基于网页实时通信的跨平台高速公路应急视频应用研究

周勇 杨洋 李伟 何俊 曹骥

摘  要：包括智慧高速公路在内的高速公路，一路多方应急处置，一直存在着跨部门沟通难、信息同步难、通信工具推广统一难等问题。网页实时通信（WebRTC）技术是常用浏览器内置的轻量化视频、音频通信工具，基于WebRTC的实时多方视频通话应用可以有效地解决一路多方沟通难、协同难等难题，提高信息同步和事件协同处置的效率。

关键词：智慧高速；WebRTC；应急通信

中图分类号：TP39；TP273+.4 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2023）09-0082-05

Abstract： The expressway， including the smart expressway， has been facing difficulties in cross departmental communication， information synchronization， and the promotion and unification of communication tools for emergency response from multiple parties along the way. Web real-time communication （WebRTC） technology is a lightweight video and audio communication tool commonly used in browsers. Real time multi-party video call applications based on WebRTC can effectively solve the difficulties of communication and collaboration among multiple parties along the way， improving the efficiency of information synchronization and event collaborative processing.

Keywords： smart expressway; WebRTC; emergency communication

0  引  言

20世纪90年代以来，我国高速公路的建设与发展取得了举世瞩目的重大成就。根据交通运输部统计，2021年末，我国高速公路里程达到16.9万千米，比2020年末增加8 090千米。随着人工智能的发展和落地应用，高速公路由电子信息化跨入智慧化时代。

然而，中国的交通事故总量始终处于高位，交通安全形势严峻。根据国家统计局统计，2020年，全国交通事故共计244 674起，交通事故死亡人数61 703人。一方面，由于车辆行驶速度快，应急反应时间相对较短，容易发生交通事故并衍生二次事故。相关研究表明，部分高速公路路段的二次事故平均占比达到57.3%，二次事故造成的死亡人数占交通事故死亡人数的54.2%。另一方面，高速公路事件需要由高速交警、高速执法和公路运营公司共同处置，事件处理中的沟通、协同难度较大。因此，高速公路应急处置相对于其他道路更加困难，具体表现为协调联动效率不高、信息沟通共享不够等。

目前，在高速公路应急处置中，常用的通信方式有电话&短信、微信、对讲机等。通过基于这些通信方式的总结分析，结合实地调研，总结出高速公路应急处置通信中存在以下痛点：

1）监控中心不能实时掌握应急处置进度。监控中心是高速公路指挥调度的大脑和通信中心，尤其是在交通事故、恶劣天气、违法处置、稽查打逃等事件处置中发挥着重要的作用。然而，在传统高速事件的處置中，监控中心往往只能通过现场巡逻人员的电话反馈掌握事件处置进度，而且通常是在事件处置完成后才能得到现场状况信息，不能及时掌握现场情况。即使是在智慧高速的事件处置中，由于摄像机距离较远等原因，也无法看清现场情况。

2）一路多方难以同步掌握现场信息。高速公路事件处置往往需要多方参与，除了高速交警、高速执法和公路运营公司以外，还常常有消防、应急、急救等部门人员的参与。但是往往只有现场人员掌握事件详情及处置进度，其他人员无法掌握实时信息，而且由于不同部门之间的没有保存完整的通讯录信息，相互之间也难以通过电话进行沟通。

3）不能从多个角度监控应急处置现场。由于受制于摄像机的安装间距，即使是在智慧高速的事件处置中，监控中心能够通过摄像机查看现场情况，但往往只能是从一个角度查看现场情况，受制于拍摄角度的限制。如果有大型货车等物体遮挡视线，甚至观察不到现场的一丝情况。

4）难以直接匹配事件工单和现场监控视频。在智慧高速的事件处置中，即使是能够进行事件定位并基于高速公路K段位查找相应的摄像机，但是仍存在摄像机数量过多，查找不方便的问题。

由上述难题可以看出，高速公路应急处置迫切需要建立能够直观进行视频通话，并且能够跨部门使用，还能够与事件工单直接关联的应用。

1  基于网页实时通信的应急视频通信设计

高速公路应急视频应用结构如图1所示，指挥调度系统通过保存多个部门完整的通讯录和值班情况，查找到相应人员的手机号等联系方式，然后通过云短信的方式向联系人发送短信信息。在实际使用中，可以在云短信的基础上增加云语音功能，利用AI语音向目标对象拨打电话，提醒其查看短信。短信中包含链接地址，短信接收者点击链接地址打开网页浏览器，即可访问网页页面。在网页页面中，通过WebSocket建立网络连接，然后在WebRTC中将视频流编码为h264的码流传输至个人电脑或其他移动端的浏览器中进行解码，实现端对端视频通话，还可以通过建立群组实现多人同时视频在线，共享现场视频的效果。

高速公路指挥调度系統可以在事件处置工单中发起视频通话，可以快捷关联相应的道路摄像机，从多个角度查看事故现场，同时这些摄像机的视频画面也能被加入视频通话的多人共享。

现场人员可以通过手机加入视频通话，通过切换前后摄像头、打开/关闭话筒、切换拍摄角度等方式让多个部门的指挥调度人员多角度掌握现场实时状况。

2  相关技术

2.1  WebRTC

网页实时通信（Web Real-Time Communication， WebRTC）是通过应用程序编程接口（API）为Web浏览器和移动应用程序提供实时通信。WebRTC将音视频处理、信号处理、流媒体实时传输等功能都嵌入到网页浏览器中，使浏览器成为一个语音视频通信平台。

2011年5月，谷歌发布了一个基于浏览器的实时通信开源项目，命名为WebRTC。2017年11月，WebRTC 1.0规范从工作草案转变为“候选推荐”。2021年1月，WebRTC 1.0规范转变为“推荐”。

WebRTC的主要组件包括几个API：

1）getUserMedia获取音频和视频媒体。

2）RTCPeerConnection对等体之间的音频和视频通信，执行信号处理、编解码器处理、点对点通信、安全和带宽管理。

3）RTCDataChannel允许对等体之间的任意数据双向通信。

2.2  H264

H.264又称为MPEG-4第10部分高级视频编码（即MPEG-4 AVC），是一种面向块，基于动态补偿的视频编码标准。H.264最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

2.3  云短信

云短信是通过短信网关在服务供应商与短信中心之间建立通道，实现通过网络向手机发送短信的技术。软件系统可以通过调用服务供应商提供的接口实现短信发送功能。

2.4  WebSocket

WebSocket是一种计算机通信协议，支持Web浏览器或其他客户端应用程序与Web服务器之间的交互，比半双工替代方案（如HTTP轮询）的开销更低，促进了服务器之间的实时数据传输。

WebSocket在本应用中的主要作用是在移动端浏览器和指挥调度系统之间建立网络连接，便于后续WebRTC传输视频流。

3  应用实现

本设计方案在四川西南部的某智慧高速中得以实现，通过与智慧高速的事件工单直接关联，并且在智慧高速道路摄像机设备的加持下，实现了事件、处置人员、路侧摄像机的互联互通。

应急视频应用与高速公路指挥调度系统关系密切。如图2所示，应急视频应用的软件部分属于指挥调度系统的一部分，连接了指挥调度系统的通讯录、路侧摄像机和指挥调度中心办公电脑，但是应急视频应用也连接了属于私人用品的路巡和公路运营公司管理人员手机。

应急视频通信的具体流程如图3所示。

指挥调度中心通过指挥调度系统查看事件工单的详情，如图4所示，其中包括事件类别、事件等级、现场实时视频、事件处置进度等，并根据这些信息判断是否发起视频通信，同时判断是否需要邀请公司管理人员参与视频通信。

在决定需要发起视频通信后，指挥调度中心通过点击“现场连线”，并通过系统内保存的通讯录或者手动输入手机号码邀请参加视频通信的人员，如图5所示，可邀请的人员数量根据事件等级确定。在点击“邀请”之后，被邀请人员会收到邀请其参加视频通话的短信通知，也可以增加AI语音电话通知，让对方及时发现邀请通知。

如图6所示，被邀请人员在查看短信通知后，通过点击短信中的链接打开默认网页浏览器，如图7所示，在允许浏览器使用摄像头和麦克风的情况下，可以直接访问视频通信界面，如图8所示。短信中的链接具有安全时效性，发送短信超过24小时后，链接地址将失效，以此保护数据安全。在手机视频通信界面中可以设置麦克风静音，关闭摄像头，转换前后摄像头等，使视频通信更加灵活。在移动端视频通信中，除了能查看参与通信人员摄像头的视频画面之外，还能查看事件附近路侧的摄像机视频画面。指挥调度系统将根据事件的精准地理坐标自动匹配路侧的摄像机。

在指挥调度中心，如图9所示，通过办公电脑访问视频通信界面。通信界面中会展示工单的处置进度，包括工单创建、现场反馈等节点信息。

通过上述流程可以看出，基于网页的实时通信能够实现办公台式机与移动端的自由连接，集成了手机摄像头、麦克风与路侧摄像机，同时也关联了视频通信与事件工单详情。

该应用在西南某智慧高速中正常运行30天，视频帧率和分辨率采用WebRTC默认的最佳效果，画面质量得以保证。在实际应用中，视频延时问题成为该应用的主要关注点，通过多次的技术优化，得到如表1所示的视频通话延时统计。

从表1中可以看出，视频的延时主要是因为受参与视频通信的手机端数量以及手机端网络类型的影响：参与的手机端数量越多，延时越大；4G网络受网络带宽影响，延时较大。

在实际的高速公路事件处置中，现场人员手机通常只能采用4G网络，参与视频的手机端数量少于2，因此视频延迟在0.5秒至1.2秒之间，能够满足业务需求。

4  应用优点

相较于现有的高速公路通信方式，基于网页的实时视频通信在高速公路应急处置中有以下优点：

1）轻量化，降低协同难度。基于网页的实时视频通信无需使用客户端，跳过了烦琐复杂的搜索、下载、安装流程，使用普通智能手机即能实现，使一路多方更容易实现跨部门沟通，降低协同处置的难度。

2）跨平台，多端协同。基于网页的实时视频通信只需浏览器即可实现，兼容安卓、IOS（需设置允许WebRTC）、Windows、macOS等主流系统平台设备，适配海量移动终端，最大限度增加使用范围。

3）动态化在线协同。跨多部门协作即时触达，多方多人音视频通信，路侧设备视频调度，零距离触达现场；智慧化发起下一环节流程，环环紧扣动态关联，保证每一项流程状态高活跃；实现即时化、可视化、全联动。

5  结  论

基于网页的实时视频通信具有轻量化、跨平台和动态化的特点，能够很好地满足高速或者智慧高速应急处置中的实时通信、实时监控、多方协同处置等业务需求，解决了高速公路事件处置中不能实时掌握应急处置进度、一路多方难以同步掌握现场信息等难题，是高速公路联勤联动的利器。在实际应用中，现场移动端可以采用4G网络进行连接，视频延迟在可接受的范围内，整体具有可行性。

参考文献：

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[4] 张珂溢，周正，黎艳，等.新型通信交互技术在高速公路联勤联动中的组合应用 [J].现代信息科技，2022，6（4）：77-80+84.

[5] 交通运输部综合规划司.在加快建设交通强国新征程上建新功——《2021年交通运输行业发展統计公报》评读［R/OL].[2022-11-06].https：//www.mot.gov.cn/2022zhengcejd/202205/t20220524_3656662.html.

[6] 孙永俊.预防高速公路二次交通事故策略研究 [D].西安：长安大学，2008.

作者简介：周勇（1973.12—），男，汉族，重庆人，高级工程师，硕士，研究方向：大数据、人工智能。