1、“平安城市”動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成探析“平安城市”動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成探析文/趙玨摘要：我國平安城市監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)日趨普及，但遺留系統(tǒng)各自為重, 集成改造困難。本文針對(duì)具體的平安城市案例在設(shè)計(jì)和集成中所遇到的關(guān) 鍵問題和技術(shù)進(jìn)行了討論，詳細(xì)介紹了該“平安城市”系統(tǒng)構(gòu)建的總體原 則，提岀了設(shè)備編碼標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)多級(jí)矩陣透明切換算法和網(wǎng)絡(luò)安全框架, 整合了遺留系統(tǒng)資源，最后，成功的構(gòu)建了一個(gè)兼容性廣、安全性強(qiáng)、透 明度高、易用度好的平安城市監(jiān)控平臺(tái)。關(guān)鍵詞：平安城市；視頻監(jiān)控；設(shè)備編碼；多級(jí)矩陣透明切換；資源 整合視頻源多且雜，編碼不一致，如何實(shí)現(xiàn)大容量視頻數(shù)據(jù)接入和管理。如何實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)互

2、聯(lián)互通互控。如何保證整個(gè)系 統(tǒng)安全可靠。2、整體架構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到實(shí)際情況，將整個(gè)系統(tǒng)分三級(jí)架構(gòu)：市、分局/縣局、派出所, 總結(jié)構(gòu)如圖lo引言 近年來，我國整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力顯著增強(qiáng)，但社會(huì)治安狀況也日趨復(fù)雜, 公共安全問題不斷凸顯，城市犯罪突出，手段不斷更新、升級(jí)。這些都迫 切耍求加快發(fā)展以主動(dòng)預(yù)防為主的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。2005年10月12日，公 安部科技局在浙江省杭州市組織“全國城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)”, 確定從2005年10月開始到2008年，公安部將在全國開展城市報(bào)警與監(jiān) 控系統(tǒng)建設(shè)“3111”試點(diǎn)工程，即在省、市、縣三級(jí)，每個(gè)省確定一個(gè) 市，有條件的地市確定一個(gè)縣，有條件的縣確定一個(gè)社區(qū)或

3、街區(qū)為試點(diǎn)， 開展城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)工程。政策和標(biāo)準(zhǔn)是城市監(jiān)控“大聯(lián)網(wǎng)” 的堅(jiān)實(shí)后盾2。目前我市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)體系中的部分單位已建成了數(shù)量眾多的視頻監(jiān)控 系統(tǒng)，在維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定、防范打擊犯罪和重大活動(dòng)安全保衛(wèi)等方面發(fā)揮了 重要作用。但長期以來各自為重，形成一個(gè)個(gè)信息孤島，無法統(tǒng)一調(diào)配管 理。2010年，根據(jù)國家整體部署和本市實(shí)際情況，以“整合、改造、提 升、擴(kuò)建”為原則，在全市展開“天網(wǎng)工程”建設(shè)項(xiàng)目，總體目標(biāo)為整合 全市治安電子防控系統(tǒng)工程中已建成的四千多個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭，改造電子警 察以及城市治安電子防控系統(tǒng)工程中已建成的近百個(gè)監(jiān)控平臺(tái)，與市應(yīng)急 聯(lián)動(dòng)指揮中心聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)一體化建設(shè)與共享應(yīng)用。1

4、、現(xiàn)狀分析同現(xiàn)在大多數(shù)省市一樣4-5,己經(jīng)建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)模式不一，控管相 對(duì)獨(dú)立，資源無法互聯(lián)互通互控，產(chǎn)品品牌繁多，協(xié)議多樣，平臺(tái)軟件不 統(tǒng)一。各分縣局和支隊(duì)建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)主耍有兩種模式：模數(shù)結(jié)合方式和 純數(shù)字方式，涉及的dvs/dvr品牌有：大華、海康、利凌、天地偉業(yè)等。根據(jù)總體建設(shè)目標(biāo)要求，本項(xiàng)目將解決已建系統(tǒng)和新建系統(tǒng)的融合問題, 由統(tǒng)一平臺(tái)整合眾多的異構(gòu)網(wǎng)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)圖像互聯(lián)互控、圖像存儲(chǔ)、 流媒體服務(wù)、直播點(diǎn)播、統(tǒng)一資源管理、警視聯(lián)動(dòng)以及多級(jí)聯(lián)網(wǎng)等功能。擬解決的關(guān)鍵問題為：設(shè)備雜，品牌多，控制平臺(tái)各異，如何解決設(shè)備、平臺(tái)的兼容問 題?；痦?xiàng)目:湖南省教育廳資助科研項(xiàng)目（基金編號(hào):

5、no.l2c0770）o圖1總體結(jié)構(gòu)圖一級(jí)監(jiān)控中心：市公安局監(jiān)控中心；二級(jí)監(jiān)控中心：分局、交警支隊(duì)分監(jiān)控中心；三級(jí)監(jiān)控點(diǎn)：分局下屬 各派出所。充分利用已建資源和模式，考慮采用數(shù)模結(jié)合方式（非傳統(tǒng)數(shù)模結(jié)合 方式，這里指給每個(gè)設(shè)備都賦予兩種屬性：數(shù)字屬性和模擬屬性），模擬 信號(hào)節(jié)點(diǎn)可直接走光端機(jī)、視頻矩陣上墻，也可通過ip網(wǎng)到桌面；數(shù)字信 號(hào)通過ip網(wǎng)直接到桌面，也可通過視頻解碼器上墻。下級(jí)作為上級(jí)的信號(hào) 源，對(duì)上把本級(jí)信息上傳給上級(jí)，接受上級(jí)統(tǒng)一調(diào)配；同時(shí)對(duì)下負(fù)責(zé)管理 本級(jí)所轄節(jié)點(diǎn)。通過目錄服務(wù)器，提供快速的視頻資源定位服務(wù)；通過大 容量的流媒體服務(wù)器集群，實(shí)現(xiàn)了流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的低時(shí)延、易擴(kuò)展和人容

6、量; 通過大容量的矩陣配置和管理算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)的切換和展示。3、設(shè)備編碼設(shè)計(jì)考慮到本項(xiàng)目涉及的設(shè)備雜、地域廣、情況復(fù)雜等特性，54好的設(shè)備編碼對(duì)降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性，提高系統(tǒng)可移植性，加強(qiáng)統(tǒng)一管理的規(guī)范性都起著至關(guān)重要的作用。參考相關(guān)省市的設(shè)計(jì),設(shè)備編碼采用區(qū)域碼、類型碼相結(jié)合的編碼方法，將視頻監(jiān)控區(qū)域 劃分為市、縣/區(qū)、派出所/街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)/大型單位三級(jí)，設(shè)備類型分為數(shù)字/ 模擬設(shè)備、用戶、聯(lián)網(wǎng)單元等類型，具體由二十位完全十進(jìn)制阿拉伯?dāng)?shù)字 碼組成的特征組合碼，如圖2。這樣把地區(qū)特征、設(shè)備類型統(tǒng)一考慮到設(shè) 備編碼中來，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。圖2設(shè)備編碼規(guī)則三級(jí)域代碼為六位數(shù)字碼，表示編碼

7、對(duì)象所在市、區(qū)（縣）的域代碼， 參照gb/t2260中華人民共和國行政區(qū)劃代碼的規(guī)定執(zhí)行。四級(jí)域代碼為二位數(shù)字碼，表示在某一個(gè)三級(jí)域代碼所標(biāo)識(shí)的區(qū)域范 圍內(nèi)，對(duì)派出所/街道/鄉(xiāng)鎮(zhèn)/大型單位編定的順序碼。接入類型碼為三位數(shù)字碼，表示接入對(duì)象的系統(tǒng)建設(shè)主體類型。按區(qū) 域視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主體可分為政府機(jī)關(guān)、企業(yè)/事業(yè)單位等。設(shè)備類型碼為三位數(shù)字碼，表示數(shù)字/模擬設(shè)備、用戶、聯(lián)網(wǎng)單元類型。區(qū)域內(nèi)順序碼為六位數(shù)字碼，表示在某一個(gè)四級(jí)域代碼所標(biāo)識(shí)的區(qū)域 范圍內(nèi)，對(duì)各主要用戶、設(shè)備等對(duì)象編定的順序碼。4、多級(jí)視頻矩陣透明切換由于原系統(tǒng)中大量存在模擬視頻切換矩陣，要使整個(gè)系統(tǒng)互聯(lián)互通, 解決好矩陣控制問題是重

8、中之重7,這就對(duì)設(shè)計(jì)提出了一個(gè)尖銳的問題: 多級(jí)矩陣間的視頻應(yīng)如何有效管理，才能既便捷，又能最合理地利用僅有 的幾個(gè)視頻信道？這里先提出幾個(gè)前提條件:把各局看成點(diǎn)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似樹形結(jié)構(gòu)，模擬信號(hào)傳輸不存在路由選 擇問題。視頻調(diào)度指令通過接入網(wǎng)關(guān)發(fā)布，根據(jù)設(shè)備編號(hào)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)確認(rèn)，三 級(jí)域代碼最后兩位為00 （市局）的可剝奪最后兩位不為00 （分局）的， 四級(jí)域代碼為00 （分局控制中心）的可剝奪四級(jí)域代碼不為00 （下設(shè)派 出所），以此類推。只要線路總數(shù)允許，上級(jí)可隨意調(diào)度下級(jí)視頻，女m市局到分局有16 條通道，分局到派岀所有8個(gè)通道，貝山市局最多可調(diào)度16路分局視頻， 但最多只能調(diào)度派出所8路

9、視頻。如下級(jí)使用的線路被上級(jí)占用，下級(jí)只能重選線路（不可剝奪）。下級(jí)監(jiān)控通路被上級(jí)拆線時(shí)應(yīng)有通知機(jī)制。如果同級(jí)之間允許調(diào)度，如分局430101調(diào)用分局430104視頻，則分 局430101要回溯樹根（市局430100）,然后采用上級(jí)調(diào)度下級(jí)的方法。切換算法如公式1所示。其中ci、ki、mi分別為第i個(gè)矩陣輸出端口，輸入端口，上傳寬度， ki'為下級(jí)對(duì)應(yīng)上級(jí)輸入端口。上傳寬度為mi,采用hash table直接尋 址法自動(dòng)匹配輸出，第ki點(diǎn)輸入對(duì)應(yīng)輸出為ki mod mi,如果ki mod mi位為本地視頻占用通道則可直接剝奪，如 遇沖突（該輸出點(diǎn)為上級(jí)調(diào)用占用，不可剝奪），則采

10、用線性探測(cè)法，對(duì)應(yīng) 輸岀為（ki + di） mod mi, di=l,2z3,?, m-lo5、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與流媒體傳輸 5.1 vlan的劃分市監(jiān)控承載網(wǎng)絡(luò)ip地址規(guī)劃主要包括交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互聯(lián) 地址、各監(jiān)控點(diǎn)終端的ip地址、各監(jiān)控分中心以及派出所監(jiān)控中心用戶終 端的ip地址分配。為了減小廣播域，按照每個(gè)派出所管轄區(qū)域的監(jiān)控點(diǎn)劃 分在1個(gè)vlan中，vlan劃分按照前面設(shè)備編碼規(guī)則中的三、四級(jí)域編碼 來確定。5.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)作為可運(yùn)營的系統(tǒng)，安全機(jī)制是系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 中的重點(diǎn)。缺乏成熟的安全機(jī)制是阻礙網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控由研究走向應(yīng)用的關(guān) 鍵問題8。從體系結(jié)構(gòu)來看，可將承載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的安全性

11、在總體結(jié)構(gòu)上分 為三個(gè)層次：網(wǎng)絡(luò)層安全、應(yīng)用層安全和系統(tǒng)層安全。網(wǎng)絡(luò)層安全是指在網(wǎng)絡(luò)的下三層（物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層）采取各種 安全措施來保障網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的安全，由于本系統(tǒng)主要承載的網(wǎng)絡(luò)是公安三四 級(jí)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層安全由專網(wǎng)保證，不在此過多考慮；應(yīng)用層安全是指通過利用各應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫自身的安全機(jī)制，在應(yīng) 用層保證對(duì)網(wǎng)絡(luò)上所承載的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的信息訪問合法性，這里我 們給每個(gè)分局配備接入網(wǎng)關(guān)/服務(wù)器來保證；系統(tǒng)層安全主要是通過對(duì)操作系統(tǒng)的安全設(shè)置，防止不法分子利用操作系統(tǒng)的安全漏洞對(duì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成安全威脅，我們?cè)谑芯峙渲胹us服務(wù)器，自 動(dòng)為客戶推送補(bǔ)丁。5.3數(shù)字信號(hào)傳播考慮實(shí)際情況，平均一個(gè)派出所有

12、上百路視頻進(jìn)行傳輸，分局200-1000路，市公安局全網(wǎng)可達(dá)4千路以上的接入或轉(zhuǎn)發(fā)視頻 流。首先需要解決數(shù)字資源快速定位問題，在市局設(shè)置目錄服務(wù)器，對(duì)于 級(jí)聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)模式，下級(jí)聯(lián)網(wǎng)單元無條件把所有的目錄和攝像機(jī)都共享給目 的（上級(jí)）聯(lián)網(wǎng)單元；對(duì)于互聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)模式，下級(jí)聯(lián)網(wǎng)單元可以有選擇的 把目錄和攝像機(jī)共享給目的聯(lián)網(wǎng)單元。這樣保證聯(lián)網(wǎng)單元的目錄信息發(fā)生 變化（包括新增、修改和刪除共享）或設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化（上下線、視頻 丟失）后，中心能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或資源定位時(shí)快速給出結(jié)果。同時(shí)，系統(tǒng)通過采用多級(jí)流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)（每個(gè)分局和市中心局按 需配置流媒體服務(wù)器），從而最大程度的降低視頻數(shù)據(jù)重復(fù)占用帶寬的情 況，

13、并采取相應(yīng)的權(quán)限控制機(jī)制，保證重要視頻數(shù)據(jù)的傳輸可靠和穩(wěn)定。 考慮到公安三級(jí)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際現(xiàn)狀，特別是在大數(shù)量視頻信息的條件下，各 分局、甚至包括派出所，都需耍配置流媒體服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的 轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬（派岀所可以分步實(shí)施，有實(shí)際需要時(shí)再配置）。 比如在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，大量的重點(diǎn)部分圖像可能會(huì)受到多個(gè)層次的多個(gè) 用戶的并發(fā)訪問，所以，系統(tǒng)需要支持多級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，最大程度的節(jié)約 帶寬資源，提高客戶端訪問性能。6、聯(lián)網(wǎng)資源整合設(shè)計(jì)6.1平臺(tái)接入技術(shù)選擇原有系統(tǒng)主要分為四種：純數(shù)字平臺(tái)、模數(shù)結(jié)合且有sdk包、模數(shù)結(jié) 合無sdk包、純模擬信號(hào)。接入技術(shù)選擇如圖3。純數(shù)字平臺(tái)：采用標(biāo)準(zhǔn)化

14、的監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)共享平臺(tái)，系統(tǒng)之間通過同一種聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互通，規(guī)范統(tǒng)一。在分局監(jiān)控屮心部55署接入網(wǎng)關(guān)，由接入網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與純數(shù)字平臺(tái)的對(duì)接，通過接入網(wǎng) 關(guān)從純字平臺(tái)獲取分局平臺(tái)下掛的視頻資源目錄，主動(dòng)向視頻資源目錄服 務(wù)器進(jìn)行注冊(cè)，視頻資源冃錄服務(wù)器對(duì)接收到的資源冃錄進(jìn)行幣理，實(shí)現(xiàn) 對(duì)視頻資源的統(tǒng)一權(quán)限劃分、集中管控。模數(shù)結(jié)合且有sdk包：讓原有監(jiān)控系統(tǒng)開放自己的對(duì)外sdk接口，由 新建監(jiān)控平臺(tái)按照這些開放接口對(duì)下級(jí)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行兼容適配。由接入網(wǎng) 關(guān)對(duì)矩陣端口進(jìn)行資源定義，并實(shí)現(xiàn)控制信令的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)矩陣的級(jí)聯(lián) 控制，接入網(wǎng)關(guān)同時(shí)負(fù)責(zé)向資源目錄服務(wù)器進(jìn)行注冊(cè)，實(shí)現(xiàn)集中管理，這 種方式雖可以實(shí)現(xiàn)互通

15、，但監(jiān)控系統(tǒng)之間無標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范制約，互通的接口 隨意性大、可變性大。模數(shù)結(jié)合無sdk包和純模擬信號(hào):原有系統(tǒng)輸出一定路數(shù)的模擬圖像, 接入到新建監(jiān)控平臺(tái)的編碼設(shè)備，編碼設(shè)備將模擬圖像數(shù)字化后，由新建 監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理。這種方式技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡單，且沒有安全風(fēng)險(xiǎn)，缺點(diǎn) 是上級(jí)平臺(tái)只能接收?qǐng)D像，無法靈活調(diào)閱下級(jí)圖像。圖3多平臺(tái)接入6.2模擬數(shù)字信號(hào)無區(qū)別接入圖4模數(shù)信號(hào)無區(qū)別接入56每個(gè)攝像機(jī)有唯一的編號(hào)，它可能具有兩個(gè)屬性，一個(gè)是通過分配器 接到了某個(gè)編碼器上（或直接接到交換機(jī)上），則它有一個(gè)對(duì)應(yīng)數(shù)字通道， 包括ip和端口號(hào)；另一個(gè)屬性是接到了某一臺(tái)矩陣的某個(gè)端口上（或通過 解碼器連接到矩陣上），則

16、至少包括矩陣編號(hào)及端口信息。這樣不管攝像 機(jī)是模擬信號(hào)的還是數(shù)字信號(hào)的，它都可以在電腦桌面上或電視大屏上顯 示與控制。通過編碼/解碼器讓模數(shù)信號(hào)可相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)信號(hào)源無區(qū)別對(duì) 待，如圖4。6.3海量數(shù)據(jù)的展示傳統(tǒng)的樹形結(jié)構(gòu)對(duì)于四千多個(gè)攝像頭的大型應(yīng)用 已經(jīng)是杯水車薪了，雖然在本系統(tǒng)中仍保留此結(jié)構(gòu)，只是給高級(jí)用戶夠快 速定位使用。本系統(tǒng)屮提供了另外3種模式：搜索引擎模式，讓用戶直接通過關(guān)鍵字檢索，對(duì)新用戶檢索效率不高。 與gps系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，通過地址檢索，適用于高級(jí)用戶。模糊查詢，也是本系統(tǒng)最推崇的模式，通過列出相關(guān)檢索條件，來幫 助新用戶上手，如圖5。圖5模糊查詢界面結(jié)束語“平安城市動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)”

17、作為平安城市建設(shè)的基礎(chǔ)，對(duì)未來應(yīng)對(duì)突 發(fā)事件的城市應(yīng)急防范起著關(guān)鍵的作用。面對(duì)如此之大的聯(lián)網(wǎng)規(guī)模，需要 解決許多過去小規(guī)模聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)未曾碰到過的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)，本文從一個(gè) 具體城市的建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)，參考文獻(xiàn)?全國安全防范報(bào)警系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).?sac/tc100,?關(guān)于開 展城市報(bào)警與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的意見,2005.?魏一，淺析平安城市視頻監(jiān)控大聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展j,中國安防,2013,?3:72-75.?張秀峰，標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)戰(zhàn)、云服務(wù)一一平安城市視頻監(jiān)控管理的應(yīng)用趨勢(shì)j沖國安 1,2013,3:67-70.4 ?胡瑞敏，曹雪松，陳軍“平安城市”系統(tǒng)構(gòu)建原則及關(guān)鍵技術(shù)幾安 防科技,?2007,7： 3-11.5