淺談高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計(jì)思路

1、淺談高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計(jì)思路    隨著我國(guó)高速公路的快速發(fā)展和管理水平的進(jìn)一步提高，高速公路聯(lián)網(wǎng)控制已被高速公路管理人員提上了建設(shè)日程。而在實(shí)際工作中，雖然高速公路機(jī)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，為聯(lián)網(wǎng)控制提供了可靠的技術(shù)支持，但是高速公路聯(lián)網(wǎng)控制的實(shí)現(xiàn)仍然存在諸多難題。其中，高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為困難。本文作者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，提出了高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的一種設(shè)計(jì)思路，并在文中論證了這種設(shè)計(jì)思路的可行性。 關(guān)鍵詞：高速公路，視頻監(jiān)控，聯(lián)網(wǎng)控制，設(shè)計(jì)思路，軟件級(jí)聯(lián) 一、前言 近年來(lái)，在國(guó)家加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的導(dǎo)向下，我

2、國(guó)的高速公路建設(shè)迅猛發(fā)展，高速公路網(wǎng)已基本形成。與之配套的收費(fèi)、監(jiān)控、通信三大系統(tǒng)不斷發(fā)展，功能也日趨完善，并已成為高速公路運(yùn)營(yíng)管理的核心系統(tǒng)。隨著高速公路的運(yùn)營(yíng)管理要求不斷提高，三大系統(tǒng)區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的要求日趨緊迫。 目前，國(guó)內(nèi)高速公路中心監(jiān)控系統(tǒng)尚無(wú)一套完整、可行的技術(shù)規(guī)范和開(kāi)發(fā)方案，而機(jī)電系統(tǒng)基本都是各自獨(dú)立招標(biāo)開(kāi)發(fā)的。這就造成了各路段的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商都只以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基本功能或按業(yè)主要求的系統(tǒng)功能來(lái)設(shè)計(jì)和建設(shè)機(jī)電系統(tǒng)的局面，尤其是在視頻監(jiān)控與信息發(fā)布系統(tǒng)的控制部分。設(shè)計(jì)時(shí)，開(kāi)發(fā)商通常過(guò)度要求標(biāo)段的硬件統(tǒng)一，或要求監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)商另外開(kāi)發(fā)配合的軟件。因此，高速公路中心監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)施起來(lái)可謂困難

3、重重。 下面，本人結(jié)合自身的工作，談一下關(guān)于高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制相關(guān)設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)的一些看法和觀點(diǎn)。 二、視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的需求分析 根據(jù)實(shí)際工作的分析，管理部門在中心監(jiān)控系統(tǒng)上的聯(lián)網(wǎng)控制過(guò)程實(shí)際上包含三個(gè)部分：視頻監(jiān)控、信息發(fā)布與設(shè)備監(jiān)控。而對(duì)于級(jí)聯(lián)監(jiān)控需求則主要分兩種情況：第一是同一路段的聯(lián)網(wǎng)控制需求，第二是多條路段的聯(lián)網(wǎng)控制需求。 對(duì)于同一路段上多級(jí)監(jiān)控中心之間，它們的聯(lián)網(wǎng)控制需求是： 1.上級(jí)中心需要能對(duì)下級(jí)中心的視頻信號(hào)進(jìn)行切換，并能對(duì)下級(jí)中心所管轄的攝像機(jī)自由控制。 2.上級(jí)中心需要能隨時(shí)掌握下級(jí)中心所管轄的發(fā)布信息的設(shè)備（一般情況下就是可變情報(bào)板與可變限速標(biāo)志）的當(dāng)前

4、信息（主要是顯示內(nèi)容）。同時(shí)，上級(jí)中心需要能直接對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行控制，例如發(fā)布新的信息。 3.上級(jí)中心需要獲取下級(jí)中心信息采集設(shè)備采集的設(shè)備數(shù)據(jù)，隨時(shí)掌握整條路段上的信息（包括車流量、占有率、天氣情況、路面狀況等等）。 目前多數(shù)高速公路監(jiān)控中心之間的聯(lián)網(wǎng)控制過(guò)程是：監(jiān)控中心通過(guò)數(shù)據(jù)通道來(lái)獲取外場(chǎng)設(shè)備上傳至下級(jí)分中心的數(shù)據(jù)和信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的共享。同時(shí)，監(jiān)控中心的管理人員直接以通知的形式來(lái)聯(lián)系分中心監(jiān)控員來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外場(chǎng)設(shè)備的控制。 對(duì)于同一路段來(lái)講，業(yè)主單位通常會(huì)考慮到路段設(shè)備的數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)接口資源的統(tǒng)一和預(yù)留。因此，在同一路段上的監(jiān)控中心之間的級(jí)聯(lián)監(jiān)控方案已經(jīng)能比較方便地實(shí)現(xiàn)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)

5、共享，從而達(dá)到上述第2條需求。但是對(duì)于第1條需求，這種方式可以實(shí)現(xiàn)上級(jí)中心獲取信息部分，但是設(shè)備控制部分則主要通過(guò)人工聯(lián)系，即總中心監(jiān)控員用電話通知分中心監(jiān)控員，分中心監(jiān)控員再按照上級(jí)指示對(duì)指定設(shè)備進(jìn)行控制。對(duì)于第1條需求的操作過(guò)程也與第1條的操作過(guò)程一樣，分中心監(jiān)控員按上級(jí)指示切換信號(hào)，而上級(jí)中心對(duì)下級(jí)中心管轄的攝像機(jī)完全無(wú)法直接控制。 而對(duì)于不同路段之間的聯(lián)網(wǎng)控制而言，其需求就簡(jiǎn)單了許多，因?yàn)椴煌范紊系谋O(jiān)控中心，通常其上下級(jí)的控制并不是直接的（實(shí)際行政權(quán)利劃分也不允許直接控制）。上級(jí)中心，例如一個(gè)省的監(jiān)控總中心，它只需要能夠得到當(dāng)前各路段上信息發(fā)布設(shè)備的當(dāng)前信息，并能對(duì)這些路段上傳的視頻

6、信號(hào)做自由切換即可。不過(guò)，這種聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)現(xiàn)的難度卻遠(yuǎn)大于同路段的聯(lián)網(wǎng)控制。 無(wú)論是哪一種情況下，我們的中心監(jiān)控系統(tǒng)都必須能適應(yīng)其需求。對(duì)于同一路段的需求而言，聯(lián)網(wǎng)控制通常是比較容易實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)闊o(wú)論使用什么方案，協(xié)調(diào)工作比較容易，設(shè)備相對(duì)固定，但是對(duì)于不同路段的互聯(lián)控制而言，由于設(shè)備不統(tǒng)一，軟件系統(tǒng)不統(tǒng)一等原因，其實(shí)現(xiàn)起來(lái)則困難得多。 實(shí)際上，根據(jù)上述兩種情況的需求分析，很容易看出，無(wú)論是同一路段的級(jí)聯(lián)控制還是多條路段的聯(lián)網(wǎng)控制，都要求的是實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與信息發(fā)布系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制。 在實(shí)際工作中，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要性,監(jiān)控中心的管理者通常會(huì)強(qiáng)調(diào)對(duì)該系統(tǒng)的直接控制。但因?yàn)樵撓到y(tǒng)的設(shè)備多樣且行業(yè)

7、村規(guī)范不統(tǒng)一，聯(lián)網(wǎng)控制的實(shí)現(xiàn)難度也更大。也就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制才是聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 三、視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中存在的問(wèn)題 視頻監(jiān)控系統(tǒng)是中心監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。它以計(jì)算機(jī)為核心，結(jié)合多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將監(jiān)控信息（圖像）從攝像機(jī)通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)、矩陣控制器等設(shè)備傳輸?shù)阶烂娴挠?jì)算機(jī)上，并可將各種控制命令通過(guò)桌面計(jì)算機(jī)進(jìn)行傳達(dá)，從而與信息管理系統(tǒng)融合在一起。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是高速公路管理部門提高管理水平和效率，為過(guò)往司乘人員提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的功臣之一。 在實(shí)際生活中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。目前在智能交通上常用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)一般為： 1、攝像機(jī)采集視頻信號(hào)，通過(guò)光纖網(wǎng)

8、絡(luò)傳送到各級(jí)監(jiān)控中心，并通過(guò)畫(huà)面分隔器將視頻信號(hào)顯示于監(jiān)視墻上； 2、多媒體計(jì)算機(jī)通過(guò)矩陣控制器對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行切換選??； 3、各類控制命令，如對(duì)云臺(tái)的上下左右的轉(zhuǎn)動(dòng)以及配套的云臺(tái)護(hù)罩的相應(yīng)保護(hù)設(shè)備進(jìn)行全方位的控制、對(duì)鏡頭進(jìn)行光圈、焦距、景深的三可變控制、對(duì)攝像機(jī)預(yù)制點(diǎn)切換及設(shè)備警報(bào)處理等，都通過(guò)多媒體計(jì)算機(jī)串口發(fā)送到矩陣控制器（傳輸協(xié)議為RS232），矩陣控制器再將命令通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到相應(yīng)的云臺(tái)解碼器，從而達(dá)到對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行控制的目的。 在實(shí)際工作中，高速公路系統(tǒng)的視頻控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)工作存在的主要問(wèn)題是： 1、不同路段設(shè)備的兼容性問(wèn)題和控制模式不一致的問(wèn)題。 高速公路建設(shè)基本上都是獨(dú)立招標(biāo)開(kāi)發(fā)。

9、由于建設(shè)時(shí)間不一樣，技術(shù)水平相差很大。不但各系統(tǒng)集成商使用的硬件設(shè)備千差萬(wàn)別，就連系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)模式也有很大不同。 2、使用上的權(quán)限管理及多級(jí)鎖定問(wèn)題。 高速公路路網(wǎng)是分期建設(shè)的，基本上都是先建設(shè)各個(gè)路段的分中心，之后再建設(shè)上級(jí)總中心。雖然通常業(yè)主會(huì)考慮在系統(tǒng)上預(yù)留對(duì)上級(jí)控制接口，但實(shí)際上各系統(tǒng)都是針對(duì)自身建設(shè)項(xiàng)目系統(tǒng)集成的特點(diǎn)，即均是以實(shí)現(xiàn)路段分中心對(duì)攝像機(jī)的各種控制操作來(lái)設(shè)計(jì)和建設(shè)的。所以后期上級(jí)總中心在建成后，總會(huì)面臨多級(jí)通道鎖定以及權(quán)限管理的問(wèn)題。 四、視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計(jì)思路及其實(shí)現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)控制是大的趨勢(shì)。聯(lián)網(wǎng)控制必須考慮到路段聯(lián)網(wǎng)、省級(jí)聯(lián)網(wǎng)甚至全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的要求?？紤]到所

10、有的高速公路并不是同一時(shí)間建成的，其監(jiān)控系統(tǒng)不具有相同的硬件設(shè)備。所以聯(lián)網(wǎng)控制的設(shè)計(jì)就必須強(qiáng)調(diào)能適應(yīng)已有的以及將來(lái)的監(jiān)控系統(tǒng)。 針對(duì)目前高速公路的現(xiàn)狀，通過(guò)實(shí)現(xiàn)軟件級(jí)聯(lián)控制，可以很好地解決目前各分中心控制矩陣設(shè)備不統(tǒng)一的問(wèn)題。由于是在軟件層面上的級(jí)聯(lián)，該思路基本沒(méi)有對(duì)基礎(chǔ)硬件的要求，只是利用現(xiàn)有設(shè)備、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，是成本最小化的最優(yōu)解決方案。以這種思路設(shè)計(jì)出的“級(jí)聯(lián)控制”完全是人工操作。同時(shí)滿足日益增長(zhǎng)的信息化要求，從而自然就有了級(jí)聯(lián)監(jiān)控的需求。但我們也應(yīng)該注意到，要使級(jí)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，首先必須具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力，能夠適應(yīng)不同的設(shè)備，方便部署于各個(gè)系統(tǒng)集成項(xiàng)目。 （一）設(shè)計(jì)思路 以目

11、前河南省高速公路視頻聯(lián)網(wǎng)的工作需求為例，各分中心都已經(jīng)建設(shè)完畢，擁有了統(tǒng)一的IP地址分配。為了利用原有系統(tǒng)設(shè)備并保證圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量，我們可以直接通過(guò)編解碼器與外場(chǎng)攝像機(jī)來(lái)獲取圖像信息?；谶@種設(shè)計(jì)思路，我們可以采用分布式的設(shè)計(jì)原則。而解決圖像傳輸質(zhì)量將是我們的主要目標(biāo)。 對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，我們初步可抽象出六個(gè)劃分：用戶接口（UserInterface）、操作協(xié)議（OperationProtocol）、SocketClient、SocketServer、矩陣協(xié)議轉(zhuǎn)換器（MatrixProcotol）、串口通訊（COMRS232）。其運(yùn)行的基本過(guò)程是：管理人員通過(guò)用戶接口進(jìn)行各項(xiàng)操作，操作被解

12、釋為操作協(xié)議，經(jīng)SocketClient通過(guò)TCP/IP協(xié)議發(fā)送到目的地的SocketServer上。在解釋成操作后，調(diào)用矩陣協(xié)議轉(zhuǎn)換器的相關(guān)接口，最后將該操作的實(shí)際矩陣協(xié)議通過(guò)串口經(jīng)RS232協(xié)議傳輸?shù)骄仃嚳刂破?。在?shí)現(xiàn)過(guò)程中，為了避免軟件工作量大和效率低的弊端，我們可以考慮把TCP/IP連接部分交由操作系統(tǒng)完成，已優(yōu)化軟件編程和系統(tǒng)運(yùn)行。 該設(shè)計(jì)思路理論上能實(shí)現(xiàn)視頻的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。 （二）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 從軟件系統(tǒng)的角度來(lái)講，該思路是可行的。但這種思路也有其硬件要求。 在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置通常為：攝像機(jī)、云臺(tái)、光端機(jī)、矩陣控制器、電視墻、監(jiān)視器陣列、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、多媒體計(jì)算機(jī)

13、。這些設(shè)備的不統(tǒng)一正是視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制的最大難題。而我們的思路恰恰不依托于這些設(shè)備。 在實(shí)際工作中，各高速公路路段都有完善的通信、收費(fèi)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，隨著高速公路路網(wǎng)的形成，各路段分中心及收費(fèi)站間大型完善的局域網(wǎng)絡(luò)也已搭建好了。從軟件部署上，軟件的級(jí)聯(lián)正是要依托于已建成的局域網(wǎng)絡(luò)，而不再僅僅依賴于原有的矩陣控制器的聯(lián)網(wǎng)。由各片區(qū)中心的多媒體計(jì)算機(jī)來(lái)統(tǒng)一管理各片區(qū)的矩陣控制器，從而達(dá)到本地網(wǎng)絡(luò)的媒體控制目的。上級(jí)中心也正是通過(guò)對(duì)各路段的軟件級(jí)聯(lián)從而達(dá)到整體聯(lián)網(wǎng)控制的目標(biāo)。 因此，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的角度講，該設(shè)計(jì)思路也是可行的。 （三）功能實(shí)現(xiàn) 該設(shè)計(jì)思路可實(shí)現(xiàn)以下功能： 1、權(quán)限管理 權(quán)限管理是視

14、頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)計(jì)的需要也是重要功能之一。軟件系統(tǒng)可提供基于角色授權(quán)的權(quán)限平臺(tái)，權(quán)限系統(tǒng)包括用戶管理、資源管理、角色管理等。 2、圖像通道管理 對(duì)圖像通道的管理是通過(guò)設(shè)計(jì)通用通道管理模塊實(shí)現(xiàn)的。用戶請(qǐng)求某一路圖像后，系統(tǒng)根據(jù)選擇的圖像計(jì)算出此圖像首先進(jìn)入的矩陣、矩陣對(duì)應(yīng)的編號(hào)、對(duì)應(yīng)控制矩陣的計(jì)算機(jī)；根據(jù)矩陣的信息計(jì)算出此矩陣上否上傳到其它矩陣，如果有就計(jì)算出上傳矩陣的編號(hào)等信息、上傳矩陣對(duì)應(yīng)的控制計(jì)算機(jī)信息，以上遞歸，以集合或數(shù)組形式完成，最后求出對(duì)應(yīng)的視頻編碼器信息，發(fā)送圖像給用戶，同時(shí)向各個(gè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)出控制指令，根據(jù)各個(gè)計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)的矩陣運(yùn)行各種協(xié)議，合矩陣正常實(shí)現(xiàn)控制。 3、多級(jí)視頻控制 系統(tǒng)采用集中管理的方法來(lái)控制視頻，并分級(jí)分步分散實(shí)現(xiàn)控制業(yè)務(wù)。系統(tǒng)可以通過(guò)軟件來(lái)控制各個(gè)矩陣，集中控制的系統(tǒng)發(fā)出控制指令，分散在各個(gè)矩陣旁和矩陣相聯(lián)計(jì)算上的軟件系統(tǒng)接收到控制信息后對(duì)指令進(jìn)行解析，找出對(duì)應(yīng)的協(xié)議通過(guò)通訊通道來(lái)控制矩陣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的控制。 五、結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)以上論述，我們看到通過(guò)“軟