城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

曾令卉

（光纖通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢郵電科學(xué)研究院，湖北 武漢 430074）

平安城市[1]是一個(gè)特大型、綜合性非常強(qiáng)的管理系統(tǒng)，2009年底，為了落實(shí)某市“平安城市”建設(shè)，該市公安局在全市組織建設(shè)2.5萬個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，全部監(jiān)控點(diǎn)按各分區(qū)聯(lián)網(wǎng)接入城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

1 用戶需求

城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)著整個(gè)城市安全監(jiān)控的重任，通過對(duì)城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的部署、使用和管理，可以在全市范圍內(nèi)大力推進(jìn)科技強(qiáng)警建設(shè)工作，利用科技手段全面提高全市范圍內(nèi)的社會(huì)治安防控能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)繁華地帶、重要場所、廣場以及周邊地區(qū)24 h不間斷監(jiān)控，提升城市安全保障水平和道路交通管理水平，加強(qiáng)綜合治安管理水平，為創(chuàng)建平安城市提供強(qiáng)有力的保障。

2 方案制定

城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括視頻監(jiān)控管理平臺(tái)子系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、前端監(jiān)控點(diǎn)子系統(tǒng)、監(jiān)控中心子系統(tǒng)、無線傳輸子系統(tǒng)、可視化指揮子系統(tǒng)、安全平臺(tái)子系統(tǒng)、運(yùn)維管理子系統(tǒng)及供電子系統(tǒng)等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

本方案最大的特點(diǎn)是：全網(wǎng)數(shù)字化，應(yīng)用無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)前端監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)字化接入，解決主干光纖資源不足的問題，節(jié)約光纖資源。傳統(tǒng)的視頻光端機(jī)傳輸模式需要大量的光纖，而采用EPON技術(shù)的傳輸平均每15個(gè)攝像頭需要一根光纖，能夠有效地節(jié)省光纖資源。

本方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循開放性原則，能夠支持多種硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，軟硬件支持二次開發(fā)。本系統(tǒng)在接口上均采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，使用國際標(biāo)準(zhǔn)的SIP，RTSP，RTP/RTCP，MPEG-4，H.264，G.711和MP3協(xié)議設(shè)計(jì)前端與平臺(tái)的接口，支持國內(nèi)主流前端設(shè)備廠家的設(shè)備接入。在軟件架構(gòu)上均采用模塊化設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，能與新開發(fā)的各類應(yīng)用系統(tǒng)無縫對(duì)接，最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)建設(shè)的整體效能。

城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)以視頻監(jiān)控管理平臺(tái)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有聯(lián)網(wǎng)資源的控制和管理。整個(gè)系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，各類前端監(jiān)控點(diǎn)圖像信息利用不同傳輸方式進(jìn)行整合，視頻監(jiān)控管理平臺(tái)提供視頻資源存儲(chǔ)、共享。系統(tǒng)采用當(dāng)今成熟的網(wǎng)絡(luò)、通信、圖像編解碼等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速獲取全區(qū)主要監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控信息，能準(zhǔn)確、直觀、快捷地反映和記錄現(xiàn)場的動(dòng)態(tài)情況。并且與上級(jí)監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)、達(dá)到資源共享、信息共享的功能。下面就各主要組成子系統(tǒng)作介紹。

2.1 前端監(jiān)控點(diǎn)子系統(tǒng)

前端監(jiān)控點(diǎn)完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，全部采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，所傳輸信號(hào)為經(jīng)過編碼壓縮后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）設(shè)備經(jīng)光纖傳入到光線路終端（OLT）。ONU放在前端視頻監(jiān)控點(diǎn)附近，對(duì)于前端監(jiān)控?cái)z像頭較為聚集的位置，采用單獨(dú)的ONU設(shè)備，一端連接EPON光纖，另一端通過雙絞線連接前端IPC。無源分光器（POS）是一個(gè)連接OLT和ONU的無源設(shè)備，它不需要電源，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。其功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)，并集中上行數(shù)據(jù)。

前端設(shè)備根據(jù)具體點(diǎn)位的勘查，根據(jù)實(shí)際環(huán)境選擇安裝，其中分布于案件多發(fā)區(qū)、商業(yè)繁華區(qū)和人員聚集區(qū)等治安區(qū)域，交通路口、娛樂場所等重點(diǎn)部位的前端設(shè)備可采用智能視頻監(jiān)控設(shè)備。

目前以IP網(wǎng)絡(luò)化為代表的第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，雖然視頻監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備在功能和性能上得到了極大提高，但仍然受到了一些固有因素的限制，其中既包含人類作為監(jiān)控者自身在生理上的弱點(diǎn)，也包含視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置以及視頻監(jiān)控設(shè)備在功能和性能上的局限性。這些限制因素使各類視頻監(jiān)控系統(tǒng)均或多或少地存在報(bào)警精確度差、誤報(bào)和漏報(bào)現(xiàn)象多、報(bào)警響應(yīng)時(shí)間長、錄像數(shù)據(jù)分析取證困難等缺陷，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)在安全性和實(shí)用性的降低。為此，在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的基礎(chǔ)上引入智能視頻分析的功能，即借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉圖像中無用的或干擾信息，自動(dòng)分析、抽取視頻源中的關(guān)鍵有用信息，從而使傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)中的攝像機(jī)不但成為人的眼睛，也使“智能視頻分析”計(jì)算機(jī)成為人的大腦，并具有更為“聰明”的學(xué)習(xí)思考方式。通過“智能分析技術(shù)”可以正確識(shí)別出不同物體及其運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)律，它可以明確地區(qū)分出人、車或其他物體，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)控畫面中關(guān)鍵目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)能夠以最快、最佳的方式提供有用信息或告警[2-4]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用數(shù)字視頻專網(wǎng)數(shù)據(jù)中心交換系統(tǒng)，充分滿足視頻傳輸、存儲(chǔ)及服務(wù)器的接入需求，采用光纖傳輸來滿足中間節(jié)點(diǎn)中心控制點(diǎn)的視頻傳輸帶寬需求。所有監(jiān)控點(diǎn)全部采用光纜接入。在全光纜接入的基礎(chǔ)上，從系統(tǒng)網(wǎng)管、監(jiān)控和節(jié)約投資的角度出發(fā)，建議采用PON系統(tǒng)承載。光纜線路采用全程管道敷設(shè)，并進(jìn)行一定的纖芯預(yù)留。承載網(wǎng)的安全性保障為：在承載網(wǎng)的核心交換設(shè)備OLT的主控板卡、電源卡采用1+1備份方式，并對(duì)接入監(jiān)控點(diǎn)的PON卡進(jìn)行一定的預(yù)留。

2.3 視頻監(jiān)控管理平臺(tái)子系統(tǒng)

前端監(jiān)控資源都由監(jiān)控中心管理服務(wù)器進(jìn)行管理和控制。監(jiān)控中心與各監(jiān)控室通過光纜進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的所有視頻圖像信號(hào)的接收和對(duì)前端云臺(tái)的實(shí)時(shí)控制。視頻監(jiān)控管理平臺(tái)子系統(tǒng)的管理服務(wù)器在整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中具備最高的管理權(quán)限。

視頻監(jiān)控管理平臺(tái)邏輯結(jié)構(gòu)分為媒體層、控制層、業(yè)務(wù)層。媒體層主要負(fù)責(zé)流媒體轉(zhuǎn)發(fā)和視頻流的錄像和回放，實(shí)現(xiàn)客戶端對(duì)前端設(shè)備視頻的實(shí)時(shí)瀏覽和存儲(chǔ)回放請(qǐng)求。控制層主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的信令傳輸和控制，信令協(xié)議采用SIP協(xié)議。業(yè)務(wù)層主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理和網(wǎng)絡(luò)管理。包括前端設(shè)備的入網(wǎng)、退網(wǎng)，用戶的分組及權(quán)限分配，前端設(shè)備和中心平臺(tái)服務(wù)器等設(shè)備的網(wǎng)管等。

2.4 監(jiān)控中心子系統(tǒng)

監(jiān)控中心子系統(tǒng)包括圖像監(jiān)控中心的電視墻顯示系統(tǒng)建設(shè)、相關(guān)應(yīng)用管理設(shè)備的配置、監(jiān)控中心機(jī)房建設(shè)和UPS電源建設(shè)等。

2.5 可視化指揮子系統(tǒng)

利用可視化指揮子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)行政會(huì)議、調(diào)度指揮、業(yè)務(wù)培訓(xùn)等應(yīng)用。可視化指揮系統(tǒng)包括1臺(tái)MCU，視頻終端設(shè)備及輔助設(shè)施。城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)中集成了各種城市應(yīng)急服務(wù)資源，包括了圖像接入、視頻會(huì)商、應(yīng)急通信等多個(gè)模塊。在信息溝通、資源共享、決策會(huì)商中，蘊(yùn)含著對(duì)數(shù)據(jù)、語音、視頻等主要交流方式的巨大需求。當(dāng)發(fā)生各種突發(fā)事件的時(shí)候，需要相關(guān)部門協(xié)同工作。傳統(tǒng)的應(yīng)對(duì)機(jī)制已不能適應(yīng)日益增多的緊急突發(fā)事件處置的需要，而應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)就是綜合各種應(yīng)急服務(wù)資源，統(tǒng)一指揮，聯(lián)合行動(dòng)，為公共安全提供強(qiáng)有力的保障的系統(tǒng)。視頻會(huì)議、語音、監(jiān)控多媒體須通過數(shù)字方式無縫融合，采用統(tǒng)一多媒體調(diào)度平臺(tái)，通過數(shù)字方式，調(diào)用現(xiàn)場任意一路監(jiān)控實(shí)時(shí)圖像和歷史圖像到視頻會(huì)議中，供實(shí)時(shí)調(diào)閱、觀看討論，為快速、精確做出決策奠定良好基礎(chǔ)。

2.6 無線傳輸子系統(tǒng)

無線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)作為一種視頻監(jiān)控方式，應(yīng)具備所有普通視頻監(jiān)控的基本功能，如實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽、錄像、報(bào)警等。但由于無線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)使用環(huán)境的特殊性，對(duì)遠(yuǎn)程視頻瀏覽、無線終端與平臺(tái)數(shù)據(jù)交互、無線終端和平臺(tái)的錄像同步等需求尤為迫切。無線視頻監(jiān)控子系統(tǒng)最基本的需求就是通過視頻對(duì)車輛抵達(dá)區(qū)域現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控[5]，希望可通過實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程瀏覽車輛、監(jiān)控現(xiàn)場的視頻，從而實(shí)時(shí)了解車輛、監(jiān)控現(xiàn)場及周圍環(huán)境的狀況。

前端實(shí)現(xiàn)有兩種方式：一種是車載系統(tǒng)，車載監(jiān)控系統(tǒng)安裝在車輛上，主要功能為車輛運(yùn)行監(jiān)控、錄像、無線數(shù)據(jù)傳輸。車載無線視頻服務(wù)器結(jié)構(gòu)如圖2所示。還有一種是單兵系統(tǒng)，單兵系統(tǒng)主要用于通信車無法到達(dá)的地方，通過背負(fù)的方式深入到復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行視頻圖像的采集傳輸。單兵系統(tǒng)主要由便攜式無線視頻服務(wù)器、微型攝像機(jī)、語音對(duì)講、報(bào)警器等組成，用于將監(jiān)控現(xiàn)場的音視頻實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心，使執(zhí)勤人員和監(jiān)控中心之間能夠?qū)崟r(shí)語音對(duì)講，出現(xiàn)緊急情況時(shí)能夠馬上報(bào)警，并聯(lián)動(dòng)監(jiān)控中心進(jìn)行處理。

圖2 車載無線視頻服務(wù)器結(jié)構(gòu)示意圖

2.7 安全平臺(tái)子系統(tǒng)

區(qū)城市視頻邊界安全接入平臺(tái)在宏觀上主要負(fù)責(zé)在本地區(qū)域公安數(shù)字視頻專網(wǎng)與相關(guān)聯(lián)網(wǎng)單位所需的接入或共享圖像資源需求，負(fù)責(zé)各本區(qū)域聯(lián)網(wǎng)單位的認(rèn)證、授權(quán)及管理，與上級(jí)的視頻安全監(jiān)測與管理中心的集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全策略下載及無縫級(jí)聯(lián)上報(bào)。

根據(jù)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，數(shù)字視頻專網(wǎng)對(duì)外提供圖像資源共享，或需要調(diào)用視頻資源圖像時(shí)，在通過有效的安全驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過視頻雙向安全隔離設(shè)備及前后置媒體傳輸單元（MDU）所提供的視頻流媒體服務(wù)代理服務(wù)，將相關(guān)請(qǐng)求傳遞數(shù)字視頻內(nèi)部或傳輸?shù)酵獠烤W(wǎng)絡(luò)中，圖像數(shù)據(jù)的共享及調(diào)用由媒體傳輸單元（MDU）雙向地發(fā)出或回應(yīng)請(qǐng)求。

通過在中心層部署一臺(tái)3AS集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)下級(jí)的視頻邊界接入系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)分布部署、集中監(jiān)管，使中心層既可對(duì)全網(wǎng)邊界圖像傳輸情況了如指掌，又保持了各下級(jí)獨(dú)立配置管理圖像采集、共享的靈活性。

2.8 運(yùn)維管理子系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)關(guān)于視頻系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的用戶、設(shè)備、應(yīng)用集中統(tǒng)一管理，使網(wǎng)絡(luò)管理員可以方便直觀地進(jìn)行城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的日常網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、管理和監(jiān)控工作。對(duì)城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的IT資源情況進(jìn)行全面梳理，將復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)按照業(yè)務(wù)、類型、節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行層次化關(guān)聯(lián)，讓管理人員可以快速掌控資源的配置和運(yùn)行狀況。提供可視化、儀表化、智能化導(dǎo)航管理的新型運(yùn)維模式，大大降低運(yùn)維監(jiān)控的技術(shù)難度，從整體到細(xì)節(jié)全面掌控武漢公安局城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況。

可以有效地接入和融合城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)和服務(wù)平臺(tái)，將技術(shù)監(jiān)控和運(yùn)行管理工作緊密結(jié)合，為城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供全面、集成化運(yùn)維管理平臺(tái)。

2.9 供電子系統(tǒng)

為滿足城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行，需根據(jù)城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際耗電需求配置相應(yīng)功率UPS不間斷電源，UPS供電范圍為中心機(jī)房內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備，包括各類服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，應(yīng)充分考慮供電系統(tǒng)冗余。

3 小結(jié)

本城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案利用視頻技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從社會(huì)治安監(jiān)控需求出發(fā)，結(jié)合城市管理和應(yīng)急處突的需求，充分整合社會(huì)資源，采用急用先建、邊建邊用的方式，全面提升城市管理水平。

[1]武漢城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)[EB/OL].[2011-02-02].http://networking.ctocio.com.cn/tips/437/9425937.shtml.

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