目前高速公路項目中對視頻信號的監(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)站各自對這些信號進(jìn)行監(jiān)控和管理。同時各收費(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)置一個或多個路段監(jiān)控分中心，它們分別對某一路段進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理。需要傳輸?shù)男盘栔饕? 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。
3、區(qū)域 監(jiān)控中心
根據(jù)具體地域情況，有時可以把多條高速公路劃分為一個片區(qū)來統(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)中必不可少的一個部分。從目前國內(nèi)大部分的高速公路現(xiàn)況來看，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)電項目研究的新課題。
近年來，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，人們對光通信以及光端機(jī)越來越熟悉，而且光纖通信技術(shù)越來越成熟，光端機(jī)的廣泛運(yùn)用都讓監(jiān)控系統(tǒng)越來越得到重視和應(yīng)用。隨著計算機(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源器件等五個部分組成。
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)中對來自信息源的信號傳送到發(fā)送端的光端機(jī)，光發(fā)射機(jī)則是將光源通過電信號調(diào)制成光信號，輸入光纖傳輸至遠(yuǎn)方；接收端的光端機(jī)內(nèi)有光檢測器將來自光纖的光信號還原成電信號，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/光信號轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于信號源（視頻、音頻或控制數(shù)據(jù)等）的電信號對光源發(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)。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄒ曨l、音頻或控制數(shù)據(jù)等），然后，再將這微弱的電信號經(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，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器上去，完成傳送信息任務(wù)。
(4)中繼器：中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補(bǔ)償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進(jìn)行校正。
(5)光纖連接器、耦合器等無源器件：由于光纖或光纜的長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，對光纖連接器、耦合器等無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，長距離的光纖通迅。多模光纖（Multi-Mode）在一定的工作波長下，有多個模式在光纖中傳輸。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為1310nm或1550nm。單模光纖的傳輸特性比多模光纖好，價格比多模光纖便宜，而得到了廣泛的應(yīng)用。對于光纖的基本要求是損耗和色散這兩個傳輸特性參數(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)中常用三個低損耗窗口。
光纖色散是指輸入光脈沖在光纖中傳輸時由于各波長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)男盘柮}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：
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，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、語音以及數(shù)據(jù)信號進(jìn)行數(shù)字化處理，再將這些數(shù)字信號進(jìn)行復(fù)用處理，使多路低速的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一路高速信號，并將這一信號轉(zhuǎn)換成光信號。在接收端將光信號還原成電信號，還原的高速信號分解出原來的多路低速信號，最后再將這些數(shù)據(jù)信號還原成圖像、語音以及數(shù)據(jù)信號。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)級聯(lián)型光端機(jī)采用1.25G光傳輸平臺，在一芯光纖上可同時傳送10路視頻信號，支持節(jié)點(diǎn)數(shù)至少10個，級聯(lián)式光端機(jī)遠(yuǎn)端設(shè)備可接入1～4路視頻信號，局端設(shè)備可實(shí)時輸出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）。
級聯(lián)型光端機(jī)采用模塊化設(shè)計方式，支持功能擴(kuò)展。每個遠(yuǎn)端機(jī)單個機(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。同時，每個遠(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。
級聯(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，能自動隔離故障節(jié)點(diǎn)，確保其它節(jié)點(diǎn)機(jī)正常工作。
級聯(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（時分復(fù)用）技術(shù)和ADM（電分插復(fù)用）技術(shù)說明與應(yīng)用
TDM與ADM技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用的方式：ADM可以這樣來理解：在ADM節(jié)點(diǎn)上，可以提取一個或幾個時隙的信號，同時插入相應(yīng)的信號，其它時隙的信號在此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了一次再生中繼。如果節(jié)點(diǎn)只插入信號，則它相當(dāng)于除插入信號外，還對前面的信號進(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可以解決長距離傳輸，但容量偏小，最多只能傳輸16路視頻信號。WDM中的ADM可以解決大容量問題，最大可傳輸128路視頻信號，但傳輸距離受限。假設(shè)一個鏈路有8個光插入點(diǎn)，每個點(diǎn)插入1個波長，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波長進(jìn)行計算，傳輸距離也只能達(dá)到約40公里，平均到每個插入段只有5公里！如果能將兩種技術(shù)結(jié)合起來應(yīng)用，就有可能提供一個較完善的解決方案。
采用數(shù)字級聯(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，與數(shù)字非壓縮點(diǎn)對點(diǎn)傳輸圖像完全一致。
2、完全實(shí)時傳輸，沒有壓縮圖像傳輸?shù)难訒r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)對點(diǎn)傳輸系統(tǒng)大大節(jié)省了光纖芯數(shù)
7、性價比高，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，某個節(jié)點(diǎn)斷電不會影響其余節(jié)點(diǎn)的傳輸
9、有完善的網(wǎng)管系統(tǒng)，可以對整個鏈路設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，及時準(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各分散的視頻進(jìn)行數(shù)字非壓縮實(shí)時級聯(lián)傳輸，但在整個傳輸過程中視頻只進(jìn)行一次數(shù)字化，所有的級聯(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，帶來了全新的傳輸平臺，為高速公路的全程視頻監(jiān)控與監(jiān)測提供了一個高效、可靠的傳輸通道，為安全行駛、平安道路作出了新的貢獻(xiàn)。
