隨著全國高速公路建設的推進，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在整個監(jiān)控系統(tǒng)中所占比重和復雜程度日益增加，由于在高速公路建設初期全國各省基本上都沒有全省高速公路視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的方案規(guī)劃，已建成的高速公路采用的視頻監(jiān)控方案、技術指標、設備型號和接口標準等方面現(xiàn)實存在著不同程度的差異。隨著高速路網(wǎng)的逐步形成，各條高速公路上相互獨立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸不能滿足管理的需要，省級管理部門也無法對整個運營路網(wǎng)的交通運行狀況有一個全面的掌握，異常非富的視頻監(jiān)控資源不能在全省各職能管理部門之間聯(lián)網(wǎng)共享，甚至出現(xiàn)同一重點監(jiān)控區(qū)域重復建設的情況。對視頻監(jiān)控資源共享的迫切需求正推動著各省大力推進視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設，如何采用國際標準的視頻編解碼協(xié)議和開放的網(wǎng)絡流媒體訪問協(xié)議，對于現(xiàn)有的監(jiān)控資源進行整合提升，使視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他各子系統(tǒng)間實現(xiàn)無縫連接，并在統(tǒng)一的操作平臺上實現(xiàn)管理和控制，實現(xiàn)省內(nèi)交通視頻資源的聯(lián)網(wǎng)共享并為交通應急指揮提供強有力的支撐已成為當前路網(wǎng)運營管理的當務之急。
1 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)模型
省級高速公路交通監(jiān)控網(wǎng)絡結構復雜，不利于對整個監(jiān)控網(wǎng)絡的規(guī)劃和系統(tǒng)資源的整合，也不利于全省范圍內(nèi)視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控機制的實現(xiàn)。通過對交通管理層次和路網(wǎng)建設運營現(xiàn)狀的分析，結合交通設施設備“屬地管理”的原則，在現(xiàn)有高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)之上抽象出“交通監(jiān)控域”的概念，對省級交通視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺進行統(tǒng)一的模塊化設計，簡化相應的控制和數(shù)據(jù)流程，以最為簡潔的模塊化方式對全省范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控資源進行統(tǒng)一的整合。所謂交通監(jiān)控域是指“處于一定的地域范圍，擁有一定量的交通監(jiān)控資源，處于相同的聯(lián)網(wǎng)節(jié)點邏輯結構之內(nèi)，可以按照相同的聯(lián)網(wǎng)規(guī)則控制的交通監(jiān)控資源極其相應的道路基礎設施的集合”。
有了交通監(jiān)控域的概念，可分別按照全省視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控規(guī)則的要求，對各個交通監(jiān)控域內(nèi)的監(jiān)控資源和基礎設施進行重新的整合。通過調(diào)研現(xiàn)行高速公路系統(tǒng)的建設與規(guī)劃現(xiàn)狀，根據(jù)路網(wǎng)運營管理中的行政隸屬關系，將各高速路段公司劃分為相對獨立的監(jiān)控域。監(jiān)控域由視頻監(jiān)控資源和視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)組成，通過視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)操縱和控制域內(nèi)所有的視頻監(jiān)控資源，如圖1所示。每一個交通監(jiān)控域就是一個獨立的自治單元，可自行完成各自域內(nèi)視頻資源的管理與控制，并可在全省統(tǒng)一視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控規(guī)則要求下與相關監(jiān)控域聯(lián)網(wǎng)組成更大的交通監(jiān)控域，從而實現(xiàn)省內(nèi)、省際乃至全國范圍內(nèi)的交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺。
2 資源統(tǒng)一命名與標識
2．1 交通監(jiān)控域的命名
視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺內(nèi)的每一個交通監(jiān)控域都會被賦予一個名稱，參照Internet網(wǎng)絡上的域名系統(tǒng)(DNS)，其域內(nèi)的資源根據(jù)一定的規(guī)則來統(tǒng)一命名，由本域內(nèi)的資源服務器進行域名的解析。當多個交通監(jiān)控域之間根據(jù)其管理職能形成樹型結構時，交通監(jiān)控域的名稱就可根據(jù)其樹型結構以域名的形式來表示，各個交通監(jiān)控域的名稱之間以“．”符號連接。
2．2 監(jiān)控資源的命名
交通監(jiān)控域內(nèi)資源的命名采用資源名稱加交通監(jiān)控域名的方式，以“@”符號連接。資源名稱建議采用英文字母和漢語拼音。采用此種命名方式可有效避免不同域內(nèi)資源重名的問題，并且利于網(wǎng)絡尋址的實現(xiàn)。
2．3 監(jiān)控域的數(shù)字標識
根據(jù)各級監(jiān)控域的隸屬關系，對監(jiān)控域及其域內(nèi)資源進行統(tǒng)一的分類編號，使用較為精簡的數(shù)字ID來標識每一個監(jiān)控域，以方便計算機信息系統(tǒng)的交換、識別、存儲與處理。
各級監(jiān)控域使用固定長度的數(shù)字ID來識別，用9位10進制數(shù)字表示，由省級識別碼、監(jiān)控域識別碼和資源預留三部分從高到低順序構成。
2．4 監(jiān)控資源的數(shù)字標識
監(jiān)控資源ID使用監(jiān)控域ID的編碼規(guī)則，使用監(jiān)控域ID中的資源預留部分，定義資源的類型和識別碼，與監(jiān)控域ID一起構成完整的資源ID，編碼規(guī)則可適用于所有的各級監(jiān)控域、用戶、編碼器和攝像機等資源。
3 資源訪問權限
3．1 權限的定義
交通監(jiān)控域內(nèi)的所有用戶和資源均需要設置相應的權限，用以區(qū)分用戶的訪問級別，約束用戶對資源的訪問。權限的設置應盡可能方便靈活，便于驗證與修改。通過對系統(tǒng)功能和用戶級別的分析，可將權限分為訶看、控制、修改和網(wǎng)管4種權限。這四種權限之間是完全獨立的，分別對應于不同的操作，定義如表3所示。
根據(jù)每一種權限的作用范圍，再細分出高級、中級和低級三個級別，如表4所示。
3．2 權限的分配
監(jiān)控域內(nèi)的用戶和資源可根據(jù)其具有的管理類型和訪問級別來分配相應的權限。系統(tǒng)新加入的用戶和資源不具有任何的權限，需要由授權用戶對其分配權限后方可進入系統(tǒng)進行訪問和操作。
權限的分配應由具有授權權限的用戶來完成，每一個監(jiān)控域應設置少量具有授權權限的授權用戶，可隨時更改其作用范圍內(nèi)的用戶與資源的注冊信息，授予和收回用戶與資源的系統(tǒng)權限。對于沒有授權權限的用戶，即使其為最高級的調(diào)看或者監(jiān)管用戶，仍無法對普通用戶進行授權。
平臺的4種權限之間是完全獨立的，不具有任何的交叉隱含關系，域內(nèi)每一個用戶和資源均可具有多種權限類別和級別，這些權限級別之間互相獨立、互不干擾。權限分配時，可以分配和收回其中的一個或多個權限，對某一種權限的修改不會影響其他的權限。對于系統(tǒng)中的一般用戶可授予其調(diào)看的權限，對于有資源控制需求的較高級用戶，可授予其控制的權限；對于最高級別的用戶可賦予其監(jiān)管的權限，所有授予的權限僅在其作用范圍內(nèi)部起作用。
3．3 權限的驗證
權限的驗證由域內(nèi)的資源管理服務器來完成，用戶登錄系統(tǒng)和訪問資源時坶需要向資源管理服務器發(fā)起權限驗證請求，以獲得訪問該資源的權限。只有通過權限驗證獲得了訪問許可的用戶才可以進入系統(tǒng)使用資源。
權限的驗證包括訪問類別驗證和級別驗證。用戶在請求使用資源時，資源管理服務器根據(jù)用戶請求操作的類型來決定驗證哪一種權限類別。然后查看該資源所要求的權限級別，并與用戶的權限級別進行比較，如果符合則賦予用戶訪問資源的權力，如果不符合則拒絕用戶使用資源。
對資源的控制權限通常只能賦予一個用戶，當多個用戶同時需要控制一個資源時，可根據(jù)用戶控制權限級別的高低來決定哪個用戶將獲得資源的控制權力。在突發(fā)事件或者緊急情況下，高級別的用戶可以“搶奪”低級別用戶的控制權。
4 資源跨級訪問
在新的監(jiān)控網(wǎng)絡模型中，所有交通監(jiān)控域在邏輯上都是獨立和完整的，每個監(jiān)控域負責本域內(nèi)全部用戶和資源的管理與維護，監(jiān)控域與鄰接域之間開辟數(shù)字化視頻傳輸通道，形成與行政隸屬關系相匹配的樹型結構，完成與上級域以及其他監(jiān)控域之間的視頻聯(lián)網(wǎng)共享。對于監(jiān)控域內(nèi)部的視頻訪問可按照原有系統(tǒng)的要求來操作，直接根據(jù)權限來訪問，由視頻資源所在的流媒體服務器向視頻編碼器獲取媒體流，并進行媒體轉發(fā)至用戶調(diào)用計算機上回放再現(xiàn)；如果所訪問的視頻資源不是本域的資源，即用戶需要跨域資源訪問，調(diào)看外域視頻信息時，則需要通過路由查找算法尋找到鄰接域的流媒體服務器并向其發(fā)出訪問請求，由鄰接域的流媒體服務器來繼續(xù)完成視頻流的獲取任務。通過這樣的方式就可以設計出一種遞歸式的資源訪問規(guī)則，流媒體發(fā)布服務器通過向其鄰域服務器和本地用戶提供一種統(tǒng)一的資源訪問算法來對視頻監(jiān)控資源進行訪問和尋址，其算法流程如圖2所示。
step1：客戶向流媒體發(fā)布服務器發(fā)送“開始調(diào)看命令”。
step2：流媒體發(fā)布服務器通過TCP／IP網(wǎng)絡收到調(diào)用客戶發(fā)出的“開始調(diào)看命令”
step3：判斷流媒體發(fā)布服務器到所請求調(diào)看的視頻是否已有連接，若沒有連接進入step4執(zhí)行，否則進入step11執(zhí)行。
step4：根據(jù)所請求調(diào)看視頻資源的域名，判斷是否為本域內(nèi)部視頻資源，若是則連接前端編碼器和攝像機并進入step5執(zhí)行，否則不是本域內(nèi)部資源進入step7執(zhí)行。
step5：連接本域內(nèi)部視頻編碼器，準備接收視頻流。
step6：判斷連接編碼器成功與否，若連接成功進入step11執(zhí)行，否則連接失敗進入Step10執(zhí)行。
step7：通過路由表查找請求視頻所屬的外域流媒體發(fā)布服務器。
step8：連接外域流媒體發(fā)布服務器，準備接收視頻流。
step9：判斷連接外域流媒體發(fā)布服務器成功否，若連接成功，則進入step11執(zhí)行，否則連接失敗，進入step10執(zhí)行。
step10：連接失敗，填寫相關錯誤信息。
step11：將命令信息記入調(diào)看表并更新發(fā)送表，準備發(fā)送視頻流。
step12：向客戶發(fā)送開始調(diào)看命令響應，流程結束。
通過以上的資源訪問方式，用戶就可以跨多級流媒體服務器訪問監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻監(jiān)控資源。這種遞歸式的資源訪問方法簡單有效，而且在多個上級服務器訪問同一個監(jiān)控設備的時候還能節(jié)省帶寬，這對于視頻圖像的傳輸來說是十分重要的。
5 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的原則與要求
交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺構建于現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎之上，各區(qū)段高速公路的設計建設時間不同，視頻監(jiān)控采用技術標準不同，系統(tǒng)預留接口不統(tǒng)一，對視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的統(tǒng)一管理帶來困難，結合目前路網(wǎng)建設運營現(xiàn)狀，交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺的聯(lián)網(wǎng)建設應遵循“保持現(xiàn)狀、提供接口、向下兼容、政策指導”的原則。所謂保持現(xiàn)狀，是指現(xiàn)有的監(jiān)控網(wǎng)絡上的所有系統(tǒng)，盡量不去進行改動，保護原有功能與投資；提供接口是指對于需要用到的原有系統(tǒng)，要為其提供必要的數(shù)據(jù)傳輸接口，方便數(shù)據(jù)的傳輸與交換；向下兼容是指盡量采用國際標準的成熟的技術與方案，為后續(xù)的系統(tǒng)維護與改造提供便利條件；政策指導是指對于現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)應提出其聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的指導性意見，各參與聯(lián)網(wǎng)的部門在此意見的指導下，根據(jù)自身實際情況來具體實施。
視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺功能特點與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)要求如下：
(1)視頻多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。各級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺自成一體，可在本域內(nèi)部完成全部的監(jiān)控工作，同時也可與相鄰域、上級域組成更大的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控域，通過對域內(nèi)資源的統(tǒng)一域名標識，隨時隨地定位使用域內(nèi)資源。
(2)網(wǎng)內(nèi)資源統(tǒng)一標識。結合省級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控主體的行政級別與業(yè)務歸屬關系，在交通監(jiān)控域的概念下對域內(nèi)資源進行統(tǒng)一命名與授權，包括用戶標識、角色標識、機構標識等，方便各個信息系統(tǒng)之間用戶信息共享與交換，實現(xiàn)資源管理的本地化和資源訪問的全局化，提高省域范圍內(nèi)的視頻資源管理的統(tǒng)一性和一致性。
(3)網(wǎng)內(nèi)資源統(tǒng)一訪問。省級高速公路視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺中，建立起統(tǒng)一命名規(guī)則的認證管理規(guī)范，制定域內(nèi)外資源權限控制規(guī)則與授權訪問流程，構建統(tǒng)一身份認證與管理體系，實現(xiàn)統(tǒng)一入口、統(tǒng)一認證和統(tǒng)一訪問控制的目標。
(4)用戶授權全網(wǎng)漫游。多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中，使用基于用戶、用戶組、業(yè)務和角色相結合的身份控制系統(tǒng)，授權用戶只要在其注冊域內(nèi)完成授權認證就可訪問域內(nèi)任一處資源，而無需關心此資源處于哪一級子域之中；可對特定用戶和攝像機的權限進行提升或下降修改，甚至回收其權限(緊急情況時)；對用戶權限和資源權限的升降修改漫游通知全網(wǎng)并立即生效。
(5)網(wǎng)絡資源合理使用。位于各個子域中的媒體發(fā)布服務器之間使用最短路徑連接，實時監(jiān)測評估各個連接之間的網(wǎng)絡連接情況，動態(tài)調(diào)整合并各個連接之間的網(wǎng)絡連接數(shù)量，盡可能的在本域內(nèi)部使用組播技術，最大限度避免媒體流的重復傳送，以最優(yōu)化的媒體轉發(fā)方式使用子域之間寶貴的網(wǎng)絡資源。
(6)兼容多種編碼格式。省級高速公路視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺可有效的將建設于不同時期、使用不同監(jiān)控技術的相對分散獨立的道路視頻監(jiān)控資源整合集中于省級平臺，支持MPEG-4，H．264等多種視頻編碼格式，支持多個廠家的視頻編解碼器，支持KALATEI，AB，AD等多種矩陣控制協(xié)議，系統(tǒng)配置靈活多樣。
6 結語
高速公路視頻監(jiān)控資源非常豐富，需要對其進行綜合管理與利用。通過使用交通監(jiān)控域的概念簡化省內(nèi)龐大復雜的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)模型，制定統(tǒng)一的聯(lián)網(wǎng)規(guī)則與訪問流程，在更高的層次上整合交通領域的公共視頻資源，提升了各級交通運營管理部門聯(lián)網(wǎng)共享視頻資源的能力。構建省域范圍內(nèi)的多級交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，使得省內(nèi)各相關營運管理部門能夠聯(lián)網(wǎng)共享交通視頻資源，并為交通應急指揮與救援系統(tǒng)提供良好的業(yè)務支撐。在整個省域交通路網(wǎng)內(nèi)為交通運輸狀況進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)、指揮、調(diào)度、救援等作業(yè)提供了可靠的保障，提高了交通路網(wǎng)的運營能力和服務水平，并為路網(wǎng)的運營管理和進一步建設提供依據(jù)。在省域范圍內(nèi)通過統(tǒng)一的視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，更可以將視頻資源聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的范圍延伸至內(nèi)河、海洋、鐵路、航空、運輸?shù)雀鱾€交通領域，從而實現(xiàn)省內(nèi)、省際乃至全國范圍的交通視頻聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺。