基于GPS高速公路移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究

1、公路2011年6月第6期HIG HW A Y Jun12011No16文章編號:0451-0712(201106-0125-03中圖分類號:T N91913文獻標識碼:B基于GPS高速公路移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究陳紅華1,徐云和2,鄭加柱1,史曉云1(11南京林業(yè)大學土木工程學院測量系南京市210037;21江蘇省金圖科技有限責任公司南京市210042摘要:根據(jù)高速公路中處理突發(fā)事件的業(yè)務需要,結合當前通信技術的發(fā)展,提出一種基于G PS技術的高速公路移動視頻監(jiān)控方法,研究了如何將GPS坐標信息與視頻影像融合,及如何通過3G通信技術進行數(shù)據(jù)傳輸,并提出了該方法的系統(tǒng)組成和功能實現(xiàn)。關鍵詞:移動視頻

2、監(jiān)控;全球定位系統(tǒng)(G PS;3G通信隨著GPS技術的廣泛應用和3G通信技術的發(fā)展,高速公路的移動視頻監(jiān)控方法逐漸開始采用將GPS坐標信息與視頻影像融合通過3G技術進行無線傳輸來實現(xiàn)。傳統(tǒng)方法中,GPS信息與視頻信息是分離的,需要監(jiān)控中心進行處理之后才能同步顯示,容易出現(xiàn)問題。本文嘗試在車輛終端數(shù)據(jù)采集時就將GPS信息和視頻影像實時融合,然后通過3G網(wǎng)絡進行實時數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控中心接收實時傳送的數(shù)據(jù),實現(xiàn)帶地理位置的實時視頻監(jiān)控,在高速公路發(fā)生突發(fā)事故等緊急情況時,能夠借助該技術手段將事故現(xiàn)場的視頻畫面、語音報告和事故坐標位置準確及時地傳回到監(jiān)控中心,便于應急指揮機構盡快展開應急處置,對于減少人

3、員或財產(chǎn)損失具有重要的作用。1視頻影像與GPS信息的實時融合GPS是美國研制的全球定位系統(tǒng),其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務。衛(wèi)星不斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息等信息,GPS接收機實時捕獲跟蹤衛(wèi)星,接收、放大、記錄衛(wèi)星信號,并對信號進行處理,求出信號在站點間的傳播時間和載波相位差,實時處理獲得的導航定位數(shù)據(jù)。在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中,巡查人員利用車載GPS接收設備實時接收GPS衛(wèi)星信號,實時獲取車輛所在地的坐標信息。為了將GPS坐標信息與視頻相結合,系統(tǒng)采用Microso ft的WME(Window s Media Enco derSDK 進行移動終端的應用程序開

4、發(fā)。利用WME SDK 提供的A PI調(diào)用接口,使應用程序?qū)崿F(xiàn)將視頻抓取,然后進行編輯,即在視頻編碼過程中使用腳本命令來存儲實時GPS信息,從而實現(xiàn)GPS信息與視頻影像的結合。具體實現(xiàn)的程序流程如圖1所示。圖1視頻影像與GPS信息融合流程2基于3G通信的數(shù)據(jù)傳輸目前我國3G網(wǎng)絡有3家運營商,分別是聯(lián)通的WCDM A、電信的CDM A2000和移動的TDCD-M A。由于W CDMA是基于GSM網(wǎng)發(fā)展出來的3G技術規(guī)范,是歐洲提出的寬帶CDM A技術,該標基金項目:國家自然科學基金項目,項目編號40901184收稿日期:2011-04-12 準提出了GSM (2G-GPRS -EDGE -WCD

5、MA (3G的演進策略。這套系統(tǒng)能夠架設在現(xiàn)有的GSM 網(wǎng)絡上,對于系統(tǒng)提供商而言可以較輕易地過渡,因此W -CDM A 具有先天的市場優(yōu)勢,所以我們選擇WCDMA 作為數(shù)據(jù)傳輸工具。系統(tǒng)采用標準的T CP/IP 協(xié)議,可應用在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡之上。且無線視頻傳輸器提供RJ-45以太網(wǎng)接口,可直接接入在局域網(wǎng)交換機或者H UB 上,同時,設備可任意設置網(wǎng)關,完全支持跨網(wǎng)段、有路由器的遠程視頻監(jiān)控環(huán)境。監(jiān)控中心安裝視頻監(jiān)控服務器,局域網(wǎng)中的授權用戶可通過IE 瀏覽器監(jiān)控遠程現(xiàn)場。不同的監(jiān)控用戶可根據(jù)自己的監(jiān)控需求靈活切換到任意一個監(jiān)控現(xiàn)場,可多人同時觀看一個現(xiàn)場,也可以不同用戶選擇任意現(xiàn)

6、場監(jiān)控。3 高速公路移動視頻監(jiān)控的集成高速公路移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)適用于日常巡邏、突發(fā)性事件或其他特殊情況的現(xiàn)場處理和控制。現(xiàn)場情況需要實時而迅速地傳回指揮中心,而事發(fā)地點又通常具有不確定性,此時車載實時監(jiān)控系統(tǒng)就可發(fā)揮出強勁的技術優(yōu)勢和靈活反應能力,通過無線視頻技術將現(xiàn)場情況及時傳回指揮中心,便于遠程指揮和調(diào)度,可以極大地縮短反應時間,便于快速遠程調(diào)度指揮。車載系統(tǒng)采用大廣角的微型攝像單元,可以環(huán)顧車體周圍60b 現(xiàn)場情況,可選配遠距離探照燈,以應對深夜環(huán)境下的工作。監(jiān)控指揮中心通過GPS/GIS 系統(tǒng),可實時調(diào)度管理各個車輛,統(tǒng)一指揮。通過車載系統(tǒng)掌握網(wǎng)絡覆蓋范圍內(nèi)的音視頻情況?？稍谲噧?nèi)隨時觀

7、察、控制、接收、錄制車輛周邊的音/視頻信息,利用車上微型攝像機視角觀察所在地的現(xiàn)場情況,并將圖像數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控指揮中心。必要時在車內(nèi)組成臨時指揮機構,在運動中實施指揮。311 系統(tǒng)的組成及功能概述高速公路移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)由車載終端、3G 無線網(wǎng)絡、監(jiān)控中心組成。監(jiān)控人員可使用電視墻、PC 、筆記本、PDA 手機通過有線或無線方式觀看視頻并調(diào)度指揮,具體的體系結構如圖2 所示。圖2 移動監(jiān)控系統(tǒng)體系結構監(jiān)控中心是整個無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)視控制中心,所有車載視頻圖像都匯聚到監(jiān)控中心。該監(jiān)控中心由中心服務器、存儲服務器、大屏幕/電視墻等組成(三者都是分別安裝了不同軟件的PC 機。監(jiān)控中心連接數(shù)據(jù)傳輸

8、網(wǎng)絡,車載無線視頻終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到擁有3G 無線網(wǎng)絡運營商的固定IP 的計算機視頻管理服務器上,本地通過局域網(wǎng)登陸中心管理服務器觀看實時視頻,并將實時視頻圖像通過視頻解碼器送到電視墻,也可直接通過計算機VGA 實現(xiàn)與大屏幕連接。監(jiān)控中心還包括:管視器、存儲服務器和中心服務器。管視器:安裝了/監(jiān)視器0軟件的PC 機,可以查看、配置、修改系統(tǒng)的工作參數(shù),實時觀看網(wǎng)絡中的所有視頻監(jiān)控點圖像。存儲服務器:安裝了/存儲服務器0軟件的PC 機,用來存儲網(wǎng)絡傳輸過來的視頻數(shù)據(jù),存儲路徑、存儲名稱、錄像文件時間長短、錄像文件保存周期等等,都在存儲服務器中完成,存儲必須配合中心服務器一起工作。中心服務器:安裝了

9、/中心服務器0軟件的PC 機,是整個系統(tǒng)的軟件支持核心,負責系統(tǒng)的工作參數(shù)設置、動態(tài)IP 地址解析、用戶權限分配、錄像計劃制定、報警信息處理、聯(lián)動等等工作,用戶觀看視頻也是通過中心服務器統(tǒng)一獲取。車載無線移動視頻部分安裝于裝載車上,在車內(nèi)安裝定點微型攝像頭,通過視頻線與車載移動無線視頻終端相連,設備電源部分可直接連接在車輛126 公 路 2011年 第6期電池上或通過車載逆變器供電。車輛上可選裝專業(yè)液晶顯示設備,用戶就可通過本地控制對車輛監(jiān)控設備進行操作(錄像及其他操作。在車載無線視頻終端中插入兩張聯(lián)通的WCDM A 無線業(yè)務數(shù)據(jù)卡,設備就可將圖像上傳到系統(tǒng)監(jiān)控中心,用戶就可通過客戶端監(jiān)視器對

10、監(jiān)控現(xiàn)場的情況進行觀看,采集實時全面的資料。312 監(jiān)控中心實現(xiàn)WebGIS 調(diào)用與視頻同步播放利用車載終端的GPS 數(shù)據(jù)采集設備和視頻采集設備進行現(xiàn)場勘查,將采集到的視頻影像和車輛所處位置GPS 坐標進行融合,通過3G 通信網(wǎng)絡實時傳送到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心的監(jiān)控人員可以根據(jù)傳送的影像監(jiān)控巡查人員的巡查路線,根據(jù)車輛所處位置和視頻信息做出突發(fā)性事件或其他特殊情況的現(xiàn)場處理和調(diào)度控制。監(jiān)控人員在播放由車載終端傳回的視頻數(shù)據(jù)的同時,還在電子地圖上顯示車載終端在高速公路上所處的位置,因此系統(tǒng)不但具有GPS 定位跟蹤與實時視頻監(jiān)控功能,還可進行車輛基本信息查詢和運行信息統(tǒng)計等功能,具體實現(xiàn)效果如圖3

11、所示。圖3 移動車輛監(jiān)控系統(tǒng)運行界面4 結語將GPS 定位信息與視頻影像融合用于高速公路的移動視頻監(jiān)控中,使得監(jiān)控中心的監(jiān)控人員不僅可以得到車輛現(xiàn)場的實際情況影像,而且可以同時確定車輛所處的地理位置和相應的交通情況,便于進行最有效、最準確的車輛指揮和事故處理,提高車輛通行的安全性、有效維護路產(chǎn)安全、避免不必要的糾紛發(fā)生,實現(xiàn)了高速公路信息化管理。在建設數(shù)字化高速公路過程中,移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以發(fā)揮其特有的、不可替代的作用,是對固定式監(jiān)控系統(tǒng)的延伸應用及功能的擴展,高速公路移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的使用,使高速公路管理部門獲取信息更加及時、準確,加快了特殊事件的處理速度,減少車輛等待時間,從而提升了管理

12、部門的社會形象,更是提高了高速公路交通運輸?shù)纳鐣б妗⒖嘉墨I:1 童曉冬1高速公路智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構J1中國交通信息化,2010,(3:83-8612 耿馳遠,左建勛1高速公路監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)過程控制J1中國交通信息化,2009,(4:90-9313 姜屹1G IS 在視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)中的應用與研究D1武漢:武漢理工大學信息工程學院,200714 秦凱,許慧鵬1基于G I S 的遠程移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)J1地理空間信息,20098,6(1:87-8915 陳細謙1空間數(shù)據(jù)倉庫關鍵技術的研究與實現(xiàn)D1大連理工大學,200516 張其善1智能車輛定位導航系統(tǒng)及應用M 1北京:科學出版社,20081

13、7 李合斌1網(wǎng)絡版GPS 車輛監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)D1北京:北京理工大學,20071A Study on Expressway Mobile Video Monitor System Based on GPSCHEN Hong -hua 1,X U Yun -he 2,ZHENG Jia -zhu 1,SHI Xiao -yun 1(11College of Civil Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;21Jiangs u Province GoldM ap T ech nology Co 1,Ltd,Na

14、njing 210042,C hinaAbstract:Because the business of pro cessing the em erg ent events is needed in the ex pressw ay,the ar -ticle proposes a m ethod of ex pressw ay mo bile video m onitor based o n GPS combining w ith the developm ent of current comm unication technolo gy 1H ow to fuse GPS coo rdination info rmation into video imag e,andho w to carry on the data transmission by