平安城市技術(shù)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(shù)一直在變化，本文從高清、網(wǎng)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(jiān)控系統(tǒng)建設以來，我國進入了平安城市高速建設期。城市視頻監(jiān)控應用系統(tǒng)是實現(xiàn)城市安全和穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，一般由公安機關(guān)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(fā)現(xiàn)、控制、打擊違法犯罪，提供破案線索，固定違法犯罪證據(jù)等方面也發(fā)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(jiān)控系統(tǒng)中的系統(tǒng)架構(gòu)、高清技術(shù)應用點以及監(jiān)控管理平臺的實戰(zhàn)化應用做出闡述與討論。

城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)建設架構(gòu)

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

對于監(jiān)控系統(tǒng)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(jīng)驗，直接上馬成熟的系統(tǒng)架構(gòu)和先進的設備技術(shù)，實現(xiàn)“彎道超車”。

圖1是一個理想的城市級監(jiān)控系統(tǒng)的層次架構(gòu)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(wǎng)絡都能做到互聯(lián)互通，上下級平臺做到級聯(lián)、平級平臺做到互聯(lián)。聯(lián)網(wǎng)與接入的依據(jù)以公安部出臺的GB/T 28181聯(lián)網(wǎng)標準為主。

為了緩解網(wǎng)絡地址空間和加強信息安全，依據(jù)《公安機關(guān)圖像聯(lián)網(wǎng)總體技術(shù)方案》的指導意見，將建設視頻專網(wǎng)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯聚。視頻專網(wǎng)上的平臺稱為共享平臺，在公安信息網(wǎng)內(nèi)的平臺稱為聯(lián)網(wǎng)平臺，一般在聯(lián)網(wǎng)平臺上展開更深層次的應用開發(fā)。共享平臺與聯(lián)網(wǎng)平臺通過安全接入網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)于監(jiān)控管理平臺，城市的系統(tǒng)架構(gòu)會按照其規(guī)模分為若干級管理架構(gòu)進行分層管理，例如一個中大型規(guī)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(qū)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(tǒng)，在聯(lián)網(wǎng)建設中，交警平臺會與市級視頻共享平臺進行互聯(lián)。

關(guān)于社會面的視頻建設，如大型運營商的視頻監(jiān)控建設，對于這些視頻監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)在也有接入公安視頻系統(tǒng)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?qū)嶋H情況有不同的模式，例如只設立兩級層次平臺，或者一些區(qū)縣級不建設視頻專網(wǎng)等。

高清相關(guān)產(chǎn)品與應用

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，安防產(chǎn)品的技術(shù)水平在短短的幾年間已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，相應的技術(shù)、產(chǎn)品給視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來了新的應用價值和設計方案。例如高清產(chǎn)品，其技術(shù)不斷趨向成熟的同時，其價格門檻卻在不斷的降低。高清產(chǎn)品已經(jīng)越來越多的參與到新建系統(tǒng)或改造系統(tǒng)當中。

高清產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)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?？低?080p/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(jié)的特征。

圖2

現(xiàn)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(jié)，但是高清產(chǎn)品帶來高質(zhì)量圖像的同時，也帶來了翻倍的數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)的高清化。

使用HD-SDI技術(shù)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(wǎng)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(fā)事件的防控。因此，催生出了數(shù)字高清的產(chǎn)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(jīng)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(guān)HD-SDI技術(shù)應用的最小系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(chǎn)品。

云存儲解決方案

隨著城市監(jiān)控的點位與數(shù)據(jù)量的增長，DVR的模式已經(jīng)不再適合與城市級監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展需要，大型存儲陣列越來越多得到應用。傳統(tǒng)的IT存儲有NAS、DAS、SAN等幾種模式，在民用大型信息系統(tǒng)中應用較多的是IP SAN模式，但是IP SAN也并非專為監(jiān)控系統(tǒng)設計，其部署需要配置存儲服務器，這成為了整個系統(tǒng)鏈路中的一個速度瓶頸，也多了故障的風險點。根據(jù)安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的要求，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)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(tǒng)的存儲。

相較于傳統(tǒng)的存儲模式，CVR模式主要特點如下：

流媒體數(shù)據(jù)直寫模式，無需存儲服務器；

視頻塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲，消除磁盤碎片，節(jié)省磁盤空間與延長磁盤壽命；

能實現(xiàn)更高的并行存儲量；

支持對國標聯(lián)網(wǎng)協(xié)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(chǎn)品廠商都推出了CVR模式的產(chǎn)品，CVR產(chǎn)品數(shù)據(jù)流拓撲圖見圖4。

利用硬件化網(wǎng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)方案

標準化聯(lián)網(wǎng)是平安城市建設的重要部分，聯(lián)網(wǎng)接入包括設備層與平臺的連接，也包括平臺與平臺的聯(lián)接，現(xiàn)在的國家GB/T 28181的聯(lián)網(wǎng)標準里了統(tǒng)一的碼流格式與協(xié)議。因此，對很多舊有設備和平臺進行聯(lián)網(wǎng)接入的主要內(nèi)容就是編碼格式和協(xié)議的轉(zhuǎn)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(xiàn)在，不少廠商推出了硬件集成產(chǎn)品。此類產(chǎn)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(zhuǎn)碼、媒體服務、協(xié)議轉(zhuǎn)換等一系列的功能。

聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的架構(gòu)平臺見圖5。

此類集成方案的優(yōu)勢在于采用專用的DSP芯片提高轉(zhuǎn)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(wěn)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(jiān)控管理平臺的實戰(zhàn)化解決方案

近幾年，某些地區(qū)的平安城市已經(jīng)完成了第一輪建設，視頻信息在城市管理中也發(fā)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(lǐng)域。但是，隨著視頻越來越多的參與到實際的業(yè)務中，簡單的視頻應用功能已經(jīng)不能滿足應用的需要。不少地方已經(jīng)開始了對視頻監(jiān)控管理平臺實戰(zhàn)化的探索。

目前，公安視頻監(jiān)控平臺的實戰(zhàn)化有以下幾個內(nèi)容：

更加貼合實際工作的操作習慣，借鑒民用產(chǎn)品的“用戶體驗”設計。

為了顯示出業(yè)務的特點，目前的監(jiān)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(zhuǎn)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(xiàn)在，用戶只需要通過用鼠標點擊畫面中的某一個點，系統(tǒng)將會自動控制云臺并調(diào)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(fā)現(xiàn)場的管控能力。

原有業(yè)務數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與利用，監(jiān)控平臺將會向業(yè)務平臺發(fā)展。目前在公安信息化建設中，已經(jīng)具有警用地理信息系統(tǒng)、在逃人員查詢系統(tǒng)、人口查詢系統(tǒng)、三合一報警系統(tǒng)，車輛注冊信息庫等多種信息系統(tǒng)。未來視頻監(jiān)控平臺將會關(guān)聯(lián)這些信息系統(tǒng)，實現(xiàn)與公安業(yè)務信息的數(shù)據(jù)交互。一可以簡化對多種系統(tǒng)的應用操作，二可以加強業(yè)務數(shù)據(jù)與視頻數(shù)據(jù)對技戰(zhàn)法的支持，例如獲取交通卡口的過車數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的潛在信息，建立結(jié)構(gòu)化的視頻信息庫，輔助案件的偵查。

視頻是非結(jié)構(gòu)化信息，查詢的依據(jù)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(shù)據(jù)的信息挖掘是現(xiàn)在比較熱門的話題，前提要對視頻數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化整理，提取其中的特征屬性，形成可查詢的數(shù)據(jù)庫。在需要的時候可通過這些特征屬性查詢的相關(guān)的目標及信息。數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)化過程。人工標注多用于一些刑事案件，刑偵人員根據(jù)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(shù)語，如體態(tài)、習慣等等。

融入傳統(tǒng)IT界的技術(shù)來應對大數(shù)據(jù)量的挑戰(zhàn)與軟件拓展性。典型的例如云計算、云存儲技術(shù)，這些在傳統(tǒng)IT行業(yè)中比較成熟的概念正在積極的引入到安防行業(yè)中以處理海量的數(shù)據(jù)應用需求，相關(guān)的技術(shù)思想和方法已經(jīng)開始在視頻數(shù)據(jù)展開應用。目前云存儲已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品方案，如CVR存儲模式，而云計算中的核心技術(shù)，分布式并進行處理技術(shù)將用于大量錄像或數(shù)據(jù)的智能檢索處理，例如海量卡口數(shù)據(jù)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(jiān)控平臺廠商已經(jīng)開始引入IT行業(yè)中先進的軟件架構(gòu)技術(shù)來規(guī)劃自己的新一代產(chǎn)品，大量標準化框架接口技術(shù)與中間件技術(shù)的應用將使得未來的視頻監(jiān)控平臺可隨意加載新的應用而不影響系統(tǒng)的正常運行。

圖6是公安實戰(zhàn)視頻監(jiān)控平臺的邏輯架構(gòu)，自上而下可分為4個層次，應用、服務、涉案視頻信息數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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(chǔ)性的功能應用，CS可用來提供相對專業(yè)的技術(shù)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(chǔ)數(shù)據(jù)之上，包括基礎(chǔ)視頻應用服務、設備運維管理、數(shù)據(jù)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(yè)服務。

最底層是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源層，匯聚的數(shù)據(jù)資源包括來自各個基層的視頻數(shù)據(jù)、第三方的數(shù)據(jù)業(yè)務系統(tǒng)，例如PGIS信息系統(tǒng)、警綜信息系統(tǒng)、人口信息數(shù)據(jù)庫、車輛信息數(shù)據(jù)庫等。除此之外，在視頻數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過信息的整理提取還包括有案件信息庫、視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫等。

結(jié)束語

本文對目前的平安城市建設的系統(tǒng)框架進行闡述，點出了現(xiàn)在高清化推廣過程中的幾個新型技術(shù)應用點，最后對目前的監(jiān)控管理平臺的實戰(zhàn)化熱點進行了分析。作為領(lǐng)先的安防產(chǎn)品及行業(yè)解決方案提供商，?？低暯陙硪恢敝铝τ谥袊桨渤鞘械慕ㄔO和發(fā)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。