高速公路監(jiān)控系統(tǒng)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

隨著高速公路的快速發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)建立了一條覆蓋世界的高速網(wǎng)絡(luò)。為了對(duì)全國(guó)高速公路路網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)營(yíng)管理和指揮調(diào)度,各路段視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大融合、大聯(lián)網(wǎng)成為迫切需求。為確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的順利實(shí)施,需注意幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn):各已建路段部署了不同廠商的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),需要對(duì)視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范,確保不同廠商的視頻流能夠?qū)崿F(xiàn)相互兼容解碼;各已建路段部署了不同廠商的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),需要對(duì)視頻流封裝/傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范,確保不同廠商的視頻設(shè)備能夠相互發(fā)送/接收對(duì)方的視頻流;各已建路段部署了不同廠商的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),各廠商采用了不同格式的私有信令協(xié)議,需要對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范,確保路段監(jiān)控系統(tǒng)能夠接受省網(wǎng)調(diào)度控制信令,為省網(wǎng)監(jiān)控業(yè)務(wù)提供相應(yīng)服務(wù);各路段的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)也是分批建設(shè)的,采用的傳輸設(shè)備/交換設(shè)備的品牌和型號(hào)也未能統(tǒng)一規(guī)劃,某些適用于路段監(jiān)控的業(yè)務(wù)模式(比如組播),未必能夠被省級(jí)監(jiān)控網(wǎng)的某些設(shè)備節(jié)點(diǎn)所支持,需要視頻轉(zhuǎn)發(fā)/分發(fā)服務(wù)器等軟件系統(tǒng)對(duì)省數(shù)據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜情況進(jìn)行兼容。中心控制等級(jí)我國(guó)高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控大多采用“省監(jiān)控中心一路段監(jiān)控分中心一收費(fèi)站”三級(jí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控模式。監(jiān)控優(yōu)先級(jí)按照“省監(jiān)控中心一路段監(jiān)控分中心一收費(fèi)站”三級(jí),省監(jiān)控中心控制優(yōu)先級(jí)最高。省監(jiān)控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬路段所有收費(fèi)和監(jiān)控視頻圖像的綜合監(jiān)控,同時(shí)為遠(yuǎn)期非局屬路段收費(fèi)和監(jiān)控視頻圖像的聯(lián)網(wǎng)預(yù)留接口和條件。各路段監(jiān)控分中心負(fù)責(zé)向省監(jiān)控中心提供視頻圖像源,視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠從現(xiàn)有視頻切換矩陣切換輸出視頻圖像上傳至省監(jiān)控中心,并能夠接收省監(jiān)控中心下發(fā)的矩陣切換控制指令和攝像機(jī)云臺(tái)控制指令。由于聯(lián)網(wǎng)模式和選用的設(shè)備種類等方面存在較大差異,從路段中心到省中心的視頻聯(lián)網(wǎng)仍存在部分圖像質(zhì)量差、系統(tǒng)運(yùn)行不夠穩(wěn)定等問題。視頻監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)中需要解決的問題一、監(jiān)控視頻規(guī)范鑒于高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控將會(huì)遇到的一些問題,首先需要統(tǒng)一各廠商有關(guān)監(jiān)控視頻的一些規(guī)范,筆者建議從三個(gè)方面的規(guī)范進(jìn)行統(tǒng)一,便于各廠家做到設(shè)備直接視頻流的互聯(lián)互通:視頻信號(hào)的性能、視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、視頻流封裝\傳輸際準(zhǔn)。二、系統(tǒng)總體架構(gòu)省監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)需要通過信令系統(tǒng),從各路段調(diào)取/控制各種視頻資源,建議采用SIP協(xié)議作為信令系統(tǒng)的構(gòu)造協(xié)議,要求信令協(xié)議至少對(duì)下列監(jiān)控業(yè)務(wù)進(jìn)行規(guī)范描述:1、路段監(jiān)控子系統(tǒng)向省網(wǎng)平臺(tái)的注冊(cè)2、心跳保持3、路段監(jiān)控子系統(tǒng)向省網(wǎng)平臺(tái)推送共享的視頻資源4、路段監(jiān)控子系統(tǒng)向省網(wǎng)平臺(tái)推送攝像頭掉線/在線狀態(tài)5、實(shí)時(shí)視頻流的調(diào)度6、實(shí)時(shí)視頻流的釋放7、云臺(tái)控制8、錄像視頻的查詢/回放/下載三、sip協(xié)議的優(yōu)勢(shì)作為ITU推薦的NGN核心信令協(xié)議,具有下列優(yōu)勢(shì):1、數(shù)字視頻音頻支持和同步支持sipSIP是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)開放協(xié)議,被應(yīng)用于Internet多媒體會(huì)議、Internet電話、遠(yuǎn)程教育以及遠(yuǎn)程醫(yī)療等多個(gè)視頻音頻應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)SIP被視頻設(shè)備、軟件系統(tǒng)廠商廣泛支持。SIP是一種中立的協(xié)議,不依賴于設(shè)備。SIP為系統(tǒng)間、系統(tǒng)于設(shè)備間提供一種交互約定,實(shí)現(xiàn)互操作性。2、易用性SIP采用標(biāo)記語言描述,被開發(fā)人員廣泛接受。3、、視頻設(shè)備聯(lián)數(shù)據(jù)SIP采用標(biāo)記語言描述,用戶可自定義數(shù)據(jù)類型,用于描述視頻聯(lián)網(wǎng)資源。如描述視頻設(shè)備的規(guī)格屬性、應(yīng)用能力等。同時(shí)可為視頻設(shè)備定義全局編號(hào),便于查找和調(diào)度。SIP可定義視頻系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)間、視頻系統(tǒng)與設(shè)備間的交互行為。5、sip的可擴(kuò)展性SIP定義的視頻聯(lián)網(wǎng)體系可實(shí)現(xiàn)視頻資源的檢索和定位。SIP提供的聯(lián)網(wǎng)體系是一個(gè)可擴(kuò)展的體系,新建體系可輕松加入聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。SIP對(duì)設(shè)備能力的定義是可擴(kuò)展的,可支持新加功能。SIP提供的交互體系是一個(gè)可靠的機(jī)制。提供各層面的容錯(cuò)能力。如設(shè)備的接入容錯(cuò),傳輸視頻容錯(cuò)。監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)為了便于各省高速公路管理局對(duì)所屬路段和分控中心的統(tǒng)--管理,實(shí)施有效的監(jiān)督以及緊急情況下的統(tǒng)一指揮調(diào)度,需要建設(shè)省級(jí)監(jiān)控平臺(tái),并對(duì)各個(gè)路段的分控中心進(jìn)行改造,將各個(gè)分控中心統(tǒng)一納入到省平臺(tái)的管理范疇,做到在省中心可以調(diào)閱各個(gè)分控中心的任意一路視頻圖像并進(jìn)行其他相關(guān)的管理操作,以達(dá)到全省范圍內(nèi)的集中管理和統(tǒng)一指揮調(diào)度。一、視頻輸出通道與視頻切換在分中心新增編碼設(shè)備,此編碼設(shè)備根據(jù)各省中心平臺(tái)提供的SDK接口向中心管理平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器進(jìn)行注冊(cè),并受省中心管理平臺(tái)管理。將分中心的網(wǎng)絡(luò)視頻矩陣的視頻輸出通道直接連到新增的編碼器上,編碼器對(duì)視頻進(jìn)行編碼,再通過網(wǎng)絡(luò)將編碼后的視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞≈行钠脚_(tái),省中心平臺(tái)的客戶端對(duì)視頻進(jìn)行解碼播放。同時(shí),省中心平臺(tái)的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)分中心的網(wǎng)絡(luò)矩陣進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信控制,對(duì)網(wǎng)絡(luò)矩陣的輸出圖像進(jìn)行切換控制,以達(dá)到將省用戶所要觀看的某點(diǎn)位的圖像切換與新增編碼器相聯(lián)的輸出通道上。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。二、數(shù)字系統(tǒng)的中心轉(zhuǎn)換h采用碼流直接對(duì)接方式,如H.264碼流直接和中心平臺(tái)對(duì)接,由中心的平臺(tái)解出碼流后上電視墻。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。三、省中心平臺(tái)對(duì)光傳輸平臺(tái)進(jìn)行了直通開放,從省中心平臺(tái)中根據(jù)省中心平臺(tái)提供的SDK進(jìn)行對(duì)接開發(fā),將光傳輸平臺(tái)接入到省中心平臺(tái)中,省中心平臺(tái)通過光傳輸平臺(tái)完成對(duì)分中心的前端設(shè)備的管理和調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3。高速公路視頻管理/信息發(fā)布系統(tǒng)的現(xiàn)狀隨著高速公路路網(wǎng)里程、所承載運(yùn)輸流量、交通意外事件等的不斷增加,不僅高速公路的管理部門對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的要求日益增加,公安部/廳等政府部門以及公眾對(duì)高速公路交通路網(wǎng)信息的了解、查看需求也日漸強(qiáng)盛起來。而隨著我國(guó)專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及3G無線網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)覆蓋以及數(shù)字視頻技術(shù)的興起,無疑也給高速公路的管理部門、政府相關(guān)部門和公眾需求提供了巨大的方案支持,使高速公路全方位的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測(cè)、突發(fā)事件的應(yīng)急處置及提供公眾出行信息服務(wù)等成為可能。目前,大部分部分省市如北京、山西、河北、遼寧等高速公路的視頻信息已上傳到各省交通廳;基于3G無線網(wǎng)絡(luò)的高速公路視頻管理發(fā)布系統(tǒng),在遼寧、河北等省已有成功應(yīng)用案例,但目前,主要是提供給高速公路的管理用戶,用戶只要通過操作手機(jī)或其他3G終端(如PAD)的視頻管理客戶端軟件,輸入相應(yīng)控制權(quán)限的用戶名和密碼,就可以不受地點(diǎn)限制,在3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)通過該系統(tǒng)對(duì)高速公路路網(wǎng)進(jìn)行輔助管理,在異常狀況發(fā)生時(shí)提供輔助決策功能。相信不久的將來,隨著3G視頻管理/信息發(fā)布系統(tǒng)建設(shè)的不斷完善和發(fā)展,公眾也可以通過該系統(tǒng)查看實(shí)時(shí)路網(wǎng)視頻信息或接收所需的短信服務(wù)等,為選擇合適的出行時(shí)間、出行方式和出行線路等提供參考。另外,高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可以與GIS系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,為高速公路用戶提供更直觀的、人性化的信息交互,從而大大提高高速公路的管理水平和為公眾的服務(wù)水平。視頻監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)處理的整合一、域間接口子系統(tǒng)在大型監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)中,視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用的需要將整個(gè)系統(tǒng)劃分成獨(dú)立的若干區(qū)域子系統(tǒng),每個(gè)域子系統(tǒng)部署比較完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)組件,可獨(dú)立完成監(jiān)控業(yè)務(wù)功能。各域子系統(tǒng)通過域間接口(信令接口和媒體接口)向鄰域提供監(jiān)控業(yè)務(wù)功能。根據(jù)需要,整個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的域子系統(tǒng)可被劃分為多級(jí)(典型為兩級(jí)),上級(jí)域子系統(tǒng)管理多個(gè)下級(jí)域子系統(tǒng)。上級(jí)域和下級(jí)域之間可直接信令和媒體交互。平級(jí)域之間的信令由上級(jí)域轉(zhuǎn)發(fā)或者直接交互完成,平級(jí)域之間可直接媒體交互。根據(jù)規(guī)模,頂級(jí)域子系統(tǒng)可管理一定數(shù)量的下級(jí)域子系統(tǒng),如圖4所示。二、相關(guān)技術(shù)描述1、域間電話互通在整個(gè)系統(tǒng)中,為每個(gè)域統(tǒng)一規(guī)劃惟一的域標(biāo)識(shí)(域ID)。在頂級(jí)域的監(jiān)控管理服務(wù)器(vManager-PL)中,為每個(gè)下級(jí)域配置一條到達(dá)該下級(jí)域監(jiān)控管理服務(wù)器的路由;在下級(jí)域的監(jiān)控管理服務(wù)器中,配置一條到達(dá)頂級(jí)域監(jiān)控管理服務(wù)器路由。下級(jí)域監(jiān)控管理服務(wù)器要向頂級(jí)域監(jiān)控管理服務(wù)器注冊(cè)和?；?。頂級(jí)域根據(jù)下級(jí)域是否向自己成功注冊(cè)來判斷到達(dá)此下級(jí)域的路由是否可達(dá)。頂級(jí)域和下級(jí)域之間的信令和媒體交互根據(jù)配置的域間路由信息進(jìn)行。下級(jí)域間的信令交互路由。下級(jí)域A向頂級(jí)域查詢另一下級(jí)域B的路由。根據(jù)全網(wǎng)控制策略,頂級(jí)域可以返回頂級(jí)域自身地址,下級(jí)域AB間通過頂級(jí)域中繼進(jìn)行信令交互;頂級(jí)域也可以根據(jù)本地記錄的路由信息,將另一下級(jí)域B的地址返回給下級(jí)域A,下級(jí)域A和B間直接信令交互。下級(jí)域間的媒體交互路由。根據(jù)下級(jí)域間的信令交互結(jié)果,下級(jí)域A和B獲得對(duì)方的媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器路由,媒體在下級(jí)域的媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器之間單播轉(zhuǎn)發(fā)。在實(shí)際多級(jí)多域組網(wǎng)應(yīng)用中,常采用域間信令中繼模式。下面以域間信令中繼模式為例進(jìn)行說明。2、其他域域域內(nèi)擁有的設(shè)備資源只有被授權(quán)給其他域后才能被其他域內(nèi)用戶訪問和控制,授權(quán)的方式可以通過設(shè)備劃歸完成。設(shè)備劃歸完成后,其他域可以對(duì)該域的設(shè)備進(jìn)行設(shè)備參數(shù)查詢、實(shí)時(shí)視頻瀏覽、云臺(tái)控制、錄像回放等操作。設(shè)備劃歸可以是單臺(tái)設(shè)備劃歸,也可以是批量設(shè)備劃歸。域子系統(tǒng)可控制分配的資源包括自有資源和被共享的其他域資源。域根據(jù)本地策略將這些資源授權(quán)給本地用戶使用。本地用戶登錄后可以看到由訪問權(quán)限的所有資源,包括本域和外域設(shè)備資源,用戶對(duì)這些資源的訪問控制操作是一樣的。3、域間用戶權(quán)限的分配當(dāng)有多個(gè)用戶(包括本域用戶和外域用戶)對(duì)同一個(gè)設(shè)備進(jìn)行云臺(tái)控制等操作時(shí),需要根據(jù)一定的策略對(duì)設(shè)備操作控制權(quán)進(jìn)行管理。設(shè)備歸屬域的管理員為本域用戶分配本域設(shè)備的控制權(quán)限;在將設(shè)備劃歸給外域的同時(shí)為外域分配設(shè)備的控制權(quán)限。本域管理員分配給不同外域的權(quán)限可以不同。域內(nèi)的用戶根據(jù)用戶權(quán)限進(jìn)行搶占。當(dāng)外域用戶和本域用戶發(fā)生搶占動(dòng)作時(shí):如果外域權(quán)限高于本域用戶權(quán)限,外域用戶獲得控制權(quán);如果外域用戶權(quán)限等于或者低于本域用戶權(quán)限,則本域用戶獲得控制權(quán)。域管理員可以為本域用戶分配外域設(shè)備(劃歸到本域)的控制權(quán)限。當(dāng)有多個(gè)本域用戶需要控制同一外域設(shè)備時(shí),根據(jù)域管理員為用戶分配的權(quán)限,權(quán)限最高的用戶或者最先操作的用戶(多個(gè)用戶權(quán)限相同時(shí))能夠向外域設(shè)備發(fā)控制請(qǐng)求,此請(qǐng)求到達(dá)設(shè)備歸屬域后,由設(shè)備歸屬域根據(jù)歸屬域權(quán)限控制策略進(jìn)行管理。三.融合聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)考慮到高速公路從省中心、分中心到收費(fèi)站/隧道所的三級(jí)管理體制以及與辦公網(wǎng)的融合,向?qū)＞W(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和3G無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展等需求,客觀上需要提供一個(gè)具有多級(jí)多域視頻組網(wǎng)和平臺(tái)管理功能的大融合大聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)解決方案。同時(shí),在高速公路自身視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方面,應(yīng)盡量建立適合視頻業(yè)務(wù)管理的組播網(wǎng)絡(luò)。如圖5所示。1、高清+標(biāo)清系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的H.264(MPEG-4AVC)技術(shù),支持MIPEG、MPEG4、MPEG2圖像壓縮格式,便于對(duì)原有系統(tǒng)的改造。同時(shí)高清和標(biāo)清混合組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)由標(biāo)清到高清平滑過渡。標(biāo)清支持64kbps-4Mbps碼流,實(shí)現(xiàn)收費(fèi)圖像與監(jiān)控圖像的數(shù)字化傳輸;高清實(shí)現(xiàn)4Mb/s帶寬下720P,8Mb/s帶寬下1080P的最佳圖像質(zhì)量。多協(xié)議解碼器可對(duì)不同品牌、不同廠家的設(shè)備統(tǒng)一解碼。2、中心或者省域聯(lián)網(wǎng)通過合理配置,按照路段實(shí)現(xiàn)區(qū)域化分級(jí)管理,以路段為單位,區(qū)域分中心或者省聯(lián)網(wǎng)中心為匯聚點(diǎn)的多級(jí)省域聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)中心級(jí)站點(diǎn)對(duì)下端實(shí)時(shí)圖像及存儲(chǔ)圖像的快速調(diào)用?？刂婆c承載相分離的管理模式,采用SIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的信令管理,便于大規(guī)模視頻組網(wǎng)的應(yīng)用。3、設(shè)備和業(yè)務(wù)應(yīng)用維護(hù)系統(tǒng)采用IP數(shù)字化平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有編解碼器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和各種業(yè)務(wù)應(yīng)用等進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)。統(tǒng)一故障定位和設(shè)備管理,支持分級(jí)分域的管理、自動(dòng)的設(shè)備批量配置、全網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)管理、故障自動(dòng)告警及定位管理等,為各級(jí)路政職能部門提供視頻輔助功能。4、視頻圖像的視頻傳輸整套系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)而運(yùn)行,通過在前端安置的攝像機(jī)采集圖像,并將采集的視頻畫面經(jīng)過處理后,通過互聯(lián)網(wǎng)(或其他專網(wǎng))的傳輸,讓手機(jī)可以遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)查看監(jiān)控視頻。高速公路監(jiān)控及公眾出行體驗(yàn)綜上所述,要實(shí)現(xiàn)高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合聯(lián)網(wǎng),高速公路視頻網(wǎng)自身除要進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)字化、高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化等方面的發(fā)展。同時(shí),還要通過專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及3G無線網(wǎng)絡(luò)等方式加強(qiáng)對(duì)高