長江干線交管系統(tǒng)視頻監(jiān)控項目研究

李凡

摘 要 長江是我國的第一大河，流經(jīng)青海、西藏、四川、云南、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海等11個省、區(qū)、市，在上海注入東海。長江是中國主要的運輸河流，客貨運輸密集，連接內(nèi)陸和沿海港口，素有 “黃金水道”之稱，起著東西交通大動脈的作用，為我國的國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了非常重要的貢獻(xiàn)。目前長江干線46個主要渡口新建46個CCTV站點，構(gòu)建長江海事局、各分支海事局、CCTV點三級架構(gòu)的CCTV監(jiān)視系統(tǒng)。除建設(shè)46個新建CCTV站點外，還需實現(xiàn)與長江海事局現(xiàn)有CCTV系統(tǒng)的系統(tǒng)對接和數(shù)據(jù)交換工作。

關(guān)鍵詞 流媒體轉(zhuǎn)發(fā) CCTV 軟件架構(gòu)

中圖分類號：D631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1現(xiàn)狀與需求分析

長江干線主要渡口和非重點水域的船舶交通管理系統(tǒng)工程主要是在長江干線46個I級和II級渡口布設(shè)CCTV監(jiān)控點，在朱沱、白沙等34個執(zhí)法大隊躉船上配置能見度、風(fēng)速風(fēng)向等氣象設(shè)備，對已建的船舶交通管理系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)升級改造，實現(xiàn)各種監(jiān)管信息的綜合顯示。配置CCTV裝置46套，六要素氣象采集儀、能見度儀、機(jī)箱及安裝支架等氣象設(shè)備34套，以及相應(yīng)的信息傳輸與網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用、交通顯示、管理、記錄重放、運行保障等子系統(tǒng)，配置相關(guān)的設(shè)備及軟件。實現(xiàn)船舶動態(tài)監(jiān)視、信息服務(wù)、預(yù)警和搜救協(xié)作、事件回放等四方面功能。

長江海事局已建CCTV系統(tǒng)主要用于對船舶在航道內(nèi)的航行狀態(tài)、港口作業(yè)人車情況進(jìn)行監(jiān)視，分期建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV系統(tǒng)）。長江海事局共建設(shè)了224個CCTV固定點，108個CCTV移動點，對彎曲河段、橋區(qū)和船舶密集區(qū)域?qū)嵤┮曨l監(jiān)控，在各分支海事局指揮中心和部分分支局海事處建設(shè)CCTV監(jiān)控終端。

2系統(tǒng)總體建設(shè)方案

2.1系統(tǒng)設(shè)計原則

以保安全、促暢通為出發(fā)點，緊緊圍繞水上交通安全管理業(yè)務(wù)與出行服務(wù)業(yè)務(wù)，并在秉持下述原則的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該具有技術(shù)先進(jìn)性，所采用的理念、技術(shù)應(yīng)當(dāng)是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的，并能代表未來的發(fā)展方向。本系統(tǒng)采用的硬件設(shè)備及軟件產(chǎn)品均支持國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，選用的設(shè)備和技術(shù)均符合國標(biāo)、行標(biāo)的統(tǒng)一要求，符合總體設(shè)計要求，確保在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下，實現(xiàn)上下級信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

2.1.1穩(wěn)定性

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個系統(tǒng)牽涉面多、運行環(huán)境惡劣、不間斷使用的復(fù)雜系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計時要統(tǒng)籌考慮所用設(shè)備和控制系統(tǒng)，符合當(dāng)前技術(shù)和交通管理部門管理工作的發(fā)展方向，同時系統(tǒng)選用成熟的技術(shù)，減少系統(tǒng)的技術(shù)風(fēng)險。前后端系統(tǒng)設(shè)備可靠性高，系統(tǒng)能夠7*24小時連續(xù)工作。

2.1.2可拓展性

用戶的需求會發(fā)生變化，這就要求系統(tǒng)核心架構(gòu)具有足夠的靈活性，具有良好的分層、模塊化設(shè)計。針對不同的應(yīng)用場景可以實現(xiàn)靈活、快速的定制，及時響應(yīng)用戶需求。

系統(tǒng)應(yīng)采用靈活、開放的模塊化設(shè)計，賦予結(jié)構(gòu)上極大的靈活性，為系統(tǒng)擴(kuò)展、升級及可預(yù)見的管理模式的改變留有余地。

系統(tǒng)采用開放的體系結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計，便于硬件設(shè)備的增減和二次開發(fā)。

2.1.3易用性與易維護(hù)性

系統(tǒng)從實戰(zhàn)出發(fā)，圍繞當(dāng)前業(yè)務(wù)管理部門的核心訴求進(jìn)行設(shè)計，采用簡潔、友好的人機(jī)界面，具有多媒體化操作設(shè)計，在出現(xiàn)系統(tǒng)故障時，能夠簡便快捷的進(jìn)行處理。前端設(shè)備支持遠(yuǎn)程升級和遠(yuǎn)程故障排除功能，維護(hù)便捷，降低系統(tǒng)運維管理成本。使用穩(wěn)定易用的硬件和軟件，即降低了對管理人員進(jìn)行專業(yè)知識的培訓(xùn)費用，也節(jié)省了日常頻繁地維護(hù)費用。

2.2系統(tǒng)設(shè)計思想

本項目的46個CCTV點位進(jìn)行全景+細(xì)節(jié)監(jiān)控以“促進(jìn)管理效率、減少交通事故、提升出行服務(wù)”為業(yè)務(wù)導(dǎo)向，提出了系統(tǒng)解決方案，通過視頻監(jiān)控、GPS數(shù)據(jù)的接入、實現(xiàn)全天候視頻監(jiān)控包括夜晚及大霧等惡劣天氣、報警預(yù)防、交通信息發(fā)布、流量采集同時加上前端設(shè)備的合理部署，結(jié)合綜合視頻平臺的協(xié)同監(jiān)控，大大提高系統(tǒng)的監(jiān)控效率，有效保障執(zhí)法公正兼顧執(zhí)法效率的目的。

統(tǒng)一安全平臺軟件采用了J2EE和SOA面向服務(wù)的架構(gòu)。平臺的核心管理包括部署管理、配置管理、運行管理及維護(hù)管理。平臺按照功能模塊可以劃分為核心應(yīng)用層（包括中心管理系統(tǒng)、視頻配置中心、視頻應(yīng)用中心、網(wǎng)管子系統(tǒng)、綜合監(jiān)控中心）、視頻設(shè)備接入網(wǎng)關(guān)、事件分發(fā)服務(wù)、視頻傳輸管理服務(wù)、電視墻管理服務(wù)及電子地圖服務(wù)。

2.2.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

長江海事局整體CCTV系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，基于IP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)對各個場景的監(jiān)控系統(tǒng)的接入同時接入到各分支局，并實現(xiàn)多級聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)CCTV點位、分支局、長江海事局的三級聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)。

本工程在長江干線46個主要渡口新建46個CCTV站點，構(gòu)建長江海事局、各分支海事局、CCTV點三級架構(gòu)的CCTV監(jiān)視系統(tǒng)。

2.2.2軟件架構(gòu)

（1）功能模塊構(gòu)成。

行業(yè)監(jiān)控應(yīng)用平臺軟件（iVMS-8600）功能模塊主要包括中心應(yīng)用軟件（包括核心管理模塊、服務(wù)功能模塊、擴(kuò)展功能模塊）、監(jiān)控客戶端（包括C/S客戶端、B/S客戶端、手機(jī)客戶端）以及平臺接口模塊。

（2）服務(wù)功能模塊。

①流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。

支持實時視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)及分發(fā)；支持存儲數(shù)據(jù)的回放點播（VOD）；對帶寬進(jìn)行合理使用；支持用戶和事件的優(yōu)先級管理；支持級聯(lián)和分布式部署；支持視頻流相關(guān)的統(tǒng)計信息。

流媒體服務(wù)器主要功能如下：

跨網(wǎng)段、網(wǎng)關(guān)、防火墻等傳輸

當(dāng)客戶端和設(shè)備在不同的網(wǎng)段時，有些情況下客戶端不能訪問到設(shè)備，通過將流媒體服務(wù)器架設(shè)在網(wǎng)關(guān)上起到中轉(zhuǎn)的作用，從而使得客戶端可以正常取得數(shù)據(jù)流。

支持大容量存儲設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)存儲

通過流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器將前端設(shè)備等視頻源轉(zhuǎn)發(fā)存儲到磁盤陣列等大容量存儲設(shè)備中。

②報警管理服務(wù)。

報警管理服務(wù)器負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)內(nèi)各種報警事件及其聯(lián)動處理，并可對報警消息進(jìn)行分發(fā)及上傳。報警信息可由設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生，或由系統(tǒng)智能分析產(chǎn)生。

③網(wǎng)管服務(wù)。

網(wǎng)管服務(wù)器對系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)運行狀況，設(shè)備運行狀況、服務(wù)器運行狀況進(jìn)行監(jiān)視和管理，并能以各種圖表的形式進(jìn)行實時顯示。主要提供資源清單管理、遠(yuǎn)程維護(hù)管理、性能管理、故障管理、日志管理。對各種維護(hù)數(shù)據(jù)可以進(jìn)行查詢、統(tǒng)計，并生成相關(guān)報表。

④平臺級聯(lián)服務(wù)。

通過平臺級聯(lián)服務(wù)完成上下級平臺之間或不同平臺間的級聯(lián)通信，信令轉(zhuǎn)發(fā)和分發(fā)。采用當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的多媒體會話協(xié)議SIP進(jìn)行通信，平臺級聯(lián)服務(wù)器充當(dāng)SIP代理的角色。所有來自其他平臺的SIP信令請求首先都經(jīng)過本模塊，然后轉(zhuǎn)發(fā)到平臺其他軟件模塊進(jìn)行處理。

2.3功能機(jī)構(gòu)設(shè)計

平臺客戶端分為視頻配置中心和綜合監(jiān)控中心。視頻配置中心經(jīng)由IE瀏覽器登錄平臺，以web網(wǎng)頁方式訪問配置中心和安防集成中心。配置中心實現(xiàn)了組織管理、用戶管理、資源管理、錄像配置、告警配置、地圖配置等功能；安防集成中心實現(xiàn)了實時預(yù)覽、錄像回放、報警中心、下載中心、地圖應(yīng)用等功能。綜合監(jiān)控中心是平臺的C/S客戶端管理軟件，它實現(xiàn)了實時預(yù)覽、錄像回放、錄像標(biāo)簽、錄像查詢、電視墻控制、告警中心、錄像下載、日志查詢等功能。

2.3.1多維度數(shù)據(jù)采集、應(yīng)用

CCTV系統(tǒng)平臺是一個多維度、多類型的數(shù)據(jù)采集、交互中心。來自下級任何子業(yè)務(wù)平臺的固定點視頻、移動船載視頻等其他視頻數(shù)據(jù)，平臺都能夠根據(jù)資源特點予以分類，靈活地將各類數(shù)據(jù)予以統(tǒng)籌、記錄、分類，同時提供豐富的信息查詢手段。

2.3.2 豐富多樣的人機(jī)交互

系統(tǒng)軟件功適應(yīng)使用要求，操作簡潔、方便。

系統(tǒng)操作人機(jī)界面友好，符合Windows操作習(xí)慣，對常用功能有快捷鍵。

系統(tǒng)主要設(shè)備具有自動故障判別、告警等功能。

CCTV系統(tǒng)平臺不僅是數(shù)據(jù)的接受者，還能夠變換角度，將數(shù)據(jù)以多種方式呈現(xiàn)、應(yīng)用，并作為新的數(shù)據(jù)源提供給更多的業(yè)務(wù)平臺、系統(tǒng)，提供更加豐富的業(yè)務(wù)功能。

CCTV系統(tǒng)平臺通過BS客戶端，將平臺采集的視頻等信息通過人機(jī)界面展現(xiàn)給用戶。平臺同時支持外部擴(kuò)展顯示設(shè)備，如高清數(shù)字矩陣、解碼器、電視墻、外場可變情報板等，通過網(wǎng)絡(luò)直連、上位機(jī)控制等方式實現(xiàn)信息展現(xiàn)。

2.4視頻監(jiān)控管理應(yīng)用平臺

2.4.1系統(tǒng)資源綜合管理

CCTV系統(tǒng)平臺在具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、分析、管理、呈現(xiàn)的功能同時，對于平臺接入的各類設(shè)備、系統(tǒng)，也具備強(qiáng)大的管理功能。管理模式多樣化，用戶既能夠通過數(shù)據(jù)庫查詢到各類設(shè)備、服務(wù)器等其它組件設(shè)備的工作狀態(tài)，了解其使用年限、供應(yīng)商信息、備品備件信息，也能夠通過GIS地圖的方式，直觀地了解前端設(shè)備部署位置、港口、碼頭等水上交通運輸情況等。

2.4.2系統(tǒng)信息交互關(guān)聯(lián)

CCTV系統(tǒng)平臺，采用開放架構(gòu)設(shè)計，通過軟硬件接口，以webservice、SDK、FTP等方式與外部系統(tǒng)和平臺等實現(xiàn)信息交互，包括與第三方平臺對接、數(shù)據(jù)和視頻級聯(lián)等。

2.4.3無縫兼容原有監(jiān)控系統(tǒng)，利舊性好

經(jīng)過近幾年的建設(shè)，基本形成了以模擬矩陣為代表的標(biāo)清CCTV監(jiān)控系統(tǒng)，主要用于前端模擬視頻圖像的匯聚、轉(zhuǎn)發(fā)、切換、控制、顯示、存儲和對外輸出。在當(dāng)前標(biāo)清改高清的現(xiàn)實需求下，?？低暡捎靡曨l綜合平臺實現(xiàn)了模擬、數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)視頻的混合接入、編碼、解碼、傳輸、上墻，可直接接入原模擬矩陣系統(tǒng)，新舊系統(tǒng)無縫兼容。

3建設(shè)目標(biāo)

在長江海事局VTS系統(tǒng)和非重點水域船舶交通管理系統(tǒng)建設(shè)基礎(chǔ)上，充分利用長江海事局信息資源，進(jìn)一步深化業(yè)務(wù)需求，完成長江干線主要渡口和非重點水域的船舶交通管理系統(tǒng)CCTV子系統(tǒng)設(shè)備購置與集成工作，實現(xiàn)長江海事局轄區(qū)內(nèi)現(xiàn)有以及新建的港口、碼頭、渡口、航道及水運建設(shè)工程等重要部位視頻的同意監(jiān)控，進(jìn)一步提高長江海事監(jiān)管和服務(wù)水平。標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、可靠運行的原則：嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范要求，結(jié)合長江海事管理的實際需求，保障系統(tǒng)的運行取得最大的社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 張亮.數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控[J].現(xiàn)代通信，2001（10）：22-23.

[2] Williamson，B.Developing IP Multicast Networks（Volume 1）[M].USA：CISCO press，2000.

[3] 盧選民，張原，史浩山.分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)視頻多畫面顯示的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2000（03）.

[4] 清漢計算機(jī)工作室.C++ Builder網(wǎng)絡(luò)開發(fā)實例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[5] 楊天怡.圖像通信與監(jiān)控系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，1994.

[6] 劉清瑞，成海彥.采用因特網(wǎng)進(jìn)行電力實時數(shù)據(jù)通信的試驗研究[J].電力系統(tǒng)自動化，2001，25（20）：67-68.

[7] Joyce Van de Vegte.Fundamentals of Digital Signal Processing[M].電子工業(yè)出版社，2003.

[8] 張益貞，劉滔.實現(xiàn)MPEG/JPEG編解碼技術(shù)[M].人民郵電出版社，2002.

[9] Pennebaker，W.B.&J.1.Mitchell.JPEG; still image data compression[D].standard：Standrord University，1993.

[10] 楊磊，李峰，付龍，楊娟.電視監(jiān)控實用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[11] MPEG Requirements Group.MPEG-7 Requirements Document[R]. Doc.ISO/MPEG.N2461.MPEG Atlantic City Meeting，1998.