高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺的研究與設(shè)計

摘要：分析了現(xiàn)有高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)與運行現(xiàn)狀下各省對交通視頻監(jiān)控資源聯(lián)網(wǎng)共享的迫切需求，在交通監(jiān)控域的概念下對域內(nèi)資源進行統(tǒng)一命名與授權(quán)，制定了城內(nèi)外資源的訪問與控制規(guī)則，并在此基礎(chǔ)上整合交通領(lǐng)城的公共視頻資源，構(gòu)建省域范圍內(nèi)的多級交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，使得省內(nèi)各相關(guān)營運管理部門能夠共享交通視頻資源，為道路運營和管理決策提供可靠的依據(jù)與保障，并為交通應(yīng)急指揮與救援系統(tǒng)提供良好的業(yè)務(wù)支撐。
關(guān)鍵詞：交通信息工程；視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控；交通監(jiān)控域；視頻資源整合

0 引言
    隨著全國高速公路建設(shè)的推進，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在整個監(jiān)控系統(tǒng)中所占比重和復雜程度日益增加，由于在高速公路建設(shè)初期全國各省基本上都沒有全省高速公路視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的方案規(guī)劃，已建成的高速公路采用的視頻監(jiān)控方案、技術(shù)指標、設(shè)備型號和接口標準等方面現(xiàn)實存在著不同程度的差異。隨著高速路網(wǎng)的逐步形成，各條高速公路上相互獨立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸不能滿足管理的需要，省級管理部門也無法對整個運營路網(wǎng)的交通運行狀況有一個全面的掌握，異常非富的視頻監(jiān)控資源不能在全省各職能管理部門之間聯(lián)網(wǎng)共享，甚至出現(xiàn)同一重點監(jiān)控區(qū)域重復建設(shè)的情況。對視頻監(jiān)控資源共享的迫切需求正推動著各省大力推進視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，如何采用國際標準的視頻編解碼協(xié)議和開放的網(wǎng)絡(luò)流媒體訪問協(xié)議，對于現(xiàn)有的監(jiān)控資源進行整合提升，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他各子系統(tǒng)間實現(xiàn)無縫連接，并在統(tǒng)一的操作平臺上實現(xiàn)管理和控制，實現(xiàn)省內(nèi)交通視頻資源的聯(lián)網(wǎng)共享并為交通應(yīng)急指揮提供強有力的支撐已成為當前路網(wǎng)運營管理的當務(wù)之急。

1 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)模型
    省級高速公路交通監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復雜，不利于對整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和系統(tǒng)資源的整合，也不利于全省范圍內(nèi)視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控機制的實現(xiàn)。通過對交通管理層次和路網(wǎng)建設(shè)運營現(xiàn)狀的分析，結(jié)合交通設(shè)施設(shè)備“屬地管理”的原則，在現(xiàn)有高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)之上抽象出“交通監(jiān)控域”的概念，對省級交通視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺進行統(tǒng)一的模塊化設(shè)計，簡化相應(yīng)的控制和數(shù)據(jù)流程，以最為簡潔的模塊化方式對全省范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控資源進行統(tǒng)一的整合。所謂交通監(jiān)控域是指“處于一定的地域范圍，擁有一定量的交通監(jiān)控資源，處于相同的聯(lián)網(wǎng)節(jié)點邏輯結(jié)構(gòu)之內(nèi)，可以按照相同的聯(lián)網(wǎng)規(guī)則控制的交通監(jiān)控資源極其相應(yīng)的道路基礎(chǔ)設(shè)施的集合”。
    有了交通監(jiān)控域的概念，可分別按照全省視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控規(guī)則的要求，對各個交通監(jiān)控域內(nèi)的監(jiān)控資源和基礎(chǔ)設(shè)施進行重新的整合。通過調(diào)研現(xiàn)行高速公路系統(tǒng)的建設(shè)與規(guī)劃現(xiàn)狀，根據(jù)路網(wǎng)運營管理中的行政隸屬關(guān)系，將各高速路段公司劃分為相對獨立的監(jiān)控域。監(jiān)控域由視頻監(jiān)控資源和視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)組成，通過視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)操縱和控制域內(nèi)所有的視頻監(jiān)控資源，如圖1所示。每一個交通監(jiān)控域就是一個獨立的自治單元，可自行完成各自域內(nèi)視頻資源的管理與控制，并可在全省統(tǒng)一視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控規(guī)則要求下與相關(guān)監(jiān)控域聯(lián)網(wǎng)組成更大的交通監(jiān)控域，從而實現(xiàn)省內(nèi)、省際乃至全國范圍內(nèi)的交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺。

2 資源統(tǒng)一命名與標識
2．1 交通監(jiān)控域的命名
    視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺內(nèi)的每一個交通監(jiān)控域都會被賦予一個名稱，參照Internet網(wǎng)絡(luò)上的域名系統(tǒng)(DNS)，其域內(nèi)的資源根據(jù)一定的規(guī)則來統(tǒng)一命名，由本域內(nèi)的資源服務(wù)器進行域名的解析。當多個交通監(jiān)控域之間根據(jù)其管理職能形成樹型結(jié)構(gòu)時，交通監(jiān)控域的名稱就可根據(jù)其樹型結(jié)構(gòu)以域名的形式來表示，各個交通監(jiān)控域的名稱之間以“．”符號連接。
2．2 監(jiān)控資源的命名
    交通監(jiān)控域內(nèi)資源的命名采用資源名稱加交通監(jiān)控域名的方式，以“@”符號連接。資源名稱建議采用英文字母和漢語拼音。采用此種命名方式可有效避免不同域內(nèi)資源重名的問題，并且利于網(wǎng)絡(luò)尋址的實現(xiàn)。
2．3 監(jiān)控域的數(shù)字標識
    根據(jù)各級監(jiān)控域的隸屬關(guān)系，對監(jiān)控域及其域內(nèi)資源進行統(tǒng)一的分類編號，使用較為精簡的數(shù)字ID來標識每一個監(jiān)控域，以方便計算機信息系統(tǒng)的交換、識別、存儲與處理。
    各級監(jiān)控域使用固定長度的數(shù)字ID來識別，用9位10進制數(shù)字表示，由省級識別碼、監(jiān)控域識別碼和資源預留三部分從高到低順序構(gòu)成。

2．4 監(jiān)控資源的數(shù)字標識
    監(jiān)控資源ID使用監(jiān)控域ID的編碼規(guī)則，使用監(jiān)控域ID中的資源預留部分，定義資源的類型和識別碼，與監(jiān)控域ID一起構(gòu)成完整的資源ID，編碼規(guī)則可適用于所有的各級監(jiān)控域、用戶、編碼器和攝像機等資源。

3 資源訪問權(quán)限
3．1 權(quán)限的定義
    交通監(jiān)控域內(nèi)的所有用戶和資源均需要設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限，用以區(qū)分用戶的訪問級別，約束用戶對資源的訪問。權(quán)限的設(shè)置應(yīng)盡可能方便靈活，便于驗證與修改。通過對系統(tǒng)功能和用戶級別的分析，可將權(quán)限分為訶看、控制、修改和網(wǎng)管4種權(quán)限。這四種權(quán)限之間是完全獨立的，分別對應(yīng)于不同的操作，定義如表3所示。

    根據(jù)每一種權(quán)限的作用范圍，再細分出高級、中級和低級三個級別，如表4所示。
3．2 權(quán)限的分配
    監(jiān)控域內(nèi)的用戶和資源可根據(jù)其具有的管理類型和訪問級別來分配相應(yīng)的權(quán)限。系統(tǒng)新加入的用戶和資源不具有任何的權(quán)限，需要由授權(quán)用戶對其分配權(quán)限后方可進入系統(tǒng)進行訪問和操作。
    權(quán)限的分配應(yīng)由具有授權(quán)權(quán)限的用戶來完成，每一個監(jiān)控域應(yīng)設(shè)置少量具有授權(quán)權(quán)限的授權(quán)用戶，可隨時更改其作用范圍內(nèi)的用戶與資源的注冊信息，授予和收回用戶與資源的系統(tǒng)權(quán)限。對于沒有授權(quán)權(quán)限的用戶，即使其為最高級的調(diào)看或者監(jiān)管用戶，仍無法對普通用戶進行授權(quán)。
    平臺的4種權(quán)限之間是完全獨立的，不具有任何的交叉隱含關(guān)系，域內(nèi)每一個用戶和資源均可具有多種權(quán)限類別和級別，這些權(quán)限級別之間互相獨立、互不干擾。權(quán)限分配時，可以分配和收回其中的一個或多個權(quán)限，對某一種權(quán)限的修改不會影響其他的權(quán)限。對于系統(tǒng)中的一般用戶可授予其調(diào)看的權(quán)限，對于有資源控制需求的較高級用戶，可授予其控制的權(quán)限；對于最高級別的用戶可賦予其監(jiān)管的權(quán)限，所有授予的權(quán)限僅在其作用范圍內(nèi)部起作用。
3．3 權(quán)限的驗證
    權(quán)限的驗證由域內(nèi)的資源管理服務(wù)器來完成，用戶登錄系統(tǒng)和訪問資源時坶需要向資源管理服務(wù)器發(fā)起權(quán)限驗證請求，以獲得訪問該資源的權(quán)限。只有通過權(quán)限驗證獲得了訪問許可的用戶才可以進入系統(tǒng)使用資源。
    權(quán)限的驗證包括訪問類別驗證和級別驗證。用戶在請求使用資源時，資源管理服務(wù)器根據(jù)用戶請求操作的類型來決定驗證哪一種權(quán)限類別。然后查看該資源所要求的權(quán)限級別，并與用戶的權(quán)限級別進行比較，如果符合則賦予用戶訪問資源的權(quán)力，如果不符合則拒絕用戶使用資源。
    對資源的控制權(quán)限通常只能賦予一個用戶，當多個用戶同時需要控制一個資源時，可根據(jù)用戶控制權(quán)限級別的高低來決定哪個用戶將獲得資源的控制權(quán)力。在突發(fā)事件或者緊急情況下，高級別的用戶可以“搶奪”低級別用戶的控制權(quán)。

4 資源跨級訪問
    在新的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)模型中，所有交通監(jiān)控域在邏輯上都是獨立和完整的，每個監(jiān)控域負責本域內(nèi)全部用戶和資源的管理與維護，監(jiān)控域與鄰接域之間開辟數(shù)字化視頻傳輸通道，形成與行政隸屬關(guān)系相匹配的樹型結(jié)構(gòu)，完成與上級域以及其他監(jiān)控域之間的視頻聯(lián)網(wǎng)共享。對于監(jiān)控域內(nèi)部的視頻訪問可按照原有系統(tǒng)的要求來操作，直接根據(jù)權(quán)限來訪問，由視頻資源所在的流媒體服務(wù)器向視頻編碼器獲取媒體流，并進行媒體轉(zhuǎn)發(fā)至用戶調(diào)用計算機上回放再現(xiàn)；如果所訪問的視頻資源不是本域的資源，即用戶需要跨域資源訪問，調(diào)看外域視頻信息時，則需要通過路由查找算法尋找到鄰接域的流媒體服務(wù)器并向其發(fā)出訪問請求，由鄰接域的流媒體服務(wù)器來繼續(xù)完成視頻流的獲取任務(wù)。通過這樣的方式就可以設(shè)計出一種遞歸式的資源訪問規(guī)則，流媒體發(fā)布服務(wù)器通過向其鄰域服務(wù)器和本地用戶提供一種統(tǒng)一的資源訪問算法來對視頻監(jiān)控資源進行訪問和尋址，其算法流程如圖2所示。

    step1：客戶向流媒體發(fā)布服務(wù)器發(fā)送“開始調(diào)看命令”。
    step2：流媒體發(fā)布服務(wù)器通過TCP／IP網(wǎng)絡(luò)收到調(diào)用客戶發(fā)出的“開始調(diào)看命令”
    step3：判斷流媒體發(fā)布服務(wù)器到所請求調(diào)看的視頻是否已有連接，若沒有連接進入step4執(zhí)行，否則進入step11執(zhí)行。
    step4：根據(jù)所請求調(diào)看視頻資源的域名，判斷是否為本域內(nèi)部視頻資源，若是則連接前端編碼器和攝像機并進入step5執(zhí)行，否則不是本域內(nèi)部資源進入step7執(zhí)行。
    step5：連接本域內(nèi)部視頻編碼器，準備接收視頻流。
    step6：判斷連接編碼器成功與否，若連接成功進入step11執(zhí)行，否則連接失敗進入Step10執(zhí)行。
    step7：通過路由表查找請求視頻所屬的外域流媒體發(fā)布服務(wù)器。
    step8：連接外域流媒體發(fā)布服務(wù)器，準備接收視頻流。
    step9：判斷連接外域流媒體發(fā)布服務(wù)器成功否，若連接成功，則進入step11執(zhí)行，否則連接失敗，進入step10執(zhí)行。
    step10：連接失敗，填寫相關(guān)錯誤信息。
    step11：將命令信息記入調(diào)看表并更新發(fā)送表，準備發(fā)送視頻流。
    step12：向客戶發(fā)送開始調(diào)看命令響應(yīng)，流程結(jié)束。
    通過以上的資源訪問方式，用戶就可以跨多級流媒體服務(wù)器訪問監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控資源。這種遞歸式的資源訪問方法簡單有效，而且在多個上級服務(wù)器訪問同一個監(jiān)控設(shè)備的時候還能節(jié)省帶寬，這對于視頻圖像的傳輸來說是十分重要的。

5 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的原則與要求
    交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺構(gòu)建于現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，各區(qū)段高速公路的設(shè)計建設(shè)時間不同，視頻監(jiān)控采用技術(shù)標準不同，系統(tǒng)預留接口不統(tǒng)一，對視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的統(tǒng)一管理帶來困難，結(jié)合目前路網(wǎng)建設(shè)運營現(xiàn)狀，交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺的聯(lián)網(wǎng)建設(shè)應(yīng)遵循“保持現(xiàn)狀、提供接口、向下兼容、政策指導”的原則。所謂保持現(xiàn)狀，是指現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上的所有系統(tǒng)，盡量不去進行改動，保護原有功能與投資；提供接口是指對于需要用到的原有系統(tǒng)，要為其提供必要的數(shù)據(jù)傳輸接口，方便數(shù)據(jù)的傳輸與交換；向下兼容是指盡量采用國際標準的成熟的技術(shù)與方案，為后續(xù)的系統(tǒng)維護與改造提供便利條件；政策指導是指對于現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)提出其聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的指導性意見，各參與聯(lián)網(wǎng)的部門在此意見的指導下，根據(jù)自身實際情況來具體實施。
    視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺功能特點與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)要求如下：
    (1)視頻多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。各級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺自成一體，可在本域內(nèi)部完成全部的監(jiān)控工作，同時也可與相鄰域、上級域組成更大的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控域，通過對域內(nèi)資源的統(tǒng)一域名標識，隨時隨地定位使用域內(nèi)資源。
    (2)網(wǎng)內(nèi)資源統(tǒng)一標識。結(jié)合省級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控主體的行政級別與業(yè)務(wù)歸屬關(guān)系，在交通監(jiān)控域的概念下對域內(nèi)資源進行統(tǒng)一命名與授權(quán)，包括用戶標識、角色標識、機構(gòu)標識等，方便各個信息系統(tǒng)之間用戶信息共享與交換，實現(xiàn)資源管理的本地化和資源訪問的全局化，提高省域范圍內(nèi)的視頻資源管理的統(tǒng)一性和一致性。
    (3)網(wǎng)內(nèi)資源統(tǒng)一訪問。省級高速公路視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺中，建立起統(tǒng)一命名規(guī)則的認證管理規(guī)范，制定域內(nèi)外資源權(quán)限控制規(guī)則與授權(quán)訪問流程，構(gòu)建統(tǒng)一身份認證與管理體系，實現(xiàn)統(tǒng)一入口、統(tǒng)一認證和統(tǒng)一訪問控制的目標。
    (4)用戶授權(quán)全網(wǎng)漫游。多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中，使用基于用戶、用戶組、業(yè)務(wù)和角色相結(jié)合的身份控制系統(tǒng)，授權(quán)用戶只要在其注冊域內(nèi)完成授權(quán)認證就可訪問域內(nèi)任一處資源，而無需關(guān)心此資源處于哪一級子域之中；可對特定用戶和攝像機的權(quán)限進行提升或下降修改，甚至回收其權(quán)限(緊急情況時)；對用戶權(quán)限和資源權(quán)限的升降修改漫游通知全網(wǎng)并立即生效。
    (5)網(wǎng)絡(luò)資源合理使用。位于各個子域中的媒體發(fā)布服務(wù)器之間使用最短路徑連接，實時監(jiān)測評估各個連接之間的網(wǎng)絡(luò)連接情況，動態(tài)調(diào)整合并各個連接之間的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)量，盡可能的在本域內(nèi)部使用組播技術(shù)，最大限度避免媒體流的重復傳送，以最優(yōu)化的媒體轉(zhuǎn)發(fā)方式使用子域之間寶貴的網(wǎng)絡(luò)資源。
    (6)兼容多種編碼格式。省級高速公路視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺可有效的將建設(shè)于不同時期、使用不同監(jiān)控技術(shù)的相對分散獨立的道路視頻監(jiān)控資源整合集中于省級平臺，支持MPEG-4，H．264等多種視頻編碼格式，支持多個廠家的視頻編解碼器，支持KALATEI，AB，AD等多種矩陣控制協(xié)議，系統(tǒng)配置靈活多樣。

6 結(jié)語
    高速公路視頻監(jiān)控資源非常豐富，需要對其進行綜合管理與利用。通過使用交通監(jiān)控域的概念簡化省內(nèi)龐大復雜的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)模型，制定統(tǒng)一的聯(lián)網(wǎng)規(guī)則與訪問流程，在更高的層次上整合交通領(lǐng)域的公共視頻資源，提升了各級交通運營管理部門聯(lián)網(wǎng)共享視頻資源的能力。構(gòu)建省域范圍內(nèi)的多級交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，使得省內(nèi)各相關(guān)營運管理部門能夠聯(lián)網(wǎng)共享交通視頻資源，并為交通應(yīng)急指揮與救援系統(tǒng)提供良好的業(yè)務(wù)支撐。在整個省域交通路網(wǎng)內(nèi)為交通運輸狀況進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)、指揮、調(diào)度、救援等作業(yè)提供了可靠的保障，提高了交通路網(wǎng)的運營能力和服務(wù)水平，并為路網(wǎng)的運營管理和進一步建設(shè)提供依據(jù)。在省域范圍內(nèi)通過統(tǒng)一的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，更可以將視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的范圍延伸至內(nèi)河、海洋、鐵路、航空、運輸?shù)雀鱾€交通領(lǐng)域，從而實現(xiàn)省內(nèi)、省際乃至全國范圍的交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺。