基于云存儲的平安縣城公共安全監控系統設計

張承岫，李鐵鷹，王　濱

(1.太原理工大學 信息工程學院，山西 太原 030024；2.浙江大華技術股份有限公司，浙江 杭州 310000)

基于云存儲的平安縣城公共安全監控系統設計

張承岫1，李鐵鷹1，王濱2

(1.太原理工大學 信息工程學院，山西 太原 030024；2.浙江大華技術股份有限公司，浙江 杭州 310000)

摘要：針對平安縣城的建設需要，設計了基于云存儲的平安縣城公共安全視頻監控系統組網方案，包括前端子系統、卡口子系統、高點全景凝視子系統和傳輸網絡子系統等。重點闡述云存儲技術在視頻監控系統中用于智能整合、數據恢復、系統部署等方面的具體實現方法，同時配套建設視頻監控管理平臺和公安實戰平臺，實現縣城各部門與社會資源間的互通互聯，全面提高社會治安的防控能力，為創建平安縣城提供有力保障。

關鍵詞：平安縣城；云存儲；視頻監控

平安縣城，作為智慧縣城的重要組成部分，面對當前復雜的社會反恐形勢和城市公共安全的實際需要，在應對各種公共突發事件方面起著重要作用，同時作為全縣的共享平臺，也可以為公安、交警、城管、住建等部門提供業務服務。

1用戶需求

天網工程[1]作為一種現代化、信息化的政府處置、管理技術手段，已滲透到社會管理的各個環節、各個層面，在處置各類突發情況、治理社會治安方面都起到了積極的推進作用。隨著城市規模的逐步擴大，外來人口逐年增加，城市中的不穩定因素隨之增加，各類社會問題相繼暴露，針對當前社會現狀，A縣城決定通過對公共安全視頻監控系統的建設、管理和使用，實現對縣城繁華地帶、重點區域和卡口24小時不間斷的監控，全面加強社會治安的監管，為創建平安縣城提供有力保障[2-3]。

2系統總體設計方案

根據A縣城的特點及需求，本視頻監控系統設計方案包括：建立治安監控攝像450路，完成高清卡口改造15套，搭建高點瞭望監控9套，以云存儲[4-5]作為系統的網絡存儲方法，同時配套建設視頻監控平臺、公安實戰平臺，建立視頻扁平化指揮系統、智能分析系統、完成視頻邊界擴容等工程。

“平安縣城”治安視頻監控系統平臺的總體架構為“雙網雙平臺”架構。雙網指公安視頻監控網和社會治安視頻監控專網兩個網絡，雙平臺指公安視頻監控聯網平臺及社會治安視頻監控平臺兩套平臺，總體架構如圖1所示。

圖2為平臺軟件結構示意圖，在平臺頂層，為統一界面，下分7個功能模塊。統一界面可調用各功能模塊，并實現視頻指揮、綜合調度等功能。

圖1　系統總體架構圖

圖2　平臺軟件結構圖

3高清視頻監控系統設計

3.1前端系統

本方案主要針對社區內重點部位、出入口及周邊道路進行監控，同時加大城區交通要道、路口及其他重要地段的監控力度。前端設備選用200萬像素高清槍型、球型和超低照度的攝像機。槍型攝像機用于觀察位置固定的區域，例如人行道、汽車輔道、商業街沿線等；球型攝像機用于周邊環境空闊或復雜的場所，例如車站、廣場、重要黨政機關門口等，可調整球機的位置和焦距，得到需要的視頻畫面；超低照度攝像機用于環境光線受限制的重要區域。

3.2卡口系統

在A縣城各主要路口部署15套治安卡口系統[6-7]，該系統配備30臺680萬高清卡口一體攝像機，15臺前端存儲主機，120個補光燈，15臺全景網絡高清球機，15個室外機箱及若干其他輔材。建成的系統需能同時采集車輛的號碼牌、全景和司機的臉部特征，既能保存錄像又能保存圖片。卡口監控點覆蓋[8]工作圖見圖3、圖4，控制單元可以自動判斷白天和夜間，并控制照明的使用與否。

3.3高點、全景凝視監控系統建設

本系統采用210萬像素高空瞭望攝像機和超微光高清全景凝視攝像機，將其部署于縣區位置較高的樓宇、廣場、公園等人員聚集區，通過通信運營商網絡傳至監控平臺機房，實現主要區域的全景監控。

3.4傳輸網絡系統設計

系統架構以A縣城公安局信息監控中心為核心，全縣監控網點450個視頻攝像頭為前沿，采用數據IP傳送方式實現各視頻監控網點與監控平臺之間的互聯，使數據進入監控平臺處理，以完成各視頻監控網點與公安局監控中心間的信息交互。

傳輸及網絡系統建設[9]是治安視頻監控系統工程建設的主要組成部分，必須采用物理隔離的公共安全視頻專網模式，并依托當地運營商的城域網，租用運營商網絡完成傳輸及網絡建設。以B級機房為標準，需提供至少15個標準機柜(600×800)的核心機房，根據攝像機數量計算，提供450余個視頻監控點聯網至核心機房的專線，每條專線帶寬10Mbit/s，450路高清視頻所需上行帶寬約16.8Gbit/s；提供20個派出所至核心機房的專線，每條專線帶寬100Mbit/s；提供1個縣公安局至核心機房的專線，每條專線帶寬1 000Mbit/s。

圖3　監測點工作圖

圖4　系統白天和夜間工作圖

4存儲系統設計

本系統采用內置流媒體應用服務的云直存系統[10]，支持前端攝像頭與云存儲海量空間直接對接，并提供流媒體直存方案，既具備了直存的優勢，又享有云存儲所帶來的所有優勢。

4.1云存儲架構設計

系統采用分層結構設計[11]，主要包含4個層次功能，分別滿足最終用戶、系統管理員、運營人員的日常操作需求，具體系統架構如圖5所示。

圖5　云存儲系統架構圖

4.2云存儲系統設計

云存儲系統采用集群化部署和分布式存儲機制[12-13]，利用多臺服務器將數據進行分散儲存，并且所有服務器相互獨立。通過數據存儲節點、元數據管理服務器、客戶端和運維管理服務器的結構構成海量云存儲系統。在每個服務器節點上運行云存儲系統的相應軟件服務程序模塊，具體系統設計如圖6所示。

圖6　云存儲系統設計圖

其中，元數據服務器集群保存系統的元數據，支持兩臺及以上形成集群，負責對整個文件系統的管理，元數據服務在邏輯上只有一個，但采用集群方式，保證了系統的不間斷服務；數據存儲節點提供高容量、高密度的存儲介質和極高的IO能力，負責數據的具體存儲工作，同時，針對視頻業務，在數據存儲節點上還集成了流媒體服務，使存儲節點具備流媒體直存能力，避免中間環節的流量和性能開銷，數據存儲節點的數目直接決定云存儲系統的規模；客戶端對外提供數據存儲和訪問服務接口，為云業務平臺提供云存儲系統訪問能力，此外系統還可以根據用戶容量、性能需求進行彈性擴容。

下面將分別介紹系統數據流程、數據恢復、系統部署的具體流程及實現方法。

4.2.1系統數據流程

1)錄像。用戶登錄監控平臺，下發錄像計劃給存儲節點上的流媒體服務器集群；流媒體服務器集群從前端取流，直寫存儲節點集群(流媒體服務集群支持N+M熱備，當主工作節點故障后，熱備節點自動接替，保證錄像數據的完整性以及業務不中斷)；錄像視頻存入存儲集群，由流媒體服務器通過糾刪碼計算出視頻數據和冗余數據，切片存儲在不同的節點上，同時錄像視頻的元數據信息同步傳輸到元數據服務器節點；存儲節點間根據容量和性能自動進行負載均衡，一方面數據可以最合理地分配到存儲節點，另一方面當節點發生故障時可以實現自動切換。

2)回放。用戶播放視頻時，客戶端登錄存儲節點上的流媒體服務器(任意流媒體服務器可以讀取其他服務器寫入的錄像數據)；流媒體服務器從多臺存儲節點讀取錄像數據切片進行合并，由于存在冗余切片，即使切片丟失，錄像數據仍可被完整計算出來；再由流媒體服務器將錄像數據返回給客戶端播放。

3)實時視頻。用戶登錄監控平臺，選擇需要查看的實時視頻；平臺下發控制信令給流媒體服務器；流媒體服務器從前端取流，再同步傳送給用戶客戶端播放。流媒體服務器參與轉發，可以對視頻流進行多份復制，以同時滿足多用戶實況和并發錄像的多碼流需要。

4.2.2數據恢復

系統采用ErasureCode[14-15]算法進行冗余，寫入文件時，數據被分片冗余存儲在不同的存儲節點上，采用節點間冗余容錯機制，可在組內任一節點損壞的情況下實現數據恢復，降低網絡異常、硬件問題等故障造成的數據丟失風險。

以節點間4+1冗余策略為例，客戶端在元數據服務器的調度下，將一定長度的文件內容切分成4個數據塊，利用EC算法計算得到一份冗余數據，然后將這5份數據分發到元數據服務器指定的5臺存儲節點上，即完成一次數據寫入動作。由于數據存儲時被分片存儲在不同的節點上，任一節點或硬盤損壞，元數據管理服務器都會調用其他所有節點和硬盤，以最快速度恢復數據，從而實現數據的高可靠性。圖7為數據恢復流程圖。

圖7　數據恢復流程圖

本系統同時提供手動和自動相結合的方式，為業務系統提供靈活的數據恢復機制。系統可以手動選擇需要恢復的時間段，以快速恢復重要文件，而對于一般性文件，則可以通過數據冗余保證數據依然可訪問。

4.2.3系統部署

系統按照存儲網絡和業務網絡分開部署，網絡層次清晰，互不干擾。具體系統部署如圖8所示，從上往下看，存儲網絡按照萬兆網絡建設，系統恢復速度比千兆網絡更快(數據恢復速度快兩倍)，可靠性更高。存儲節點通過2條萬兆鏈路接至2臺萬兆交換機，支持鏈路冗余；2臺元數據服務器用雙千兆鏈路連接作為HA主備。業務網絡按千兆網絡部署。千兆交換機做堆疊配置，存儲節點的雙千兆鏈路與業務網絡千兆交換機相連，保證鏈路冗余；2臺監控平臺中心服務器，用雙千兆鏈路進行連接作為HA主備；前端設備采用接入層交換機介入業務網絡。

圖8　網絡系統部署圖

5視頻管理平臺設計

5.1平臺構成及系統架構

視頻監控管理平臺采用模塊化，層次化架構，整個監控系統主要由前端設備(包括視頻服務器VS和攝像機)，中心管理平臺(包括中心管理服務器CMS、媒體分發單元MDU、呼叫控制服務器CCS、存儲代理服務器SA、認證計費服務器RADIUSSERVER等)和客戶端3部分組成，具體系統結構及平臺軟件架構如圖9～10所示。系統的所有前端及平臺設備采用時間同步機制與NTP服務器的時間同步，確保攝像機拍攝的全部畫面與系統管理時間統一。

圖9　視頻監控系統結構圖

圖10　平臺軟件構架圖

視頻監控系統包含一系列管理功能，其具體功能模塊如圖11所示。平臺提供統一的客戶端和登錄門戶，縣公安局、派出所在統一客戶端上通過縣公安局統一授權的賬號和密碼登錄平臺，根據各個賬號的具體權限開展實戰業務應用。

5.2根據GB/T28181標準實現平臺互通互聯

公安、社會資源視頻監控網內的上下級平臺間的視頻調用，如圖12所示，通過平臺間的信令安全路由網關(GB/T28181標準)[16]間的通信完成。上下級平臺的流媒體服務器相連，受信令控制服務器控制，接收和轉發流媒體。同一網絡中的同級平臺間聯網時，則受上級平臺的控制，調用彼此的圖像資源，如圖13所示。

圖11　平臺功能模塊圖

圖12　上下級平臺間聯網

圖13　同網絡同級平臺間聯網

公安視頻監控網內的平臺(用戶)可調用社會資源視頻監控網內視頻圖像，采用平級調用模式：公安視頻監控網的視頻監控聯網共享平臺通過信令安全路由網關(GB/T28181標準)向平級的社會治安視頻監控平臺(位于社會資源視頻監控網內)發出調用控制信令，社會治安視頻監控平臺的流媒體轉發服務器直接向聯網平臺的流媒體轉發服務器發送需要的視頻流。

社會治安視頻監控平臺可以通過視頻監控社會資源接入模塊調用重點單位、社區和辦公樓宇的視頻監控圖像；還可以通過安全網關接入本地政府的應急指揮系統(提供視頻圖像)，并可與各個政府部門的視頻監控平臺實現互聯互通，實現視頻圖像信息的雙向傳輸。

6結論

針對A縣城建設特點和實際需求，本方案采用基于云存儲的公共安全視頻監控系統組網方案，系統闡述了云存儲技術用于智能整合、數據恢復、系統部署等方面的具體實現方法，該技術的應用解決了傳統視頻監控系統中存在的系統擴容、海量存儲、負載均衡、成本開銷等問題。通過視頻管理平臺的設計，實現了縣城各平臺間的友好互聯，該方案的實施不僅在技術上可行，而且對城市公共安全、社會治安穩定以及智慧城市的實現都起到了積極的推進作用。

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張承岫(1989— )，女，碩士生，主研智能感知與智能控制；

李鐵鷹(1956— )，碩士生導師，主要研究方向為智能控制與自動化；

王濱(1989— )，解決方案工程師。

責任編輯：閆雯雯

Designofpublicsecuritysurveillancesystemforsafecountybasedoncloudstorage

ZHANGChengxiu1,LITieying1，WANGBin2

(1.College of Information Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China；2.Zhejiang Dahua Technology Co., Ltd., Hangzhou 310000, China)

Abstract:Aiming at the construction needs of safe county, a public security video surveillance system networking scheme for safe county is designed based on cloud storage, which is composed of the front-end subsystem, bayonet subsystem, high panoramic gaze subsystem, the transmission network subsystem and so on. The concrete implementation method of how the cloud storage technology is used to achieve respective goals such as intellectual combination, data recovery and system deployment in the video surveillance.system is expounded emphatically, and the matched video surveillance management platform as well as public security actual combat platform is constructed simultaneously to achieve the interconnection between county departments and social resources so that the public security prevention and control ability can be improved totally and it can provide a strong guarantee for the development of Ping An county.

Key words:safe county; cloud storage; video surveillance

中圖分類號：TP391

文獻標志碼：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.04.026

作者簡介：

收稿日期：2015-12-02

文獻引用格式：張承岫，李鐵鷹，王濱. 基于云存儲的平安縣城公共安全監控系統設計[J]. 電視技術，2016，40(4)：127-134.

ZHANGCX,LITY，WANGB.Designofpublicsecuritysurveillancesystemforsafecountybasedoncloudstorage[J].Videoengineering，2016，40(4)：127-134.