基于Darwin流媒体的水利智能视频监控系统设计

贾镭，黄林，陶青川

（1.重庆市水利信息中心，重庆 401147；2.四川大学电子信息学院，成都 610065）

0 引言

水资源和水安全问题严重影响国民经济的发展，因此国家水利部门急切需要建立一套有效的水利视频监控系统[1]。目前，水利监控系统主要为单点监测，无法集成并统一监测，不能对水利监测部门应对旱涝灾害和水污染的治理起到很好的辅助作用；同时监测站点的监测信息不同，导致数据复杂，不利于数据的管理和展示；同时，现有的视频监控系统无法与第三方系统进行信息共享和数据对接。

现如今，视频监控系统[2]不断演进和流媒体技术[3]逐渐成熟，使得结合流媒体的视频监控系统在生产实践中得到广泛的运用，其代表技术如：Live555[4]和Dar⁃win Streaming Server[5]。同时，很多监控站点建设有摄像头和逐渐完善的网络通信设备，为系统开发提供了硬件条件。其次，目前许多学者做了大量水利图像分析算法相关的研究工作[1,6-7]。

基于此，本文以Darwin流媒体为核心，集成水利智能算法，融合智能分析结果以及水文、水质等业务数据，构建了一套功能完善、交互简洁的水利智能视频监控系统。

1 系统设计目标

在保证足够开放性，提供开放性接口，便于与第三方水利信息系统的通信，同时整个系统符合国家以及所在地的水利信息化相关标准下，完成频、图像、分析和监测数据的汇聚、管理、转发以及融合展现，提供综合数据服务。

软件实际运行的环境的网络结构如图1所示，本系统基于该网络结构，将系统划分为三层：采集层、中心转发层以及客户端。各层功能如下：

（1）采集层：适配不同摄像机的接入标准；叠加水利监测数据、重编码视频数据、RTSP协议传输视频并通过ONVIF标准进行传输和控制；前端设备、软件工作状态以及异常分析结果的采集和上报。

（2）中心转发层：汇聚采集层视频和上报结果；支持手动以及定时录像并将视频集中存储于指定位置；提供上报结果查询访问以及视频访问功能；视频资源管理，提供对视频站点的添加、修改、删除等功能；支持rtsp和hls等流媒体格式的媒体数据转发功能。

（3）客户端：支持PC和Web观看视频以及访问分析结果功能。

图1 系统网络结构图

系统的总体架构如图2所示。

创业教育是学生创业的核心。Saadat et al.(2015)的研究提出并测试了一个综合的、多视角的框架，将创业自我效能和个人动机认定为创业意愿的基本要素，以当地805名大学生为样本，采用结构方程模型对数据进行分析，研究显示自我效能感对创业意愿有显著影响，结果表明从整体的角度来看，学生本人的意识在大学生创业中具有重要影响。Fayolle et al.(2015) 指出企业家精神可以教授和学习，强调了在开始某些实际行为之前，企业家教育所起的重要作用；在大学层面，创业教育希望能够激发学生的创业意识。

图2 总体架构图

2 系统设计与实现

系统主要是为监测部门对防洪抗旱以及水资源污染治理，提供辅助决策。因此，系统交互性以及架构合理性是系统的价值的核心。下面分别介绍系统的三层架构。

2.1 采集层

采集层主要完成视频采集、智能分析、业务数据的获取等工作，包含前端信息接入代理软件、前端系统工况监测、图像压缩服务以及智能分析模块。采集层设开发的软件部署如图3所示。

视频接入代理主要支持主流摄像机海康、大华、亚安等主流摄像机的接入，同时采用标准RTSP进行发布。其不同摄像机接入主要是基于厂家提供的SDK进行接入，采用开源流媒体解决方案Live555对其进行视频发布。ONVIF代理接入主要职能是对发布的rtsp进行代理以便于对其进行跨域播放和云台控制功能。智能分析模块则是为降低算法与系统的耦合，以便于不同算法的接入与分析，同时将分析数据和第三方信息进行视频融合，便于监测部门直观的获取相关监测信息。前端工况监测主要完成：前端运行软件的监测，报警和心跳数据上报到中心转发层，软件更新以及接受水质等业务数据并分发给智能分析进行视频融合。

图3 采集层软件部署图

2.2 中心转发层

流媒体服务、资源管理平台、视频压缩服务、视频集中存储服务、实时信息管理服务、Web服务。资源管理平台主要负责对资源的管理，例如设备的增删改查，用户鉴权等；视频压缩服务提供对视频的转码，包含：分辨率、帧率以及码流改变等功能；视频集中存储主要提供对视频站点的定时录像功能；实时信息管理服务主要提供汇聚前端上报异常情况、心跳收集以及将信息写入数据库等功能，流媒体服务主要完成视频资源的汇聚，以及不同流媒体格式（rtsp和hls）的转发功能；Web服务主要是提供对视频、信息访问功能。

如今，使用较多的流媒体技术主要为三种：Real NetWork公司的Real Media，微软提供的Windows Me⁃dia，苹果公司提供的Quick Time。

其三种流媒体系统对比表如表1所示。

表1 三种流媒体系统对比表

由上表知，QuickTime性能和跨平台型远优于其他两种。Darwin流服务器完全基于QuickTime流服务器代码开发的开源版本[8]，因此,系统采用Darwin流媒体服务器为核心搭建该系统。其Darwin流媒体服务器逻辑结构图如图4所示。

图4 达尔文流媒体服务器逻辑结构图

图5 HLS模块切割流程图

Web Service开发采用gSOAP工具实现其服务端。gSoap是开放的C/C++源码的SOAP/XML服务工具，提供了关于C/C++语言的SOAP实现[9]。通过gSOAP编译来序列化或者反序列化C/C++的数据结构使得编写Web服务大大简化。其交互过程如图6所示。

其Web Service为本系统客户端以及其他水利信息化系统获取设备信息和监测结果，实现本系统和其他系统的信息交换和数据对接。

2.3 客户端

客户端主要分为PC端和前端。主要是完成视频和数据的展示功能。其客户端流程如图7所示。

图6 Web Service交互图

图7 客户端流程图

3 系统运行结果

本系统主要采集站点为重庆市监控站点图，数据采集层处理器为Intel Atom D525，内存为4GB，操作系统为32位XP；中心转发层处理器为Intel Xeon CPU E5-1603 0@2.80Hz，内存为4.00GB，操作系统为64位Windows 10，开发环境Visual Studio 2015；Web端测试环境为IE12。

首先是采集层的视频接入与输出，图8（a）前端摄像机是海康威视摄像机，图8b）代理本地MP4格式的视频文件并将其以RTSP格式转发，图8（c）代理图8（a）中的RTSP流并将其以RTSP格式转发，图8（d）为将RTSP流用ONVIF方式进行代理，其中RTSP流测试工具采用VLC播放器，而ONVIF则采用标准的ONVIF客户端ONVIF Device Manager。其支持格式如图9所示。

图8 采集层不同典型类型输入源接入图

图9 支持设备类型

由图8和图9知，前端摄像机基本覆盖市面上主流摄像头的输入，并按照标准RTSP和ONIF进行输出。

监测算法将分析结果以及水文水质等业务信息与视频集中展示，便于监控部门对监控站点直观掌握其变化，同时便于数据的管理。系统集成的典型智能监测算法结果如图10所示。

客户端需要符合用户的操作习惯和交互功能，同时清晰、快捷获取站点信息，以提前决策，提高办公效率。其PC端和Web端分别如图11和图12所示。

图11 PC桌面端主要功能图

图12 Web主要界面

4 结语

该系统交互简单，功能完善和强大，接口开放，耦合性低，便于快速扩容，同时整个系统符合国家以及所在地的水利信息化相关标准。目前，本系统只支持越线、入侵、物品损坏和拿放、水位测量以及漂浮检测，有待于丰富，以满足多种多样的监控场景和应用需求。