引 言

伴隨著汽車數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，甚至出現車主被 碰瓷 的現象。而車載終端可以記錄事故現場錄像，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網，因此，其視頻監(jiān)控數據只限于本地使用，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)控數據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 網絡的 10 倍，但總體的網絡資源有限，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網絡車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術，而實現實時車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的難點在于高清實時視頻需要大量高速傳輸的數據。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 640480圖像質量的實時傳輸測試。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網，形成一個城市道路輔助監(jiān)控系統(tǒng)，但若將這些視頻數據全部實時傳輸到后臺數據庫，必然需要大量數據服務器及傳輸帶寬， 技術實現難度大，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據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據請求，根據車載終端上傳的軌跡信息查找符合要求的車載終端數據點，請求相應的車載終端上傳視頻數據至云端服務器，再由云端服務器轉發(fā)至應用端播放。即車載終端的視頻監(jiān)控數據平時存儲在本地，只需把軌跡信息實時上傳，相對而言，所需傳輸的數據量大大減少，只有當后臺服務器根據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)控數據。

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，擁有與云端互聯通訊的無線通訊模塊。云端建立有數據庫服務器、數據接入服務器、應用服務器及數據處理中心，各服務器分別連接數據處理中心及應用端，用于發(fā)出視頻數據請求及由數據處理中心獲取視頻數據。數據庫服務器用于存儲車載終端的移動軌跡數據以及暫存由車載終端上傳的視頻數據。數據接入服務器用于與車載終端通訊，為其提供接入數據鏈路。應用服務器用于建立與開發(fā)視頻數據共享系統(tǒng)及該系統(tǒng)上的各類應用。系統(tǒng)框架如圖 1所示。

2 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據傳輸給手機，再經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 通信模塊的使用數量。車載終端的原理框架如圖 2 所示。

2.3 海量數據共享方法的流程 

基于車載終端的海量數據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據請求，列出符合 請求條件的若干車載終端數據點，該視頻數據請求包括某一 特定時間或時間段、某一特定位置或位置范圍； 

（4）選擇對應的車載終端和數據點，云端服務器向該數 據點對應的車載終端發(fā)出上傳視頻數據請求，該上傳視頻數 據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據傳輸至應用端播放。 

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，獲取對應的視頻數據。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 數據請求；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，數據量很小， 不會超出云端服務器的處理能力范圍，也不會造成網絡數據擁堵。因為只在有需要時才獲取視頻數據，相當于將原本應存于云端服務器的視頻數據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)化數據結構，極大地降低技術難度和數據傳輸成本。

視頻數據通過移動運營網絡上傳至云端服務器，優(yōu)先采用基于手機卡的GPRS/3G/4G 網絡傳輸，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)， 則可以根據事發(fā)道路時間、地點，查找相應經過的車載終端 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網功能的車載終端（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)控數據則給予相應獎勵）。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 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)控數據存儲在本地，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)控數據，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 的移動電子眼網絡，為城市公共安全服務。