智慧城市智能监控技术解决方案分析

 　　自2004年全国首批3111试点城市监控系统建设以来，我国进入了平安城市高速建设期。城市视频监控应用系统是实现城市安全和稳定的重要基础，一般由公安机关来主导，是“平安城市”建设的重要组成部分，更成为“智慧城市”的重要载体。它不仅可以满足治安管理、城市管理、交通管理、应急指挥等需求，在预防、发现、控制、打击违法犯罪，提供破案线索，固定违法犯罪证据等方面也发挥人防、物防所不可替代的作用，对于提升城市可视化管理水平和政府应急处置能力，维护城市公共安全具有十分重大的意义

　　本文就城市视频监控系统中的系统架构、高清技术应用点以及监控管理平台的实战化应用做出阐述与讨论。

　　城市视频监控系统基础建设架构

　　对不少项目建设启动较早的城市而言，经过近几年的建设，已经建立了比较完善的监控体系应用，目前更多的是实现一些老旧设备的更新与新技术的应用，典型的例如高清化改造。

　　对于监控系统建设比较晚的城市，则可以直接借鉴目前成功城市的建设经验，直接上马成熟的系统架构和先进的设备技术，实现“弯道超车”。

　　以下是一个理想的城市级监控系统的层次架构图：

　　城市级监控系统的层次架构图

　　如图所示,为了进一步加强视频信息的整合，消除“信息孤岛”，要求各个部门建的视频网络都能做到互联互通，上下级平台做到级联、平级平台做到互联。联网与接入的依据以公安部出台的GB/T 28181联网标准为主。

　　为了缓解网络地址空间和加强信息安全，依据《公安机关图像联网总体技术方案》的指导意见，将建设视频专网用于视频监控系统数据的汇聚。视频专网上的平台称为共享平台，在公安信息网内的平台称为联网平台，一般在联网平台上展开更深层次的应用开发。共享平台与联网平台通过安全接入网关进行数据传输。

　　关于监控管理平台，城市的系统架构会按照其规模分为若干级管理架构进行分层管理，例如一个中大型规模的城市，可分为三级层次：市公安局作为一级视频共享平台；区县分局作为视频共享平台、派出所为二级视频共享平台；各种视频感知前端，例如治安卡口，车载单兵等接入末级管理平台。交通卡口一般由交警建设的独立系统，在联网建设中，交警平台会与市级视频共享平台进行互联。

　　关于社会面的视频建设，如大型运营商的视频监控建设，对于这些视频监控系统，现在也有接入公安视频系统的需求，一般会通过建设一个信息共享平台进行资源汇聚，然后以平台接入的方式与公安的一级视频共享平台。

　　上图所示的是理想的建设情况，在实际的项目中，会因实际情况有不同的模式，例如只设立两级层次平台，或者一些区县级不建设视频专网等。

 

　　高清相关产品与应用

　　随着产业的发展，安防产品的技术水平在短短的几年间已经发生了巨大的变化，相应的技术、产品给视频监控系统带来了新的应用价值和设计方案。例如高清产品，其技术不断趋向成熟的同时，其价格门槛却在不断的降低。高清产品已经越来越多的参与到新建系统或改造系统当中。

　　高清产品的技术发展

　　目前在治安卡口中常用的高清分辨率以720p、1080p两种为主，除了高分辨率外，高帧率也是图像清晰的一个重要指标。

　　下图是海康威视1080p/60fps高清摄像机的效果图，60fps的高帧率可以保证视频中的每一张截图都非常的清晰，不会缺失细节的特征：

　　道路卡口

　　现在的卡口高清化普及率很高，这样能更好的捕捉到目标的细节，但是高清产品带来高质量图像的同时，也带来了翻倍的数据量，这对于后面的传输带宽、存储容量、解码显示、控制响应等一系列的系统模块都提出了新的要求。因此高清化并不是简单的摄像机高清化，而是整个系统的高清化。

　　使用HD-SDI技术建立起无延时的高清预览方案

　　与原先模拟设备相比，由于高清视频信号编解码的过程中耗时太长，再加上传输网络符合等其他因素，会造成明显的延迟效应。不适宜于在指挥中心进行突发事件的防控。因此，催生出了数字高清的产品，其特征是采用HD-SDI接口输出无压缩编码的高清信号，其信号直接在同轴电缆的专线上传输，也无需经过解码就可直接上墙预览，很好解决了延时的问题。

　　下图是海康威视相关HD-SDI技术应用的最小系统拓扑图。

　　HD-SDI系统拓扑图

　　HD-SDI保证了实时预览的最快响应，对于存储的数据还是要进行编码，除了前端的HD-SDI摄像机外，还必需搭配兼容HD-SDI的DVR等编码存储产品。

 

　　云存储解决方案

　　随着城市监控的点位与数据量的增长，DVR的模式已经不再适合与城市级监控系统的发展需要，大型存储阵列越来越多得到应用。传统的IT存储有NAS、DAS、SAN等几种模式，在民用大型信息系统中应用较多的是IP SAN模式，但是IP SAN也并非专为监控系统设计，其部署需要配置存储服务器，这成为了整个系统链路中的一个速度瓶颈，也多了故障的风险点。根据安防产业的发展的要求，现在已经出现了专为安防需求设计的云存储模式（CVR：cloud video recorder）用于大型安防系统的存储。

　　相较于传统的存储模式，CVR模式主要特点如下：

　　1、流媒体数据直写模式，无需存储服务器；

　　2、视频块数据结构存储，消除磁盘碎片，节省磁盘空间与延长磁盘寿命；

　　3、能实现更高的并行存储量；

　　4、支持对国标联网协议；

　　5、快速的视频检索与回放，增强用户体验。

　　目前各个主流的存储产品厂商都推出了CVR模式的产品，以下是CVR产品的数据流拓扑图：

　　CVR数据流拓扑图

　　利用硬件化网关联网方案

　　标准化联网是平安城市建设的重要部分，联网接入包括设备层与平台的连接，也包括平台与平台的联接，现在的国家GB/T 28181的联网标准里了统一的码流格式与协议。因此，对很多旧有设备和平台进行联网接入的主要内容就是编码格式和协议的转换。以往的改造工程往往是使用通用的服务器集群来完成，现在，不少厂商推出了硬件集成产品。此类产品采用电信级机柜框架，利用功能插板来做功能的组合和性能的扩展，包括路由交换、转码、媒体服务、协议转换等一系列的功能。下图是联网网关的架构平台。

　　联网网关的架构平台

　　此类集成方案的优势在于采用专用的DSP芯片提高转码的性能，插板式的功能项组合设计可应对不同的功能与性能要求，一体集成的设计更加稳定高效、减少空间的占用、也减少施工的繁琐程度。

 

　　视频监控管理平台的实战化解决方案

　　近几年，某些地区的平安城市已经完成了第一轮建设，视频信息在城市管理中也发挥越来越大的作用，包括在交通管理、治安防控、刑事侦查应用等领域。但是，随着视频越来越多的参与到实际的业务中，简单的视频应用功能已经不能满足应用的需要。不少地方已经开始了对视频监控管理平台实战化的探索。

　　目前，公安视频监控平台的实战化有以下几个内容：

　　1、更加贴合实际工作的操作习惯，借鉴民用产品的“用户体验”设计。

　　为了显示出业务的特点，目前的监控平台的操作交互设计将越来越注重“用户体验”，通过贴合实际的快捷操作来提高视频应用的效率。例如在公安指挥中心控制球机转动的这个过程，原先用户需要利用控制摇杆或者利用虚拟云台控制界面进行“上下左右”的控制，而现在，用户只需要通过用鼠标点击画面中的某一个点，系统将会自动控制云台并调整焦距达到对准目标并放大的效果。这不仅提高了单次操作的效率，而且从整体上提高了指挥中心对事件突发现场的管控能力。

　　2、  原有业务数据关联与利用，监控平台将会向业务平台发展。目前在公安信息化建设中，已经具有警用地理信息系统、在逃人员查询系统、人口查询系统、三合一报警系统，车辆注册信息库等多种信息系统。未来视频监控平台将会关联这些信息系统，实现与公安业务信息的数据交互。一可以简化对多种系统的应用操作，二可以加强业务数据与视频数据对技战法的支持，例如获取交通卡口的过车数据库计算出车辆轨迹、从在逃库中比对目前的嫌疑人等。

　　3、  深入挖掘视频数据的潜在信息，建立结构化的视频信息库，辅助案件的侦查。视频是非结构化信息，查询的依据只能是空间与时间两个维度。这样的信息利用方法不仅效率低下，其中隐含的价值信息也会被大量冗余的信息所覆盖。因此，深入进行视频数据的信息挖掘是现在比较热门的话题，前提要对视频数据进行结构化整理，提取其中的特征属性，形成可查询的数据库。在需要的时候可通过这些特征属性查询的相关的目标及信息。数据库中只需存储特征图片与少量的视频，提高存储的利用效率。视频结构化分成自动识别与人工标注两种模式，在交通卡口等一些图像质量有保障的场景下，可以通过自动识别记录下所过车辆照片，并自动提取出其中的车牌信息，车辆颜色等信息，这属于自动结构化过程。人工标注多用于一些刑事案件，刑侦人员根据案情的需要对视频中的可疑目标进行标注，此类标注多为刑侦术语，如体态、习惯等等。

　　4、 融入传统IT界的技术来应对大数据量的挑战与软件拓展性。典型的例如云计算、云存储技术，这些在传统IT行业中比较成熟的概念正在积极的引入到安防行业中以处理海量的数据应用需求，相关的技术思想和方法已经开始在视频数据展开应用。目前云存储已经有成熟的产品方案，如CVR存储模式，而云计算中的核心技术，分布式并进行处理技术将用于大量录像或数据的智能检索处理，例如海量卡口数据的查询等 。另外，基于未来的视频应用需求会越来越多，目前各大监控平台厂商已经开始引入IT行业中先进的软件架构技术来规划自己的新一代产品，大量标准化框架接口技术与中间件技术的应用将使得未来的视频监控平台可随意加载新的应用而不影响系统的正常运行。

　　下图是公安实战视频监控平台的逻辑架构，自上而下可分为4个层次，应用、服务、涉案视频信息数据库、基础数据，如下图所示：

　　公安视频监控平台逻辑架构

　　顶层是用户应用层，平台提供C\S、B\S客户端，B\S客户端提供基础性的功能应用，C\S可用来提供相对专业的技术应用，例如图像处理、视频编辑等。

　　第二层是服务层，建立在各种基础数据之上，包括基础视频应用服务、设备运维管理、数据库服务等，还包括专用于刑事侦查的图像处理、智能识别等专业服务。

　　最底层是基础数据资源层，汇聚的数据资源包括来自各个基层的视频数据、第三方的数据业务系统，例如PGIS信息系统、警综信息系统、人口信息数据库、车辆信息数据库等。初次之外，在视频数据的基础上，经过信息的整理提取还包括有案件信息库、视频结构化数据库等。

　　结束语

　　本文对目前的平安城市建设的系统框架进行阐述，点出了现在高清化推广过程中的几个新型技术应用点，最后对目前的监控管理平台的实战化热点进行了分析。作为领先的安防产品及行业解决方案提供商，海康威视近年来一直致力于中国平安城市的建设和发展，针对各地不同的实际情况提出相应的解决方案，得到用户的肯定。

　　【作者单位：杭州海康威视数字技术股份有限公司】