楊艷秋　李仕偉　李寶林

摘要：在城市執(zhí)法中，對(duì)重定區(qū)域普遍采用固定網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，監(jiān)控覆蓋范圍十分有限。文章結(jié)合無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)城市執(zhí)法部門現(xiàn)狀，提出基于4G網(wǎng)絡(luò)的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提高執(zhí)法部門的管理水平和工作效率。

關(guān)鍵詞：4G網(wǎng)絡(luò)；車載視頻

1現(xiàn)狀分析

近幾年，全國(guó)各地發(fā)生的多起執(zhí)法糾紛表明，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法遭遇的問(wèn)題已越來(lái)越趨復(fù)雜化。執(zhí)法部門執(zhí)法的透明度和公正度越來(lái)越受到廣大民眾的關(guān)注，在應(yīng)對(duì)各類流動(dòng)性或突發(fā)性事件時(shí)，遇的到“取證難”、上級(jí)指揮信息溝通難等問(wèn)題，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全面。城市治安監(jiān)控點(diǎn)絕大多數(shù)是采用的有線監(jiān)控，且存在很多監(jiān)控盲區(qū)。（2）現(xiàn)場(chǎng)取證難。無(wú)法全程記錄執(zhí)法過(guò)程，容易引發(fā)執(zhí)法糾紛等。（3）遠(yuǎn)程指揮調(diào)度難。遠(yuǎn)程指揮中心無(wú)法獲取執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)具體情況（如照片、視頻信息），影響了重要事件的快速?zèng)Q策與指揮調(diào)度。

2車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為端移動(dòng)取證設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)、后端中心管理平臺(tái)和監(jiān)控指揮中心4部分構(gòu)成部分，車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前端硬件子系統(tǒng)是系統(tǒng)的信息節(jié)點(diǎn)，主要由車載主機(jī)、攝像機(jī)、GPS模塊、4G天線、駕駛員報(bào)警按鈕組成等設(shè)備組成。在車頂安裝車載云臺(tái)，作為目標(biāo)攝像機(jī)，用于跟蹤拍攝事件關(guān)鍵點(diǎn)和采集目標(biāo)特征信息；在車內(nèi)安裝一個(gè)高清攝像機(jī)，作為前景攝像機(jī)，用于記錄事件發(fā)生的整體行為過(guò)程。音視頻信息通過(guò)車載主機(jī)進(jìn)行編碼存儲(chǔ)，同時(shí)可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)，將信息傳輸至中心管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)前后臺(tái)的互動(dòng)。

2.2視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳輸網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)的紐帶，包含4G無(wú)線通信傳輸鏈路和IP固網(wǎng)傳輸鏈路兩部分，4G網(wǎng)絡(luò)將不同的固定和無(wú)線平臺(tái)及跨越不同頻帶的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，并支持高速移動(dòng)環(huán)境下高速數(shù)據(jù)傳輸能力，將前端采集的信息等，由4G無(wú)線通信模塊經(jīng)網(wǎng)關(guān)送入固網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)前后臺(tái)實(shí)時(shí)信息交互。

2.2.1 4G在無(wú)線視頻監(jiān)控領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

在無(wú)線車載監(jiān)控應(yīng)用中，車輛收集的數(shù)據(jù)信息必須依賴無(wú)線通信技術(shù)，當(dāng)前無(wú)線監(jiān)控采用WIFI、微波、3G等無(wú)線接入方式，其傳輸距離小，靈活性差，廣闊區(qū)域覆蓋成本高，帶寬有限等局限性，不具備大規(guī)模廣域視頻監(jiān)控覆蓋能力；4G網(wǎng)絡(luò)采用了OFDM（正交頻分復(fù)用技術(shù)）、MIMO（多輸入多輸出）、AMC（自適應(yīng)編碼調(diào)制）、SDR（軟件無(wú)線電）、IPv6等關(guān)鍵技術(shù)，使得4G網(wǎng)絡(luò)可以提供更快的接入速率、更低的時(shí)延，這對(duì)提高無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性及視頻質(zhì)量非常重要，其主要優(yōu)勢(shì)如下：

（1）通信速度更快：傳輸速率是3G網(wǎng)絡(luò)的10倍，下行峰值可達(dá)100Mbps、上行峰值可達(dá)50Mbps，比現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)更加快速、更加穩(wěn)定，該速率可以滿足多監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)傳輸需求，解決無(wú)線視頻傳輸速率的瓶頸。（2）全I(xiàn)P核心網(wǎng)：支持有線及無(wú)線接入，采用的無(wú)線接入方式和協(xié)議與核心網(wǎng)協(xié)議、鏈路層是分離獨(dú)立的。在高速運(yùn)動(dòng)情況下可提供2～100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，利于保證無(wú)線視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。（3）覆蓋區(qū)域廣：在高速移動(dòng)時(shí)，提供大于100kbps的接入服務(wù)，滿足車載視頻的監(jiān)控應(yīng)用需求。（4）更好的兼容性：4G應(yīng)該接口開放、能跟多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、終端多樣化以及能從2G平穩(wěn)過(guò)渡等特點(diǎn)，以完成對(duì)多種用戶的融合。在不同系統(tǒng)間無(wú)縫切換，傳送高速多媒體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

2.2.2流量控制

雖然4G的帶寬有了很大的提高，但是總體的網(wǎng)絡(luò)資源還是比較有限，且資費(fèi)還比較昂貴，為了節(jié)約4G資費(fèi)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，更好的使用4G網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)采用流媒體技術(shù)解決多路并發(fā)訪問(wèn)的問(wèn)題，降低多路并發(fā)訪問(wèn)給前端4G傳輸造成重復(fù)流量和計(jì)費(fèi)，確保每路視頻在任何時(shí)候均只輸出1路碼流。

每路視頻需消耗的流量與視頻的分辨率和幀率密切相關(guān)，設(shè)每路圖像占用x Mb碼流，每天有td，時(shí)上傳圖像計(jì)算。則每天需要4G流量（上行）Y=xMb/s/8*3600秒*t小時(shí)*1天/1024，每路圖像所需4G流量對(duì)比如表l所示。

2.2.3網(wǎng)絡(luò)安全

4G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳播的優(yōu)勢(shì)及開放性的特征，無(wú)線傳播的數(shù)據(jù)很可能被截取，給一些敏感視頻數(shù)據(jù)帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)，因此，要保證視頻數(shù)據(jù)在鏈路上的安全性傳輸，主要方法如下：（1）視頻信息加密。對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，采用加密措施，包括視頻信號(hào)的加密、控制信令的加密，保障信息安全。（2）專網(wǎng)傳輸。監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)專網(wǎng)傳輸，與外網(wǎng)物理隔離，避免傳輸網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊和破壞。（3）防火墻隔離。對(duì)監(jiān)控中心服務(wù)器平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)接入進(jìn)行防火墻隔離，只允許指定端口、指定地址訪問(wèn)指定的服務(wù)，防止非法入侵。

2.3后端中心管理平臺(tái)

后端中心管理平臺(tái)是系統(tǒng)核心所在，其相關(guān)設(shè)備安裝在監(jiān)控中心機(jī)房，主要包括流媒體分發(fā)子系統(tǒng)、集中存儲(chǔ)子系統(tǒng)等構(gòu)成，它們共同形成數(shù)據(jù)運(yùn)算處理中心，主要完成各種數(shù)據(jù)信息的交互，集管理、交換、處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)于一體，實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)瀏覽、存儲(chǔ)與視頻轉(zhuǎn)發(fā)如圖2所示。

2.3.1流媒體分發(fā)子系統(tǒng)

流媒體服務(wù)器作為視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中最主要的視頻資源管理服務(wù)器，用于多客戶端復(fù)用相同現(xiàn)場(chǎng)圖像的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)管理，緩解網(wǎng)絡(luò)帶寬緊張的區(qū)域。

流媒體服務(wù)器負(fù)責(zé)匯聚視頻監(jiān)控前端、顯示設(shè)備、用戶終端調(diào)用圖像的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。視頻圖像調(diào)用均從流媒體服務(wù)器上獲取實(shí)時(shí)圖像視頻流，流媒體服務(wù)器直接訪問(wèn)前端圖像采集設(shè)備，單節(jié)點(diǎn)內(nèi)部采用流媒體進(jìn)行視頻轉(zhuǎn)發(fā)給存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)；同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端和解碼器，實(shí)現(xiàn)視頻流的實(shí)時(shí)瀏覽。同級(jí)別節(jié)點(diǎn)可直接從對(duì)方流媒體服務(wù)器中獲取圖像，也可以從上級(jí)節(jié)點(diǎn)的流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)獲取。

2.3.2集中存儲(chǔ)子系統(tǒng)

存儲(chǔ)視頻信息由流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)，為確保應(yīng)急指揮等緊急情況下有效資料的長(zhǎng)期保存及統(tǒng)一管理，考慮系統(tǒng)容量、安全性、穩(wěn)定性，流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給存儲(chǔ)服務(wù)器的視頻信息，采用磁盤陣列集中存儲(chǔ)方式，并通過(guò)磁盤冗余的方式對(duì)數(shù)據(jù)提供安全保障。

2.4監(jiān)控指揮中心

2.4.1顯示子系統(tǒng)

顯示子系統(tǒng)主要由解碼器、大屏控制器、大屏顯示器應(yīng)用軟件平臺(tái)等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)高清視頻及GIS系統(tǒng)圖形的顯示、切換和控制。系統(tǒng)可根據(jù)圖像監(jiān)控的需要設(shè)置顯示策略、報(bào)警聯(lián)動(dòng)策略，根據(jù)時(shí)間、各種觸發(fā)命令設(shè)定各種顯示方式和輪詢方式，以達(dá)到對(duì)執(zhí)勤車輛的分布情況和事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)全面掌握，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度、快速高效處理各類突發(fā)事件等一系列管理、控制功能。

2.4.2語(yǔ)音對(duì)講子系統(tǒng)

語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)是調(diào)度指揮系統(tǒng)對(duì)于突發(fā)事件進(jìn)行協(xié)調(diào)處理、信息分析以及指令下達(dá)的重要工具，實(shí)現(xiàn)指揮中心與執(zhí)法人員的直接交流，成為最有效的信息發(fā)布，協(xié)調(diào)指揮的手段之一如圖3所示。

在一些突發(fā)情況下，指揮中心需要第一時(shí)間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員下達(dá)指令。領(lǐng)導(dǎo)和中心工作人員可通過(guò)麥克風(fēng)采集語(yǔ)音信息，經(jīng)過(guò)調(diào)音臺(tái)傳輸至用戶Pc，用戶Pc通過(guò)客戶端軟件，將語(yǔ)音信息通過(guò)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)車載設(shè)備上，現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)車載設(shè)備內(nèi)置揚(yáng)聲器獲取指揮中心發(fā)布的語(yǔ)音指令。

通過(guò)拾音器將現(xiàn)場(chǎng)人員的語(yǔ)音信息傳輸至無(wú)線車載設(shè)備中，經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼后，通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至中心管理平臺(tái)的服務(wù)器，監(jiān)控指揮中心用戶PC客戶端通過(guò)服務(wù)器獲取現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音信息，通過(guò)聲卡輸出后至調(diào)音臺(tái)，調(diào)音臺(tái)語(yǔ)音信息通過(guò)音響進(jìn)行播放。實(shí)現(xiàn)對(duì)講的同時(shí)，可配合GPS定位和電子地圖，指揮中心可向最近的執(zhí)法人員和車輛下達(dá)指令，實(shí)施調(diào)度，進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮和交流。

3系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)

（1）圖像實(shí)時(shí)傳輸預(yù)覽：在執(zhí)法過(guò)程中，通過(guò)移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)，車載系統(tǒng)拍攝的畫面可實(shí)時(shí)上傳監(jiān)控指揮中心，且隨時(shí)可遠(yuǎn)程調(diào)取每前端移動(dòng)取證終端的實(shí)時(shí)圖像在大屏或電腦上顯示，能保證現(xiàn)場(chǎng)情況第一時(shí)間傳回監(jiān)控中心；能夠在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程布防、設(shè)防、調(diào)控前端攝像機(jī)角度，監(jiān)控畫面可單/多畫面任意切換預(yù)覽。

（2）實(shí)時(shí)語(yǔ)音對(duì)講功能：車載設(shè)備內(nèi)置麥克風(fēng)及揚(yáng)聲器，通過(guò)平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音對(duì)講，進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮和交流。

（3）電子地圖與GPS定位功能：在執(zhí)法工作中，對(duì)執(zhí)法車輛的位置掌控是不可或缺的。車載監(jiān)控設(shè)備內(nèi)置GPS模塊，在依靠4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向中心傳輸視頻的同時(shí)，可以將GPS信息直接上傳到平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，加上中心平臺(tái)的電子地圖功能，可以在電子地圖上看到車輛所在具體位置及車速信息，極大的提高了車輛運(yùn)行的安全性和調(diào)度的便捷性。

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)控執(zhí)行車輛：為了加強(qiáng)執(zhí)行車輛的管理，可限定車輛的行駛路線、區(qū)域范圍、執(zhí)法過(guò)程中不能隨意停車。監(jiān)控中心可能預(yù)先設(shè)定限制的路線及行駛區(qū)域范圍，一旦車輛輛駛出限定的范圍或違規(guī)停放，監(jiān)控中心將自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息。

（5）手機(jī)監(jiān)控：手機(jī)監(jiān)控主要是利用手機(jī)終端的移動(dòng)性，用戶可以隨時(shí)在手機(jī)或者PAD上調(diào)閱感興趣的視頻資源，來(lái)解決視頻監(jiān)控以往只能在監(jiān)控中心或者辦公室瀏覽視頻的問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。

（6）報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能：對(duì)于執(zhí)法車輛，一旦遇到特殊情況，執(zhí)法人員只要按下報(bào)警開關(guān)，平臺(tái)監(jiān)控中心就能同時(shí)收到報(bào)警信息，這樣，就能及時(shí)地調(diào)看前端實(shí)時(shí)圖像，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮決策。

（7）平臺(tái)分級(jí)管理：系統(tǒng)采用多級(jí)權(quán)限控制管理，按實(shí)際的管理架構(gòu)對(duì)每個(gè)用戶賦予不同的權(quán)限和級(jí)別，用戶的權(quán)限主要分為功能操作權(quán)限和設(shè)備操作權(quán)限兩部分，只有被授權(quán)的用戶方可進(jìn)行操作，權(quán)限可以被賦予，也可以被收回。

4結(jié)語(yǔ)

隨著4G無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，4G車載視頻監(jiān)控將廣泛應(yīng)用于城管、公安、校車、公交、長(zhǎng)運(yùn)、物流等行業(yè)。