基于WebGIS的智能公交監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

韓 文，張 碩

（北京工業(yè)大學(xué)信息學(xué)部，北京100124）

隨著我國硬件與軟件實力的提升，公共交通智能化開始逐步發(fā)展，智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System，簡稱ITS）應(yīng)運而生[1]。盡管我國在智能公交監(jiān)控系統(tǒng)方面有所研究，但是基于WebGIS的視頻監(jiān)控并結(jié)合車輛調(diào)度模塊接口的系統(tǒng)卻并不多見[2-3]，本文就是在這樣的構(gòu)想下進行系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。

國內(nèi)車輛視頻監(jiān)控大多根據(jù)路況信息對車輛進行監(jiān)控，如將車流量等因子作為衡量道路狀況的條件，通過背景查分等方法提取車流量、車輛類型及車速等信息實現(xiàn)車輛視頻監(jiān)控[4-5]。這種方法只能對指定地點以及僅限車身環(huán)境進行視頻監(jiān)控，而無法對車內(nèi)狀況進行全程實時監(jiān)控。因此，本文圍繞公交車輛進行視頻監(jiān)控部署，通過將視頻流數(shù)據(jù)與車輛基本位置信息等數(shù)據(jù)進行融合發(fā)送至平臺進行處理，結(jié)合WebGIS將公交車內(nèi)及車身環(huán)境進行實時和較為全面的監(jiān)控[6-7]。

大多數(shù)的智能公交調(diào)度平臺會針對某一調(diào)度問題如制定排班計劃或最優(yōu)路徑規(guī)劃等進行設(shè)計和開發(fā)[8-9]，通常設(shè)計開發(fā)人員會使用某一算法來較理想地進行調(diào)度。然而，如果系統(tǒng)需要更優(yōu)質(zhì)的算法來提升系統(tǒng)的性能，則需要重新更新調(diào)度模塊，這勢必會耗費大量的人力物力，增加系統(tǒng)開發(fā)成本。針對這一問題，本文設(shè)計出車輛業(yè)務(wù)調(diào)度接口模型[10-11]，實現(xiàn)系統(tǒng)功能模塊的解耦，從而解決系統(tǒng)模塊更新困難這一問題。

1 關(guān)鍵技術(shù)與開發(fā)工具概述

1.1 WebGIS技術(shù)概述

WebGIS技術(shù)是Internet技術(shù)應(yīng)用于GIS系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)物，是GIS系統(tǒng)在WEB功能上的一種拓展。WebGIS技術(shù)允許用戶和服務(wù)器能夠分布在不同地點或不同的操作平臺上進行運作，在WEB的任意一個節(jié)點上，用戶可以登錄WebGIS站點訪問瀏覽空間數(shù)據(jù)和制作專題圖，可以進行空間檢索、空間數(shù)據(jù)分析、空間數(shù)據(jù)發(fā)布和空間模型的服務(wù)等操作。目前對于WebGIS技術(shù)研究多是基于Internet，采用B/S或多級B/S體系結(jié)構(gòu)，使用JAVA、CORBA、DCOM/ACTIVEX和COM+等分布式面向?qū)ο蠹夹g(shù)或幾種技術(shù)綜合使用來構(gòu)造WebGIS。

1.2 EasyDarwin流媒體服務(wù)器

EasyDarwin是國內(nèi)開發(fā)的一套開源流媒體視頻平臺框架，包含單點服務(wù)開源流媒體服務(wù)器及擴展后的流媒體云平臺架構(gòu)開源框架。EasyDarwin核心流媒體服務(wù)支持RTSP/RTP流媒體協(xié)議，經(jīng)過相關(guān)配置，將H.264/M-JPEG/MPEG-4/G.711/G.726/AAC等音視頻數(shù)據(jù)推送至RTSP流媒體服務(wù)器，在Windows、Linux、Android、IOS等多種平臺上實現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能，進行低延時直播或視頻播放。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)由安控終端、服務(wù)器集群和B/S客戶端三部分組成，其架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

安控終端用以車輛相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，是整個系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)的重要來源。通過與GPS衛(wèi)星的通訊，車載終端獲得車輛GPS基本位置信息，包括經(jīng)緯度、高程、車速、方向及時間等，這些信息參數(shù)將為調(diào)度接口的設(shè)計開發(fā)提供參考；攝像頭收集車內(nèi)和車身等視頻信息，以數(shù)據(jù)流的形式向平臺進行數(shù)據(jù)傳輸。安控終端與平臺采用TCP通信協(xié)議進行通信，并通過發(fā)送終端心跳消息和平臺通用應(yīng)答消息等維持通信鏈路的連接。

服務(wù)器端主要由網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、GIS服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、FTP服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫組成。網(wǎng)關(guān)服務(wù)器提供車輛接入服務(wù)，車輛與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器建立通信鏈路，并通過此鏈路傳送車輛位置和狀態(tài)信息以及負責(zé)與上級平臺交互；GIS服務(wù)器提供地理信息相關(guān)服務(wù)；數(shù)據(jù)服務(wù)器負責(zé)安控終端傳感器數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)入庫存儲；FTP服務(wù)器提供固件升級服務(wù)；數(shù)據(jù)庫用于系統(tǒng)信息和安控終端傳感器信息的存儲。流媒體服務(wù)器通過RTSP協(xié)議接收來自安控終端的視頻數(shù)據(jù)流，對流數(shù)據(jù)進行處理、存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，可以在Web客戶端提取視頻信息進行實時的播放或者錄像的回放。

B/S客戶端實現(xiàn)系統(tǒng)功能應(yīng)用展示。系統(tǒng)使用百度地圖JavaScript API加載WEB地圖，進行地圖功能的二次開發(fā)[12]，實現(xiàn)車輛定位、軌跡回放及車輛報警等功能；使用VLC播放器播放H.264視頻流，根據(jù)不同頻道（Channel）來選擇想要播放的視頻監(jiān)控，實現(xiàn)實時視頻監(jiān)控和錄像回放功能；提供import調(diào)度功能模塊加載入口，通過添加功能類文件實現(xiàn)功能模塊的加載。

3 數(shù)據(jù)組織設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要包括終端位置信息數(shù)據(jù)和終端視頻數(shù)據(jù)兩部分。安控終端通過GPS模塊接收車輛GPS數(shù)據(jù)信息，結(jié)合車載設(shè)備其他傳感器獲得的車輛終端參數(shù)，形成終端位置信息數(shù)據(jù)，包括車輛經(jīng)緯度、高程值、車輛速度、行駛方向、定位時間以及報警信息等。終端視頻數(shù)據(jù)主要是由部署在安控終端上的攝像頭進行獲取，攝像頭將拍攝的視頻數(shù)據(jù)生成.avi格式文件存儲在安控終端存儲單元中，或通過RTSP協(xié)議將視頻流數(shù)據(jù)直接發(fā)送至服務(wù)器端進行處理。

按照以上設(shè)計，數(shù)據(jù)組織設(shè)計如圖2所示。從圖中可以看出，安控終端上的GPS模塊和傳感器獲取終端位置信息數(shù)據(jù)，將其發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)器，在SQL Server數(shù)據(jù)庫進行存儲，供平臺應(yīng)用進行數(shù)據(jù)查詢，結(jié)合百度地圖API進行車輛位置相關(guān)服務(wù)展示；車輛攝像頭獲取終端視頻數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)至EasyDarwin流媒體服務(wù)器進行處理，平臺通過VLC播放器進行視頻播放。

圖2 數(shù)據(jù)組織設(shè)計圖

4 關(guān)鍵問題分析及解決方案

4.1 WEB地圖加載及車輛定位與軌跡跟蹤

WEB地圖加載是車輛定位及軌跡跟蹤功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)使用百度地圖的JavaScript API加載在線WEB地圖數(shù)據(jù)，可以提供位置標注、地圖縮放、地圖模式切換、經(jīng)緯度顯示等功能。

車輛定位模塊將所有車輛以列表形式列出，用戶可以選擇想要查詢的車輛，根據(jù)選中車輛的終端ID在后臺通過與SQL Server數(shù)據(jù)庫的連接查詢車輛經(jīng)緯度與高程值，前臺通過Ajax異步調(diào)用獲取Json格式數(shù)據(jù)，在地圖上進行車輛位置顯示[13]。點擊地圖上車輛圖標，會顯示車輛經(jīng)緯度、高程、車速、車輛行駛方向、定位時間、溫濕度、油量、載客量等詳細信息。

軌跡跟蹤是對某一車輛在一段時間徑進行歷史查詢并進行回放。軌跡回放需要確定某一具體車輛和車輛查詢的起始時間及終止時間，根據(jù)車輛ID從數(shù)據(jù)庫中提取時間段內(nèi)的位置坐標，在WEB地圖上通過線對象描繪歷史軌跡；通過定時器將車輛的變化位置進行描繪，動態(tài)展示車輛行駛軌跡。

4.2 視頻播放

實現(xiàn)視頻播放功能，首先需要在平臺上部署流媒體服務(wù)器，本系統(tǒng)使用EasyDarwin流媒體服務(wù)器實現(xiàn)視頻流的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。使用EasyDarwin流媒體服務(wù)器前需配置RTSP端口和HTTP端口等服務(wù)器參數(shù)。視頻實時監(jiān)控為用戶提供車輛選擇的樹形列表，并綁定監(jiān)聽器，用戶在平臺界面上選擇目標監(jiān)控車輛以及監(jiān)控探頭編號時，平臺會向終端發(fā)送請求，終端根據(jù)車輛終端ID和攝像頭IP將獲取的實時視頻流傳送至EasyDarwin服務(wù)器進行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，然后將視頻流推送至平臺前端，由VLC視頻播放器進行實時視頻播放[14]。VLC播放視頻加載偽代碼如下：

視頻錄像回放對車輛某段時間內(nèi)的監(jiān)控錄像進行提取和播放。視頻錄像在監(jiān)控探頭進行攝像時，在終端設(shè)備進行歸檔備份，平臺提取時需要對目標文件進行篩選進行播放。在平臺上選擇監(jiān)控篩選條件，包括車輛終端編號、開始時間和結(jié)束時間、文件位置以及錄像類型，點擊“搜索”按鈕，事件監(jiān)聽器將會根據(jù)車輛終端ID及篩選條件，將符合條件錄像文件加載至下載列表中，用戶可以對目標視頻文件通過EasyDarwin流媒體服務(wù)器進行流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)在線播放，也可以下載到本地進行查看。

4.3 調(diào)度接口模型設(shè)計實現(xiàn)

平臺提供調(diào)度功能接口，用戶可以在車輛調(diào)度功能模塊界面搜索可以加載的調(diào)度模塊，選擇合適的調(diào)度模塊進行加載。平臺根據(jù)選中模塊對應(yīng)的功能類文件，通過XML配置文件對功能模塊進行配置[15-16]，利用反射機制實現(xiàn)功能模塊在平臺上的加載，提高系統(tǒng)擴展性和靈活性。調(diào)度接口模型如圖3所示。

圖3 調(diào)度接口模型圖

從模型圖中可以看出，終端位置信息數(shù)據(jù)發(fā)送至平臺，平臺將獲取的終端位置信息數(shù)據(jù)作為調(diào)度接口參數(shù)。平臺調(diào)度接口模塊加載實現(xiàn)調(diào)度功能的功能類文件，同時配置XML文件，運用反射完成調(diào)度接口的實現(xiàn)。此時，平臺調(diào)度模塊可以調(diào)用調(diào)度接口實現(xiàn)模塊功能，最終將結(jié)果在平臺上進行顯示。

4.4 系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)以上的分析和設(shè)計，本文實現(xiàn)了基于WebGIS的智能公交視頻監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，主要功能實現(xiàn)效果圖如圖4和圖5所示，包括車輛的軌跡跟蹤和視頻監(jiān)控的回放等。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠?qū)囕v進行有效的位置定位和視頻監(jiān)控，加載調(diào)度功能模塊完成調(diào)度分析，實現(xiàn)了預(yù)期目標。

圖4 軌跡回放

圖5 視頻錄像播放

5 結(jié)束語

針對公交車輛監(jiān)控方式和系統(tǒng)調(diào)度方式單一化以及無法有效實現(xiàn)可視化等問題，本文對基于WebGIS的智能公交視頻監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)進行了設(shè)計和實現(xiàn)。系統(tǒng)在實現(xiàn)WebGIS基本功能的前提下，如在線地圖加載、車輛定位和軌跡跟蹤等，將視頻實時監(jiān)控和錄像回放功能添加到本系統(tǒng)中，可以對車輛狀況進行有效的監(jiān)控，同時提供了調(diào)度功能接口，可以任意添加符合接口規(guī)范的功能模塊實現(xiàn)調(diào)度，增強了系統(tǒng)的擴展性。經(jīng)過測試，實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠?qū)崟r準確地獲取車輛數(shù)據(jù)，查詢并清晰流暢地播放監(jiān)控視頻，功能較為完善，在智能公交領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。