智慧城市智能監控技術(shù)的解決方案分析

自2004年全國首批3111試點(diǎn)城市監控系統建設以來(lái)，我國進(jìn)入了平安城市高速建設期。城市視頻監控應用系統是實(shí)現城市安全和穩定的重要基礎，一般由公安機關(guān)來(lái)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(mǎn)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、控制、打擊違法犯罪，提供破案線(xiàn)索，固定違法犯罪證據等方面也發(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。

本文就城市視頻監控系統中的系統架構、高清技術(shù)應用點(diǎn)以及監控管理平臺的實(shí)戰化應用做出闡述與討論。

對不少項目建設啟動(dòng)較早的城市而言，經(jīng)過(guò)近幾年的建設，已經(jīng)建立了比較完善的監控體系應用，目前更多的是實(shí)現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。

對于監控系統建設比較晚的城市，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架構和先進(jìn)的設備技術(shù)，實(shí)現“彎道超車(chē)”。

以下是一個(gè)理想的城市級監控系統的層次架構圖：

城市級監控系統的層次架構圖

自2004年全國首批3111試點(diǎn)城市監控系統建設以來(lái)，我國進(jìn)入了平安城市高速建設期。城市視頻監控應用系統是實(shí)現城市安全和穩定的重要基礎，一般由公安機關(guān)來(lái)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(mǎn)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、控制、打擊違法犯罪，提供破案線(xiàn)索，固定違法犯罪證據等方面也發(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

本文就城市視頻監控系統中的系統架構、高清技術(shù)應用點(diǎn)以及監控管理平臺的實(shí)戰化應用做出闡述與討論。

城市視頻監控系統基礎建設架構

對不少項目建設啟動(dòng)較早的城市而言，經(jīng)過(guò)近幾年的建設，已經(jīng)建立了比較完善的監控體系應用，目前更多的是實(shí)現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。

對于監控系統建設比較晚的城市，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架構和先進(jìn)的設備技術(shù)，實(shí)現“彎道超車(chē)”。

以下是一個(gè)理想的城市級監控系統的層次架構圖：

自2004年全國首批3111試點(diǎn)城市監控系統建設以來(lái)，我國進(jìn)入了平安城市高速建設期。城市視頻監控應用系統是實(shí)現城市安全和穩定的重要基礎，一般由公安機關(guān)來(lái)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(mǎn)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、控制、打擊違法犯罪，提供破案線(xiàn)索，固定違法犯罪證據等方面也發(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

本文就城市視頻監控系統中的系統架構、高清技術(shù)應用點(diǎn)以及監控管理平臺的實(shí)戰化應用做出闡述與討論。

城市視頻監控系統基礎建設架構

對不少項目建設啟動(dòng)較早的城市而言，經(jīng)過(guò)近幾年的建設，已經(jīng)建立了比較完善的監控體系應用，目前更多的是實(shí)現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。

對于監控系統建設比較晚的城市，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架構和先進(jìn)的設備技術(shù)，實(shí)現“彎道超車(chē)”。

以下是一個(gè)理想的城市級監控系統的層次架構圖：

自2004年全國首批3111試點(diǎn)城市監控系統建設以來(lái)，我國進(jìn)入了平安城市高速建設期。城市視頻監控應用系統是實(shí)現城市安全和穩定的重要基礎，一般由公安機關(guān)來(lái)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(mǎn)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、控制、打擊違法犯罪，提供破案線(xiàn)索，固定違法犯罪證據等方面也發(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

本文就城市視頻監控系統中的系統架構、高清技術(shù)應用點(diǎn)以及監控管理平臺的實(shí)戰化應用做出闡述與討論。

城市視頻監控系統基礎建設架構

對不少項目建設啟動(dòng)較早的城市而言，經(jīng)過(guò)近幾年的建設，已經(jīng)建立了比較完善的監控體系應用，目前更多的是實(shí)現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。

對于監控系統建設比較晚的城市，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架構和先進(jìn)的設備技術(shù)，實(shí)現“彎道超車(chē)”。

以下是一個(gè)理想的城市級監控系統的層次架構圖：

現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，但是高清產(chǎn)品帶來(lái)高質(zhì)量圖像的同時(shí)，也帶來(lái)了翻倍的數據量，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模塊都提出了新的要求。因此高清化并不是簡(jiǎn)單的攝像機高清化，而是整個(gè)系統的高清化。

使用HD-SDI技術(shù)建立起無(wú)延時(shí)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(guò)程中耗時(shí)太長(cháng)，再加上傳輸網(wǎng)絡(luò )符合等其他因素，會(huì )造成明顯的延遲效應。不適宜于在指揮中心進(jìn)行突發(fā)事件的防控。因此，催生出了數字高清的產(chǎn)品，其特征是采用HD-SDI接口輸出無(wú)壓縮編碼的高清信號，其信號直接在同軸電纜的專(zhuān)線(xiàn)上傳輸，也無(wú)需經(jīng)過(guò)解碼就可直接上墻預覽，很好解決了延時(shí)的問(wèn)題。

下圖是?？低曄嚓P(guān)HD-SDI技術(shù)應用的最小系統拓撲圖。

HD-SDI系統拓撲圖

HD-SDI保證了實(shí)時(shí)預覽的最快響應，對于存儲的數據還是要進(jìn)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(zhù)城市監控的點(diǎn)位與數據量的增長(cháng)，DVR的模式已經(jīng)不再適合與城市級監控系統的發(fā)展需要，大型存儲陣列越來(lái)越多得到應用。傳統的IT存儲有NAS、DAS、SAN等幾種模式，在民用大型信息系統中應用較多的是IPSAN模式，但是IPSAN也并非專(zhuān)為監控系統設計，其部署需要配置存儲服務(wù)器，這成為了整個(gè)系統鏈路中的一個(gè)速度瓶頸，也多了故障的風(fēng)險點(diǎn)。根據安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的要求，現在已經(jīng)出現了專(zhuān)為安防需求設計的云存儲模式（CVR：cloudvideorecorder）用于大型安防系統的存儲。

相較于傳統的存儲模式，CVR模式主要特點(diǎn)如下：

1、流媒體數據直寫(xiě)模式，無(wú)需存儲服務(wù)器；

2、視頻塊數據結構存儲，消除磁盤(pán)碎片，節省磁盤(pán)空間與延長(cháng)磁盤(pán)壽命；

3、能實(shí)現更高的并行存儲量；

4、支持對國標聯(lián)網(wǎng)協(xié)議；

5、快速的視頻檢索與回放，增強用戶(hù)體驗。

目前各個(gè)主流的存儲產(chǎn)品廠(chǎng)商都推出了CVR模式的產(chǎn)品，以下是CVR產(chǎn)品的數據流拓撲圖：

CVR數據流拓撲圖

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，現在的國家GB/T28181的聯(lián)網(wǎng)標準里了統一的碼流格式與協(xié)議。因此，對很多舊有設備和平臺進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)接入的主要內容就是編碼格式和協(xié)議的轉換。以往的改造工程往往是使用通用的服務(wù)器集群來(lái)完成，現在，不少廠(chǎng)商推出了硬件集成產(chǎn)品。此類(lèi)產(chǎn)品采用電信級機柜框架，利用功能插板來(lái)做功能的組合和性能的擴展，包括路由交換、轉碼、媒體服務(wù)、協(xié)議轉換等一系列的功能。下圖是聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的架構平臺。

聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的架構平臺

此類(lèi)集成方案的優(yōu)勢在于采用專(zhuān)用的DSP芯片提高轉碼的性能，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定高效、減少空間的占用、也減少施工的繁瑣程度。

視頻監控管理平臺的實(shí)戰化解決方案

近幾年，某些地區的平安城市已經(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(lái)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(zhù)視頻越來(lái)越多的參與到實(shí)際的業(yè)務(wù)中，簡(jiǎn)單的視頻應用功能已經(jīng)不能滿(mǎn)足應用的需要。不少地方已經(jīng)開(kāi)始了對視頻監控管理平臺實(shí)戰化的探索。

目前，公安視頻監控平臺的實(shí)戰化有以下幾個(gè)內容：

1、更加貼合實(shí)際工作的操作習慣，借鑒民用產(chǎn)品的“用戶(hù)體驗”設計。

為了顯示出業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，目前的監控平臺的操作交互設計將越來(lái)越注重“用戶(hù)體驗”，通過(guò)貼合實(shí)際的快捷操作來(lái)提高視頻應用的效率。例如在公安指揮中心控制球機轉動(dòng)的這個(gè)過(guò)程，原先用戶(hù)需要利用控制搖桿或者利用虛擬云臺控制界面進(jìn)行“上下左右”的控制，而現在，用戶(hù)只需要通過(guò)用鼠標點(diǎn)擊畫(huà)面中的某一個(gè)點(diǎn)，系統將會(huì )自動(dòng)控制云臺并調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)現場(chǎng)的管控能力。

2、原有業(yè)務(wù)數據關(guān)聯(lián)與利用，監控平臺將會(huì )向業(yè)務(wù)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、在逃人員查詢(xún)系統、人口查詢(xún)系統、三合一報警系統，車(chē)輛注冊信息庫等多種信息系統。未來(lái)視頻監控平臺將會(huì )關(guān)聯(lián)這些信息系統，實(shí)現與公安業(yè)務(wù)信息的數據交互。一可以簡(jiǎn)化對多種系統的應用操作，二可以加強業(yè)務(wù)數據與視頻數據對技戰法的支持，例如獲取交通卡口的過(guò)車(chē)數據庫計算出車(chē)輛軌跡、從在逃庫中比對目前的嫌疑人等。

3、深入挖掘視頻數據的潛在信息，建立結構化的視頻信息庫，輔助案件的偵查。視頻是非結構化信息，查詢(xún)的依據只能是空間與時(shí)間兩個(gè)維度。這樣的信息利用方法不僅效率低下，其中隱含的價(jià)值信息也會(huì )被大量冗余的信息所覆蓋。因此，深入進(jìn)行視頻數據的信息挖掘是現在比較熱門(mén)的話(huà)題，前提要對視頻數據進(jìn)行結構化整理，提取其中的特征屬性，形成可查詢(xún)的數據庫。在需要的時(shí)候可通過(guò)這些特征屬性查詢(xún)的相關(guān)的目標及信息。數據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。視頻結構化分成自動(dòng)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(chǎng)景下，可以通過(guò)自動(dòng)識別記錄下所過(guò)車(chē)輛照片，并自動(dòng)提取出其中的車(chē)牌信息，車(chē)輛顏色等信息，這屬于自動(dòng)結構化過(guò)程。人工標注多用于一些刑事案件，刑偵人員根據案情的需要對視頻中的可疑目標進(jìn)行標注，此類(lèi)標注多為刑偵術(shù)語(yǔ)，如體態(tài)、習慣等等。

4、融入傳統IT界的技術(shù)來(lái)應對大數據量的挑戰與軟件拓展性。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)中以處理海量的數據應用需求，相關(guān)的技術(shù)思想和方法已經(jīng)開(kāi)始在視頻數據展開(kāi)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(jìn)行處理技術(shù)將用于大量錄像或數據的智能檢索處理，例如海量卡口數據的查詢(xún)等。另外，基于未來(lái)的視頻應用需求會(huì )越來(lái)越多，目前各大監控平臺廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始引入IT行業(yè)中先進(jìn)的軟件架構技術(shù)來(lái)規劃自己的新一代產(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(lái)的視頻監控平臺可隨意加載新的應用而不影響系統的正常運行。

下圖是公安實(shí)戰視頻監控平臺的邏輯架構，自上而下可分為4個(gè)層次，應用、服務(wù)、涉案視頻信息數據庫、基礎數據，如下圖所示：

此類(lèi)集成方案的優(yōu)勢在于采用專(zhuān)用的DSP芯片提高轉碼的性能，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定高效、減少空間的占用、也減少施工的繁瑣程度。

視頻監控管理平臺的實(shí)戰化解決方案

近幾年，某些地區的平安城市已經(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(lái)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(zhù)視頻越來(lái)越多的參與到實(shí)際的業(yè)務(wù)中，簡(jiǎn)單的視頻應用功能已經(jīng)不能滿(mǎn)足應用的需要。不少地方已經(jīng)開(kāi)始了對視頻監控管理平臺實(shí)戰化的探索。

目前，公安視頻監控平臺的實(shí)戰化有以下幾個(gè)內容：

1、更加貼合實(shí)際工作的操作習慣，借鑒民用產(chǎn)品的“用戶(hù)體驗”設計。

為了顯示出業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，目前的監控平臺的操作交互設計將越來(lái)越注重“用戶(hù)體驗”，通過(guò)貼合實(shí)際的快捷操作來(lái)提高視頻應用的效率。例如在公安指揮中心控制球機轉動(dòng)的這個(gè)過(guò)程，原先用戶(hù)需要利用控制搖桿或者利用虛擬云臺控制界面進(jìn)行“上下左右”的控制，而現在，用戶(hù)只需要通過(guò)用鼠標點(diǎn)擊畫(huà)面中的某一個(gè)點(diǎn)，系統將會(huì )自動(dòng)控制云臺并調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)現場(chǎng)的管控能力。

2、原有業(yè)務(wù)數據關(guān)聯(lián)與利用，監控平臺將會(huì )向業(yè)務(wù)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、在逃人員查詢(xún)系統、人口查詢(xún)系統、三合一報警系統，車(chē)輛注冊信息庫等多種信息系統。未來(lái)視頻監控平臺將會(huì )關(guān)聯(lián)這些信息系統，實(shí)現與公安業(yè)務(wù)信息的數據交互。一可以簡(jiǎn)化對多種系統的應用操作，二可以加強業(yè)務(wù)數據與視頻數據對技戰法的支持，例如獲取交通卡口的過(guò)車(chē)數據庫計算出車(chē)輛軌跡、從在逃庫中比對目前的嫌疑人等。

3、深入挖掘視頻數據的潛在信息，建立結構化的視頻信息庫，輔助案件的偵查。視頻是非結構化信息，查詢(xún)的依據只能是空間與時(shí)間兩個(gè)維度。這樣的信息利用方法不僅效率低下，其中隱含的價(jià)值信息也會(huì )被大量冗余的信息所覆蓋。因此，深入進(jìn)行視頻數據的信息挖掘是現在比較熱門(mén)的話(huà)題，前提要對視頻數據進(jìn)行結構化整理，提取其中的特征屬性，形成可查詢(xún)的數據庫。在需要的時(shí)候可通過(guò)這些特征屬性查詢(xún)的相關(guān)的目標及信息。數據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。視頻結構化分成自動(dòng)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(chǎng)景下，可以通過(guò)自動(dòng)識別記錄下所過(guò)車(chē)輛照片，并自動(dòng)提取出其中的車(chē)牌信息，車(chē)輛顏色等信息，這屬于自動(dòng)結構化過(guò)程。人工標注多用于一些刑事案件，刑偵人員根據案情的需要對視頻中的可疑目標進(jìn)行標注，此類(lèi)標注多為刑偵術(shù)語(yǔ)，如體態(tài)、習慣等等。

4、融入傳統IT界的技術(shù)來(lái)應對大數據量的挑戰與軟件拓展性。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)中以處理海量的數據應用需求，相關(guān)的技術(shù)思想和方法已經(jīng)開(kāi)始在視頻數據展開(kāi)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(jìn)行處理技術(shù)將用于大量錄像或數據的智能檢索處理，例如海量卡口數據的查詢(xún)等。另外，基于未來(lái)的視頻應用需求會(huì )越來(lái)越多，目前各大監控平臺廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始引入IT行業(yè)中先進(jìn)的軟件架構技術(shù)來(lái)規劃自己的新一代產(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(lái)的視頻監控平臺可隨意加載新的應用而不影響系統的正常運行。

下圖是公安實(shí)戰視頻監控平臺的邏輯架構，自上而下可分為4個(gè)層次，應用、服務(wù)、涉案視頻信息數據庫、基礎數據，如下圖所示：

頂層是用戶(hù)應用層，平臺提供CS、BS客戶(hù)端，BS客戶(hù)端提供基礎性的功能應用，CS可用來(lái)提供相對專(zhuān)業(yè)的技術(shù)應用，例如圖像處理、視頻編輯等。

第二層是服務(wù)層，建立在各種基礎數據之上，包括基礎視頻應用服務(wù)、設備運維管理、數據庫服務(wù)等，還包括專(zhuān)用于刑事偵查的圖像處理、智能識別等專(zhuān)業(yè)服務(wù)。

最底層是基礎數據資源層，匯聚的數據資源包括來(lái)自各個(gè)基層的視頻數據、第三方的數據業(yè)務(wù)系統，例如PGIS信息系統、警綜信息系統、人口信息數據庫、車(chē)輛信息數據庫等。初次之外，在視頻數據的基礎上，經(jīng)過(guò)信息的整理提取還包括有案件信息庫、視頻結構化數據庫等。

結束語(yǔ)

本文對目前的平安城市建設的系統框架進(jìn)行闡述，點(diǎn)出了現在高清化推廣過(guò)程中的幾個(gè)新型技術(shù)應用點(diǎn)，最后對目前的監控管理平臺的實(shí)戰化熱點(diǎn)進(jìn)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?lái)一直致力于中國平安城市的建設和發(fā)展，針對各地不同的實(shí)際情況提出相應的解決方案，得到用戶(hù)的肯定。