智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在保護(hù)環(huán)巢湖流域生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

賈海陶 范超

（安徽廣播影視職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，中國(guó)鐵塔股份有限公司合肥市分公司，安徽 合肥 230011）

巢湖，是中國(guó)五大淡水湖之一，素有魚(yú)米之鄉(xiāng)著稱(chēng)。合肥市是全國(guó)唯一懷抱淡水湖的省會(huì)城市，巢湖成為合肥的獨(dú)特資源和靚麗名片，打造“大湖名城、創(chuàng)新高地”的理念成為合肥建設(shè)創(chuàng)新型城市的主要特色和核心要求。環(huán)巢湖流域有著豐富的自然資源和物質(zhì)文化遺產(chǎn)資源。近年來(lái)隨著巢湖流域人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是近年來(lái)種植養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)以及沿湖工業(yè)和城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展，保護(hù)一湖清水的壓力越來(lái)越大。利用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以逐步完善巢湖水域治理措施，大力提升生態(tài)環(huán)境的整治力度，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理和生態(tài)保護(hù)的可持續(xù)性發(fā)展。

一、環(huán)巢湖流域的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

隨著環(huán)巢湖流域城市的發(fā)展，區(qū)域內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)以及沿湖工業(yè)和城鎮(zhèn)化不斷地發(fā)展以及市場(chǎng)的需求擴(kuò)大，安徽省專(zhuān)設(shè)治理五大淡水湖之一巢湖的管理機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巢湖的綜合治理。并響應(yīng)國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，環(huán)巢湖整體生態(tài)環(huán)境需要加快的改善，也為子孫后代留下良好的生存環(huán)境。例如：每年的巢湖漁火音樂(lè)節(jié)，合肥市民和各地游客都能欣賞到漁火映湖、激光伴漁火的盛大場(chǎng)景。巢湖民歌、湖鮮美食節(jié)、漁網(wǎng)文化展演等活動(dòng)可以讓市民們充分領(lǐng)略大湖名城的人文之美、湖光之美和民風(fēng)之美。那么，巢湖流域的保護(hù)是廣大市民們的共同心聲。需要管理機(jī)構(gòu)通過(guò)信息化和智能化的科技手段全面監(jiān)控巢湖水域的藍(lán)藻水華、水質(zhì)水位、漁業(yè)捕撈、污水排放、航運(yùn)交通、旅游和賽事區(qū)安全及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等實(shí)時(shí)情況，實(shí)時(shí)掌控湖區(qū)及各入湖口水質(zhì)情況，對(duì)湖區(qū)進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，直觀實(shí)現(xiàn)巢湖的動(dòng)態(tài)觀測(cè)。逐步完善巢湖水域治理措施，大力提升生態(tài)環(huán)境的整治力度，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理和生態(tài)保護(hù)的可持續(xù)性發(fā)展。

巢湖的綜合管理方面，目前存在如下比較突出的問(wèn)題：

（一）環(huán)保：近年來(lái)，巢湖水域各類(lèi)水質(zhì)問(wèn)題突出，尤其是溫度高時(shí)，湖面藍(lán)藻爆發(fā)嚴(yán)重。

（二）交通：船舶進(jìn)出港易出現(xiàn)擦碰事件。

（三）水利：進(jìn)入汛期時(shí)，連續(xù)暴雨會(huì)引起洪澇災(zāi)害，引起湖水淹沒(méi)湖區(qū)周邊環(huán)湖道路，防汛問(wèn)題突出。

（四）漁政：湖區(qū)禁漁期內(nèi)，時(shí)常出現(xiàn)區(qū)域內(nèi)偷捕現(xiàn)象。

（五）水產(chǎn)：近些年，隨著巢湖水質(zhì)受到破壞，巢湖的水產(chǎn)資源和魚(yú)類(lèi)物種受到影響，保護(hù)巢湖水產(chǎn)物種迫在眉睫。

（六）旅游：近年來(lái)，環(huán)巢湖周邊開(kāi)發(fā)湖光山色文化游、溫泉保健度假游、兩岸觀光休閑游、農(nóng)家親水生態(tài)游、水戰(zhàn)遺跡科考與紅色旅游等，吸引全國(guó)各地的大量游客。旅游開(kāi)發(fā)的環(huán)境保護(hù)迫在眉睫。

（七）其他：環(huán)湖漁民自然村多，湖邊漁民居住集中；湖邊漁船?？考?，時(shí)有漁船丟失或財(cái)物被盜；湖邊是漁民捕撈漁獲物交易集中的地方，隨著環(huán)湖大道通車(chē)，人流量大，人員復(fù)雜，湖邊矛盾糾紛較多。

為了解決巢湖生態(tài)環(huán)境的相關(guān)問(wèn)題并更好的響應(yīng)國(guó)家政策，必須實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掌控湖區(qū)及各入湖口水質(zhì)情況，并有效引導(dǎo)和服務(wù)巢湖旅游業(yè)，有序管控漁政業(yè)務(wù)發(fā)展，提升防汛指揮調(diào)度能力，合理利用巢湖水資源，需要對(duì)環(huán)巢湖周邊進(jìn)行全方位智能視頻監(jiān)控，直觀、動(dòng)態(tài)獲取巢湖流域的實(shí)時(shí)視頻，實(shí)現(xiàn)巢湖湖區(qū)的動(dòng)態(tài)綜合監(jiān)管。

二、智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

（一）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)主要是利用流媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)巢湖流域環(huán)境的時(shí)實(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集和傳輸，根據(jù)可視化的視頻數(shù)據(jù)信息，可以進(jìn)一步提升環(huán)巢湖流域的管理、觀測(cè)和監(jiān)測(cè)，對(duì)重大事件和自然災(zāi)害，能夠及時(shí)快速的處理。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括：前端監(jiān)控子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、管理平臺(tái)子系統(tǒng)、監(jiān)控中心子系統(tǒng)和存儲(chǔ)子系統(tǒng)。

1.前端監(jiān)控子系統(tǒng)：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域的部分覆蓋，將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像和視頻數(shù)據(jù)傳回指揮中心，及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)巢湖湖面生態(tài)環(huán)境異常、湖堤異常、重點(diǎn)涵道口排污異常等情況，同時(shí)能通過(guò)攝像機(jī)真實(shí)記錄異常發(fā)生前、發(fā)生過(guò)程中以及發(fā)生以后現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，管理人員可以通過(guò)視頻數(shù)據(jù)對(duì)異常事件進(jìn)行處理，今后，對(duì)異常事件可以進(jìn)行有效地預(yù)防和治理。

2.網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)：視頻監(jiān)控傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸和視頻圖像質(zhì)量的要求非常高，就需要采用運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)專(zhuān)線(xiàn)方式，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性較好。網(wǎng)絡(luò)采用IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(如圖1)，管理中心機(jī)房部署核心交換機(jī)，漁政總站部署一臺(tái)接入交換機(jī)，漁政分站各部署一臺(tái)接入交換機(jī)，若干個(gè)前端點(diǎn)位各部署一臺(tái)接入交換機(jī)。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)前端監(jiān)控點(diǎn)位以及漁政分站和漁政總站的數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)交互的需求。網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器需采用入侵防御系統(tǒng)和防火墻策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防護(hù)，服務(wù)器和客戶(hù)端需安裝殺毒軟件進(jìn)行防護(hù)。

3.管理平臺(tái)子系統(tǒng)：子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不小于500路前端視頻接入，具備視頻預(yù)覽，錄像存儲(chǔ)管理，用戶(hù)管理、解碼上墻，報(bào)警聯(lián)動(dòng)，手機(jī)APP等功能，并符合GB/T 28181-2016標(biāo)準(zhǔn)，平臺(tái)預(yù)留并提供相關(guān)接口和SDK，支持相關(guān)共享平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接。實(shí)現(xiàn)對(duì)前端視頻預(yù)覽，錄像存儲(chǔ)管理等需求。通過(guò)手機(jī)APP能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)看環(huán)巢湖流域的周?chē)那闆r。

4.監(jiān)控中心子系統(tǒng)：監(jiān)控中心分為總站監(jiān)控和分站監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬視頻監(jiān)控點(diǎn)視頻資源圖像展示、UPS供電以及機(jī)房硬件支撐的需求。電視墻是監(jiān)控中心常用的監(jiān)控設(shè)備，由監(jiān)視器組成，能夠放大監(jiān)控畫(huà)面，便于監(jiān)控人員觀看。平臺(tái)支持將監(jiān)控畫(huà)面上傳到電視墻上播放。支持將不同的視頻信息顯示到大屏顯示器上。支持同時(shí)顯示實(shí)時(shí)視頻，錄像視頻，輪巡視頻等不同的視頻信息。

5.存儲(chǔ)子系統(tǒng)：視頻監(jiān)控回路獲取的視頻數(shù)據(jù)需要很大的存儲(chǔ)空間來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)系統(tǒng)按照兩級(jí)(一總多分)的存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別為一級(jí)管理中心存儲(chǔ)和二級(jí)漁政分站存儲(chǔ)。

一級(jí)管理中心存儲(chǔ)， 主要采用集中的IP-SAN網(wǎng)絡(luò)直存的方式，負(fù)責(zé)對(duì)監(jiān)控點(diǎn)位的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。例如：設(shè)置33個(gè)監(jiān)控點(diǎn)位，則需要有17臺(tái)環(huán)湖監(jiān)控一體機(jī)，16臺(tái)環(huán)湖監(jiān)控高速球和33臺(tái)防盜攝像機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻資源的存儲(chǔ)。

充分考慮未來(lái)擴(kuò)容、升級(jí)的平滑過(guò)渡，設(shè)計(jì)IP-SAN架構(gòu)是本方案最佳選擇，是目前比較成熟的廣泛應(yīng)用于監(jiān)控領(lǐng)域的存儲(chǔ)架構(gòu)。

（二）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)

環(huán)巢湖流域智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)遵循安全保障與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)按照五層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、支撐層、應(yīng)用層和展示層。

感知層：主要包括環(huán)湖監(jiān)控高速球機(jī)、環(huán)湖監(jiān)控一體機(jī)和防盜攝像機(jī)等各種類(lèi)型傳感器，獲取高清視頻數(shù)據(jù)或其它數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層：主要是指用來(lái)承載本次環(huán)巢湖流域視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的巢湖省巢管局視頻專(zhuān)網(wǎng)，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求和用戶(hù)特點(diǎn)，最終業(yè)務(wù)應(yīng)用和支撐平臺(tái)部署在不同的網(wǎng)上。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括環(huán)湖監(jiān)控視頻專(zhuān)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等。

支撐層：主要包括存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)、中間件、服務(wù)器等。存儲(chǔ)設(shè)備主要用于存儲(chǔ)本次環(huán)巢湖流域視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻等相關(guān)數(shù)據(jù)；操作系統(tǒng)、中間件主要用是用于部署在本次環(huán)巢湖流域視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)服務(wù)器的底層軟件環(huán)境，服務(wù)器用于部署本次環(huán)巢湖流域視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)軟件。

應(yīng)用層：主要包括視頻監(jiān)控管理平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻調(diào)閱、視頻錄像回放、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、電視墻管理等功能。

展示層：主要包括漁政總站監(jiān)控中心、漁政分站監(jiān)控中心顯示終端和相關(guān)電視墻等。

（三）智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

智能視頻監(jiān)控整套系統(tǒng)主要包括前端監(jiān)控子系統(tǒng)、網(wǎng)路傳輸子系統(tǒng)、存儲(chǔ)子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理平臺(tái)子系統(tǒng)、監(jiān)控中心子系統(tǒng)、安全防護(hù)及報(bào)警系統(tǒng)等部分組成?？傮w設(shè)計(jì)為前端監(jiān)控子系統(tǒng)，按照每個(gè)點(diǎn)位監(jiān)控距離和范圍不同，大致分為以下兩類(lèi)監(jiān)控點(diǎn)位，其分別采用環(huán)湖監(jiān)控一體機(jī)+一臺(tái)防盜攝像機(jī)和環(huán)湖監(jiān)控高速球+一臺(tái)防盜攝像機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)觀測(cè)區(qū)域的部分覆蓋，將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像傳回指揮中心，及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)巢湖湖面生態(tài)環(huán)境異常、湖堤異常、重點(diǎn)涵道口排污異常等情況，同時(shí)能真實(shí)記錄異常發(fā)生前、發(fā)生過(guò)程中以及發(fā)生以后現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，從而對(duì)異常事件進(jìn)行處理以及對(duì)以后的異常事件的預(yù)防、治理提供真實(shí)有效的直觀資料。網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)采用租用運(yùn)營(yíng)商的專(zhuān)線(xiàn)方式，各前端視頻點(diǎn)位和漁政分站分別通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)與信息中心機(jī)房互聯(lián)；存儲(chǔ)子系統(tǒng)按照兩級(jí)(一總多分)的存儲(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一總采用集中的IP-SAN網(wǎng)絡(luò)直存的方式，多分采用相對(duì)分散的網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)存儲(chǔ)方式；每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)安裝2臺(tái)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，一個(gè)為環(huán)巢湖生態(tài)觀測(cè)監(jiān)控，一個(gè)為觀測(cè)點(diǎn)設(shè)備防盜監(jiān)控，每路圖像（1080P）所需要的帶寬4-8M，因此每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)專(zhuān)線(xiàn)帶寬設(shè)計(jì)為10M（充分考慮冗余以及未來(lái)就近增加補(bǔ)盲）。漁政分站網(wǎng)絡(luò)接入帶寬設(shè)計(jì)為30M，漁政總站通過(guò)局域網(wǎng)訪問(wèn)（同時(shí)實(shí)時(shí)瀏覽約8-12路視頻圖像)；管理總局信息中心機(jī)房采用1條1000M帶寬線(xiàn)路接入。視頻監(jiān)控管理平臺(tái)子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)前端視頻接入，具備視頻預(yù)覽，錄像存儲(chǔ)管理，用戶(hù)管理、解碼上墻，報(bào)警聯(lián)動(dòng)手機(jī)APP等功能，視頻監(jiān)控中心子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不小于500路前端視頻接入。安全防護(hù)主要包括服務(wù)器防護(hù)和網(wǎng)絡(luò)防護(hù)，充分考慮網(wǎng)絡(luò)接入安全性能，配置防火墻和入侵防御設(shè)備實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)的惡意攻擊的防護(hù)機(jī)制。報(bào)警系統(tǒng)采用人工報(bào)警和視頻智能分析報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)人為觸發(fā)前端桿件上手動(dòng)報(bào)警按鈕的報(bào)警信號(hào)，通過(guò)攝像機(jī)的報(bào)警輸入接口轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)與報(bào)警信號(hào)傳輸至系統(tǒng)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)與視頻信號(hào)聯(lián)動(dòng)。

三、小結(jié)

環(huán)巢湖流域智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以極大的改善巢湖周邊的生態(tài)環(huán)境、人居環(huán)境和旅游環(huán)境，提升管理部門(mén)的綜合管理能力和治理能力，對(duì)重大活動(dòng)和重大事件，可以實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)、高效處置。對(duì)防汛指揮調(diào)度工作提供科學(xué)輔助決策，以防造成重大災(zāi)害損失。能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置漁民偷捕的情況，并為漁政執(zhí)法提供有效證據(jù)，保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全。保護(hù)巢湖流域資源，改善生態(tài)環(huán)境，提高生物多樣性，維護(hù)自然生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)綠水青山，彰顯合肥市“大湖名城、創(chuàng)新高地”的良好社會(huì)形象。