高速公路圖像傳輸系統(tǒng)應(yīng)用

徐海泉

為適應(yīng)高速公路長期發(fā)展的最優(yōu)化設(shè)計要求，本監(jiān)控系統(tǒng)的核心數(shù)字化壓縮編碼設(shè)備和系統(tǒng)軟件均具備不同廠家間的互聯(lián)互通互控的兼容能力；此外圖像資源不僅為現(xiàn)有的監(jiān)控管理服務(wù)，更具備未來提供指揮調(diào)度、領(lǐng)導(dǎo)決策、大眾服務(wù)等能力。

系統(tǒng)概述

全數(shù)字化光纖網(wǎng)絡(luò)多業(yè)務(wù)監(jiān)控平臺順應(yīng)光纖網(wǎng)絡(luò)的低成本、大規(guī)模應(yīng)用潮流，集音視頻壓縮編解碼、網(wǎng)絡(luò)交換、數(shù)據(jù)接入、光纖傳輸、軟件處理及網(wǎng)絡(luò)存儲等先進(jìn)技術(shù)于一體，適應(yīng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)向全光網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。ZKON系統(tǒng)采用靈活的光纖（點對點/鏈型/環(huán)型）及以太組網(wǎng)方式,實現(xiàn)端到端全數(shù)字化碼流傳輸，避免轉(zhuǎn)接及二次編解碼，克服了傳統(tǒng)非壓縮視頻光端機(jī)多級轉(zhuǎn)接、重復(fù)編碼的缺陷，內(nèi)置多協(xié)議低速數(shù)據(jù)接入及網(wǎng)絡(luò)交換功能，配合整體的監(jiān)控系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)分布式存儲、轉(zhuǎn)發(fā)及流媒體服務(wù)器模塊，形成一體化視頻監(jiān)控及數(shù)據(jù)接入平臺，廣泛應(yīng)用于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)、城市道路監(jiān)控系統(tǒng)、大中企業(yè)廠區(qū)監(jiān)控及政府園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)總體設(shè)計要求

系統(tǒng)設(shè)計充分考慮數(shù)字化分布式多級網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的系統(tǒng)特點，技術(shù)上遵循先進(jìn)性、實用性與成熟可靠性并重的原則。

在充分了解高速公路監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，形成一整套集圖像實時傳輸、光纖自愈環(huán)網(wǎng)、內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)交換、集中網(wǎng)絡(luò)存儲、資料查詢檢索回放、多級別遙控于一體、功能齊全的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)視頻整體解決方案，完善各區(qū)域圖像信息通信應(yīng)急保障機(jī)制，提升處置突發(fā)性事件的快速反應(yīng)能力，為交通管理機(jī)關(guān)和領(lǐng)導(dǎo)決策、指揮調(diào)度、調(diào)查取證等多種后臺應(yīng)用提供及時、可靠的監(jiān)控圖像信息。

配合網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)直觀方便的可視化操作和靈活豐富的設(shè)備控制權(quán)限設(shè)定，可根據(jù)用戶實際需要劃分總中心、路公司監(jiān)控中心、區(qū)域分中心、監(jiān)控管理站等各級單位的權(quán)限，實現(xiàn)各級用戶對實時圖像的調(diào)看權(quán)、控制權(quán)、網(wǎng)絡(luò)存儲權(quán)和對歷史資料的查詢回放權(quán)限的細(xì)分。同時可實現(xiàn)IE瀏覽功能，適合各部門領(lǐng)導(dǎo)在桌面隨時調(diào)看現(xiàn)場圖像。針對圖像傳輸線路資源的設(shè)定，系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對用戶調(diào)用圖像路數(shù)的統(tǒng)一管理。

本監(jiān)控平臺子系統(tǒng)可與市監(jiān)控總中心其它系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)接口，提供DLL/控件等多種方式的二次開發(fā)接口，實現(xiàn)系統(tǒng)無縫連接。

如交通監(jiān)控業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、交通數(shù)據(jù)融合處理子系統(tǒng)、交通信息管理和服務(wù)子系統(tǒng)等，形成集成網(wǎng)絡(luò)綜合信息平臺。監(jiān)控平臺組網(wǎng)、設(shè)備選型充分考慮與現(xiàn)有的高速公路監(jiān)控中心及站端圖像傳輸設(shè)備的功能、標(biāo)準(zhǔn)、接口協(xié)議的系統(tǒng)互連、互通和互控，保證視音頻傳輸質(zhì)量和控制信令的暢通，提升系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性水平，保護(hù)前期項目的投入。

系統(tǒng)軟硬件設(shè)計可以兼容、接入及控制高速公路現(xiàn)有或未來建設(shè)的數(shù)十種主流廠家的球型攝像機(jī)、云臺解碼端、工控機(jī)式/嵌入式DVR、視頻光端機(jī)、矩陣、操作鍵盤等常用監(jiān)控器材和設(shè)備，為用戶系統(tǒng)設(shè)備選型提供更多的靈活性和最優(yōu)化保證。

系統(tǒng)具備自檢和在線實時檢測各運行編解碼設(shè)備、數(shù)字錄像設(shè)備狀態(tài)及通信線路的能力，方便用戶故障定位及排除，同時編解碼設(shè)備支持集中式機(jī)箱，有效減少站端和各級監(jiān)控中心端的設(shè)備安裝位置占用，確保未來大規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用的可維護(hù)性。

全數(shù)字化光纖網(wǎng)絡(luò)多業(yè)務(wù)監(jiān)控平臺是研制的面向交通、公安、電力、石化等行業(yè)遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控核心產(chǎn)品，集音視頻壓縮編解碼、網(wǎng)絡(luò)交換、數(shù)據(jù)接入、光纖傳輸、軟件處理及網(wǎng)絡(luò)存儲等先進(jìn)技術(shù)于一體，采用先進(jìn)的H.264視頻協(xié)議，支持雙碼流及軟切換功能。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)特點

ZKON系統(tǒng)是集圖像壓縮編解碼、光纖通信、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)交換、數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)存儲、資料查詢檢索回放、多級別遙控于一體、功能齊全的全數(shù)字化光纖網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控整體解決方案。

系統(tǒng)設(shè)備采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶需求配置圖像、數(shù)據(jù)、通信接口的種類和數(shù)量。

ZKON設(shè)備基于大規(guī)模集成電路及嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計，確保設(shè)備穩(wěn)定可靠運行。

支持鏈型、環(huán)型星型等多種光纖組網(wǎng)方式及保護(hù)功能，支持自愈功能，自愈時間小于200ms。

支持單播、多點單播、組播及轉(zhuǎn)發(fā)等以太網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及帶寬條件，與各通信廠家的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備實現(xiàn)聯(lián)通及應(yīng)用。

圖像編碼設(shè)備支持高/低雙碼流輸出，分別用于高畫質(zhì)大屏幕顯示和數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)存儲，在保證監(jiān)控畫質(zhì)量的同時節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源及存儲硬盤空間，避免視頻二次編解碼。

ZKON系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字圖像存儲方式，有效降低網(wǎng)絡(luò)帶寬占用，提高圖像存儲的可靠性。

ZKON圖像編解碼端采用獨特的內(nèi)置權(quán)限設(shè)置，尤其適合分布式多級權(quán)限管理，不依賴系統(tǒng)服務(wù)器的授權(quán)控制，提高了系統(tǒng)運行強(qiáng)健性。

ZKON系統(tǒng)軟件具備直觀方便的可視化操作和靈活豐富的設(shè)備控制權(quán)限設(shè)定，可根據(jù)用戶實際需要劃分監(jiān)控總中心、區(qū)域監(jiān)控分中心、監(jiān)控管理站等各級單位的權(quán)限，實現(xiàn)各級用戶對實時圖像的調(diào)看權(quán)、控制權(quán)、網(wǎng)絡(luò)存儲選擇權(quán)和對歷史資料的查詢回放權(quán)限的細(xì)分。

系統(tǒng)支持IE瀏覽及發(fā)布功能，適合各部門領(lǐng)導(dǎo)在桌面通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)隨時調(diào)看現(xiàn)場圖像，可實現(xiàn)交通信息公眾發(fā)布功能。

ZKON系統(tǒng)軟件具備強(qiáng)大的系統(tǒng)管理、配置、診斷、運行維護(hù)等功能

監(jiān)控平臺組網(wǎng)、設(shè)備選型充分考慮與現(xiàn)有的高速公路監(jiān)控中心及站端圖像傳輸設(shè)備的功能、標(biāo)準(zhǔn)、接口協(xié)議的系統(tǒng)互連、互通和互控，保證視音頻傳輸質(zhì)量和控制信令的暢通，提升系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性水平，保護(hù)前期項目的投入。

本監(jiān)控平臺子系統(tǒng)可監(jiān)控總中心其它系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)接口，提供DLL/控件等多種方式的二次開發(fā)接口，實現(xiàn)系統(tǒng)無縫連接。如交通監(jiān)控業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、交通數(shù)據(jù)融合處理子系統(tǒng)、交通信息管理和服務(wù)子系統(tǒng)等，形成集成網(wǎng)絡(luò)綜合信息平臺。

ZKON系統(tǒng)軟硬件設(shè)計可以兼容、接入及控制高速公路現(xiàn)有或未來建設(shè)的數(shù)十種主流廠家的球型攝像機(jī)、云臺解碼端、工控機(jī)式/嵌入式DVR、視頻光端機(jī)、矩陣、操作鍵盤等常用監(jiān)控器材和設(shè)備，為用戶系統(tǒng)設(shè)備選型提供更多的靈活性和最優(yōu)化保證。

支持多路低速數(shù)據(jù)口（232/422/485）及10/100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入。

編碼端內(nèi)置多路開關(guān)量輸入及報警輸出接口，配合LED指示，可與系統(tǒng)軟件形成聯(lián)動控制。

支持網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置、程序升級、在線診斷等功能，方便系統(tǒng)調(diào)試及運行維護(hù)。

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境選擇壁掛/4U/6U等多種機(jī)箱結(jié)構(gòu)，便于室外、室內(nèi)工程安裝及寬溫度范圍。

應(yīng)用系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

ZKON系統(tǒng)軟件采用C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式。C/S結(jié)構(gòu)具有速度快，結(jié)構(gòu)簡單的特點。B/S結(jié)構(gòu)具有安全性好，易部署和維護(hù)的特點。軟件系統(tǒng)擬架設(shè)多級服務(wù)器，主要包括：

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：這是系統(tǒng)最核心的服務(wù)器，所有系統(tǒng)的主要配置結(jié)構(gòu)，歷史數(shù)據(jù)等都儲存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上。作為核心服務(wù)器，可靠性和安全性是最需要考慮的因素。為提高系統(tǒng)的可靠性，需考慮雙機(jī)+磁盤陣列的配置。從軟件上考慮，所有的對核心數(shù)據(jù)庫訪問都必須設(shè)計成B/S模式，即所有的客戶端訪問都需通過應(yīng)用服務(wù)器來對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問。這樣，無論是在網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計、數(shù)據(jù)一致性保證或后續(xù)系統(tǒng)升級上都比較容易。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的設(shè)計上同時要充分考慮備份和恢復(fù)的手段和設(shè)備。

GIS服務(wù)器:GIS服務(wù)器一般可以和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器統(tǒng)一架設(shè)。但考慮到系統(tǒng)安全，我們建議GIS服務(wù)器作為一個應(yīng)用服務(wù)器單獨架設(shè)。其數(shù)據(jù)庫可以考慮將比較重要的數(shù)據(jù)部署在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，但作為GIS客戶端則只能訪問GIS服務(wù)器。這樣，在GIS系統(tǒng)實現(xiàn)，調(diào)試和重構(gòu)時對整個軟件系統(tǒng)的影響可以降到最小。

應(yīng)用接入服務(wù)器：這是系統(tǒng)最主要的一個應(yīng)用服務(wù)器。各個客戶端和WEB中間件通過訪問應(yīng)用接入服務(wù)器實現(xiàn)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的描繪；對用戶權(quán)限的鑒別；對各個設(shè)備（如視頻矩陣、嵌入式硬盤錄象機(jī)等）的控制和訪問；對業(yè)務(wù)流程（如預(yù)案系統(tǒng)）的調(diào)用；對歷史數(shù)據(jù)和錄象資料的檢索等。也就是說，各個客戶端和瀏覽器方式的客戶實際上是通過應(yīng)用接入服務(wù)器實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問。應(yīng)用接入服務(wù)器還負(fù)責(zé)訪問權(quán)限的控制，并發(fā)訪問的控制，網(wǎng)絡(luò)流量管理，訪問日志管理等方面，可以對網(wǎng)絡(luò)上的視頻流數(shù)據(jù)進(jìn)行最充分的管理和規(guī)劃，從而將視頻流數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的利用達(dá)到最佳。這樣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰簡單，系統(tǒng)的一致性、安全性、可操作性和可維護(hù)性等都能夠得到保證

針對速公路監(jiān)控系統(tǒng)的要求，應(yīng)用接入服務(wù)器負(fù)責(zé)視頻網(wǎng)絡(luò)帶寬的管理，以分配64路的總監(jiān)控圖像流為例，其中8路預(yù)留給收費圖像訪問使用。各級監(jiān)控管理單位在訪問所屬站端圖像時需先向應(yīng)用接入服務(wù)器申請，在符合總的圖像帶寬占用的條件下獲得許可時方可訪問。應(yīng)用接入服務(wù)器應(yīng)放置于權(quán)限最高的管理單位。

視頻網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器：我們建議系統(tǒng)可以設(shè)置視頻網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器。對于通過編解碼端上傳的視頻碼流，在各級監(jiān)控管理站、路中心、區(qū)域監(jiān)控中心均可通過配置網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器實現(xiàn)存儲，統(tǒng)一規(guī)劃管理和備份，并可由具備權(quán)限的各級監(jiān)控視頻工作站的操作人員檢索、調(diào)閱。這樣，對于重要的甚至是不可恢復(fù)的錄象資料又多了幾道可靠的保障手段。將來，各個監(jiān)控管理單位的視頻記錄設(shè)備所記錄的資料也可以由總中心的網(wǎng)絡(luò)視頻集中存儲服務(wù)器統(tǒng)一收集，再通過流媒體服務(wù)器進(jìn)行分發(fā)。系統(tǒng)無論從管理還是使用上將更加方便實用。

網(wǎng)絡(luò)存儲是替代傳統(tǒng)DVR錄像機(jī)的全新錄像方式，可避免圖像碼流的二次編解碼，保證圖像的高清晰度畫質(zhì)，方便業(yè)務(wù)臺的網(wǎng)絡(luò)查詢和調(diào)用回放操作。

WEB服務(wù)器：作為系統(tǒng)的一個主要的發(fā)布和應(yīng)用接入平臺，WEB服務(wù)器負(fù)責(zé)為使用瀏覽器方式的客戶提供應(yīng)用接入，中間件服務(wù)，控件發(fā)布和更新等服務(wù)。同時WEB服務(wù)器作為直接對外的服務(wù)接入點，在網(wǎng)絡(luò)安全，防入侵和防病毒等方面，尤其是設(shè)計的重點。建議盡可能減少script方式，多使用J2EE方式，通過中間件對系統(tǒng)進(jìn)行訪問。在部分必須使用本地控件的環(huán)節(jié)（如視頻流接收、解碼），由于牽涉到與系統(tǒng)中其他應(yīng)用服務(wù)器的通訊，所以在設(shè)計上要充分考慮其對網(wǎng)絡(luò)帶寬，網(wǎng)絡(luò)許可等的影響。

對于以上的服務(wù)器，我們考慮應(yīng)用的用戶采用兩種方式來訪問系統(tǒng)：

普通的客戶端：這種客戶端軟件主要安裝在各監(jiān)控管理單位的監(jiān)控視頻工作站上，直接訪問應(yīng)用接入服務(wù)器、編碼端、流媒體服務(wù)器、視頻網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器等。由應(yīng)用接入服務(wù)器直接鑒權(quán)，通過鑒權(quán)后從GIS服務(wù)器獲得地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)，從應(yīng)用接入服務(wù)器獲得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)從而形成人機(jī)界面和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。客戶端操作人員的視頻查看平臺有兩種：一個是連接解碼端的模擬大屏上顯示的來自編碼端的視頻信號，一個是在計算機(jī)上顯示的來自視頻編碼端、硬盤錄象機(jī)、網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器的數(shù)字視頻信號。（該信號通過視頻轉(zhuǎn)換后也可以投射到模擬大屏上）。

瀏覽器客戶端：這種客戶端主要安裝在非主要值班部門人員的計算機(jī)上。通過WEB服務(wù)器上的中間件對編碼端、視頻網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器、數(shù)字硬盤錄像機(jī)等進(jìn)行訪問。為簡化用戶操作，建議這種客戶端的界面設(shè)計的盡可能與普通的客戶端一致。瀏覽器客戶端的存在一方面可以提高系統(tǒng)的安全性，另一方面也可以簡化大量的安裝，部署和軟件更新工作。讓各級領(lǐng)導(dǎo)和各個部門可以隨時方便地使用本系統(tǒng)。

結(jié)束語

交通依靠自身強(qiáng)大軟、硬件開發(fā)能力，針對網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸技術(shù)及高速公路用戶需求，開發(fā)了ZKON 2000網(wǎng)絡(luò)視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠的應(yīng)用優(yōu)勢

ZKON2000系統(tǒng)包括業(yè)務(wù)臺（對應(yīng)速公路監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控工作站）模塊、網(wǎng)絡(luò)存儲（對應(yīng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的圖像服務(wù)器）模塊、瀏覽臺（IE）模塊、數(shù)據(jù)庫（對應(yīng)高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器）軟件等主要部分。

相信在不久的將來，高速公路圖像傳輸系統(tǒng)將會越來越多的應(yīng)用在高速公路當(dāng)中,為出行者帶來更大的便利！