高速公路數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

邢磊

摘 要：從高速公路智能監(jiān)控體系的需求入手，設(shè)計針對天津市高速公路聯(lián)網(wǎng)需求的監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。將整套系統(tǒng)分為五個層面：應(yīng)用、管理、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、采集。通過展開這五個層面來規(guī)范化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)。

關(guān)鍵詞：高速公路；運營管理；機電系統(tǒng)；視頻監(jiān)控

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0027-02

1 應(yīng)用背景

目前天津高速集團(tuán)各路網(wǎng)的視頻監(jiān)控體系無法相互協(xié)同，主要是因為系統(tǒng)建設(shè)時間不一致，采用的信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也不同，設(shè)計方案各異，設(shè)備種類多樣等因素的存在，致使系統(tǒng)管理不便、建設(shè)維護(hù)成本高、應(yīng)用擴(kuò)展受限等諸多問題和弊端，使視頻監(jiān)控技術(shù)在高速公路管理體系中難以發(fā)揮更大的影響。

因此，在天津高速集團(tuán)所轄路網(wǎng)范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同硬件設(shè)備與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，達(dá)到了利用現(xiàn)有各類視頻監(jiān)控資源、實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)就是本文的目的。

2 設(shè)計基礎(chǔ)

該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)適應(yīng)于各類高速公路的業(yè)務(wù)環(huán)境中，系統(tǒng)整體有著非常強的抗干擾性和高度的擴(kuò)展性。因此，該系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)如下[1]：

（1）實用性是高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)核心目標(biāo)。因此為了使高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有高操作性和實用性，需要對整體監(jiān)控及檢測過程進(jìn)行深入的研究分析來設(shè)計視頻監(jiān)控系統(tǒng)，同時需要簡介美觀且易操作的交互界面，人機友好，信息提示準(zhǔn)確。

（2）高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的所有功能及業(yè)務(wù)流程設(shè)計應(yīng)模塊化，可滿足后續(xù)發(fā)展的需要。針對高速公路監(jiān)控管理的需求不斷變化，所提供的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有充分的擴(kuò)展性；同時系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)預(yù)留出足夠的數(shù)據(jù)存儲空間滿足日益增長的信息處理及數(shù)據(jù)量不斷增加的需求。同時要預(yù)先考慮到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出，各部門的業(yè)務(wù)信息發(fā)展以及新數(shù)據(jù)信息源的存儲和提取等方面[2]。

（3）為了保證系統(tǒng)的高魯棒性和穩(wěn)定性，高速公路監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備高效的技術(shù)框架作為支撐，在系統(tǒng)開發(fā)過程中采用快速原型法設(shè)計出系統(tǒng)原型和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流程，進(jìn)而最終實現(xiàn)系統(tǒng)平臺的應(yīng)用。

3 架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)軟件的總體架構(gòu)設(shè)計，同時按照系統(tǒng)調(diào)用順序劃分，可將架構(gòu)分成應(yīng)用層、管理層、存儲層、轉(zhuǎn)發(fā)層、采集層共5個層，如圖1所示。

3.1 視頻應(yīng)用層

視頻應(yīng)用層為視頻管理系統(tǒng)的交互/顯示單元，支持視頻監(jiān)控客戶端的視頻軟解碼顯示和視頻監(jiān)控中心通過視頻硬解碼實現(xiàn)大屏幕的解碼顯示。支持本片區(qū)或收費站內(nèi)視頻組播模式下的實時視頻切換、視頻云臺控制、視頻事件報警聯(lián)動、視頻存儲和錄像等功能；支持本片區(qū)或收費站內(nèi)視頻單播模式下的歷史視頻點播；以及第三方級聯(lián)單位需要的實時視頻單播直播請求、PTZ控制、歷史視頻點播、單播碼流請求等。

應(yīng)用層包括視頻顯示客戶端和配置管理客戶端。

（1）視頻顯示客戶端，完成2部分功能：1）用于顯示視頻資源信息，如：IPC攝像機、編碼器數(shù)據(jù)的顯示，宏操作、本地錄像、抓屏等操作。2）用于視頻圖像的顯示和遙控控制，如：切換攝像機、運行巡檢、軟解碼播放實時視頻、VOD視頻點播、切換視頻源、本地文件播放、攝像機狀態(tài)查詢、本地資源瀏覽、云臺控制、攝像機參數(shù)控制等。

（2）配置管理客戶端，完成如下功能：1）服務(wù)器參數(shù)的配置；2）用于平臺維護(hù)功能，對攝像機、解碼器、編碼器、IPC、監(jiān)視器、網(wǎng)絡(luò)鍵盤等進(jìn)行配置，使這些設(shè)備協(xié)同工作；3）用戶和用戶組，對于對攝像機、解碼器、編碼器、IPC、監(jiān)視器、網(wǎng)絡(luò)鍵盤等操作權(quán)限的控制和設(shè)置；4）巡檢設(shè)置、宏編輯設(shè)置、攝像機碼流等參數(shù)設(shè)置；5）配置控制接口，用于第三方平臺的接入控制和對第三方平臺的控制；6）實現(xiàn)服務(wù)器平臺配置參數(shù)的上傳、下載、保存、打開功能；7）檢查配置參數(shù)的正確性，錯誤的配置參數(shù)，不允許上傳到服務(wù)器；8）下載配置參數(shù)的自動保存到緩存區(qū)，防止突然掉電造成的參數(shù)丟失。

3.2 視頻管理層

視頻管理層主要由視頻管理服務(wù)器實現(xiàn)視頻設(shè)備的協(xié)調(diào)、管理和控制功能，視頻管理服務(wù)器是視頻控制、管理的核心單元。它實現(xiàn)了各個設(shè)備的調(diào)度和管理功能，實現(xiàn)整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備、視頻流的管理和共享，控制著媒體分發(fā)、存儲、系統(tǒng)管理、用戶管理以及與第三方系統(tǒng)的互聯(lián)等，并可對重要視頻圖像信息進(jìn)行存儲、檢索。

管理服務(wù)器實現(xiàn)設(shè)備接入管理、平臺接入管理、業(yè)務(wù)管理、用戶管理4個子系統(tǒng)模塊。

（1）設(shè)備接入管理：實現(xiàn)視頻設(shè)備相關(guān)的調(diào)度管理功能，如設(shè)備配置、設(shè)備狀態(tài)查詢、云臺控制、設(shè)備碼流的請求和轉(zhuǎn)發(fā)管理、設(shè)備校時、碼流參數(shù)設(shè)置、設(shè)備報警消警管理等；設(shè)備接入管理模塊，完成如下功能：

（2）平臺接入管理：實現(xiàn)第三方聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與本系統(tǒng)之間對接，而組成的具有統(tǒng)一格式協(xié)議通信能力，具有設(shè)備注冊與發(fā)現(xiàn)、用戶認(rèn)證與管理、監(jiān)控圖像獲取與控制、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)查詢等功能的邏輯實體。平臺接入管理，由平臺接入模塊和平臺控制模塊組成，平臺接入模塊支持第三方系統(tǒng)對本地平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；平臺控制模塊，支持本地平臺系統(tǒng)對第三方視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

（3）業(yè)務(wù)管理：業(yè)務(wù)管理功能實現(xiàn)管理服務(wù)器接收外部客戶端的業(yè)務(wù)請求，對相關(guān)設(shè)備信令的轉(zhuǎn)發(fā)和設(shè)備調(diào)度功能，實現(xiàn)將業(yè)務(wù)請求翻譯成對設(shè)備或子系統(tǒng)的調(diào)度指令，以實現(xiàn)請求的功能響應(yīng)，如實現(xiàn)實時視頻切換、視頻點播控制、視頻巡檢、操作權(quán)限控制、事件聯(lián)動錄像、報警信息處理等業(yè)務(wù)處理功能。

業(yè)務(wù)管理模塊是信令處理和轉(zhuǎn)發(fā)模塊，業(yè)務(wù)管理模塊本身并不承擔(dān)實際視頻處理功能，業(yè)務(wù)管理模塊通過接收客戶端請求信令和根據(jù)請求信令進(jìn)行權(quán)限判斷和對請求的目標(biāo)設(shè)備及相關(guān)服務(wù)器進(jìn)行信令調(diào)度與控制。

（4）用戶管理：用戶管理功能，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)用戶管理功能，包括用戶登錄管理、用戶管理、用戶權(quán)限管理等。

3.3 視頻采集層

視頻采集層包括前端視頻采集設(shè)備和前端視頻設(shè)備接入層軟件，前端視頻設(shè)備接入層設(shè)置視頻采集和接入單元，支持收費站或高速公路片區(qū)多種視頻設(shè)備的接入控制，采集（或接入單元）是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集（或接入）功能單元，主要完成對監(jiān)控點現(xiàn)場連續(xù)畫面（也可以包含聲音）的采集、編碼、視頻廣播，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞到視頻接收端，同時接收管理平臺下達(dá)的控制指令并加以執(zhí)行。

（1）組播碼流的采集和接入：系統(tǒng)首次啟動，收費站和片區(qū)管理服務(wù)器會分別根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的視頻存儲設(shè)定，向收費站或高速公路片區(qū)主線前端視頻采集設(shè)備，發(fā)送組播廣播指令，并通知對應(yīng)片區(qū)存儲服務(wù)器，實時獲取組播碼流進(jìn)行存儲。

（2）單播碼流的采集/接入和轉(zhuǎn)發(fā)過程：高速公路信息中心或第三方視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對本視頻監(jiān)控系統(tǒng)片區(qū)管理服務(wù)器發(fā)送實時視頻請求，視頻管理服務(wù)器根據(jù)權(quán)限和請求設(shè)備所在區(qū)域向本片區(qū)前端設(shè)備發(fā)送碼流廣播請求或向下級收費站管理服務(wù)器發(fā)送碼流廣播請求，前端視頻設(shè)備接到請求指令開始向指定組播地址廣播碼流，同時流媒體收到管理服務(wù)器的從指定組播地址獲取碼流指令，從指定組播廣播地址獲取碼流，并向指定接收端轉(zhuǎn)發(fā)單播碼流。

3.4 視頻轉(zhuǎn)發(fā)層

視頻轉(zhuǎn)發(fā)層可設(shè)置視頻流媒體存儲轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，承擔(dān)實時直播視頻碼流的獲取和碼流轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。

在本設(shè)計中流媒體服務(wù)器只設(shè)置在片區(qū)分中心，響應(yīng)上級高速公路信息中心或相鄰視頻監(jiān)控分中心的實時和歷史視頻請求控制指令；同時流媒體服務(wù)器應(yīng)當(dāng)支持上級視頻管理中心向其所在層的流媒體服務(wù)器請求下級單位的實時視頻，從而建立的上下級流媒體服務(wù)器之間的視頻流請求。

（1）組播碼流的轉(zhuǎn)發(fā)。在本視頻方案中，收費站站內(nèi)車道、收費亭、收費廣場、室內(nèi)監(jiān)控攝像機，高速公路片區(qū)主線前端視頻設(shè)備，全部采用組播廣播的碼流發(fā)送方式，收費站級不設(shè)置流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器。收費站級和片區(qū)監(jiān)控中心級視頻客戶端和視頻解碼器等視頻設(shè)備，通過直接獲取組播碼流實現(xiàn)視頻實時監(jiān)控。

（2）單播碼流的轉(zhuǎn)發(fā)。在片區(qū)分監(jiān)控中心為滿足視頻上報和交互共享需求，同時抑制網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴，在對外視頻交換共享中，設(shè)置片區(qū)級流媒體服務(wù)器對外進(jìn)行單播碼流轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)外部交互共享視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻請求、視頻設(shè)備的數(shù)量和性能要求，視頻平臺支持同一級別建立多個視頻流媒體服務(wù)器，視頻管理服務(wù)器通過跟蹤活躍的流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的視頻流數(shù)量，自動在多個流媒體服務(wù)器之間實現(xiàn)負(fù)載均衡。

3.5 視頻存儲層

存儲管理服務(wù)器實現(xiàn)獲取實時組播碼流，實現(xiàn)實時錄像和報警錄像、錄像文件、錄像時段的管理，響應(yīng)VOD點播請求，檢索并讀取錄像文件，按照請求碼流要求向指定點播客戶端發(fā)送錄像碼流。視頻存儲點播服務(wù)器實現(xiàn)視頻錄像模塊、錄像查詢模塊、業(yè)務(wù)模塊、碼流存儲模塊、錄像讀取模塊、碼流轉(zhuǎn)發(fā)、磁盤管理等7個功能模塊。

4 結(jié)語

總結(jié)本文在詳細(xì)了解了視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)及其發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)之上，又綜合分析及研究了市場上主流的視頻聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，并充分考慮了天津高速集團(tuán)所轄路網(wǎng)范圍內(nèi)視頻系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求和實際情況，而設(shè)計了這套天津高速公路數(shù)字視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)而在節(jié)約成本，提高工作效率的同時又對動態(tài)交通起到了積極的推動作用，進(jìn)而對高速公路的信息化建設(shè)以及有序管理起著非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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