基于車載終端的城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)研究

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(zé)任劃分常由于事故發(fā)生時沒有視頻錄像而導(dǎo)致責(zé)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(zé)任不清的問題，成為了很多車主保護(hù)自身權(quán)益的利器[1]。因此，車載終端逐漸成為汽車標(biāo)配[2]。

車載終端總量的大幅增加，相當(dāng)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(lǐng)域。與此同時， 隨著高清消費(fèi)電子市場的繁榮以及 4G 等無線通信技術(shù)的發(fā)展，高清視頻監(jiān)控日漸成為公共安全領(lǐng)域眾多監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一[3]。由此就形成了一個矛盾：一方面，公共安全領(lǐng)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(lǐng)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(shù)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(yīng)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(luò)的 10 倍，但總體的網(wǎng)絡(luò)資源有限，且目前階段4G 的資費(fèi)比較昂貴[5]。

文獻(xiàn) [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(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后端中心管理平臺和監(jiān)控指揮中心組成。文獻(xiàn) [6]分析了基于 4G網(wǎng)絡(luò)車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)實(shí)時車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的難點(diǎn)在于高清實(shí)時視頻需要大量高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。文獻(xiàn) [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(xiàn) [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 640480圖像質(zhì)量的實(shí)時傳輸測試。文獻(xiàn) [9] 提出的基于Android的車載視頻監(jiān)控完成了4路實(shí)時高清視頻監(jiān)控測試，由測試可知，一臺中心服務(wù)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(shí)時傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)庫，必然需要大量數(shù)據(jù)服務(wù)器及傳輸帶寬， 技術(shù)實(shí)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(jì)算，所需流量已達(dá)到 400 TB，以目前的4G 資費(fèi)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(shí)時上傳至云端服務(wù)器，云端服務(wù)器響應(yīng)應(yīng)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(diǎn)，請求相應(yīng)的車載終端上傳視頻數(shù)據(jù)至云端服務(wù)器，再由云端服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)至應(yīng)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(shí)時上傳，相對而言，所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大大減少，只有當(dāng)后臺服務(wù)器根據(jù)需求匹配相應(yīng)的軌跡信息時，才需要車載終端上傳相應(yīng)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(gòu)設(shè)計(jì)

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(wù)器、數(shù)據(jù)接入服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)處理中心，各服務(wù)器分別連接數(shù)據(jù)處理中心及應(yīng)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(wù)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(wù)器用于與車載終端通訊，為其提供接入數(shù)據(jù)鏈路。應(yīng)用服務(wù)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(yīng)用。系統(tǒng)框架如圖 1所示。

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(fēng)、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(jī)，再經(jīng)由手機(jī)與云端建立連接。因?yàn)槭謾C(jī)大多時候都實(shí)時在線，所以系統(tǒng)具有更高的實(shí)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(shí)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(shí)時上傳至云端服務(wù) 器，其中每個車載終端由唯一的地址編碼識別 ； 

（3）云端服務(wù)器響應(yīng)應(yīng)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(diǎn)，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； 

（4）選擇對應(yīng)的車載終端和數(shù)據(jù)點(diǎn)，云端服務(wù)器向該數(shù) 據(jù)點(diǎn)對應(yīng)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(diǎn) ； 

（5）云端服務(wù)器將視頻數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用端播放。 

車載終端啟動后，以固定的時間間隔向云端服務(wù)器發(fā)送 在線信號，云端服務(wù)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(yīng)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(yīng)的視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)車載終端 處于在線狀態(tài)時，車載終端直接響應(yīng)云端服務(wù)器的上傳視頻 數(shù)據(jù)請求；當(dāng)車載終端處于離線狀態(tài)時，云端服務(wù)器向車載終 端對應(yīng)的備案用戶手機(jī)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(shí)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(wù)器的處理能力范圍，也不會造成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)擁堵。因?yàn)橹辉谟行枰獣r才獲取視頻數(shù)據(jù)，相當(dāng)于將原本應(yīng)存于云端服務(wù)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(gòu)，極大地降低技術(shù)難度和數(shù)據(jù)傳輸成本。

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

3 應(yīng)用場景及實(shí)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(guān)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(diǎn)，查找相應(yīng)經(jīng)過的車載終端 的視頻監(jiān)控來幫助相關(guān)部門更快找到失蹤人口。 

本系統(tǒng)的實(shí)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(bǔ)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(yīng)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(guān)鍵點(diǎn)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(wù)器根據(jù)應(yīng)用需求匹配相 應(yīng)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(yīng)用端播放，滿足應(yīng)用需求。該系統(tǒng)可以形成一個強(qiáng)大 的移動電子眼網(wǎng)絡(luò)，為城市公共安全服務(wù)。