世博中心視頻監控系統的獨特思路——數字和模擬系統的完美結合

文｜華東建筑設計研究院有限公司 林海雄

世博中心項目位于世博園B片區的濱江綠地南側，南起浦明路，東起世博軸，地上7層，地下1層，總建筑面積141990m2。世博中心在世博會期間的功能主要是慶典中心、指揮運行中心、國宴招待中心、新聞發布中心和論壇中心等，而世博會后，又將轉變為具有上海政務中心和國際會議中心的功能。

1 世博中心視頻監控系統主體數字化架構的形成

在設計階段初期，我們首要的工作是根據世博中心建筑平面的設計，嚴格按安防國家規范、上海公安技防主管單位的要求及世博局安保部門的規定進行細致的監控點位布局設計。由于該項目的功能多樣化，其內部設有各種會議室、新聞發布廳、多功能廳、宴會廳、辦公區、屋頂花園以及大型車庫等相關配套設施；同時建筑物對外出入口極多；外加室外總體面積開闊，最終我們需要布置的攝像監控點達到了841處。這個結果意味著我們將要在世博中心內建立一套規模很大的視頻監控系統。要很好地完成上述任務，需要處理好如下的幾個問題：

◆ 如何保障大規模監控系統的控制靈活性？（包括日后在目前尚無法確認的場合增設若干分控中心，并為這些分控按特定的要求設置監控范圍及系統操作權限等）

◆ 如何保障大規模監控系統的可擴展性？如何實現大規模監控系統可低成本擴展，同時系統在擴展后性能（包括圖像質量、控制實時性、圖像調度靈活性等）不會下降？

◆ 如何實現如此海量視頻信息的高質量可靠存儲？如何管理這些存儲設備？如何合理利用這些存儲空間？如何對這些海量的視頻數據進行有效的檢索、管理？

◆ 如何因地制宜的實現監控點接入和線路部署？由于大規模監控系統覆蓋的范圍很廣，監控點的接入和線路部署就成了一個不得不考慮的問題。

◆ 如何與世博中心的其他業務系統集成？現在，幾乎所有的行業應用系統都離不開計算機軟件，模擬方案自然無法與之完全整合集成，傳統的數字監控方案中，很多都有設備級的API開放接口及SDK開發包，但是卻鮮有平臺級的API開放接口和SDK開發包。

面對這些問題，我們發現無論是模擬監控方案還是當前常用的“DVR/DVS＋流媒體服務器”方案，都無法很好地加以解決。為此，設計方和建設方經過反復地權衡比較，也征詢了多名業內專家，最后得到共識：基于IP尋址的多媒體通信技術發展勢頭強勁，監控設備的數字化、網絡化發展已經普遍展開，IP網絡數字監控系統的建設已成為發展趨勢。因此，世博中心的視頻監控系統在技術上采用了數字網絡化的解決方案。

世博中心視頻監控系統選用的數字化解決方案，原理如圖1所示。

圖1

在這個視頻監控系統中，前端采用模擬攝像機，所有攝像機通過分布在樓層各處的弱電間接入層網絡設備（如果攝像機離所屬匯聚機房距離小于250m，則用同軸電纜直接聯入匯聚），分別連接進入相對應的弱電匯聚機房（世博中心根據建筑形態設有東區、西區、地下室及總體三個匯聚機房）進行數字編碼壓縮和本地數字視頻存儲。消控中心通過網絡交換設備對所有前端視頻信號進行切換、控制，并對匯聚機房的視頻錄像資料進行調用觀看。

該系統主要由前端攝像機、網絡編解碼器、網絡視頻存儲設備、工作站、智能控制鍵盤、視頻管理服務器以及網絡交換機等組成。

需要特別提一下的是：為確保IP數字視頻監控系統的網絡安全和網絡帶寬，提供給使用者一個高質量的圖像質量和暢通的使用平臺，本項目建立了一套獨立的安防系統專用網絡，并作了如下的網絡承載力計算：

（1）接入交換機接入能力計算

接入交換機采用千兆交換機，根據最終確認的施工方案，最密集的弱電間將接入34路視頻圖像，按照每路視頻實時碼流2M計算，存儲碼流也按2M計算，占用帶寬為：34×（2＋2）＝136M，相比于上行千兆帶寬使用率僅為13.6%，對網絡不構成壓力。

（2）匯聚交換機接入能力計算

匯聚交換機采用萬兆交換機，由于存儲在匯聚層本地存儲，因此存儲流不占用匯聚交換機上行帶寬。

西區共接入317路圖像，占用帶寬為317×2＝634M，相比于上行萬兆帶寬使用率僅為6.34%，對網絡不構成壓力；

東區共接入371路圖像，占用帶寬為371×2＝742M，相比于上行萬兆帶寬使用率僅為7.42%，對網絡不構成壓力；

地下室及總體共接入153路圖像，占用帶寬為153×2＝206M，相比于上行萬兆帶寬使用率僅為2.06%，對網絡不構成壓力。

（3）主控室解碼器處接入交換機能力計算

該處采用的交換機上下行均為1000M接口，共有72路視頻接入交換機，解碼碼率設置為2M，則入口帶寬為72×2＝142M，相比千兆接口實用率為14.2%，對網絡不構成壓力。由此可見，整體網絡承載力的余量是富裕的。

當上述這樣的系統運行在一個專用的、同時承載力又有充分余量的網絡上時，我們就可以較為滿意地解決原先受到困擾的問題。

首先我們可以通過在這個網路的任意位置上添設控制工作站或解碼器+顯示器，來方便地給系統增設分控中心，并能為這些分控按特定的要求設置監控范圍及系統操作權限。

其次我們也可以通過在這個網路的任意位置上添設編碼器及存儲設備，從而方便地實現系統規模在監控密度及地理區域上的擴展，而且系統在擴展后性能（包括圖像質量、控制實時性、圖像調度靈活性等）不會下降。

我們可以利用磁盤陣列來獲得高性價比的海量視頻信息存儲，并借助IPSAN的快存儲技術達到更迅速、更人性化的錄像檢索及回放的功能。

原先因深受施工現場條件制約而令人傷腦筋的大量視頻線纜的敷設工作，在這類系統中將在很大程度上轉化為相對輕松的網絡延伸。

另外，這樣的系統在與世博中心其他的業務系統集成時，可以方便地以平臺級API開放接口和SDK開發包等工具進行實施。

那么，這樣的一個基本基于數字化的視頻監控系統是不是就能成為世博中心的實施方案了呢？回答是否定的，因為這樣的較為純粹的數字方案并不完全符合公安技防及世博安保部門在世博期間，在園區內統一聯網控制及監控實戰的要求，因此該方案還需要做進一步必要的調整。

2 世博中心視頻監控系統補充模擬架構的形成

當我們把一階段形成的世博中心數字化視頻監控系統方案上呈公安技防及世博安保部門相關領導及專家團隊進行審批時，發現了如下的問題：

這一瞬間，宴姝似乎觸碰到了現代與過去、渺小與偉大之間一條淡淡光影。也許，偉大的建筑庇蔭過一個個王朝，也經歷過更迭、興衰和破敗。但無論歷史的晨鐘暮鼓帶來多少斑駁滄桑，在每個渺小個體的守護之下，它們終能一如初見、一如往常。

首先，出于系統安全可靠性及實戰要求的監視畫面高質量等原因，公安技防及世博安保部門統一規劃的針對場館的園區監控視頻聯網體系是模擬的，世博中心的數字化視頻監控系統難以向上與園區指揮中心聯網并順利受其統一調用控制。

其次，由于數字化系統在視頻的傳輸、交換、顯示、存儲、回放過程中不可避免地存在著編、解碼處理，這個步驟會對圖像質量造成一定程度的損傷并伴隨著些許額外的延時。因此，數字化系統提供的實時監控及錄像回放視頻畫面在質量上不能完全滿足公安技防及世博安保部門的實戰要求。

再有，由于數字化系統在視頻的傳輸、交換、顯示、存儲、回放的全過程均需要網絡的支撐，這種對于網絡的過份依賴性使得系統面臨著一定程度的可靠性方面的隱患。這對于必須萬無一失的世博園區監控來講也是不能接受的。

在審批過程中，審批團隊非常體諒我們世博中心項目在實際應用上的復雜性功能需求，也贊同世博中心作為應用復雜的大型單體建筑采用數字化方案在系統靈活性、擴展性等方面存在著一定的合理性，但明確表示數字系統面臨的三個問題一定要得到合理的解決，否則該系統在世博實戰期間將無法順暢地應用。

就連我們自己也覺得審批團隊提出的要求相當的合理，這些要求確實是要很好地加以重視。但問題的癥結在于：能良好匹配工程項目單體需求的數字化系統本身幾乎不可能解決上述三個問題。世博中心視頻監控系統的建設工作左右為難，幾乎陷入僵局。

好在公安技防及世博安保部門相關領導在關鍵時刻及時指出：數字化、網絡化就監控技術的發展趨勢而言一定是個正確的方向，雖說目前還或多或少存在著些問題，但在世博這個提倡“技術創新”的舞臺上，為使一些成熟的數字監控技術在特殊的場館內得到應用，大家應該就世博安保實戰具體需求和技術方案進行一些深入溝通探討，力求找到大家都滿意的解決方案。

在這樣的鼓舞下，我們和公安技防及世博安保部門的同志，會后多次友好交流溝通，終于達成了一個重要的共識，正是這個共識使得世博中心視頻監控系統得以繼續推進。在交流溝通中我們獲知世博安保實戰中重點關注的監控點集中在世博中心的出入口、通道、總體、地下室等建筑物與園區的結合部位，對于建筑物內部的功能區監控主要還是由世博中心自身的安保人員實施。在公安技防及世博安保部門的大力支持下，雙方共同逐一落實了世博中心項目中受園區關注的監控點，一共有227個。我們針對這些監控點作了如下處理：攝像機在接入數字系統的編碼器前，將先經過視頻分配器分為三路模擬視頻：一路接進編碼器納入世博中心的主體數字視頻監控系統；另一路接進配置在本地弱電間內的數字硬盤錄像機，進行本地24小時25幀4CIF視頻錄像，并于24小時后按要求作每秒2幀的194天圖像抽幀記錄，所有硬盤錄像機工作狀態納入園區統一管理；最后一路將直接接入消控中心設置的專用288進32出的模擬視頻矩陣，該矩陣的操作控制權在世博期間全權由園區指揮中心接管（包括227路視頻的切換的全權及其中云臺變焦攝像機的優先控制權），矩陣輸出16路模擬視頻按園區統一規劃要求上聯（以光端機方式由園區安保視頻光纖專用網聯入）。

這樣一來，世博中心視頻監控系統實際就由兩個相對獨立的系統共同組成（它們共用了前端的攝像頭）：

（2）補充的模擬系統：管轄227路監控點，以硬盤錄像機存儲、由專用的模擬矩陣切換、監控中心設在園區指揮中心，系統由公安及世博安保部管理，世博期間擁有模擬矩陣的唯一操作權（包括227路視頻的切換的全權及其中云臺變焦攝像機的優先控制權）。

至此，世博中心的視頻監控系統可以既滿足建筑本身功能，又基本符合園區安保部門的應用，而且針對項目中最要緊的227個監控點以數字、模擬兩套可獨立運行的系統做了幾乎完全的備份，提供了真正萬無一失的可靠性保障。我們不禁要問這樣的系統就是完全合理完善了嗎？回答依然是否定的，因為這樣的數字和模擬的系統組合過于獨立，應用上融合性欠缺。

3 世博中心視頻監控系統數、模架構的融合

當世博中心的數字視頻監控系統有了補充的模擬架構組合以后，已經基本可以符合園區安保部門的應用了，但是系統與園區聯網的功能并不完善，主要體現在園區指揮中心不能監視到世博中心項目內另外的614路監控視頻（841-227=614）。為此我們仍然需要對上述系統加以適當的調整，使其盡可能以簡單和經濟的方式彌補掉這些方面的缺陷。在具體實施中我們采取了下列三個措施：

（1）世博中心的消控中心機房內，從主體數字視頻監控系統的解碼器輸出，接入監視墻的模擬監控視頻有64路（64臺單路解碼器），我們選取其中約定的16路經視頻分配處理一分為二后，同步接入專用的288進32出的模擬視頻矩陣。這樣，園區指揮中心可以通過矩陣輸出的上聯同步調看投影在監視墻上的世博中心監控畫面，這種方式下雖然矩陣本身沒有直接的視頻選擇權，只是被動的“收看”被投影的64路圖像中的16路，但如果約定的是世博中心數字系統的報警視頻或現場安保重點關注的視頻，那對于園區實時掌握世博中心內部應急狀況而言還是有價值的。

（2）世博中心的數字視頻監控系統額外配置了8路專用解碼器（8臺單路解碼器）輸出模擬視頻信號單獨接入專用的288進32出的模擬視頻矩陣中，矩陣系統可通過該8路專用解碼器來調看世博中心全部的841路監控圖像中任意被授權可以觀看的實時視頻圖像。這涉及到數字系統與模擬系統控制信令互通的問題，該問題是通過矩陣聯網控制模塊實現的。具體實現方式如下：

為矩陣配置了專用的矩陣聯網控制模塊。該模塊接入世博中心的視頻監控專用網絡，與數字視頻監控系統的視頻管理服務器實現協議互通。當園區指揮中心需要矩陣輸入端由數字系統的某一路編碼器接入視頻時，通過聯網控制模塊發送命令給視頻管理服務器，該服務器將接收到的命令下發給相關設備，此時編碼器將圖像推送到相應的解碼器上，完成了矩陣模擬視頻的輸入，圖像即可出現在指定的與矩陣相連接的世博園區指揮中心的監控電視墻相關位置上。

（3）世博中心的數字視頻監控系統額外配置了2臺操作客戶端，世博期間將放在世博園區指揮中心，以C/S方式實現遠程控制。

圖2

這樣的操作客戶端可借助園區統一的安保管理網實現溝通世博園區指揮中心和世博中心視頻監控專網。

由于這樣的C/S結構實際是跨越了2個局域網，因此實際上也并不能實現世博園區指揮中心和世博中心視頻監控專用IP網絡的組播互通，世博園區指揮中的操作客戶端無法如世博中心操作客戶端一樣通過組播接收世博中心數字視頻圖像，所以我們在世博中心消控中心特意放置媒體管理服務器。該服務器具有實時視頻流的轉發、分發功能和視頻歷史數據的VOD點播功能。

如此一來，媒體管理服務器接收數字系統編碼器發出的組播媒體流并通過園區統一的安保管理網以單播方式轉發到世博園區指揮中心的單臺操作客戶端上。如該處的2臺客戶端需要接收同一路視頻信號，則媒體管理服務器可以通過點播方式發送圖像給它們。

當園區指揮中心的客戶端需要獲取歷史圖像時，方式則與世博中心消控中心的操作客戶端相同，均直接從IPSAN獲取，IPSAN支持多個用戶同時以單播方式獲取同一路視頻。

該客戶端在權限許可情況下，可以通過客戶端的相關操作窗口對球機的云臺進行操作。

遠程控制方式不影響消控中心內其他設備采用組播方式接收編碼器視頻圖像。

在世博園區指揮中客戶端的工作流程，如圖2所示。

至此為止，世博中心視頻監控的數、模結合系統算是比較令人滿意了。

4 結束語

世博中心的視頻監控系統以主體數字化技術滿足建筑本身的功能復雜多變的靈活性、擴展性需求；以補充的模擬技術符合公安技防、世博安保部門的園區統一監控的實戰要求；同時充分考慮數、模技術在系統層面的融合，互為備份、相得益彰，使得世博中心的視頻監控系統在靈活性、擴展性、可靠性、先進性等方面得到各方好評。

世博中心的視頻監控系統之所以最終得以成功，是獲益于建設方的高瞻遠矚、公安技防及世博安保專家的大力支持和指導、施工方和主要供貨商技術部門的敬業以及設計方的努力，正是在該項目所有相關方面的通力合作之下，該工程的視頻監控系統成為了世博園區同類系統中的一個典范之作，為日后單體大型公建項目的視頻監控系統邁向數字化提供了具有一定參照意義的標桿模型。