視頻監(jiān)控技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)網(wǎng)上巡查系統(tǒng)中的應(yīng)用

秦道祥

（同濟(jì)大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)管理中心，上海 200092）

隨著電子信息及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)從閉路電視的模擬技術(shù)、以數(shù)字硬盤錄像機(jī)（DVR）的半數(shù)字化技術(shù)，向著數(shù)字化、高清化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、集成化的方向發(fā)展，廣泛應(yīng)用于安防、電力、公路、鐵路、煤礦、醫(yī)療等各行各業(yè)?；诰W(wǎng)絡(luò)視頻智能監(jiān)控技術(shù)，智能搜索、電子地圖、人像識(shí)別、移動(dòng)偵測、自動(dòng)報(bào)警、遠(yuǎn)程管理、報(bào)表提交以及統(tǒng)計(jì)分析等高級(jí)智能模塊將得以應(yīng)用，視頻監(jiān)控也由單一的安全防范技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛴脩籼峁Q策支持智能系統(tǒng)。

1 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)概述

根據(jù)《教育部關(guān)于做好國家教育考試標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)建設(shè)工作的通知》（教考試[2011]2號(hào)）及上海市教委的相關(guān)要求，為依法提高國家教育考試管理標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化工作水平，維護(hù)國家考試的嚴(yán)肅、權(quán)威、公平性，加強(qiáng)考場監(jiān)督，我校于2012至2013年進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)（以下簡稱考點(diǎn)）的建設(shè)，用于研究生入學(xué)考試、自學(xué)考試等國家教育考試及學(xué)校各類自主招生考試電子遠(yuǎn)程網(wǎng)上巡考。建成考點(diǎn)具有網(wǎng)上巡查系統(tǒng)、視頻指揮系統(tǒng)、考生身份識(shí)別系統(tǒng)、作弊防控系統(tǒng)等子系統(tǒng)。其中網(wǎng)上巡查系統(tǒng)就是依托視頻監(jiān)控技術(shù)建立起來的網(wǎng)上監(jiān)考系統(tǒng)，該系統(tǒng)在考試期間全程錄像，對作弊者有震懾作用，達(dá)到事前預(yù)防的效果；考試期間，通過網(wǎng)上巡查，可以有效監(jiān)督廣大考生和監(jiān)考人員，及時(shí)發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為、制止和抓獲現(xiàn)行作弊者，進(jìn)行事中控制；考試結(jié)束后，通過錄像檢索回放，可以為一些考試過程中有爭議或未及時(shí)發(fā)現(xiàn)的作弊的行為提供有力的證據(jù)，起到事后取證的作用。

2 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)需求分析

2.1 分級(jí)建設(shè)，多級(jí)聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

考區(qū)（以教學(xué)樓為單位）、考點(diǎn)監(jiān)控中心分兩級(jí)獨(dú)立建設(shè)?？紖^(qū)作為獨(dú)立單元自成系統(tǒng)，考點(diǎn)監(jiān)控中心可以對所有考區(qū)的考場進(jìn)行集中管理，并提供統(tǒng)一登錄、安全存儲(chǔ)；考點(diǎn)所有圖像可以被上海市教育考試院及國家考試指揮中心查看調(diào)用。

2.2 集中與分布式兩級(jí)存儲(chǔ)

整個(gè)方案應(yīng)支持分級(jí)存儲(chǔ)、互為備份。在考區(qū)與考點(diǎn)監(jiān)控中心部署兩級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備，以避免重要考試時(shí)樓宇網(wǎng)絡(luò)故障的風(fēng)險(xiǎn)。監(jiān)控中心存儲(chǔ)具有一定要求的存儲(chǔ)容量和相應(yīng)的安全容錯(cuò)機(jī)制及冗余備份方案。

2.3 系統(tǒng)的主要設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

網(wǎng)上巡查系統(tǒng)建設(shè)必須符合《國家教育考試網(wǎng)上巡查系統(tǒng)視頻標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范》的要求。

（1）攝像機(jī)：支持紅外、TCP/IP 協(xié)議，具有 H.264、MPEG4、720P和D1或CIF雙流編碼，雙向音頻及報(bào)警接口。

（2）網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)：支持 TCP/IP協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)接收視音頻碼流進(jìn)行存儲(chǔ)，支持IPSAN和NVR工作模式，支持iSCSI/NFS/CIFS/FTP/HTTP 協(xié)議，支持 RAID 0、1、5。

（3）管理平臺(tái)：支持 DSP、4CIF、CIF 傳輸及編碼方式；視頻 MPEG4編碼，音頻 MPEG Layer2編碼，PS流封裝； 支持 TCP/IP、SIP、RTP、RTCP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；RS485控制，報(bào)警功能。

（4）SIP網(wǎng)關(guān)：支持標(biāo)準(zhǔn) SIP2.0，完成 SIP代理功能，NAT穿透， 設(shè)備/用戶認(rèn)證功能； 支持 IP、UDP、RTP、RTCP、SIP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；視頻轉(zhuǎn)發(fā)和路由控制；視頻傳輸優(yōu)先級(jí)控制。

2.4 考點(diǎn)建設(shè)需求情況

我校標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)在2校區(qū)4幢教學(xué)樓（每個(gè)教學(xué)樓為一個(gè)考區(qū)）建設(shè)239個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化考場（四平校區(qū)南樓80個(gè)、北樓 78個(gè)，嘉定校區(qū) A樓 42個(gè)、B樓 39個(gè)），一個(gè)考點(diǎn)監(jiān)控中心，一個(gè)考點(diǎn)指揮中心，兩個(gè)保密室（兩個(gè)保密室共有33路原模擬攝像頭），每個(gè)考區(qū)配置一個(gè)考務(wù)室。各考區(qū)通過校園網(wǎng)組網(wǎng)，采用考點(diǎn)監(jiān)控中心、考區(qū)兩級(jí)架構(gòu)部署、兩級(jí)存儲(chǔ)保存音視頻數(shù)據(jù)。

3 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

（1）先進(jìn)性與適用性：考場內(nèi)采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，集成平臺(tái)管理，符合視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展方向；系統(tǒng)架構(gòu)簡潔，切合實(shí)際應(yīng)用，工程建設(shè)方便。

（2）經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性：綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分利用現(xiàn)有的校園網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和資源，減少工程投資。設(shè)備選型方面，充分考慮已建系統(tǒng)的兼容解決方案，保留使用保密室模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新舊系統(tǒng)互聯(lián)互通。

（3）開放性和擴(kuò)展性：用戶可根據(jù)需要自行設(shè)置運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)、分配用戶、自行備份，提供與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，能實(shí)現(xiàn)不同廠商、模/數(shù)、IP網(wǎng)絡(luò)視頻共存。按考區(qū)模塊化設(shè)計(jì)，考慮未來升級(jí)、更新，系統(tǒng)在規(guī)模、監(jiān)控層次、功能方面具有良好的擴(kuò)展性。

（4）安全性與可靠性：采用成熟的、穩(wěn)定的、完善的技術(shù)設(shè)備，建立嚴(yán)密、可靠的認(rèn)證體系，采用實(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，防雷擊、過載、斷電及人為攻擊和破壞的設(shè)計(jì)，兩級(jí)冗余存儲(chǔ)，RAID5磁盤陣列技術(shù)，為系統(tǒng)運(yùn)行和管理提供安全保障

（5）可操作性與可維護(hù)性：使用 C/S或 B/S輕客戶端，操作簡便易用。系統(tǒng)提供日志查詢、故障告警，在出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)、快速地維護(hù)。

3.2 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)上巡查系統(tǒng)是包括視頻監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、教育考試管理技術(shù)的一套綜合性業(yè)務(wù)系統(tǒng)，由音頻、視頻圖像采集、編碼、傳輸、存儲(chǔ)、調(diào)用等多個(gè)部分組成。根據(jù)《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50348-2004），可以把網(wǎng)上巡查系統(tǒng)建設(shè)分為以下四個(gè)部分：

（1）前端：主要設(shè)備是攝像機(jī)和拾音器。安裝在考場前面黑板旁邊，對考場聲音及圖像采集及編碼，滿足監(jiān)控中心對各監(jiān)控點(diǎn)圖像的調(diào)用和查閱。室內(nèi)考場可采用高清半球網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，采用D1格式回傳錄像，圖像的碼率為2 Mb/s，為了避免考試泄密，攝像機(jī)不帶云臺(tái)功能。保密室使用原有模擬攝像頭，可以在解碼模擬輸出端增加標(biāo)準(zhǔn)編碼器，統(tǒng)一接入管理平臺(tái)。

（2）傳輸：主要設(shè)備材料是雙絞線和交換機(jī)。校園網(wǎng)樓宇使用H3c_S5500作為匯聚交換機(jī)，千兆光纖與校區(qū)匯聚相連。因考區(qū)最多攝像機(jī)數(shù)為82臺(tái)，讀取速率按并發(fā) 25%設(shè)計(jì)，考區(qū)需要總速率為：2 Mb/s×82+2 Mb/s×82×25%＝205 Mb/s，校園網(wǎng)有足夠的資源可供使用。高清視頻傳輸方式主要是以太網(wǎng)傳輸，雙絞線傳輸?shù)牟季€及設(shè)備使用安裝簡單、系統(tǒng)造價(jià)低、容易擴(kuò)展，攝像機(jī)以10 Mb/s100 Mb/s網(wǎng)絡(luò)接入就近的標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)專用交換機(jī)，再經(jīng)校園網(wǎng)樓宇匯聚交換機(jī)連接到監(jiān)控中心。從考點(diǎn)至市教育考試院，使用統(tǒng)一規(guī)定的SIP網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過公共通信網(wǎng)絡(luò)連接。根據(jù)項(xiàng)目需求，可配置48個(gè)10/100/1 000 Mb/s自適應(yīng)RJ45接口和4個(gè)上行千兆SFP接口的三層交換機(jī)，供攝像機(jī)接入之用。

（3）存儲(chǔ)：網(wǎng)上巡查系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)與集中存儲(chǔ)相結(jié)合的存儲(chǔ)架構(gòu)。主要設(shè)備是NVR錄像機(jī)和存儲(chǔ)陣列。在前端攝像機(jī)上的匯聚地方接一個(gè)NVR錄像機(jī)，保存考區(qū)本地錄像，以避免在考試時(shí)校園網(wǎng)絡(luò)故障的風(fēng)險(xiǎn)。集中存儲(chǔ)部署在考點(diǎn)監(jiān)控中心，保存全網(wǎng)的錄像，錄像滿足14天以上的滾動(dòng)覆蓋，并做考試要求備份。存儲(chǔ)可選磁盤陣列的海量視頻存儲(chǔ)架構(gòu)，采用RAID5技術(shù)，接受監(jiān)控管理平臺(tái)對視頻信息的查詢、管理、備份等。考點(diǎn)需要存儲(chǔ)空間：280路攝像頭×14天×24小時(shí)×60分×60秒×2 Mb/s，約81 TB。由于考試期間錄像需要備份 6個(gè)月以上，需要專用的存儲(chǔ)分區(qū)存儲(chǔ)，加上RAID冗余考慮，因此實(shí)際規(guī)劃存儲(chǔ)至少為120 TB。

（4）顯示/控制：是網(wǎng)上巡查系統(tǒng)對視頻、音頻、報(bào)警、數(shù)據(jù)等采集信息的最終應(yīng)用。主要設(shè)備是：監(jiān)控電視墻、數(shù)字視頻矩陣、視頻服務(wù)器、巡查管理平臺(tái)。學(xué)校網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心已有6塊46英寸的液晶顯示器組成的監(jiān)控電視墻，用一臺(tái)高性PC通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻矩陣控制，不添加設(shè)備的情況下，可以作為網(wǎng)上巡查系統(tǒng)的監(jiān)控中心使用。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中內(nèi)建有一套Polycom視頻會(huì)議系統(tǒng)，支持上級(jí)級(jí)聯(lián)和會(huì)議調(diào)度，可以作為考點(diǎn)視頻指揮系統(tǒng)。監(jiān)控管理平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)音視頻資源管理、監(jiān)控設(shè)備管理、用戶管理、安全管理等功能的軟件平臺(tái)，安裝在視頻服務(wù)器上，具備報(bào)警聯(lián)動(dòng)、存儲(chǔ)管理、遠(yuǎn)程控制、權(quán)限分配、網(wǎng)上巡查、歷史視頻資料檢索與回放等功能，支持監(jiān)控客戶端接入。監(jiān)控客戶端可對監(jiān)控前端設(shè)備、監(jiān)控平臺(tái)的告警、錄像策略等進(jìn)行設(shè)置，可對現(xiàn)場進(jìn)行音視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控等各種業(yè)務(wù)操作。

3.3 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)網(wǎng)路拓?fù)湓O(shè)計(jì)

現(xiàn)校園網(wǎng)采用層次局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)，校區(qū)核心交換機(jī)與電信出口設(shè)備雙萬兆互聯(lián)，樓宇匯聚交換機(jī)千兆上連校區(qū)核心交換機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)交換機(jī)可以按校園網(wǎng)接入層設(shè)計(jì)。監(jiān)控管理平臺(tái)服務(wù)器、存儲(chǔ)陣列、SIP網(wǎng)關(guān)設(shè)備安裝在監(jiān)控中心機(jī)房。高清攝像機(jī)、交換機(jī)、存儲(chǔ)等設(shè)備可按校園網(wǎng)的規(guī)則來規(guī)劃IP地址。系統(tǒng)拓?fù)湓O(shè)計(jì)如圖1所示。

4 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)的主要設(shè)備

網(wǎng)上巡查系統(tǒng)是國家級(jí)建設(shè)項(xiàng)目，具有嚴(yán)格的保密要求，須具有一定資質(zhì)的企業(yè)方可承擔(dān)建設(shè)。該項(xiàng)目工程通過學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備處向社會(huì)進(jìn)行了公開招標(biāo)，由蘇州科達(dá)公司中標(biāo)成為本次工程設(shè)備供應(yīng)商。網(wǎng)上巡查系統(tǒng)主要設(shè)備如表1所示。

5 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)建設(shè)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒之后，項(xiàng)目按合同日期進(jìn)行建設(shè)，總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)如下。（1）對考場大小、朝向、是否有逆光等情況進(jìn)行逐一排摸，選擇符合現(xiàn)場條件的攝像機(jī)。（2）對校園網(wǎng)的資源如弱電間、網(wǎng)絡(luò)帶寬、上連交換機(jī)端口等情況進(jìn)行勘察，保證數(shù)據(jù)能在校園網(wǎng)上傳輸。（3）監(jiān)控管理平臺(tái)對設(shè)備和配置進(jìn)行管理要有一定的規(guī)范。比如考場視頻字幕，可在視頻畫面左上角顯示時(shí)間，右下角按“校區(qū)名”+“考區(qū)”+“考場名”進(jìn)行圖像命名，既方便查詢又可防止圖像被篡改；用戶管理方面，對不同的用戶進(jìn)行級(jí)管理，分配不同的用戶對設(shè)備的操作權(quán)限和訪問音視頻數(shù)據(jù)的使用權(quán)限。（4）制定網(wǎng)上巡查系統(tǒng)的管理使用辦法，定期檢查攝像機(jī)、存儲(chǔ)、監(jiān)控管理平臺(tái)的工作的狀態(tài)，考前做好系統(tǒng)巡檢。

表1 網(wǎng)上巡查系統(tǒng)主要設(shè)備

標(biāo)準(zhǔn)化考點(diǎn)是一種新的考試管理模式，對維護(hù)國家考試的公平、公正起到了積極的作用。網(wǎng)上巡查系統(tǒng)建后，經(jīng)過一段時(shí)間的使用驗(yàn)證，各考場的監(jiān)控圖像和聲音清晰，管理平臺(tái)可對各考場進(jìn)行統(tǒng)一管理，市教育考試院可接收調(diào)用考點(diǎn)圖像。在研究生考試及學(xué)校自主招生實(shí)際使用中，可滿足網(wǎng)上巡考的要求，并在處理個(gè)別考場事件中發(fā)揮了積極的作用。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果，該系統(tǒng)符合前期設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了建設(shè)目標(biāo)。

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