基于網(wǎng)頁實(shí)時(shí)通信的跨平臺(tái)高速公路應(yīng)急視頻應(yīng)用研究

周勇 楊洋 李偉 何俊 曹驥

摘? 要：包括智慧高速公路在內(nèi)的高速公路，一路多方應(yīng)急處置，一直存在著跨部門溝通難、信息同步難、通信工具推廣統(tǒng)一難等問題。網(wǎng)頁實(shí)時(shí)通信（WebRTC）技術(shù)是常用瀏覽器內(nèi)置的輕量化視頻、音頻通信工具，基于WebRTC的實(shí)時(shí)多方視頻通話應(yīng)用可以有效地解決一路多方溝通難、協(xié)同難等難題，提高信息同步和事件協(xié)同處置的效率。

關(guān)鍵詞：智慧高速；WebRTC；應(yīng)急通信

中圖分類號(hào)：TP39；TP273+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2023）09-0082-05

Abstract： The expressway， including the smart expressway， has been facing difficulties in cross departmental communication， information synchronization， and the promotion and unification of communication tools for emergency response from multiple parties along the way. Web real-time communication （WebRTC） technology is a lightweight video and audio communication tool commonly used in browsers. Real time multi-party video call applications based on WebRTC can effectively solve the difficulties of communication and collaboration among multiple parties along the way， improving the efficiency of information synchronization and event collaborative processing.

Keywords： smart expressway; WebRTC; emergency communication

0? 引? 言

20世紀(jì)90年代以來，我國高速公路的建設(shè)與發(fā)展取得了舉世矚目的重大成就。根據(jù)交通運(yùn)輸部統(tǒng)計(jì)，2021年末，我國高速公路里程達(dá)到16.9萬千米，比2020年末增加8 090千米。隨著人工智能的發(fā)展和落地應(yīng)用，高速公路由電子信息化跨入智慧化時(shí)代。

然而，中國的交通事故總量始終處于高位，交通安全形勢(shì)嚴(yán)峻。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2020年，全國交通事故共計(jì)244 674起，交通事故死亡人數(shù)61 703人。一方面，由于車輛行駛速度快，應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，容易發(fā)生交通事故并衍生二次事故。相關(guān)研究表明，部分高速公路路段的二次事故平均占比達(dá)到57.3%，二次事故造成的死亡人數(shù)占交通事故死亡人數(shù)的54.2%。另一方面，高速公路事件需要由高速交警、高速執(zhí)法和公路運(yùn)營公司共同處置，事件處理中的溝通、協(xié)同難度較大。因此，高速公路應(yīng)急處置相對(duì)于其他道路更加困難，具體表現(xiàn)為協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)效率不高、信息溝通共享不夠等。

目前，在高速公路應(yīng)急處置中，常用的通信方式有電話&短信、微信、對(duì)講機(jī)等。通過基于這些通信方式的總結(jié)分析，結(jié)合實(shí)地調(diào)研，總結(jié)出高速公路應(yīng)急處置通信中存在以下痛點(diǎn)：

1）監(jiān)控中心不能實(shí)時(shí)掌握應(yīng)急處置進(jìn)度。監(jiān)控中心是高速公路指揮調(diào)度的大腦和通信中心，尤其是在交通事故、惡劣天氣、違法處置、稽查打逃等事件處置中發(fā)揮著重要的作用。然而，在傳統(tǒng)高速事件的處置中，監(jiān)控中心往往只能通過現(xiàn)場(chǎng)巡邏人員的電話反饋掌握事件處置進(jìn)度，而且通常是在事件處置完成后才能得到現(xiàn)場(chǎng)狀況信息，不能及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。即使是在智慧高速的事件處置中，由于攝像機(jī)距離較遠(yuǎn)等原因，也無法看清現(xiàn)場(chǎng)情況。

2）一路多方難以同步掌握現(xiàn)場(chǎng)信息。高速公路事件處置往往需要多方參與，除了高速交警、高速執(zhí)法和公路運(yùn)營公司以外，還常常有消防、應(yīng)急、急救等部門人員的參與。但是往往只有現(xiàn)場(chǎng)人員掌握事件詳情及處置進(jìn)度，其他人員無法掌握實(shí)時(shí)信息，而且由于不同部門之間的沒有保存完整的通訊錄信息，相互之間也難以通過電話進(jìn)行溝通。

3）不能從多個(gè)角度監(jiān)控應(yīng)急處置現(xiàn)場(chǎng)。由于受制于攝像機(jī)的安裝間距，即使是在智慧高速的事件處置中，監(jiān)控中心能夠通過攝像機(jī)查看現(xiàn)場(chǎng)情況，但往往只能是從一個(gè)角度查看現(xiàn)場(chǎng)情況，受制于拍攝角度的限制。如果有大型貨車等物體遮擋視線，甚至觀察不到現(xiàn)場(chǎng)的一絲情況。

4）難以直接匹配事件工單和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻。在智慧高速的事件處置中，即使是能夠進(jìn)行事件定位并基于高速公路K段位查找相應(yīng)的攝像機(jī)，但是仍存在攝像機(jī)數(shù)量過多，查找不方便的問題。

由上述難題可以看出，高速公路應(yīng)急處置迫切需要建立能夠直觀進(jìn)行視頻通話，并且能夠跨部門使用，還能夠與事件工單直接關(guān)聯(lián)的應(yīng)用。

1? 基于網(wǎng)頁實(shí)時(shí)通信的應(yīng)急視頻通信設(shè)計(jì)

高速公路應(yīng)急視頻應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示，指揮調(diào)度系統(tǒng)通過保存多個(gè)部門完整的通訊錄和值班情況，查找到相應(yīng)人員的手機(jī)號(hào)等聯(lián)系方式，然后通過云短信的方式向聯(lián)系人發(fā)送短信信息。在實(shí)際使用中，可以在云短信的基礎(chǔ)上增加云語音功能，利用AI語音向目標(biāo)對(duì)象撥打電話，提醒其查看短信。短信中包含鏈接地址，短信接收者點(diǎn)擊鏈接地址打開網(wǎng)頁瀏覽器，即可訪問網(wǎng)頁頁面。在網(wǎng)頁頁面中，通過WebSocket建立網(wǎng)絡(luò)連接，然后在WebRTC中將視頻流編碼為h264的碼流傳輸至個(gè)人電腦或其他移動(dòng)端的瀏覽器中進(jìn)行解碼，實(shí)現(xiàn)端對(duì)端視頻通話，還可以通過建立群組實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)視頻在線，共享現(xiàn)場(chǎng)視頻的效果。

高速公路指揮調(diào)度系統(tǒng)可以在事件處置工單中發(fā)起視頻通話，可以快捷關(guān)聯(lián)相應(yīng)的道路攝像機(jī)，從多個(gè)角度查看事故現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)這些攝像機(jī)的視頻畫面也能被加入視頻通話的多人共享。

現(xiàn)場(chǎng)人員可以通過手機(jī)加入視頻通話，通過切換前后攝像頭、打開/關(guān)閉話筒、切換拍攝角度等方式讓多個(gè)部門的指揮調(diào)度人員多角度掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀況。

2? 相關(guān)技術(shù)

2.1? WebRTC

網(wǎng)頁實(shí)時(shí)通信（Web Real-Time Communication， WebRTC）是通過應(yīng)用程序編程接口（API）為Web瀏覽器和移動(dòng)應(yīng)用程序提供實(shí)時(shí)通信。WebRTC將音視頻處理、信號(hào)處理、流媒體實(shí)時(shí)傳輸?shù)裙δ芏记度氲骄W(wǎng)頁瀏覽器中，使瀏覽器成為一個(gè)語音視頻通信平臺(tái)。

2011年5月，谷歌發(fā)布了一個(gè)基于瀏覽器的實(shí)時(shí)通信開源項(xiàng)目，命名為WebRTC。2017年11月，WebRTC 1.0規(guī)范從工作草案轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂蜻x推薦”。2021年1月，WebRTC 1.0規(guī)范轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴扑]”。

WebRTC的主要組件包括幾個(gè)API：

1）getUserMedia獲取音頻和視頻媒體。

2）RTCPeerConnection對(duì)等體之間的音頻和視頻通信，執(zhí)行信號(hào)處理、編解碼器處理、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、安全和帶寬管理。

3）RTCDataChannel允許對(duì)等體之間的任意數(shù)據(jù)雙向通信。

2.2? H264

H.264又稱為MPEG-4第10部分高級(jí)視頻編碼（即MPEG-4 AVC），是一種面向塊，基于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊曨l編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

2.3  云短信

云短信是通過短信網(wǎng)關(guān)在服務(wù)供應(yīng)商與短信中心之間建立通道，實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)向手機(jī)發(fā)送短信的技術(shù)。軟件系統(tǒng)可以通過調(diào)用服務(wù)供應(yīng)商提供的接口實(shí)現(xiàn)短信發(fā)送功能。

2.4? WebSocket

WebSocket是一種計(jì)算機(jī)通信協(xié)議，支持Web瀏覽器或其他客戶端應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的交互，比半雙工替代方案（如HTTP輪詢）的開銷更低，促進(jìn)了服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

WebSocket在本應(yīng)用中的主要作用是在移動(dòng)端瀏覽器和指揮調(diào)度系統(tǒng)之間建立網(wǎng)絡(luò)連接，便于后續(xù)WebRTC傳輸視頻流。

3? 應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)方案在四川西南部的某智慧高速中得以實(shí)現(xiàn)，通過與智慧高速的事件工單直接關(guān)聯(lián)，并且在智慧高速道路攝像機(jī)設(shè)備的加持下，實(shí)現(xiàn)了事件、處置人員、路側(cè)攝像機(jī)的互聯(lián)互通。

應(yīng)急視頻應(yīng)用與高速公路指揮調(diào)度系統(tǒng)關(guān)系密切。如圖2所示，應(yīng)急視頻應(yīng)用的軟件部分屬于指揮調(diào)度系統(tǒng)的一部分，連接了指揮調(diào)度系統(tǒng)的通訊錄、路側(cè)攝像機(jī)和指揮調(diào)度中心辦公電腦，但是應(yīng)急視頻應(yīng)用也連接了屬于私人用品的路巡和公路運(yùn)營公司管理人員手機(jī)。

應(yīng)急視頻通信的具體流程如圖3所示。

指揮調(diào)度中心通過指揮調(diào)度系統(tǒng)查看事件工單的詳情，如圖4所示，其中包括事件類別、事件等級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻、事件處置進(jìn)度等，并根據(jù)這些信息判斷是否發(fā)起視頻通信，同時(shí)判斷是否需要邀請(qǐng)公司管理人員參與視頻通信。

在決定需要發(fā)起視頻通信后，指揮調(diào)度中心通過點(diǎn)擊“現(xiàn)場(chǎng)連線”，并通過系統(tǒng)內(nèi)保存的通訊錄或者手動(dòng)輸入手機(jī)號(hào)碼邀請(qǐng)參加視頻通信的人員，如圖5所示，可邀請(qǐng)的人員數(shù)量根據(jù)事件等級(jí)確定。在點(diǎn)擊“邀請(qǐng)”之后，被邀請(qǐng)人員會(huì)收到邀請(qǐng)其參加視頻通話的短信通知，也可以增加AI語音電話通知，讓對(duì)方及時(shí)發(fā)現(xiàn)邀請(qǐng)通知。

如圖6所示，被邀請(qǐng)人員在查看短信通知后，通過點(diǎn)擊短信中的鏈接打開默認(rèn)網(wǎng)頁瀏覽器，如圖7所示，在允許瀏覽器使用攝像頭和麥克風(fēng)的情況下，可以直接訪問視頻通信界面，如圖8所示。短信中的鏈接具有安全時(shí)效性，發(fā)送短信超過24小時(shí)后，鏈接地址將失效，以此保護(hù)數(shù)據(jù)安全。在手機(jī)視頻通信界面中可以設(shè)置麥克風(fēng)靜音，關(guān)閉攝像頭，轉(zhuǎn)換前后攝像頭等，使視頻通信更加靈活。在移動(dòng)端視頻通信中，除了能查看參與通信人員攝像頭的視頻畫面之外，還能查看事件附近路側(cè)的攝像機(jī)視頻畫面。指揮調(diào)度系統(tǒng)將根據(jù)事件的精準(zhǔn)地理坐標(biāo)自動(dòng)匹配路側(cè)的攝像機(jī)。

在指揮調(diào)度中心，如圖9所示，通過辦公電腦訪問視頻通信界面。通信界面中會(huì)展示工單的處置進(jìn)度，包括工單創(chuàng)建、現(xiàn)場(chǎng)反饋等節(jié)點(diǎn)信息。

通過上述流程可以看出，基于網(wǎng)頁的實(shí)時(shí)通信能夠?qū)崿F(xiàn)辦公臺(tái)式機(jī)與移動(dòng)端的自由連接，集成了手機(jī)攝像頭、麥克風(fēng)與路側(cè)攝像機(jī)，同時(shí)也關(guān)聯(lián)了視頻通信與事件工單詳情。

該應(yīng)用在西南某智慧高速中正常運(yùn)行30天，視頻幀率和分辨率采用WebRTC默認(rèn)的最佳效果，畫面質(zhì)量得以保證。在實(shí)際應(yīng)用中，視頻延時(shí)問題成為該應(yīng)用的主要關(guān)注點(diǎn)，通過多次的技術(shù)優(yōu)化，得到如表1所示的視頻通話延時(shí)統(tǒng)計(jì)。

從表1中可以看出，視頻的延時(shí)主要是因?yàn)槭軈⑴c視頻通信的手機(jī)端數(shù)量以及手機(jī)端網(wǎng)絡(luò)類型的影響：參與的手機(jī)端數(shù)量越多，延時(shí)越大；4G網(wǎng)絡(luò)受網(wǎng)絡(luò)帶寬影響，延時(shí)較大。

在實(shí)際的高速公路事件處置中，現(xiàn)場(chǎng)人員手機(jī)通常只能采用4G網(wǎng)絡(luò)，參與視頻的手機(jī)端數(shù)量少于2，因此視頻延遲在0.5秒至1.2秒之間，能夠滿足業(yè)務(wù)需求。

4? 應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

相較于現(xiàn)有的高速公路通信方式，基于網(wǎng)頁的實(shí)時(shí)視頻通信在高速公路應(yīng)急處置中有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）輕量化，降低協(xié)同難度?；诰W(wǎng)頁的實(shí)時(shí)視頻通信無需使用客戶端，跳過了煩瑣復(fù)雜的搜索、下載、安裝流程，使用普通智能手機(jī)即能實(shí)現(xiàn)，使一路多方更容易實(shí)現(xiàn)跨部門溝通，降低協(xié)同處置的難度。

2）跨平臺(tái)，多端協(xié)同。基于網(wǎng)頁的實(shí)時(shí)視頻通信只需瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)，兼容安卓、IOS（需設(shè)置允許WebRTC）、Windows、macOS等主流系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)備，適配海量移動(dòng)終端，最大限度增加使用范圍。

3）動(dòng)態(tài)化在線協(xié)同?？缍嗖块T協(xié)作即時(shí)觸達(dá)，多方多人音視頻通信，路側(cè)設(shè)備視頻調(diào)度，零距離觸達(dá)現(xiàn)場(chǎng)；智慧化發(fā)起下一環(huán)節(jié)流程，環(huán)環(huán)緊扣動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，保證每一項(xiàng)流程狀態(tài)高活躍；實(shí)現(xiàn)即時(shí)化、可視化、全聯(lián)動(dòng)。

5? 結(jié)? 論

基于網(wǎng)頁的實(shí)時(shí)視頻通信具有輕量化、跨平臺(tái)和動(dòng)態(tài)化的特點(diǎn)，能夠很好地滿足高速或者智慧高速應(yīng)急處置中的實(shí)時(shí)通信、實(shí)時(shí)監(jiān)控、多方協(xié)同處置等業(yè)務(wù)需求，解決了高速公路事件處置中不能實(shí)時(shí)掌握應(yīng)急處置進(jìn)度、一路多方難以同步掌握現(xiàn)場(chǎng)信息等難題，是高速公路聯(lián)勤聯(lián)動(dòng)的利器。在實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)端可以采用4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，視頻延遲在可接受的范圍內(nèi)，整體具有可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方亞東.基于WebRTC的視頻通信在公路網(wǎng)應(yīng)急系統(tǒng)中的研究與實(shí)現(xiàn) [D].武漢：武漢理工大學(xué)，2016.

[2] W3C.WebRTC 1.0： Real-time Communication Between Browsers （W3C Candidate Recommendation 02 November 2017） [EB/OL].（2017-11-02）.https：//www.w3.org/TR/2017/CR-webrtc-20171102/.

[3] W3C.Web Real-Time Communications （WebRTC） transforms the communications landscape as it becomes a World Wide Web Consortium （W3C） Recommendation and Internet Engineering Task Force （IETF） standards [EB/OL].（2021-01-26）.https：//www.w3.org/2021/01/pressrelease-webrtc-rec.html.en.

[4] 張珂溢，周正，黎艷，等.新型通信交互技術(shù)在高速公路聯(lián)勤聯(lián)動(dòng)中的組合應(yīng)用 [J].現(xiàn)代信息科技，2022，6（4）：77-80+84.

[5] 交通運(yùn)輸部綜合規(guī)劃司.在加快建設(shè)交通強(qiáng)國新征程上建新功——《2021年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》評(píng)讀［R/OL].[2022-11-06].https：//www.mot.gov.cn/2022zhengcejd/202205/t20220524_3656662.html.

[6] 孫永俊.預(yù)防高速公路二次交通事故策略研究 [D].西安：長安大學(xué)，2008.

作者簡介：周勇（1973.12—），男，漢族，重慶人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：大數(shù)據(jù)、人工智能。