丁銳+虞尚智+譚論正

摘 要：文中提出了一種基于車載終端的城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)，可由此形成一個強大的移動電子眼網(wǎng)絡，為城市公共安全提供有力保障。利用分步式存儲的概念，將車載終端的記錄視頻分時段存儲在本地，解決了基于車載終端的海量數(shù)據(jù)共享與存儲成本之間的矛盾。車載終端只需將其移動軌跡信息實時上傳至云端服務器，云端服務器根據(jù)應用端需求查找符合要求的車載終端數(shù)據(jù)點，請求相應的車載終端上傳視頻數(shù)據(jù)至云端服務器，再交由應用端進行處理即可。

關鍵詞：車載終端；城市道路輔助監(jiān)控；公共安全；云端服務器；智慧城市；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）11-00-03

0 引 言

伴隨著汽車數(shù)量的不斷增長和普及，交通事故頻發(fā)。對于交通事故發(fā)生后的責任劃分常由于事故發(fā)生時沒有視頻錄像而導致責任不清晰，甚至出現(xiàn)車主被“碰瓷”的現(xiàn)象。而車載終端可以記錄事故現(xiàn)場錄像，還原事故場景，避免了責任不清的問題，成為了很多車主保護自身權益的利器[1]。因此，車載終端逐漸成為汽車標配[2]。

車載終端總量的大幅增加，相當于公共道路上多了眾多移動的攝像頭。但這些移動攝像頭并未聯(lián)網(wǎng)，因此，其視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)只限于本地使用，無法用于公共安全領域。與此同時，隨著高清消費電子市場的繁榮以及4G等無線通信技術的發(fā)展，高清視頻監(jiān)控日漸成為公共安全領域眾多監(jiān)控技術發(fā)展的重點之一[3]。由此就形成了一個矛盾：一方面，公共安全領域需要越來越多的攝像頭，但由于公共資源投入的限制不可能無限制增多；另一方面，道路上行駛汽車的車載終端就是一個移動的攝像頭，其視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)無法用于公共安全領域。本文提出的基于車載終端的城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)很好地解決了這一矛盾。

1 車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介

受益于4G、WiMAX等無線通信技術的發(fā)展，車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲得了快速發(fā)展，無線高清車載監(jiān)控應用模式將成為主流[4]。雖然4G的帶寬相比3G得到了很大提高，傳輸速率是3G網(wǎng)絡的10倍，但總體的網(wǎng)絡資源有限，且目前階段4G的資費比較昂貴[5]。

文獻[5]提出了一種基于4G的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由前端移動取證設備、傳輸網(wǎng)絡、后端中心管理平臺和監(jiān)控指揮中心組成。文獻[6]分析了基于4G網(wǎng)絡車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術，而實現(xiàn)實時車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的難點在于高清實時視頻需要大量高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。文獻[7]提出，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)給存儲系統(tǒng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。文獻[8]提出了一種基于Android的車載視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)，完成了單路640×480圖像質(zhì)量的實時傳輸測試。文獻[9]提出的基于Android的車載視頻監(jiān)控完成了4路實時高清視頻監(jiān)控測試，由測試可知，一臺中心服務器最多支持1 800路視頻同時請求。

若按照720 P（25幀/s，4 Mb/s）的圖像質(zhì)量要求，每路圖像每天的監(jiān)控時間為8小時，則需要14 GB流量[5]，即使采用H.265/MPEG-HEVC編碼（相對于H.264/MPEG/AVC可節(jié)省40%～50%的碼流[6]），每路圖像也需要約4 GB流量。本文提出，將道路上行駛的汽車所裝載的車載終端聯(lián)網(wǎng)，形成一個城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)，但若將這些視頻數(shù)據(jù)全部實時傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)庫，必然需要大量數(shù)據(jù)服務器及傳輸帶寬，技術實現(xiàn)難度大，成本上亦不可行。即使對于三四線城市而言，每天至少有10萬輛裝載有車載終端的汽車在道路上行駛，按每輛車每天8小時計算，所需流量已達到400 TB，以目前的4G資費來說難以承受，同時對存儲要求也非常高。

為解決基于車載終端的海量數(shù)據(jù)共享與存儲成本之間的矛盾，本文提出將車載終端的記錄視頻分時段存儲在本地。車載終端只需將其移動軌跡信息實時上傳至云端服務器，云端服務器響應應用端視頻數(shù)據(jù)請求，根據(jù)車載終端上傳的軌跡信息查找符合要求的車載終端數(shù)據(jù)點，請求相應的車載終端上傳視頻數(shù)據(jù)至云端服務器，再由云端服務器轉(zhuǎn)發(fā)至應用端播放。即車載終端的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)平時存儲在本地，只需把軌跡信息實時上傳，相對而言，所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大大減少，只有當后臺服務器根據(jù)需求匹配相應的軌跡信息時，才需要車載終端上傳相應的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。

2 城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)架構設計

2.1 城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)框架

本文提出了一種基于車載終端的城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括若干移動視頻源。移動視頻源包括車載終端，擁有與云端互聯(lián)通訊的無線通訊模塊。云端建立有數(shù)據(jù)庫服務器、數(shù)據(jù)接入服務器、應用服務器及數(shù)據(jù)處理中心，各服務器分別連接數(shù)據(jù)處理中心及應用端，用于發(fā)出視頻數(shù)據(jù)請求及由數(shù)據(jù)處理中心獲取視頻數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫服務器用于存儲車載終端的移動軌跡數(shù)據(jù)以及暫存由車載終端上傳的視頻數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接入服務器用于與車載終端通訊，為其提供接入數(shù)據(jù)鏈路。應用服務器用于建立與開發(fā)視頻數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)及該系統(tǒng)上的各類應用。系統(tǒng)框架如圖1所示。

2.2 車載終端的原理框架

車載終端包括GPS/北斗定位模塊、WiFi通信模塊、GPRS/3G/4G通信模塊、SD卡模塊、高清攝像頭、麥克風、音視頻協(xié)處理器、NAND Flash、CPU和電源管理模塊。

車載終端還可以通過WiFi直連的方式將視頻數(shù)據(jù)傳輸給手機，再經(jīng)由手機與云端建立連接。因為手機大多時候都實時在線，所以系統(tǒng)具有更高的實時性，同時也可以減少車載終端中GPRS/3G/4G通信模塊的使用數(shù)量。車載終端的原理框架如圖2所示。

2.3 海量數(shù)據(jù)共享方法的流程

基于車載終端的海量數(shù)據(jù)共享方法流程包含以下步驟：

（1）由車載終端實時記錄道路上的狀況，分時間段存儲；

（2）該車載終端將其移動軌跡信息實時上傳至云端服務器，其中每個車載終端由唯一的地址編碼識別；

（3）云端服務器響應應用端的視頻數(shù)據(jù)請求，列出符合請求條件的若干車載終端數(shù)據(jù)點，該視頻數(shù)據(jù)請求包括某一特定時間或時間段、某一特定位置或位置范圍；endprint

（4）選擇對應的車載終端和數(shù)據(jù)點，云端服務器向該數(shù)據(jù)點對應的車載終端發(fā)出上傳視頻數(shù)據(jù)請求，該上傳視頻數(shù)據(jù)請求中包括車載終端的地址編碼和時間點；

（5）云端服務器將視頻數(shù)據(jù)傳輸至應用端播放。

車載終端啟動后，以固定的時間間隔向云端服務器發(fā)送在線信號，云端服務器由該在線信號判斷車載終端的狀態(tài)（在線狀態(tài)或離線狀態(tài)）。應用端按特定時間與位置篩選出匹配的車載終端軌跡信息記錄，獲取對應的視頻數(shù)據(jù)。當車載終端處于在線狀態(tài)時，車載終端直接響應云端服務器的上傳視頻數(shù)據(jù)請求；當車載終端處于離線狀態(tài)時，云端服務器向車載終端對應的備案用戶手機發(fā)送信息，提醒用戶開啟車載終端。其流程如圖3所示。

車載終端實時上傳的僅是移動軌跡信息，數(shù)據(jù)量很小，不會超出云端服務器的處理能力范圍，也不會造成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)擁堵。因為只在有需要時才獲取視頻數(shù)據(jù)，相當于將原本應存于云端服務器的視頻數(shù)據(jù)分散保存于車載終端上，而這本就是車載終端具有的功能，所以能夠很好地優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構，極大地降低技術難度和數(shù)據(jù)傳輸成本。

視頻數(shù)據(jù)通過移動運營網(wǎng)絡上傳至云端服務器，優(yōu)先采用基于手機卡的GPRS/3G/4G網(wǎng)絡傳輸，解決了無線實時傳輸與唯一地址編碼的問題，且技術成熟，無需額外增加太多成本。

3 應用場景及實現(xiàn)問題

本文提出的城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)可以更靈活、更及時地獲知路面情況，對處理突發(fā)事件、環(huán)保違法、交通違章、道路路障清理、失蹤人口定位、犯罪現(xiàn)場處理及犯罪嫌疑人行蹤查錄等有關問題具有重要參考意義。例如，各地城市幾乎每天都有老人及婦女兒童走失或被拐賣的案例報道，此類事件的發(fā)生往往是由于現(xiàn)有的公共安全攝像頭不足，無法快速追蹤定位。若有了基于車載終端的城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)，則可以根據(jù)事發(fā)道路時間、地點，查找相應經(jīng)過的車載終端的視頻監(jiān)控來幫助相關部門更快找到失蹤人口。

本系統(tǒng)的實現(xiàn)難度在于需要政府前期投入一定的資源，吸引車主更換專用的帶聯(lián)網(wǎng)功能的車載終端（如由政府補貼），并且采取一定的獎勵措施鼓勵車主使用專用車載終端（若使用視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)則給予相應獎勵）。只有越來越多的車載終端加入到城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)中，其覆蓋范圍才能越發(fā)寬廣，發(fā)揮的作用才會越大。

4 結(jié) 語

本文提出了一種基于車載終端的城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)，其關鍵點在于將海量車載終端的監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲在本地，車載終端只需上傳移動軌跡信息，云端服務器根據(jù)應用需求匹配相應的軌跡信息，再請求車載終端上傳視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，將其傳送至應用端播放，滿足應用需求。該系統(tǒng)可以形成一個強大的移動電子眼網(wǎng)絡，為城市公共安全服務。

參考文獻

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