高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開發(fā)研究

馬高琳

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西　南寧　530007)

?

高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開發(fā)研究

馬高琳

(廣西交通科學(xué)研究院，廣西南寧530007)

馬高琳(1971—)，工學(xué)碩士，從事軟件開發(fā)和維護(hù)工作。

摘要：高速公路視頻監(jiān)控作為監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在智能交通管理系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。文章基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出開發(fā)高速公路視頻監(jiān)控平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)開發(fā)的結(jié)構(gòu)框架、功能部署及應(yīng)用方法，并對(duì)該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展方向進(jìn)行了評(píng)述。

關(guān)鍵詞：高速公路；視頻聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；開發(fā)；功能部署；通信方式；應(yīng)用

0引言

隨著高速公路運(yùn)行里程的不斷增多，如何實(shí)現(xiàn)不同廠家不同路段視頻監(jiān)控平臺(tái)大聯(lián)網(wǎng)的問題已擺在高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)管理部門面前。為了更好地實(shí)現(xiàn)各路段視頻平臺(tái)的有效聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)國內(nèi)其它省份的管理和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，只有制定地方的視頻聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范視頻設(shè)備和視頻平臺(tái)的控制流程，同時(shí)各路段視頻監(jiān)控平臺(tái)基于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，才能有效解決各路段視頻碼流的互編互解及互控。

1視頻監(jiān)控系統(tǒng)概況

從第一條高速公路開通到現(xiàn)在，各路段前端監(jiān)控設(shè)備品牌型號(hào)繁多，視頻編碼及協(xié)議普遍私有化，不同階段采用的技術(shù)手段不一，導(dǎo)致不同設(shè)備難以兼容于統(tǒng)一平臺(tái)，且開發(fā)維護(hù)難度大。此外，各項(xiàng)目獨(dú)立建設(shè)，IP地址混亂、重復(fù)，導(dǎo)致不同系統(tǒng)間存在信令差，網(wǎng)絡(luò)間無法有效互通；與之相對(duì)應(yīng)的是各地跨系統(tǒng)整合標(biāo)準(zhǔn)不一，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)控制廠家只能通過對(duì)各廠家SDK進(jìn)行對(duì)接開發(fā)，工程量大且系統(tǒng)穩(wěn)定性差。

目前路段上用的視頻監(jiān)控平臺(tái)基本都是視頻監(jiān)控產(chǎn)品廠家按照自己的產(chǎn)品開發(fā)的平臺(tái)，只能實(shí)現(xiàn)與自己平臺(tái)的聯(lián)網(wǎng)對(duì)接而無法與其他廠家互聯(lián)，由于2012年以前視頻行業(yè)沒有頒布任何統(tǒng)一的視頻標(biāo)準(zhǔn)，造成當(dāng)前各路段之間存在平臺(tái)異構(gòu)和設(shè)備異構(gòu)的問題，遵循指定標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)全省視頻聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵。

2視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

2.1　系統(tǒng)部署架構(gòu)

視頻監(jiān)控平臺(tái)包括的服務(wù)有：SIP服務(wù)、流媒體服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)、報(bào)警聯(lián)動(dòng)服務(wù)等。系統(tǒng)支持彈性的部署方式，可以將應(yīng)用服務(wù)、SIP服務(wù)、流媒體服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)等部署到不同的機(jī)器上，也支持將其中不同服務(wù)合并部署到同一臺(tái)服務(wù)器上，流媒體服務(wù)和存儲(chǔ)服務(wù)可以根據(jù)視頻圖像的數(shù)量決定是集中部署或是分開部署。如何配置要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量來進(jìn)行分配。只有合理分配各服務(wù)才能保證視頻的實(shí)時(shí)播放和解碼上墻圖像的圖像質(zhì)量。

2.2　視頻監(jiān)控平臺(tái)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

視頻監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)支持互聯(lián)、級(jí)聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)模式。通過SIP消息實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)控域之間的互聯(lián)，視頻流通過流媒體服務(wù)器逐級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)RTP視頻流實(shí)現(xiàn)。

視頻平臺(tái)多級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　視頻平臺(tái)多級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.3　系統(tǒng)平臺(tái)功能部署架構(gòu)

基于經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，在一般情況下，由于流媒體服務(wù)和存儲(chǔ)服務(wù)的日常負(fù)載比較大，因此會(huì)部署到獨(dú)立的服務(wù)器，而其他服務(wù)包括業(yè)務(wù)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫、SIP服務(wù)、報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)等都會(huì)合并部署到一臺(tái)服務(wù)器，其部署結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　視頻系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)圖

2.4　平臺(tái)互聯(lián)級(jí)聯(lián)通信方式

2.4.1級(jí)聯(lián)(CascadedNetworking)

兩個(gè)信令安全路由網(wǎng)關(guān)之間按照上下級(jí)關(guān)系連接，上級(jí)中心信令控制服務(wù)器通過信令安全路由網(wǎng)關(guān)可調(diào)用下級(jí)中心信令控制服務(wù)器所管轄的監(jiān)控資源，下級(jí)中心信令控制服務(wù)器通過信令安全路由網(wǎng)關(guān)向上級(jí)中心信令控制服務(wù)器上傳本級(jí)中心信令控制服務(wù)器所管轄的監(jiān)控資源或共享上級(jí)資源，見圖3~4。

圖3　信令級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4　媒體級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4.2互聯(lián)(Peer-to-Peer Networking)

兩個(gè)信令安全路由網(wǎng)關(guān)之間按照平級(jí)關(guān)系連接，中心信令控制服務(wù)器之間經(jīng)授權(quán)可相互調(diào)用對(duì)方中心信令控制服務(wù)器的監(jiān)控資源，見圖5~6。

圖5　信令互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

圖6　媒體互聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖

2.5　各服務(wù)功能描述

SIP服務(wù)：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的注冊(cè)注銷功能、心跳，對(duì)設(shè)備的請(qǐng)求控制交互；系統(tǒng)級(jí)聯(lián)控制的注冊(cè)注銷功能，以及各專業(yè)服務(wù)之間通信的控制服務(wù)協(xié)議。

(1)24小時(shí)錄像：本系統(tǒng)支持集中存儲(chǔ)和分布式存儲(chǔ)兩種方式，錄像存儲(chǔ)支持多種存儲(chǔ)介質(zhì)DAS、SCSI、ISCSI、FC等。

(2)本地手動(dòng)錄像、抓拍：支持監(jiān)控員手動(dòng)抓拍和錄像，手動(dòng)抓拍和手動(dòng)錄像存儲(chǔ)在客戶端硬盤上。

(3)報(bào)警錄像、圖像抓拍功能：對(duì)MTC、ETC車道及自動(dòng)發(fā)卡機(jī)、視頻事件檢測(cè)器、外場(chǎng)監(jiān)控、隧道監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)抓拍和錄像，抓拍圖像和錄像文件存儲(chǔ)在存儲(chǔ)服務(wù)器上。

(4)錄像回放：對(duì)保存錄像文件的查詢播放。

(5)錄像下載：支持客戶端對(duì)遠(yuǎn)程/本地下載錄像服務(wù)器中的錄像文件。

數(shù)據(jù)庫功能：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器支持SQL SERVER 2008 R2或是ORACLE11版本的安裝，保存視頻監(jiān)控系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)信息。

(1)人員及權(quán)限管理：增加、刪除、修改監(jiān)控員信息，并對(duì)新增人員賦予功能權(quán)限。

(2)路段信息管理：對(duì)本路段信息維護(hù)，包括增加、刪除、修改路段信息。

(3)設(shè)備信息管理：對(duì)本路段各收費(fèi)站的設(shè)備信息維護(hù)，包括增加、刪除、修改設(shè)備信息。

流媒體服務(wù)：實(shí)現(xiàn)視頻轉(zhuǎn)發(fā)管理和網(wǎng)絡(luò)傳輸控制管理，實(shí)現(xiàn)視頻交換、信息路由。單機(jī)最大支持并發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)100路D1圖象。媒體流(視音頻和數(shù)據(jù))統(tǒng)一遵循TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信和傳輸H.264。本系統(tǒng)支持集中流媒體和分布式流媒體部署兩種方式。保證同一個(gè)前端設(shè)備不會(huì)占用1路以上的帶寬，保證了網(wǎng)絡(luò)的傳輸資源。操作系統(tǒng)要求Linux Ubuntu kylin 12以上版本。

(1)車道報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)：對(duì)高速公路收費(fèi)車道(包括MTC、ETC、自動(dòng)發(fā)卡機(jī))及設(shè)備發(fā)出的報(bào)警信息記錄并觸發(fā)抓拍和報(bào)警錄像。對(duì)接收到的報(bào)警級(jí)別按照定義的報(bào)警級(jí)別觸發(fā)不同的處理流程。對(duì)于高級(jí)別的報(bào)警同時(shí)會(huì)將圖像切換到電視墻顯示。

(2)視頻事件檢測(cè)設(shè)備、外場(chǎng)監(jiān)控、隧道監(jiān)控報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)：對(duì)視頻事件檢測(cè)設(shè)備、外場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的報(bào)警信息在監(jiān)控平臺(tái)客戶端觸發(fā)報(bào)警，對(duì)于可獲知報(bào)警信息源的設(shè)備報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)將報(bào)警圖像切換到電視墻顯示。

3視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)部署及推廣應(yīng)用

當(dāng)前的視頻系統(tǒng)業(yè)務(wù)已經(jīng)不再局限于單純的視頻監(jiān)控，同時(shí)還要考慮業(yè)務(wù)不斷發(fā)展產(chǎn)生的新需求，因此在系統(tǒng)架構(gòu)上做了多個(gè)應(yīng)用服務(wù)分開處理的配置，利于各服務(wù)模塊的升級(jí)和擴(kuò)展，新增加的業(yè)務(wù)功能只需要在相應(yīng)的服務(wù)中增加即可，對(duì)其他服務(wù)模塊不造成任何影響，保證了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種架構(gòu)也是現(xiàn)在視頻監(jiān)控流行的架構(gòu)模式。以后需要擴(kuò)展GIS服務(wù)、視頻智能分析服務(wù)時(shí)只需新增兩個(gè)服務(wù)功能后并入原系統(tǒng)即可，基本不影響系統(tǒng)原有業(yè)務(wù)的處理。

要求流媒體必須部署到Linux上，否則由于Windows操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)效率限制導(dǎo)致視頻圖像容易出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象。存儲(chǔ)服務(wù)器可以選擇配置在Windows或是Linux系統(tǒng)上，Linux支持Redhat7及以上版本，Ubuntu在12或是14的版本上都做過測(cè)試，視頻存儲(chǔ)正常?？蛻舳斯ぷ髡窘ㄗh配置工控機(jī)，因?yàn)橄到y(tǒng)需要24 h運(yùn)行，工控機(jī)的性能較好可以保證系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。同時(shí)該平臺(tái)已經(jīng)與一些視頻廠家的平臺(tái)對(duì)接成功。

該平臺(tái)已在最近開通的高速公路兩個(gè)路段上部署實(shí)施，這兩個(gè)路段處理的圖像包括有800多路，這兩個(gè)路段屬于廣西隧道群集中的路段，屬于高清和標(biāo)清的混合平臺(tái)，視頻傳輸通過非壓縮光平臺(tái)的方式完成，圖像的實(shí)時(shí)性較好。整個(gè)系統(tǒng)的流媒體和存儲(chǔ)服務(wù)器采用分布式部署的方式，有效解決了視頻高度集中轉(zhuǎn)發(fā)的壓力，每個(gè)收費(fèi)站采用獨(dú)立的流媒體和存儲(chǔ)服務(wù)共用的方式，用一臺(tái)Linux服務(wù)器實(shí)現(xiàn)流媒體和存儲(chǔ)服務(wù)器的功能。從系統(tǒng)運(yùn)行情況看整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)流的播放延時(shí)<1 s，流媒體正常分發(fā)沒有超負(fù)荷運(yùn)行的情況，圖像解碼上墻流暢，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能運(yùn)行良好，在其中一個(gè)路段的部署中采用了級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)上下級(jí)平臺(tái)之間的管理，上級(jí)查詢下級(jí)單位的圖像和錄像下級(jí)平臺(tái)都能及時(shí)傳輸圖像信息。

視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)除了能很好地解決全省甚至更大區(qū)域的聯(lián)網(wǎng)，還能有效解決路段視頻監(jiān)控存在的品牌壟斷的問題。之前存在的一個(gè)視頻廠家獨(dú)霸一方市場(chǎng)的現(xiàn)象將得到根本改變。之前因?yàn)槭腔趶S家設(shè)備的私有協(xié)議開發(fā)，導(dǎo)致系統(tǒng)的升級(jí)和設(shè)備維護(hù)必須依賴當(dāng)初承建的廠家，如果替換其他廠家的設(shè)備會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)與設(shè)備不兼容?；跇?biāo)準(zhǔn)開發(fā)的平臺(tái)，只要市場(chǎng)上80%以上的視頻設(shè)備都符合這個(gè)規(guī)范，就不存在產(chǎn)品壟斷的問題，可極大地提高平臺(tái)的兼容性。

4視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)升級(jí)方向

如今已經(jīng)進(jìn)入ITS時(shí)代，如果視頻監(jiān)控系統(tǒng)僅僅只具備實(shí)現(xiàn)視頻的實(shí)時(shí)顯示和錄像處理這些功能，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了視頻監(jiān)控的要求，監(jiān)控系統(tǒng)利用視頻圖像的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)與所有相關(guān)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)才是終極的目標(biāo)。目前系統(tǒng)已經(jīng)將車道的報(bào)警信息轉(zhuǎn)發(fā)到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，但高速公路上還有其他業(yè)務(wù)，比如服務(wù)區(qū)異常事件的智能監(jiān)控、二義性路徑識(shí)別嫌疑車輛的跟蹤都應(yīng)該考慮集成到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，使系統(tǒng)的集成度更高，原來五六個(gè)系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的功能可以集成在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，大大提高了工作人員的工作效率。

在現(xiàn)有系統(tǒng)上增加目前流行的GIS功能?；贕IS的視頻監(jiān)控系統(tǒng)把GIS技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)兩者融合起來，實(shí)現(xiàn)了在電子地圖上顯示監(jiān)控點(diǎn)空間位置、實(shí)時(shí)高亮顯示報(bào)警監(jiān)控點(diǎn)位置、點(diǎn)擊地圖上監(jiān)控點(diǎn)時(shí)監(jiān)控畫面跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)監(jiān)控畫面等特色功能。該功能是目前比較熱門的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)領(lǐng)域的一種很好的解決方案。這在高速公路監(jiān)控上也可以參照實(shí)現(xiàn)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)一個(gè)常規(guī)的業(yè)務(wù)就是24 h錄像，業(yè)主花了大量存儲(chǔ)費(fèi)用保存的圖像如果只是機(jī)械地刪除保存，那就是沒有把這些視頻數(shù)據(jù)有效利用起來。目前高速公路收費(fèi)偷逃通行費(fèi)的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，手法五花八門而且基本都是些經(jīng)驗(yàn)老道的車主反復(fù)作弊，如果從這些保存的海量視頻數(shù)據(jù)中根據(jù)一些指定特征，且通過視頻智能分析的算法找出有嫌疑行為的車輛并與收費(fèi)系統(tǒng)和其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，就能有效打擊這些偷逃通行費(fèi)的車輛，保障通行費(fèi)的準(zhǔn)確征收。

視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)最基本的一個(gè)功能就是海量視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，通用的存儲(chǔ)方式就是采用掛載IPSAN的方式，隨著云存儲(chǔ)概念的提出，這幾年在安防行業(yè)平安城市建設(shè)中也有不少都涉及到了視頻云存儲(chǔ)的模式，這種模式也是未來大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，新研究方向可著手將存儲(chǔ)模式轉(zhuǎn)到云存儲(chǔ)上，解決視頻監(jiān)控海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和快速檢索的問題。

5結(jié)語

目前，高速公路管理部門越來越重視高速公路視頻監(jiān)控平臺(tái)的建設(shè)，視頻監(jiān)控平臺(tái)的投入也越來越大，如何有效整合海量卻零散的信息，提高高速公路管理的能力與效率，保證通行費(fèi)百分百的征收率，得到越來越多平臺(tái)廠家的重視，平臺(tái)建設(shè)也在不斷朝著“大聯(lián)網(wǎng)、大融合”方向發(fā)展。未來，視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)在行業(yè)應(yīng)用方面會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展，平臺(tái)的系統(tǒng)集成度、大規(guī)模視頻處理能力也將進(jìn)一步提升，行業(yè)解決方案的專業(yè)性、行業(yè)適用性將進(jìn)一步提升。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 28181-2011，安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求[S].

[2]公路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)與服務(wù)暫行技術(shù)要求(交通運(yùn)輸部2012年第3號(hào)公告)[Z].

[3]高速公路監(jiān)控技術(shù)要求(交通運(yùn)輸部2012年第3號(hào)公告)[Z].

[4]GB 50198-2011，民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[5]GB/T 28181-2011，安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求[S].

[6]GB/T 25724-2010，安全防范監(jiān)控?cái)?shù)字視音頻編解碼技術(shù)要求[S].

Study on Expressway Video Networking Platform Development

MA Gao-lin

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：The expressway video surveillance as an important part of monitoring system plays an impor-tant role in the intelligent traffic management system.Based on the current application of video surveil-lance systems，this article proposed to develop the expressway video surveillance platform networking system，intro-duced the framework，function deployment，and application methods of system develop-ment，and described the advantages and development direction of this system.

Keywords：Expressway；Video networking platform；Development；Function deployment；Communica-tion means；Application

收稿日期：2015-02-04

文章編號(hào)：1673-4874(2015)05-0066-04

中圖分類號(hào)：U412.36+6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2015.05.019

作者簡(jiǎn)介