視頻整合與識(shí)別技術(shù)在交通行業(yè)中應(yīng)用

孫嗣辰

摘 要：目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于高速公路、普通公路、城市道路及交通運(yùn)載工具、交通樞紐的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和安全預(yù)防、預(yù)警業(yè)務(wù)中。作為交通大數(shù)據(jù)重要組成部分，視頻信息資源的匯聚整合和智能分析技術(shù)成為提升行業(yè)監(jiān)管和應(yīng)急協(xié)調(diào)能力的重要支撐，視頻資源的應(yīng)用也是未來(lái)智能交通發(fā)展重要方向之一。文章旨在通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)一的視頻整合平臺(tái)，打破交通運(yùn)輸行業(yè)條狀管理的壁壘，實(shí)現(xiàn)行業(yè)公路、水路、鐵路、民航等多種不同廠家及標(biāo)準(zhǔn)的交通實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的接入、解碼及壓縮處理等一系列標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)可基于標(biāo)準(zhǔn)化的視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)、智能識(shí)別分析等，從而助力構(gòu)建“綜合、智慧、綠色、平安、美麗”的現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系。

關(guān)鍵詞：視頻信息資源；實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)；智能識(shí)別分析

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）21-0161-03

Abstract： At present， video surveillance system has been widely used in highway， ordinary highway， urban road and transportation vehicles， transportation hub operation condition monitoring and safety prevention， and early warning business. As an important part of traffic big data， the convergence and integration of video information resources and intelligent analysis technology has become an important support to enhance the ability of industry supervision and emergency coordination， and the application of video resources is also one of the important directions of intelligent transportation development in the future. The purpose of this paper is to break down the barriers to deparmental management in the transportation industry by building a unified video integration platform， in order to achieve a series of standardization of access， decoding and compression processing of video data of real-time traffic surveillance from many different manufacturers and standards， such as roads， waterways， railways， and civil aviation. At the same time， it can carry out real-time forwarding， intelligent identification and analysis based on standardized video stream data， so as to help build a "comprehensive， intelligent， green， safe and beautiful" modern comprehensive transportation system.

Keywords： video information resources； real-time forwarding； intelligent recognition analysis

近年來(lái)隨著交通出行需求日益旺盛，交通運(yùn)輸規(guī)模不斷擴(kuò)增，交通出行方式日漸豐富，同時(shí)也給交通運(yùn)輸安全監(jiān)管帶來(lái)了壓力。為進(jìn)一步提升交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)和安全應(yīng)急能力，如何利用好視頻信息資源，進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能識(shí)別、自動(dòng)預(yù)警成為智能交通發(fā)展重要方向。本文提出建設(shè)統(tǒng)一的視頻整合平臺(tái)，融合交通運(yùn)載工具GPS、GIS合成技術(shù)、28181協(xié)議轉(zhuǎn)REST協(xié)議播放流媒體技術(shù)、基于RTSP協(xié)議流媒體服務(wù)器技術(shù)、HTML5視頻處理技術(shù)、視頻分析技術(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從交通運(yùn)輸行業(yè)視頻管理系統(tǒng)中獲取運(yùn)載工具、運(yùn)輸樞紐實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流，同時(shí)將視頻流按更適合流媒體播放的RTSP協(xié)議方式發(fā)布，滿足了用戶在地圖上點(diǎn)播觀看實(shí)時(shí)視頻的要求?；赗TSP協(xié)議流媒體服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)方案讓流媒體在IP上自由播放，讓平臺(tái)在不同瀏覽器下訪問(wèn)都可以正常、實(shí)時(shí)播放視頻?；诘乩砦恢玫囊曨l分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)主干線、重要路段及卡口的車流量，場(chǎng)站及車站客流量技術(shù)及事件分析。從而充分發(fā)揮視頻信息資源創(chuàng)新服務(wù)作用，運(yùn)用大數(shù)據(jù)提升行業(yè)治理能力。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

在遵循GB/T28181-2011《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》等相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，平臺(tái)按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1.1 先進(jìn)性

視頻接入處理支持多種訪問(wèn)方式，包括B/S和C/S；支持多碼流的多級(jí)傳輸；搭建分級(jí)分權(quán)用戶管理權(quán)限體系，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控管理和上級(jí)雙層管理權(quán)限的要求。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬的不同，可保證傳輸不同質(zhì)量的信號(hào)，并行傳輸之間高低質(zhì)量互不影響；可快速集成開(kāi)發(fā)在第三方系統(tǒng)上顯示的接口軟件（包括視頻顯示控件接口等），以及開(kāi)發(fā)基于電子地圖平臺(tái)的智能監(jiān)控終端。

1.2 靈活性

視頻數(shù)據(jù)處理具有足夠的靈活性，核心設(shè)備將各自獨(dú)立，可任意增加，局部故障不影響整體性能。系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議（TCP/IP）及接口，充分利用各監(jiān)控分中心、各監(jiān)控中心、已有的信息網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行傳輸?shù)取?/p>

1.3 擴(kuò)展性

平臺(tái)應(yīng)能良好支持系統(tǒng)的再次擴(kuò)充，如新增部分節(jié)點(diǎn)監(jiān)控信號(hào)的建設(shè)，可便捷接入到三方系統(tǒng)中。

1.4 技術(shù)成熟性

為能夠兼容當(dāng)前使用的前端視頻編碼設(shè)備，以及跟隨視頻編碼技術(shù)的快速發(fā)展形式，平臺(tái)應(yīng)具有較強(qiáng)的升級(jí)改造能力，實(shí)現(xiàn)兼容傳輸多種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮的數(shù)據(jù)流，同時(shí)應(yīng)考慮到相應(yīng)要增加的系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性和維護(hù)的難度。因此，有必要選擇出兼顧技術(shù)成熟性和先進(jìn)性的編碼標(biāo)準(zhǔn)。目前主要有MJPEG、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4和H.264等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在視頻監(jiān)控行業(yè)。視頻監(jiān)控對(duì)視頻編碼的總體要求是高壓縮比、適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬、低延遲和高質(zhì)量、以及具有高可靠性的加密保護(hù)機(jī)制等。綜合各種編碼方式的特點(diǎn)，平臺(tái)推薦采用MPEG-4與H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)作為本平臺(tái)的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，在編碼中加強(qiáng)防篡改技術(shù)。

1.5 高性能

視頻壓縮編碼符合H.264標(biāo)準(zhǔn)。單路視頻傳輸根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬在64Kbps-4Mbps內(nèi)自適用多碼流智能調(diào)節(jié)。單路攝像采集視頻在保證4Mbps凈帶寬下圖像分辨率要達(dá)到1920*1080，在不能保證上述凈帶寬下，視頻質(zhì)量可根據(jù)傳輸帶寬的高低進(jìn)行智能適用。

2 平臺(tái)總體架構(gòu)

從實(shí)際應(yīng)用與功能上考慮，整個(gè)平臺(tái)以視頻接入、轉(zhuǎn)發(fā)模塊為核心，視頻智能分析與管理平臺(tái)作為應(yīng)用業(yè)務(wù)層。

（1）視頻接入層：主要負(fù)責(zé)各個(gè)區(qū)域、單位，不同品牌型號(hào)的監(jiān)控?cái)z像頭的接入以及視頻的循環(huán)存儲(chǔ)，該模塊支持不同編碼格式不同視頻流的接入，如RTSP、RTMP等，同時(shí)針對(duì)監(jiān)控?cái)z像頭協(xié)議，支持通用Onvif，一些特殊的攝像頭以及平臺(tái)采用直接對(duì)接SDK進(jìn)行接入，針對(duì)部分?jǐn)z像頭所屬內(nèi)網(wǎng)環(huán)境，采用主動(dòng)拉以及推的方式，將內(nèi)網(wǎng)視頻流接入平臺(tái)；針對(duì)網(wǎng)絡(luò)支援不足的情況，接入模塊對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損、有損壓縮，同時(shí)減少非關(guān)鍵幀等，緩解傳輸壓力的同時(shí)保障系統(tǒng)正常運(yùn)行。（2）視頻分發(fā)層：主要負(fù)責(zé)對(duì)接入的攝像頭視頻進(jìn)行直播轉(zhuǎn)發(fā)、回放等功能，同時(shí)該模塊需要支持針對(duì)多平臺(tái)的視頻播放，如PC端程序、瀏覽器、安卓、IOS等等；支持視頻流格式、編碼格式多樣，如RTSP、RTMP、HLS等等；針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，系統(tǒng)自適應(yīng)圖像質(zhì)量、以及主碼流、子碼流切換。（3）視頻智能分析層：主要針對(duì)部分交通要道、重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行智能視頻分析、監(jiān)測(cè)。其中包括對(duì)道路的車流量統(tǒng)計(jì)、擁堵情況分析、擁堵路段分析；對(duì)馬路、紅綠燈、車站等重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行人流量統(tǒng)計(jì)、人員密度分析；對(duì)服務(wù)區(qū)、停車場(chǎng)、車站、加油站等區(qū)域進(jìn)行進(jìn)出情況、排隊(duì)情況統(tǒng)計(jì)；對(duì)隧道、橋梁等關(guān)鍵設(shè)施，識(shí)別煙火，實(shí)時(shí)報(bào)警。（4）管理平臺(tái)層：主要針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的權(quán)限、資源、設(shè)備等的管理控制，同時(shí)統(tǒng)計(jì)分析視頻分析模塊的相關(guān)數(shù)據(jù)，即時(shí)反饋到總體平臺(tái)。

3 平臺(tái)核心功能

（1）實(shí)時(shí)視頻接入管理：實(shí)時(shí)視頻的接入主要解決不同廠家視頻的接入，以及前端至中心節(jié)點(diǎn)和各中心節(jié)點(diǎn)之間視頻碼流重復(fù)傳輸?shù)膯?wèn)題。主要包括視頻數(shù)據(jù)采集管理和視頻數(shù)據(jù)接入管理。根據(jù)各個(gè)視頻系統(tǒng)接口開(kāi)發(fā)不同類型的視頻接入適配服務(wù)，支持從DVR、NVR、IP攝像機(jī)、視頻服務(wù)器等設(shè)備上獲取視頻碼流，將視頻轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控中心，并推送給碼流分發(fā)服務(wù)。（2）視頻碼流分發(fā)：流媒體服務(wù)將收到的視頻碼流使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)傳輸格式進(jìn)行打包，分發(fā)給需要的客戶端。統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)傳輸格式擬使用標(biāo)準(zhǔn)RTSP方式，便于與ONVIF協(xié)議兼容。一般在每個(gè)中心節(jié)點(diǎn)配置一個(gè)流媒體服務(wù)。流媒體服務(wù)支持代理功能，可以實(shí)現(xiàn)流媒體的級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)，解決中心節(jié)點(diǎn)間碼流重復(fù)傳輸?shù)膯?wèn)題。（3）視頻碼流管理：為防止所有視頻碼流流量的總和超過(guò)網(wǎng)絡(luò)允許的帶寬消耗，根據(jù)實(shí)際碼流情況對(duì)有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行統(tǒng)一分配。當(dāng)系統(tǒng)中的帶寬資源有限時(shí)， QoS服務(wù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻碼流的選擇管理。該服務(wù)統(tǒng)計(jì)所有視頻碼流用戶的需求，為用戶選擇適合的碼流，甚至在某些極端的情況下告知部分用戶無(wú)法提供視頻碼流服務(wù)。（4）視頻分組顯示：對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行處理，包括視頻壓縮、畫(huà)面分割、視頻調(diào)節(jié)等；對(duì)遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行遙控切換處理，包括圖像編碼控制、畫(huà)面顯示控制、記錄重放控制等。系統(tǒng)可將視頻畫(huà)面任意進(jìn)行1/4/9/16/25/36畫(huà)面格式分屏瀏覽方式，同時(shí)支持N+1方式瀏覽，定時(shí)切換。單畫(huà)面狀態(tài)下支持任意縮放，也可支持全屏顯示模式。（5）視頻圖像快照：支持實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境抓拍、錄像點(diǎn)播抓拍，抓拍圖像以.JPG格式存儲(chǔ)（分辨率為1920*1080或704*576），可對(duì)存儲(chǔ)畫(huà)面進(jìn)行修改、編輯、打印等，并可顯示當(dāng)前視頻抓拍畫(huà)面的路徑屬性、抓拍的時(shí)間。（6）視頻分控授權(quán)：支持對(duì)不同用戶進(jìn)行分控授權(quán)；通過(guò)分控授權(quán)指定某終端用戶只能監(jiān)控本轄區(qū)的監(jiān)控圖像。所有被授權(quán)的用戶進(jìn)入、使用和退出系統(tǒng)都需要登錄，登錄信息包括用戶身份、使用日期、時(shí)間及操作內(nèi)容等，系統(tǒng)具有日志功能，能記錄并保存這些登錄信息。系統(tǒng)采用多級(jí)別的用戶管理方式，以保證系統(tǒng)管理、使用、維修人員不同方式的使用。（7）視頻智能分析：基于平臺(tái)接入視頻做人工智能分析，目前支持進(jìn)出口車流量分析，重點(diǎn)車輛跟蹤，路口及主干道車流量監(jiān)控，車輛密度檢測(cè)，人員密度檢測(cè)，隧道煙火檢測(cè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所述平臺(tái)融合GPS、GIS合成技術(shù)、28181協(xié)議轉(zhuǎn)REST協(xié)議播放流媒體技術(shù)、智能視頻分析技術(shù)等，遵照28181協(xié)議，從交通運(yùn)輸行業(yè)視頻管理系統(tǒng)中獲取車輛、卡口等視頻流，將視頻流按更適合流媒體播放的RTSP協(xié)議方式發(fā)布，滿足了用戶在地圖上點(diǎn)播觀看實(shí)時(shí)視頻的要求；同時(shí)基于地理位置的視頻分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)主干線、重要路段及卡口的車流量，場(chǎng)站及車站客流量技術(shù)及事件分析。平臺(tái)可廣泛應(yīng)用于交通流量識(shí)別、車站/機(jī)場(chǎng)客流量監(jiān)測(cè)識(shí)別、停車監(jiān)控分析，以及隧道煙霧、隧道火災(zāi)、隧道積水監(jiān)測(cè)識(shí)別分析，一方面將大大提升交通行業(yè)管理者對(duì)整體運(yùn)行態(tài)勢(shì)的掌控能力，同時(shí)針對(duì)交通安全事件等可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，有利于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)隱患并作出有效處理，有助于構(gòu)建更加智能、安全的交通運(yùn)行體系，實(shí)現(xiàn)以信息化手段促進(jìn)交通運(yùn)輸行業(yè)傳統(tǒng)管理模式的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新。

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