淺談高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計思路

1、淺談高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計思路    隨著我國高速公路的快速發(fā)展和管理水平的進一步提高，高速公路聯(lián)網(wǎng)控制已被高速公路管理人員提上了建設(shè)日程。而在實際工作中，雖然高速公路機電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，為聯(lián)網(wǎng)控制提供了可靠的技術(shù)支持，但是高速公路聯(lián)網(wǎng)控制的實現(xiàn)仍然存在諸多難題。其中，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制實現(xiàn)起來更為困難。本文作者結(jié)合自身工作經(jīng)驗，提出了高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的一種設(shè)計思路，并在文中論證了這種設(shè)計思路的可行性。 關(guān)鍵詞：高速公路，視頻監(jiān)控，聯(lián)網(wǎng)控制，設(shè)計思路，軟件級聯(lián) 一、前言 近年來，在國家加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的導(dǎo)向下，我

2、國的高速公路建設(shè)迅猛發(fā)展，高速公路網(wǎng)已基本形成。與之配套的收費、監(jiān)控、通信三大系統(tǒng)不斷發(fā)展，功能也日趨完善，并已成為高速公路運營管理的核心系統(tǒng)。隨著高速公路的運營管理要求不斷提高，三大系統(tǒng)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的要求日趨緊迫。 目前，國內(nèi)高速公路中心監(jiān)控系統(tǒng)尚無一套完整、可行的技術(shù)規(guī)范和開發(fā)方案，而機電系統(tǒng)基本都是各自獨立招標開發(fā)的。這就造成了各路段的系統(tǒng)開發(fā)商都只以實現(xiàn)系統(tǒng)基本功能或按業(yè)主要求的系統(tǒng)功能來設(shè)計和建設(shè)機電系統(tǒng)的局面，尤其是在視頻監(jiān)控與信息發(fā)布系統(tǒng)的控制部分。設(shè)計時，開發(fā)商通常過度要求標段的硬件統(tǒng)一，或要求監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)商另外開發(fā)配合的軟件。因此，高速公路中心監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制實施起來可謂困難

3、重重。 下面，本人結(jié)合自身的工作，談一下關(guān)于高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制相關(guān)設(shè)計和功能實現(xiàn)的一些看法和觀點。 二、視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的需求分析 根據(jù)實際工作的分析，管理部門在中心監(jiān)控系統(tǒng)上的聯(lián)網(wǎng)控制過程實際上包含三個部分：視頻監(jiān)控、信息發(fā)布與設(shè)備監(jiān)控。而對于級聯(lián)監(jiān)控需求則主要分兩種情況：第一是同一路段的聯(lián)網(wǎng)控制需求，第二是多條路段的聯(lián)網(wǎng)控制需求。 對于同一路段上多級監(jiān)控中心之間，它們的聯(lián)網(wǎng)控制需求是： 1.上級中心需要能對下級中心的視頻信號進行切換，并能對下級中心所管轄的攝像機自由控制。 2.上級中心需要能隨時掌握下級中心所管轄的發(fā)布信息的設(shè)備（一般情況下就是可變情報板與可變限速標志）的當前

4、信息（主要是顯示內(nèi)容）。同時，上級中心需要能直接對這些設(shè)備進行控制，例如發(fā)布新的信息。 3.上級中心需要獲取下級中心信息采集設(shè)備采集的設(shè)備數(shù)據(jù)，隨時掌握整條路段上的信息（包括車流量、占有率、天氣情況、路面狀況等等）。 目前多數(shù)高速公路監(jiān)控中心之間的聯(lián)網(wǎng)控制過程是：監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)通道來獲取外場設(shè)備上傳至下級分中心的數(shù)據(jù)和信息，以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的共享。同時，監(jiān)控中心的管理人員直接以通知的形式來聯(lián)系分中心監(jiān)控員來實現(xiàn)對外場設(shè)備的控制。 對于同一路段來講，業(yè)主單位通常會考慮到路段設(shè)備的數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)接口資源的統(tǒng)一和預(yù)留。因此，在同一路段上的監(jiān)控中心之間的級聯(lián)監(jiān)控方案已經(jīng)能比較方便地實現(xiàn)通過數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)

5、共享，從而達到上述第2條需求。但是對于第1條需求，這種方式可以實現(xiàn)上級中心獲取信息部分，但是設(shè)備控制部分則主要通過人工聯(lián)系，即總中心監(jiān)控員用電話通知分中心監(jiān)控員，分中心監(jiān)控員再按照上級指示對指定設(shè)備進行控制。對于第1條需求的操作過程也與第1條的操作過程一樣，分中心監(jiān)控員按上級指示切換信號，而上級中心對下級中心管轄的攝像機完全無法直接控制。 而對于不同路段之間的聯(lián)網(wǎng)控制而言，其需求就簡單了許多，因為不同路段上的監(jiān)控中心，通常其上下級的控制并不是直接的（實際行政權(quán)利劃分也不允許直接控制）。上級中心，例如一個省的監(jiān)控總中心，它只需要能夠得到當前各路段上信息發(fā)布設(shè)備的當前信息，并能對這些路段上傳的視頻

6、信號做自由切換即可。不過，這種聯(lián)網(wǎng)控制實現(xiàn)的難度卻遠大于同路段的聯(lián)網(wǎng)控制。 無論是哪一種情況下，我們的中心監(jiān)控系統(tǒng)都必須能適應(yīng)其需求。對于同一路段的需求而言，聯(lián)網(wǎng)控制通常是比較容易實現(xiàn)的。因為無論使用什么方案，協(xié)調(diào)工作比較容易，設(shè)備相對固定，但是對于不同路段的互聯(lián)控制而言，由于設(shè)備不統(tǒng)一，軟件系統(tǒng)不統(tǒng)一等原因，其實現(xiàn)起來則困難得多。 實際上，根據(jù)上述兩種情況的需求分析，很容易看出，無論是同一路段的級聯(lián)控制還是多條路段的聯(lián)網(wǎng)控制，都要求的是實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與信息發(fā)布系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制。 在實際工作中，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要性,監(jiān)控中心的管理者通常會強調(diào)對該系統(tǒng)的直接控制。但因為該系統(tǒng)的設(shè)備多樣且行業(yè)

7、村規(guī)范不統(tǒng)一，聯(lián)網(wǎng)控制的實現(xiàn)難度也更大。也就是說，實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制才是聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的重點和難點。 三、視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)實現(xiàn)中存在的問題 視頻監(jiān)控系統(tǒng)是中心監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。它以計算機為核心，結(jié)合多媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將監(jiān)控信息（圖像）從攝像機通過光纖網(wǎng)絡(luò)、矩陣控制器等設(shè)備傳輸?shù)阶烂娴挠嬎銠C上，并可將各種控制命令通過桌面計算機進行傳達，從而與信息管理系統(tǒng)融合在一起。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路管理部門提高管理水平和效率，為過往司乘人員提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的功臣之一。 在實際生活中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。目前在智能交通上常用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)一般為： 1、攝像機采集視頻信號，通過光纖網(wǎng)

8、絡(luò)傳送到各級監(jiān)控中心，并通過畫面分隔器將視頻信號顯示于監(jiān)視墻上； 2、多媒體計算機通過矩陣控制器對視頻信號進行切換選取； 3、各類控制命令，如對云臺的上下左右的轉(zhuǎn)動以及配套的云臺護罩的相應(yīng)保護設(shè)備進行全方位的控制、對鏡頭進行光圈、焦距、景深的三可變控制、對攝像機預(yù)制點切換及設(shè)備警報處理等，都通過多媒體計算機串口發(fā)送到矩陣控制器（傳輸協(xié)議為RS232），矩陣控制器再將命令通過光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到相應(yīng)的云臺解碼器，從而達到對攝像機進行控制的目的。 在實際工作中，高速公路系統(tǒng)的視頻控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作存在的主要問題是： 1、不同路段設(shè)備的兼容性問題和控制模式不一致的問題。 高速公路建設(shè)基本上都是獨立招標開發(fā)。

9、由于建設(shè)時間不一樣，技術(shù)水平相差很大。不但各系統(tǒng)集成商使用的硬件設(shè)備千差萬別，就連系統(tǒng)控制的實現(xiàn)模式也有很大不同。 2、使用上的權(quán)限管理及多級鎖定問題。 高速公路路網(wǎng)是分期建設(shè)的，基本上都是先建設(shè)各個路段的分中心，之后再建設(shè)上級總中心。雖然通常業(yè)主會考慮在系統(tǒng)上預(yù)留對上級控制接口，但實際上各系統(tǒng)都是針對自身建設(shè)項目系統(tǒng)集成的特點，即均是以實現(xiàn)路段分中心對攝像機的各種控制操作來設(shè)計和建設(shè)的。所以后期上級總中心在建成后，總會面臨多級通道鎖定以及權(quán)限管理的問題。 四、視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計思路及其實現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制是大的趨勢。聯(lián)網(wǎng)控制必須考慮到路段聯(lián)網(wǎng)、省級聯(lián)網(wǎng)甚至全國聯(lián)網(wǎng)的要求。考慮到所

10、有的高速公路并不是同一時間建成的，其監(jiān)控系統(tǒng)不具有相同的硬件設(shè)備。所以聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計就必須強調(diào)能適應(yīng)已有的以及將來的監(jiān)控系統(tǒng)。 針對目前高速公路的現(xiàn)狀，通過實現(xiàn)軟件級聯(lián)控制，可以很好地解決目前各分中心控制矩陣設(shè)備不統(tǒng)一的問題。由于是在軟件層面上的級聯(lián)，該思路基本沒有對基礎(chǔ)硬件的要求，只是利用現(xiàn)有設(shè)備、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，是成本最小化的最優(yōu)解決方案。以這種思路設(shè)計出的“級聯(lián)控制”完全是人工操作。同時滿足日益增長的信息化要求，從而自然就有了級聯(lián)監(jiān)控的需求。但我們也應(yīng)該注意到，要使級聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)具有很強的適應(yīng)能力，首先必須具有很強的擴展能力，能夠適應(yīng)不同的設(shè)備，方便部署于各個系統(tǒng)集成項目。 （一）設(shè)計思路 以目

11、前河南省高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)的工作需求為例，各分中心都已經(jīng)建設(shè)完畢，擁有了統(tǒng)一的IP地址分配。為了利用原有系統(tǒng)設(shè)備并保證圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量，我們可以直接通過編解碼器與外場攝像機來獲取圖像信息。基于這種設(shè)計思路，我們可以采用分布式的設(shè)計原則。而解決圖像傳輸質(zhì)量將是我們的主要目標。 對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，我們初步可抽象出六個劃分：用戶接口（UserInterface）、操作協(xié)議（OperationProtocol）、SocketClient、SocketServer、矩陣協(xié)議轉(zhuǎn)換器（MatrixProcotol）、串口通訊（COMRS232）。其運行的基本過程是：管理人員通過用戶接口進行各項操作，操作被解

12、釋為操作協(xié)議，經(jīng)SocketClient通過TCP/IP協(xié)議發(fā)送到目的地的SocketServer上。在解釋成操作后，調(diào)用矩陣協(xié)議轉(zhuǎn)換器的相關(guān)接口，最后將該操作的實際矩陣協(xié)議通過串口經(jīng)RS232協(xié)議傳輸?shù)骄仃嚳刂破?。在實現(xiàn)過程中，為了避免軟件工作量大和效率低的弊端，我們可以考慮把TCP/IP連接部分交由操作系統(tǒng)完成，已優(yōu)化軟件編程和系統(tǒng)運行。 該設(shè)計思路理論上能實現(xiàn)視頻的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。 （二）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 從軟件系統(tǒng)的角度來講，該思路是可行的。但這種思路也有其硬件要求。 在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置通常為：攝像機、云臺、光端機、矩陣控制器、電視墻、監(jiān)視器陣列、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、多媒體計算機

13、。這些設(shè)備的不統(tǒng)一正是視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的最大難題。而我們的思路恰恰不依托于這些設(shè)備。 在實際工作中，各高速公路路段都有完善的通信、收費系統(tǒng)。也就是說，隨著高速公路路網(wǎng)的形成，各路段分中心及收費站間大型完善的局域網(wǎng)絡(luò)也已搭建好了。從軟件部署上，軟件的級聯(lián)正是要依托于已建成的局域網(wǎng)絡(luò)，而不再僅僅依賴于原有的矩陣控制器的聯(lián)網(wǎng)。由各片區(qū)中心的多媒體計算機來統(tǒng)一管理各片區(qū)的矩陣控制器，從而達到本地網(wǎng)絡(luò)的媒體控制目的。上級中心也正是通過對各路段的軟件級聯(lián)從而達到整體聯(lián)網(wǎng)控制的目標。 因此，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度講，該設(shè)計思路也是可行的。 （三）功能實現(xiàn) 該設(shè)計思路可實現(xiàn)以下功能： 1、權(quán)限管理 權(quán)限管理是視

14、頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)計的需要也是重要功能之一。軟件系統(tǒng)可提供基于角色授權(quán)的權(quán)限平臺，權(quán)限系統(tǒng)包括用戶管理、資源管理、角色管理等。 2、圖像通道管理 對圖像通道的管理是通過設(shè)計通用通道管理模塊實現(xiàn)的。用戶請求某一路圖像后，系統(tǒng)根據(jù)選擇的圖像計算出此圖像首先進入的矩陣、矩陣對應(yīng)的編號、對應(yīng)控制矩陣的計算機；根據(jù)矩陣的信息計算出此矩陣上否上傳到其它矩陣，如果有就計算出上傳矩陣的編號等信息、上傳矩陣對應(yīng)的控制計算機信息，以上遞歸，以集合或數(shù)組形式完成，最后求出對應(yīng)的視頻編碼器信息，發(fā)送圖像給用戶，同時向各個控制計算機發(fā)出控制指令，根據(jù)各個計算機對應(yīng)的矩陣運行各種協(xié)議，合矩陣正常實現(xiàn)控制。 3、多級視頻控制 系統(tǒng)采用集中管理的方法來控制視頻，并分級分步分散實現(xiàn)控制業(yè)務(wù)。系統(tǒng)可以通過軟件來控制各個矩陣，集中控制的系統(tǒng)發(fā)出控制指令，分散在各個矩陣旁和矩陣相聯(lián)計算上的軟件系統(tǒng)接收到控制信息后對指令進行解析，找出對應(yīng)的協(xié)議通過通訊通道來控制矩陣，從而實現(xiàn)對圖像的控制。 五、結(jié)束語 通過以上論述，我們看到通過“軟