基于多媒体消息传递服务的 交通违章监控系统和方法 【技术领域】
本发明一般涉及交通违章监控系统和方法，具体地说，涉及利用公共无线通信网络上的MMS(多媒体消息传递服务)来传送拍摄到的图像数据的交通违章监控系统和方法。
背景技术
交通法律/法规的实施是一项保证公共秩序的基础工作。传统上，为了监视超速行驶、违章调头、并线、闯红灯等交通违章行为，通常在交通信号灯旁安装自动摄像设备。该摄像设备根据一定的触发条件(例如根据定时器或速度传感器的输出信号等)对交通场景进行自动拍摄。然后在线或离线地对拍摄到的图像数据进行处理。所谓在线处理就是通过专用电缆或专用信道将拍摄到的图像数据送到监控中心。所谓离线处理就是把图像数据存储在摄像设备中，经过一段时间后，将摄像设备中的存储装置(如磁盘/胶卷)取出送到监控中心。
然而，无论是在线处理方法还是离线处理方法都有各自的缺点。
WO 0191353公开的自动交通违章监控和报告系统就是一种利用在线处理法来处理拍摄到的图像数据的交通监控系统。该系统包括数字摄像系统和数据处理系统，其中数字摄像系统远程耦合到数据处理系统上。数据处理系统包括：用于编辑数字摄像系统产生的车辆和交通场景图像的图像处理器；用于验证车辆图像有效性的验证处理器；用于从车辆图像中识别驾驶员信息的图像处理器；以及，用于把潜在的交通违章信息发送给执法机构的通知处理器。虽然这种交通违章监控系统通过在线处理而具有实时监控能力，但是在线处理方法通常需要专用电缆(或者具有特定无线频率范围的专用无线网络)。尽管在这种基于在线处理方法地交通违章监控系统中，需要传送的信息量很小，但每台摄像设备仍需要一条与监视中心相连的专用线路。当增加新的交通信号灯时，必须相应地增加新的线路。所有这些专用线路或专用无线信道构成了一个专用网络。此外，这种在线处理方法同时也加重了监控中心的负担，监控中心必须为所有线路提供足够的接入端口，这使其难于扩大系统规模。于是，对于大城市来说，这种在线处理方法造价太高。
尽管离线处理方法不需要专用线路或专用信道，但存在其本身固有的缺点。首先是不具有实时监控能力，其次是由于需要不时地更换磁盘或胶卷而带来的不便。
随着第三代移动通信技术(3G技术)的飞速发展，已涌现出越来越多的3G应用，例如MMS-多媒体消息传递服务就是众多3G应用中的一种较为重要的应用。该项技术使得能够通过3G无线通信网络可靠地传送多媒体内容，并且无需长时间等待。
然而，目前有关MMS应用的研究还仅局限于为手机用户传递MMS消息。与目前流行的SMS(短消息传递服务)消息相比，MMS消息需要传送的数据量大，因此费用也会相应地增加。于是，MMS能否象目前的SMS一样具有潜在、巨大的市场，还是一个未知数。但是，如果将基于公共无线通信网络的MMS，用于现有的交通监控系统中，即通过公共无线通信网络上的MMS来传递拍摄到的有关交通场景的图像数据，则既可以解决现有交通监控系统中存在的问题，也同时为MMS开拓一个巨大的市场。
【发明内容】
为此，本发明提供一种基于公共无线通信网络上的MMS的交通违章监控系统，该系统包括：MMS摄像设备，包括：数字摄像机，用于对交通场景进行拍摄；MMS消息处理器，用于将拍摄到的图像数据封装成MMS消息；以及，无线电收/发信机，用于通过公共无线通信网络将所述MMS消息发送给MMS网关；MMS网关，用于接收所述MMS消息并将所述MMS消息恢复成原始图象数据；和，后台应用服务器，用于对来自MMS网关的原始图像数据进行分析以确定是否有交通违章事件发生。
此外，本发明还提供了一种基于公共无线通信网络上的MMS的交通违章监控方法，包括以下步骤：对交通场景进行拍摄；将拍摄到的图像数据封装成MMS消息；通过公共无线通信网络将所述MMS消息发送给交通监控中心；在交通监控中心将所述MMS消息恢复成原始图象数据；和，对原始图像数据进行分析以确定是否有交通违章事件发生。
在本发明的基于MMS的交通违章监控系统和方法中，充分利用现有的公共无线通信网络来实现交通违章情况的实时、自动监控，不需要专用线路或专用信道。同时，由于利用了现有的无线通信网络，所以几乎不需要维护，并且易于扩展。
【附图说明】
通过以下参考附图对本发明优选实施例的描述，本发明的这些和其他优点、目的和特征将变得更加清楚，其中：
图1示出了根据本发明一优选实施例的基于MMS的交通违章监控系统的结构；
图2示出了根据本发明优选实施例的MMS摄像设备的组成；
图3示出了根据本发明优选实施例的MMS网关和后台应用服务器的组成；
图4A和4B示出了在根据本发明优选实施例的基于MMS的交通违章监控系统中，对消息进行加密和解密的过程。
【具体实施方式】
下面将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明一优选实施例的基于MMS的交通违章监控系统的结构。在该实施例中，系统由MMS摄像设备、MMS网关和后台应用服务器组成。为了便于理解该系统的工作过程，在图1中还示出了多媒体消息传递服务中心(MMSC)。在图1所示的系统结构中，由交通监控中心来维护MMS网关和后台应用服务器。此外，交通监控中心还可以通过MMS网关向MMS摄像设备发送各种控制指令。
如图1所示，在根据本发明优选实施例的基于MMS的交通违章监控系统中，MMS摄像设备根据一定的触发条件对交通场景进行拍摄，然后将拍摄到的图像数据(任选地，可以与其他数据一起)封装成MMS消息，并通过MMSC发送给MMS网关。MMS网关对接收到的MMS消息进行处理，恢复原始图像数据，然后将原始图像数据通过例如TCP/IP协议发送给后台应用服务器。后台应用服务器中的模式识别机应用各种模式识别技术对原始图像数据进行处理，以确定是否有交通违章事件发生。如果有交通违章事件发生，模式识别机还识别出违章车辆的车牌号。应用服务器中的一个通知模块(未示出)从数据库中检索出车主信息，并且由MMS网关通过MMSC把表明违章的通知以MMS消息或SMS消息的形式发送给车主。
以下将结合附图详细地说明图1所示系统的各个组成部分。
图2示出了根据本发明优选实施例的MMS摄像设备的组成。如图2所示，MMS摄像设备由数字摄像机、共享存储器、MMS处理器、无线电收/发信机、参数配置模块以及控制逻辑模块组成。
数字摄像机用于对交通场景进行拍摄。什么时候进行拍摄是由控制逻辑模块来控制的。控制逻辑模块例如可以基于来自交通信号灯的信号或来自某一定时器的信号来触发数字摄像机进行拍摄。控制逻辑模块还可以根据交通监控中心的指令来改变控制逻辑，即触发条件。由数字摄像机拍摄的图像存储在共享存储器中。MMS处理器可以访问该共享存储器。MMS处理器将拍摄的图像数据封装成MMS消息，然后由无线通信收/发信机发送到公共无线通信网络。可以使用GPRS、CDMA或其他2.5G/3G技术来发送MMS消息。有关MMSC地址、MMS消息目的地(MMS网关地址)以及MMS摄像设备的标识码等信息由参数配置模块根据交通监控中心的指令进行设置。其中，为了便于交通监控中心进行识别，一般将MMS摄像设备的标识码(MSISDN，移动台国际用户设备号)设置为唯一的。
有关MMS消息的封装和发送技术在美国专利No.US 2002/0087549和No.US 2002/0073205中有论述。为了简明，在此省略了有关它们的说明。
以下再结合图3描述一下在根据本发明优选实施例的基于MMS的交通违章监控系统中MMS网关和后台应用服务器的组成。
MMS网关是系统的另一个重要组成部分。它实质上是一个MMS接收器和发送器。MMS网关是MMSC和后台应用服务器之间的桥梁。MMS网关为MMSC和后台应用服务器提供通信接口，因为在MMSC和后台应用服务器之间数据表示方式可能不同。此外，MMS网关还进行通信协议翻译、转换。MMS网关使有关MMS通信的细节对于后台应用服务透明。MMS网关还使数据表示间的差异对于MMS网关的两侧的MMSC和后台应用服务器来说是透明的。
MMS网关如图3左半部分所示，由数据表示转换器、MMS处理器、协议转换器、加密/解密模块以及无线电收/发信机组成。
为了接收MMS消息，MMS网关具有电话号码、IP地址或E-mail地址。这是对MMSC公开的唯一接口。
MMS网关通过ICP/IP网络连接到后台应用服务器。MMS网关为后台应用服务器提供两种服务。一种服务是为后台应用服务器提供原始图像数据。另一种服务是接收来自后台应用服务器的通知消息和控制消息。这些消息不必是MMS消息，MMS网关可以通过数据变换将非MMS消息转换成MMS格式，然后通过MMSC将它们发送出去。
MMS网关中涉及的另一重要问题是安全性问题。MMS网关必须有能力过滤掉无用的MMS消息。也就是说，必须将MMS网关设计成只接收期望的来自合法MMS摄像设备的消息。例如可以在MMS网关中保持和维护一个有效MMS摄像设备清单，用于验证消息来源。也可以在网关和MMS摄像设备之间协商一种安全算法，只有合法的MMS摄像设备能执行算法和完成与网关的通信。有关安全性问题稍后参照附图4A和4B详细地说明。
下面参照图3说明一下根据本发明优选实施例的后台应用服务器的组成。
如图3右半部分所示，后台应用服务器由模式识别机、通知模块以及MMS摄像设备控制模块组成。其中，模式识别机从MMS网关接收已恢复的原始图像数据，并且根据各种模式识别技术对其进行处理以确定是否有交通违章事件发生。
有关如何利用模式识别技术来确定是否有交通违章事件发生的技术在美国专利US 2002/0072847中有详细的描述。为了简明，在此省略有关它们的说明。
后台应用服务器中还包括一个通知模块。当模式识别机已确定有交通违章事件发生时，根据模式识别机识别出的车牌号码从数据库中检索出违章车辆的车主信息，并产生一个通知，由MMS网关以MMS消息或SMS消息的形式发送给车主。
后台应用服务器中还包括一个MMS摄像设备控制模块。交通监控中心通过此模块来控制MMS摄像设备，其中包括设置MMS摄像设备的各种操作参数，如：拍摄图像的触发条件、图像质量等。MMS网关可以将这些参数以MMS消息或SMS消息的形式发送给MMS摄像设备。这样就不必手动调整MMS摄像设备。
以上结合附图详细地说明了根据本发明一优选实施例的基于MMS的交通违章监控系统的组成和工作过程。本发明的系统充分利用现有的公共无线通信网络来实现交通违章情况的实时、自动监控，不需要专用线路或专用信道。于是，正如前文所述，需要在MMS网关和MMS摄像设备之间提供一种有效的安全认证办法。下面结合图4A和4B对这方面问题进行进一步讨论。
尽管2.5G/3G无线通信网络提供了链路层安全保护措施，但无法保证端—端的保密。所有中间节点有可能截获、窜改或伪造消息。所以需加一种加密机制以确保MMS消息能够在公共无线通信网络上安全传输。
考虑到MMS摄像设备的有限计算能力，我们采用对称加密算法。所有合法摄像设备与MMS网关共享一个主密钥。然而，为了减小主密钥被破译的机会，不直接使用主密钥来加密数据。替代地，使用从主密钥推导出的一个会话密钥来加密消息，图4A示出了这种加密过程。其中，使用MMS摄像设备标识码(MSISDN，移动台国际用户设备号)和表明当前时刻的时间印记，由主密钥推导出一个会话密钥来对数据进行加密。
在MMS网关一侧，知道该主密钥，MMS网关还可以从MMS标题中提取MMS摄像设备标识码(MSISDN)和时间印记，所以能够很容易地计算出会话密钥，于是能够破译加密的消息。
当后台应用服务器向MMS摄像设备发送控制指令时，应用一个略有不同的算法。
如图4B所示，在使用会话密钥对指令进行加密之前，首先加上一个随机数。其目的是增加明文的分散性。否则，一个入侵者有可能假冒MMS网关来发送先前监听到的控制指令。
虽然以上通过优选实施例的方式对本发明进行了说明，本实施例可在不背离本发明的精神和实质的情况下，有各种修改和变型，所以本发明旨在覆盖所有这些修改和变型。