聯(lián)式光端機(jī)遠(yuǎn)端設(shè)備可接入1～4路視頻信號(hào)，局端設(shè)備可實(shí)時(shí)輸出10路視頻。（目前深圳市安迅達(dá)程科技有限公司自行研發(fā)生產(chǎn)的AKF系列節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)已經(jīng)可以在一條鏈路上做到16路的視頻，采用2.5G的光傳輸平臺(tái)）。
級(jí)聯(lián)型光端機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)方式，支持功能擴(kuò)展。每個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)單個(gè)機(jī)盤上可以提供2路RS-485/422共享數(shù)據(jù)，以及2路獨(dú)立通道點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)/音頻信號(hào)。同時(shí)，每個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)和局端機(jī)都可以通過增加音頻/數(shù)據(jù)擴(kuò)展盤的方式傳輸更多路數(shù)音頻、數(shù)據(jù)、開關(guān)量等信號(hào)。
級(jí)聯(lián)型光端機(jī)遠(yuǎn)端設(shè)備可以選配光鏈路保護(hù)機(jī)盤，能自動(dòng)隔離故障節(jié)點(diǎn)，確保其它節(jié)點(diǎn)機(jī)正常工作。
級(jí)聯(lián)型光端機(jī)可以安裝網(wǎng)管插件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端機(jī)和局端機(jī)網(wǎng)管功能。
TDM（時(shí)分復(fù)用）技術(shù)和ADM（電分插復(fù)用）技術(shù)說(shuō)明與應(yīng)用
TDM與ADM技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用的方式：ADM可以這樣來(lái)理解：在ADM節(jié)點(diǎn)上，可以提取一個(gè)或幾個(gè)時(shí)隙的信號(hào)，同時(shí)插入相應(yīng)的信號(hào)，其它時(shí)隙的信號(hào)在此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了一次再生中繼。如果節(jié)點(diǎn)只插入信號(hào)，則它相當(dāng)于除插入信號(hào)外，還對(duì)前面的信號(hào)進(jìn)行了一次再生中繼。
兩種技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用：TDM中的ADM可以解決長(zhǎng)距離傳輸，但容量偏小，最多只能傳輸16路視頻信號(hào)。WDM中的ADM可以解決大容量問題，最大可傳輸128路視頻信號(hào)，但傳輸距離受限。假設(shè)一個(gè)鏈路有8個(gè)光插入點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)插入1個(gè)波長(zhǎng)，插入損耗為1.3dB，設(shè)備的輸出光功率為-2dB，接收靈敏度為-25dB，則最大鏈路損耗只有約10dB，按1550nm波長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，傳輸距離也只能達(dá)到約40公里，平均到每個(gè)插入段只有5公里！如果能將兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，就有可能提供一個(gè)較完善的解決方案。
采用數(shù)字級(jí)聯(lián)技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、全程數(shù)字非壓縮視頻傳輸，視頻質(zhì)量高，達(dá)到廣播級(jí)，與數(shù)字非壓縮點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸圖像完全一致。
2、完全實(shí)時(shí)傳輸，沒有壓縮圖像傳輸?shù)难訒r(shí)問題。
3、系統(tǒng)傳輸容量大，采用1.25G傳輸系統(tǒng)，一芯光纖可傳輸72路圖像，采用2.5G傳輸系統(tǒng)一芯光纖可傳輸128路圖像。
4、適用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)。對(duì)集中圖像、分散圖像和準(zhǔn)集中圖像的傳輸都能很好的適應(yīng)
5、可擴(kuò)展性好，圖像路數(shù)增加非常方便。
6、節(jié)省光纖資源，比點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸系統(tǒng)大大節(jié)省了光纖芯數(shù)
7、性價(jià)比高，比采用壓縮視頻的環(huán)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)大大節(jié)約建設(shè)成本
8、可靠性高，具有節(jié)點(diǎn)斷電光鏈路保護(hù)功能，某個(gè)節(jié)點(diǎn)斷電不會(huì)影響其余節(jié)點(diǎn)的傳輸
9、有完善的網(wǎng)管系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)鏈路設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，及時(shí)準(zhǔn)確判斷設(shè)備故障原因，極大的節(jié)省了維護(hù)成本。
該方案的核心思想是對(duì)各分散的視頻進(jìn)行數(shù)字非壓縮實(shí)時(shí)級(jí)聯(lián)傳輸，但在整個(gè)傳輸過程中視頻只進(jìn)行一次數(shù)字化，所有的級(jí)聯(lián)和插入都在數(shù)字域進(jìn)行，保證視頻質(zhì)量與數(shù)字非壓縮點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸完全一樣。該方案的最大特點(diǎn)就是：不管多么復(fù)雜的鏈路，都是數(shù)字非壓縮實(shí)時(shí)視頻直接傳輸?shù)铰范畏种行摹９?jié)點(diǎn)機(jī)在高速上的成功應(yīng)用，帶來(lái)了全新的傳輸平臺(tái)，為高速公路的全程視頻監(jiān)控與監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)高效、可靠的傳輸通道，為安全行駛、平安道路作出了新的貢獻(xiàn)。
