摘  要： 高速作業(yè)的管理是高速管理的重要方面。首先介紹了高速公路的發(fā)展現(xiàn)狀和高速作業(yè)管理上面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，從遠(yuǎn)程管理的角度出發(fā)，構(gòu)建了高速作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)。該文簡(jiǎn)單介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架并詳細(xì)闡述了客戶(hù)端上視頻模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。最后對(duì)該客戶(hù)端進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其實(shí)際的效果，證明該設(shè)計(jì)在監(jiān)控和調(diào)度領(lǐng)域有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景。

　　關(guān)鍵詞： 高速作業(yè)管理；遠(yuǎn)程監(jiān)控；指揮調(diào)度

0 引言

　　近年來(lái)，我國(guó)的高速公路建設(shè)日新月異，建成通車(chē)?yán)锍讨鹉晟仙肪W(wǎng)更加稠密[1]，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展總體格局中的地位越來(lái)越重要。然而，隨著路網(wǎng)密集度的提高，高速公路上出現(xiàn)事故/故障的概率也越來(lái)越大，給事故/故障的快速反應(yīng)和及時(shí)處理工作提出了更高的要求。同時(shí)，隨著道路承載量的劇增，道路設(shè)施的日常維護(hù)工作也變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的高速路作業(yè)模式具有反應(yīng)速度慢、統(tǒng)一管理調(diào)度能力弱等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的普及和信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化日益成為人們生產(chǎn)生活的主要方式，同時(shí)隨著多媒體計(jì)算機(jī)性能的提高和網(wǎng)絡(luò)帶寬的增大，視頻監(jiān)控也在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，為了提高高速路作業(yè)的管理調(diào)度能力，本文將視頻監(jiān)控應(yīng)用于高速路作業(yè)的管理調(diào)度中，實(shí)現(xiàn)在戶(hù)內(nèi)對(duì)遠(yuǎn)程高速路上的排障和養(yǎng)護(hù)工作的監(jiān)控、調(diào)度和管理。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　高速作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)由戶(hù)外作業(yè)設(shè)備端、服務(wù)器平臺(tái)和客戶(hù)端3部分組成。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，服務(wù)器平臺(tái)由SIP[2]信令服務(wù)器、媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器和FTP服務(wù)器組成，信令服務(wù)器負(fù)責(zé)客戶(hù)端與終端、客戶(hù)端與服務(wù)器之間的信息交互，媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器負(fù)責(zé)H.264視頻流的轉(zhuǎn)發(fā)，F(xiàn)TP服務(wù)器負(fù)責(zé)圖像資料的管理、存儲(chǔ)和下載工作。戶(hù)外作業(yè)設(shè)備端由手機(jī)設(shè)備組成，在手機(jī)上裝一個(gè)協(xié)助高速作業(yè)完成的APP，其主要功能是實(shí)現(xiàn)戶(hù)外作業(yè)人員的登錄管理，對(duì)調(diào)度中心派發(fā)的任務(wù)的查看和完成情況的匯報(bào)，同時(shí)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)傳送實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面到調(diào)度中心，讓調(diào)度中心隨時(shí)掌控戶(hù)外作業(yè)情況并做出及時(shí)的調(diào)度響應(yīng)。此外還可以上傳圖像和數(shù)據(jù)資料到FTP服務(wù)器進(jìn)行存檔。客戶(hù)端緊緊圍繞高速公路排障與養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程高速作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度管理，以及對(duì)數(shù)據(jù)資料的統(tǒng)一管理和統(tǒng)計(jì)分析等。

2 客戶(hù)端功能模塊的設(shè)計(jì)

　　高速作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)客戶(hù)端主要包括用戶(hù)管理、視頻監(jiān)控、雙向語(yǔ)音、任務(wù)管理、軌跡查詢(xún)、視圖管理和報(bào)表管理等幾個(gè)模塊，如圖2所示。各模塊之間相互協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速作業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度。

　　用戶(hù)管理模塊由用戶(hù)登錄和密碼修改兩個(gè)子模塊組成，主要負(fù)責(zé)用戶(hù)的登錄驗(yàn)證和密碼修改工作；任務(wù)管理模塊分為任務(wù)派發(fā)和任務(wù)查詢(xún)兩個(gè)子模塊，主要實(shí)現(xiàn)向遠(yuǎn)程設(shè)備終端派發(fā)高速作業(yè)任務(wù)并對(duì)高速任務(wù)的詳細(xì)情況進(jìn)行查詢(xún)顯示；視頻監(jiān)控模塊包括設(shè)備列表獲取、視頻播放、本地錄像、圖像抓取、云臺(tái)控制、參數(shù)設(shè)置等功能，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)事故/故障現(xiàn)場(chǎng)的具體情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)了解，從而可以做出及時(shí)調(diào)度響應(yīng)；雙向語(yǔ)音功能利用SIP電話(huà)機(jī)實(shí)現(xiàn)，客戶(hù)端可以呼叫終端設(shè)備，終端設(shè)備也可以呼叫客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心人員與戶(hù)外作業(yè)人員的通話(huà)，完成指揮調(diào)度；軌跡查詢(xún)模塊包括實(shí)時(shí)軌跡跟蹤和歷史軌跡查詢(xún)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)護(hù)人員的巡邏情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和養(yǎng)護(hù)的歷史軌跡記錄的查詢(xún)；視圖管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)排障和養(yǎng)護(hù)作業(yè)中設(shè)備端上傳的圖像和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和保存；報(bào)表管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)排障和養(yǎng)護(hù)的數(shù)據(jù)信息分時(shí)間段進(jìn)行查詢(xún)預(yù)覽、統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表導(dǎo)出的工作。

3 視頻監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　將視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于高速作業(yè)調(diào)度管理中，可以實(shí)現(xiàn)在戶(hù)內(nèi)對(duì)遠(yuǎn)程高速路上的排障和養(yǎng)護(hù)作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。尤其在處理重大交通事故時(shí)，清障作業(yè)人員利用手機(jī)捕獲實(shí)時(shí)視頻畫(huà)面發(fā)送到調(diào)度中心，各級(jí)相關(guān)負(fù)責(zé)人不需親臨現(xiàn)場(chǎng)就可動(dòng)態(tài)掌控事故現(xiàn)場(chǎng)的情況，做出正確的決策，完成靈活調(diào)度。

　　視頻監(jiān)控模塊中視頻數(shù)據(jù)采用H264格式，打包成RTP/UDP包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。客戶(hù)端先進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻的請(qǐng)求，在請(qǐng)求成功后，開(kāi)啟線(xiàn)程接收流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的RTP包，并對(duì)接收到的視頻RTP包進(jìn)行處理，獲取H264數(shù)據(jù)，再利用DirectShow視頻處理機(jī)制[3]設(shè)計(jì)視頻播放鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的解碼和播放，整個(gè)流程如圖3所示。

　　3.1 實(shí)時(shí)視頻請(qǐng)求

　　實(shí)時(shí)視頻請(qǐng)求采用SIP信令完成客戶(hù)端與設(shè)備端的通信。客戶(hù)端先發(fā)送INVITE消息到SIP信令服務(wù)器，SIP信令服務(wù)器查詢(xún)被請(qǐng)求的設(shè)備的地址，將INVITE消息轉(zhuǎn)發(fā)給終端手機(jī)設(shè)備，手機(jī)設(shè)備接到請(qǐng)求后試圖開(kāi)啟視頻，在完成視頻開(kāi)啟后發(fā)送確認(rèn)信息和媒體信息到SIP信令服務(wù)器，SIP信令服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)信息和媒體信息給客戶(hù)端，客戶(hù)端再對(duì)信息進(jìn)行確認(rèn)，完成視頻請(qǐng)求的過(guò)程，整個(gè)流程如圖4所示。

　　3.2 RTP包的處理

　　視頻請(qǐng)求成功后，客戶(hù)端開(kāi)啟RTP接收線(xiàn)程進(jìn)行RTP包的接收。其中收到的RTP包的結(jié)構(gòu)如圖5所示，RTP包由RTP包頭和RTP負(fù)載組成，其中RTP負(fù)載為NALU數(shù)據(jù)，而NALU數(shù)據(jù)又由一個(gè)字節(jié)的NALU數(shù)據(jù)頭和一個(gè)較長(zhǎng)的NALU數(shù)據(jù)域組成[4]。

　　客戶(hù)端調(diào)用JRTPLIB庫(kù)對(duì)RTP包進(jìn)行處理。首先對(duì)接收到的RTP包進(jìn)行解包，取出RTP的負(fù)載數(shù)據(jù)。由于本系統(tǒng)的RTP包是基于UDP傳輸?shù)?，UDP是無(wú)連接的傳輸，客戶(hù)端上接收到的RTP包可能存在亂序等問(wèn)題，故將取出的負(fù)載數(shù)據(jù)按其序列號(hào)進(jìn)行重新排序存入一級(jí)緩存中。其關(guān)鍵代碼如下：

　　pack=GetNextPacket（）//獲取RTP包

　　packetoder=pack->GetSequenceNumber（）；

　　//獲取接收到的RTP包的序列號(hào)

　　StreamBufNode*pRtpFrameNode=new StreamBufNode

　?。ǎ╟har*）pack->GetPayloadData（），

　　pack->GetPayloadLength（），（int）packetoder，0）；

　　//利用獲取的RTP包信息組裝數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)

　　m_pVFragmentBuffer->AddToBufBySeq（pRtpFrameNode）；

　　//按序列號(hào)排序，暫存一級(jí)緩存中

　　ProcessNalu（）；

　　//對(duì)一級(jí)緩存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，推送到二級(jí)緩存中

　　在一級(jí)緩存中將不斷對(duì)RTP數(shù)據(jù)包進(jìn)行存儲(chǔ)和移除操作，為了提高運(yùn)行效率，一級(jí)緩存采用鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)。

　　當(dāng)緩存到一定量后，將一級(jí)緩存中的數(shù)據(jù)取出進(jìn)行進(jìn)一步的處理。由于RTP包有一個(gè)MTU值，當(dāng)NALU數(shù)據(jù)長(zhǎng)度過(guò)大時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行分片傳輸，因此接收到的RTP包中的負(fù)載數(shù)據(jù)可能是一個(gè)NALU幀，也有可能是一個(gè)NALU分片數(shù)據(jù)，利用第一個(gè)字節(jié)的TYPE值來(lái)判斷負(fù)載數(shù)據(jù)是一個(gè)完整的NALU數(shù)據(jù)幀還是一個(gè)NALU分片。若為完整的NALU數(shù)據(jù)幀，則直接將其存入二級(jí)緩存中，為后續(xù)的視頻播放提供數(shù)據(jù)源；若為NALU分片，則利用FU頭中的S、E、R值來(lái)判定NALU分片是頭分片還是尾分片還是中間分片，對(duì)NALU分片進(jìn)行重組，還原為一個(gè)NALU數(shù)據(jù)幀后存入二級(jí)緩存等待后續(xù)播放。關(guān)鍵代碼如下：

　　pPayloadData=（unsigned char*）pStreamBufNode->GetData（）；//獲取一級(jí)緩存中的RTP負(fù)載

　　//利用分片F(xiàn)U指示字節(jié)和FU頭區(qū)分不同的NALU數(shù)據(jù)

　　if（m_pH264RTPReceive->ProcessHeader（pPayloadData，length，nFragment）==true）{

　　//完整的NALU幀

　　if（nFragment==FRAGMENT_NO）{加上00 00 00 01分隔符直接推向二級(jí)緩存；}

　　//NALU分片幀的頭分片

　　else if（nFragment==FRAGMENT_START）{加上00 00 00 01分隔符；}

　　//NALU分片幀的中間分片

　　else if（nFragment==FRAGMENT_MIDDLE）{將中間分片加在頭分片后面；}

　　//NALU分片幀的尾分片

　　else if（nFragment==FRAGMENT_END）{加入尾分片，將重組的NALU幀推向二級(jí)緩存}

　　}

　　一級(jí)緩存和二級(jí)緩存的大小設(shè)置也很重要，若將緩存設(shè)置得過(guò)大，會(huì)造成很大的實(shí)時(shí)視頻播放時(shí)延；若將緩存設(shè)得過(guò)小，由于沒(méi)有對(duì)足夠的RTP負(fù)載數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，會(huì)造成視頻畫(huà)面回退的現(xiàn)象。考慮到網(wǎng)絡(luò)壞境和幀率等綜合因素的影響，本軟件將一級(jí)緩存大小設(shè)置為幀率的0.7倍，二級(jí)緩存的大小設(shè)置為幀率的0.8倍。

　　3.3 實(shí)時(shí)視頻播放鏈路的搭建

　　本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)視頻播放鏈路采用DirectShow機(jī)制進(jìn)行搭建，鏈路由Source Filter、Transform Filter和Render Filter組成，如圖6所示。該鏈路的Source Filter繼承自CSource類(lèi)，內(nèi)部包含一個(gè)處理RTP包的類(lèi)和一個(gè)PIN接口類(lèi)，主要完成RTP包的處理以及將獲取的H264數(shù)據(jù)幀推送到Transform Filter中。Transform Filter調(diào)用ffdshow解碼器[5]控件，它能幫助實(shí)現(xiàn)H264視頻數(shù)據(jù)的解碼工作，并將解碼后的源數(shù)據(jù)傳遞到Render Filter。Render Filter調(diào)用系統(tǒng)默認(rèn)的播放設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻播放。

　　4 客戶(hù)端測(cè)試

　　本文設(shè)計(jì)的高速作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)如圖7所示。在網(wǎng)絡(luò)情況正常條件下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，軟件各模塊運(yùn)行正常。對(duì)視頻模塊進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，該高速作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以有效提高對(duì)戶(hù)外高速作業(yè)的監(jiān)管和調(diào)度力度。此外，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，也可以將其應(yīng)用到其他領(lǐng)域的監(jiān)控和指揮調(diào)度上，具有廣闊的市場(chǎng)空間和良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 李廷.基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速公路智能管理系統(tǒng)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2008.

　　[2] 司端鋒，韓心慧，龍勤，等.SIP標(biāo)準(zhǔn)中的核心技術(shù)與研究進(jìn)展[J].北京大學(xué)軟件學(xué)報(bào)，2005，16（2）：239-250.

　　[3] 陸其明.DirectShow開(kāi)發(fā)指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

　　[4] 許寧.基于RTP協(xié)議的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2014，47（4）：455-458.

　　[5] 劉祎瑋.Visual C++視頻/音頻開(kāi)發(fā)實(shí)用工程案例精選[M].北京：人民郵電出版社，2004.