平安城市技術解決方案分析

■?刁一平

從2004年開始的平安城市建設到如今的智慧城市，其技術一直在變化，本文從高清、網絡、SDI、平臺幾方面闡述智慧城市應用特點。

自2004年全國首批“3111”試點城市監控系統建設以來，我國進入了平安城市高速建設期。城市視頻監控應用系統是實現城市安全和穩定的重要基礎，一般由公安機關來主導，是“平安城市”建設的重要組成部分，更成為“智慧城市”的重要載體。它不僅可以滿足治安管理、城市管理、交通管理、應急指揮等需求，在預防、發現、控制、打擊違法犯罪，提供破案線索，固定違法犯罪證據等方面也發揮人防、物防所不可替代的作用，對于提升城市可視化管理水平和政府應急處置能力，維護城市公共安全具有十分重大的意義。

本文就城市視頻監控系統中的系統架構、高清技術應用點以及監控管理平臺的實戰化應用做出闡述與討論。

城市視頻監控系統基礎建設架構

對不少項目建設啟動較早的城市而言，經過近幾年的建設，已經建立了比較完善的監控體系應用，目前更多的是實現一些老舊設備的更新與新技術的應用，典型的例如高清化改造。

對于監控系統建設比較晚的城市，則可以直接借鑒目前成功城市的建設經驗，直接上馬成熟的系統架構和先進的設備技術，實現“彎道超車”。

圖1是一個理想的城市級監控系統的層次架構圖。

圖1

如圖所示，為了進一步加強視頻信息的整合，消除“信息孤島”，要求各個部門建的視頻網絡都能做到互聯互通，上下級平臺做到級聯、平級平臺做到互聯。聯網與接入的依據以公安部出臺的GB/T 28181聯網標準為主。

為了緩解網絡地址空間和加強信息安全，依據《公安機關圖像聯網總體技術方案》的指導意見，將建設視頻專網用于視頻監控系統數據的匯聚。視頻專網上的平臺稱為共享平臺，在公安信息網內的平臺稱為聯網平臺，一般在聯網平臺上展開更深層次的應用開發。共享平臺與聯網平臺通過安全接入網關進行數據傳輸。

關于監控管理平臺，城市的系統架構會按照其規模分為若干級管理架構進行分層管理，例如一個中大型規模的城市，可分為三級層次：市公安局作為一級視頻共享平臺；區縣分局作為視頻共享平臺、派出所為二級視頻共享平臺；各種視頻感知前端，例如治安卡口，車載單兵等接入末級管理平臺。交通卡口一般由交警建設的獨立系統，在聯網建設中，交警平臺會與市級視頻共享平臺進行互聯。

關于社會面的視頻建設，如大型運營商的視頻監控建設，對于這些視頻監控系統，現在也有接入公安視頻系統的需求，一般會通過建設一個信息共享平臺進行資源匯聚，然后以平臺接入的方式與公安的一級視頻共享平臺。

上圖所示的是理想的建設情況，在實際的項目中，會因實際情況有不同的模式，例如只設立兩級層次平臺，或者一些區縣級不建設視頻專網等。

高清相關產品與應用

隨著產業的發展，安防產品的技術水平在短短的幾年間已經發生了巨大的變化，相應的技術、產品給視頻監控系統帶來了新的應用價值和設計方案。例如高清產品，其技術不斷趨向成熟的同時，其價格門檻卻在不斷的降低。高清產品已經越來越多的參與到新建系統或改造系統當中。

高清產品的技術發展

目前在治安卡口中常用的高清分辨率以720p、1080p兩種為主，除了高分辨率外，高幀率也是圖像清晰的一個重要指標。

圖2是海康威視1080p/60fps高清攝像機的效果圖，60fps的高幀率可以保證視頻中的每一張截圖都非常的清晰，不會缺失細節的特征。

圖2

現在的卡口高清化普及率很高，這樣能更好的捕捉到目標的細節，但是高清產品帶來高質量圖像的同時，也帶來了翻倍的數據量，這對于后面的傳輸帶寬、存儲容量、解碼顯示、控制響應等一系列的系統模塊都提出了新的要求。因此高清化并不是簡單的攝像機高清化，而是整個系統的高清化。

使用HD-SDI技術建立起無延時的高清預覽方案

與原先模擬設備相比，由于高清視頻信號編解碼的過程中耗時太長，再加上傳輸網絡符合等其他因素，會造成明顯的延遲效應。不適宜于在指揮中心進行突發事件的防控。因此，催生出了數字高清的產品，其特征是采用HD-SDI接口輸出無壓縮編碼的高清信號，其信號直接在同軸電纜的專線上傳輸，也無需經過解碼就可直接上墻預覽，很好解決了延時的問題。

圖3是海康威視相關HD-SDI技術應用的最小系統拓撲圖。

圖3

HD-SDI保證了實時預覽的最快響應，對于存儲的數據還是要進行編碼，除了前端的HD-SDI攝像機外，還必需搭配兼容HD-SDI的DVR等編碼存儲產品。

云存儲解決方案

隨著城市監控的點位與數據量的增長，DVR的模式已經不再適合與城市級監控系統的發展需要，大型存儲陣列越來越多得到應用。傳統的IT存儲有NAS、DAS、SAN等幾種模式，在民用大型信息系統中應用較多的是IP SAN模式，但是IP SAN也并非專為監控系統設計，其部署需要配置存儲服務器，這成為了整個系統鏈路中的一個速度瓶頸，也多了故障的風險點。根據安防產業的發展的要求，現在已經出現了專為安防需求設計的云存儲模式（CVR：cloud video recorder）用于大型安防系統的存儲。

相較于傳統的存儲模式，CVR模式主要特點如下：

流媒體數據直寫模式，無需存儲服務器；

視頻塊數據結構存儲，消除磁盤碎片，節省磁盤空間與延長磁盤壽命；

能實現更高的并行存儲量；

支持對國標聯網協議；

快速的視頻檢索與回放，增強用戶體驗。

目前各個主流的存儲產品廠商都推出了CVR模式的產品，CVR產品數據流拓撲圖見圖4。

利用硬件化網關聯網方案

標準化聯網是平安城市建設的重要部分，聯網接入包括設備層與平臺的連接，也包括平臺與平臺的聯接，現在的國家GB/T 28181的聯網標準里了統一的碼流格式與協議。因此，對很多舊有設備和平臺進行聯網接入的主要內容就是編碼格式和協議的轉換。以往的改造工程往往是使用通用的服務器集群來完成，現在，不少廠商推出了硬件集成產品。此類產品采用電信級機柜框架，利用功能插板來做功能的組合和性能的擴展，包括路由交換、轉碼、媒體服務、協議轉換等一系列的功能。

聯網網關的架構平臺見圖5。

此類集成方案的優勢在于采用專用的DSP芯片提高轉碼的性能，插板式的功能項組合設計可應對不同的功能與性能要求，一體集成的設計更加穩定高效、減少空間的占用、也減少施工的繁瑣程度。

圖4

圖5

視頻監控管理平臺的實戰化解決方案

近幾年，某些地區的平安城市已經完成了第一輪建設，視頻信息在城市管理中也發揮越來越大的作用，包括在交通管理、治安防控、刑事偵查應用等領域。但是，隨著視頻越來越多的參與到實際的業務中，簡單的視頻應用功能已經不能滿足應用的需要。不少地方已經開始了對視頻監控管理平臺實戰化的探索。

目前，公安視頻監控平臺的實戰化有以下幾個內容：

更加貼合實際工作的操作習慣，借鑒民用產品的“用戶體驗”設計。

為了顯示出業務的特點，目前的監控平臺的操作交互設計將越來越注重“用戶體驗”，通過貼合實際的快捷操作來提高視頻應用的效率。

例如在公安指揮中心控制球機轉動的這個過程，原先用戶需要利用控制搖桿或者利用虛擬云臺控制界面進行“上下左右”的控制，而現在，用戶只需要通過用鼠標點擊畫面中的某一個點，系統將會自動控制云臺并調整焦距達到對準目標并放大的效果。這不僅提高了單次操作的效率，而且從整體上提高了指揮中心對事件突發現場的管控能力。

原有業務數據關聯與利用，監控平臺將會向業務平臺發展。目前在公安信息化建設中，已經具有警用地理信息系統、在逃人員查詢系統、人口查詢系統、三合一報警系統，車輛注冊信息庫等多種信息系統。未來視頻監控平臺將會關聯這些信息系統，實現與公安業務信息的數據交互。一可以簡化對多種系統的應用操作，二可以加強業務數據與視頻數據對技戰法的支持，例如獲取交通卡口的過車數據庫計算出車輛軌跡、從在逃庫中比對目前的嫌疑人等。

深入挖掘視頻數據的潛在信息，建立結構化的視頻信息庫，輔助案件的偵查。

視頻是非結構化信息，查詢的依據只能是空間與時間兩個維度。這樣的信息利用方法不僅效率低下，其中隱含的價值信息也會被大量冗余的信息所覆蓋。因此，深入進行視頻數據的信息挖掘是現在比較熱門的話題，前提要對視頻數據進行結構化整理，提取其中的特征屬性，形成可查詢的數據庫。在需要的時候可通過這些特征屬性查詢的相關的目標及信息。數據庫中只需存儲特征圖片與少量的視頻，提高存儲的利用效率。視頻結構化分成自動識別與人工標注兩種模式，在交通卡口等一些圖像質量有保障的場景下，可以通過自動識別記錄下所過車輛照片，并自動提取出其中的車牌信息，車輛顏色等信息，這屬于自動結構化過程。人工標注多用于一些刑事案件，刑偵人員根據案情的需要對視頻中的可疑目標進行標注，此類標注多為刑偵術語，如體態、習慣等等。

融入傳統IT界的技術來應對大數據量的挑戰與軟件拓展性。典型的例如云計算、云存儲技術，這些在傳統IT行業中比較成熟的概念正在積極的引入到安防行業中以處理海量的數據應用需求，相關的技術思想和方法已經開始在視頻數據展開應用。目前云存儲已經有成熟的產品方案，如CVR存儲模式，而云計算中的核心技術，分布式并進行處理技術將用于大量錄像或數據的智能檢索處理，例如海量卡口數據的查詢等 。另外，基于未來的視頻應用需求會越來越多，目前各大監控平臺廠商已經開始引入IT行業中先進的軟件架構技術來規劃自己的新一代產品，大量標準化框架接口技術與中間件技術的應用將使得未來的視頻監控平臺可隨意加載新的應用而不影響系統的正常運行。

圖6是公安實戰視頻監控平臺的邏輯架構，自上而下可分為4個層次，應用、服務、涉案視頻信息數據庫、基礎數據。

頂層是用戶應用層，平臺提供CS、BS客戶端，BS客戶端提供基礎性的功能應用，CS可用來提供相對專業的技術應用，例如圖像處理、視頻編輯等。

圖6

第二層是服務層，建立在各種基礎數據之上，包括基礎視頻應用服務、設備運維管理、數據庫服務等，還包括專用于刑事偵查的圖像處理、智能識別等專業服務。

最底層是基礎數據資源層，匯聚的數據資源包括來自各個基層的視頻數據、第三方的數據業務系統，例如PGIS信息系統、警綜信息系統、人口信息數據庫、車輛信息數據庫等。除此之外，在視頻數據的基礎上，經過信息的整理提取還包括有案件信息庫、視頻結構化數據庫等。

結束語

本文對目前的平安城市建設的系統框架進行闡述，點出了現在高清化推廣過程中的幾個新型技術應用點，最后對目前的監控管理平臺的實戰化熱點進行了分析。作為領先的安防產品及行業解決方案提供商，海康威視近年來一直致力于中國平安城市的建設和發展，針對各地不同的實際情況提出相應的解決方案，得到用戶的肯定。