“平安城市”动态监控系统设计与集成探析

1、“平安城市”动态监控系统设计与集成探析“平安城市”动态监控系统设计与集成探析文/赵珏摘要：我国平安城市监控系统建设日趋普及，但遗留系统各自为重, 集成改造困难。本文针对具体的平安城市案例在设计和集成中所遇到的关 键问题和技术进行了讨论，详细介绍了该“平安城市”系统构建的总体原 则，提岀了设备编码标准，设计多级矩阵透明切换算法和网络安全框架, 整合了遗留系统资源，最后，成功的构建了一个兼容性广、安全性强、透 明度高、易用度好的平安城市监控平台。关键词：平安城市；视频监控；设备编码；多级矩阵透明切换；资源 整合视频源多且杂，编码不一致，如何实现大容量视频数据接入和管理。如何实现模拟信号和数字信号互

2、联互通互控。如何保证整个系 统安全可靠。2、整体架构设计考虑到实际情况，将整个系统分三级架构：市、分局/县局、派出所, 总结构如图lo引言 近年来，我国整体经济实力显著增强，但社会治安状况也日趋复杂, 公共安全问题不断凸显，城市犯罪突出，手段不断更新、升级。这些都迫 切耍求加快发展以主动预防为主的视频监控系统。2005年10月12日，公 安部科技局在浙江省杭州市组织“全国城市报警与监控系统建设现场会”, 确定从2005年10月开始到2008年，公安部将在全国开展城市报警与监 控系统建设“3111”试点工程，即在省、市、县三级，每个省确定一个 市，有条件的地市确定一个县，有条件的县确定一个社区或

3、街区为试点， 开展城市报警与监控系统建设试点工程。政策和标准是城市监控“大联网” 的坚实后盾2。目前我市应急联动体系中的部分单位已建成了数量众多的视频监控 系统，在维护社会稳定、防范打击犯罪和重大活动安全保卫等方面发挥了 重要作用。但长期以来各自为重，形成一个个信息孤岛，无法统一调配管 理。2010年，根据国家整体部署和本市实际情况，以“整合、改造、提 升、扩建”为原则，在全市展开“天网工程”建设项目，总体目标为整合 全市治安电子防控系统工程中已建成的四千多个监控摄像头，改造电子警 察以及城市治安电子防控系统工程中已建成的近百个监控平台，与市应急 联动指挥中心联网，实现一体化建设与共享应用。1

4、、现状分析同现在大多数省市一样4-5,己经建设的监控系统模式不一，控管相 对独立，资源无法互联互通互控，产品品牌繁多，协议多样，平台软件不 统一。各分县局和支队建设的监控系统主耍有两种模式：模数结合方式和 纯数字方式，涉及的dvs/dvr品牌有：大华、海康、利凌、天地伟业等。根据总体建设目标要求，本项目将解决已建系统和新建系统的融合问题, 由统一平台整合众多的异构网平台，最终实现图像互联互控、图像存储、 流媒体服务、直播点播、统一资源管理、警视联动以及多级联网等功能。拟解决的关键问题为：设备杂，品牌多，控制平台各异，如何解决设备、平台的兼容问 题。基金项目:湖南省教育厅资助科研项目（基金编号:

5、no.l2c0770）o图1总体结构图一级监控中心：市公安局监控中心；二级监控中心：分局、交警支队分监控中心；三级监控点：分局下属 各派出所。充分利用已建资源和模式，考虑采用数模结合方式（非传统数模结合 方式，这里指给每个设备都赋予两种属性：数字属性和模拟属性），模拟 信号节点可直接走光端机、视频矩阵上墙，也可通过ip网到桌面；数字信 号通过ip网直接到桌面，也可通过视频解码器上墙。下级作为上级的信号 源，对上把本级信息上传给上级，接受上级统一调配；同时对下负责管理 本级所辖节点。通过目录服务器，提供快速的视频资源定位服务；通过大 容量的流媒体服务器集群，实现了流媒体转发的低时延、易扩展和人容

6、量; 通过大容量的矩阵配置和管理算法设计，实现实时信号的切换和展示。3、设备编码设计考虑到本项目涉及的设备杂、地域广、情况复杂等特性，54好的设备编码对降低设计复杂性，提高系统可移植性，加强统一管理的规范性都起着至关重要的作用。参考相关省市的设计,设备编码采用区域码、类型码相结合的编码方法，将视频监控区域 划分为市、县/区、派出所/街道/乡镇/大型单位三级，设备类型分为数字/ 模拟设备、用户、联网单元等类型，具体由二十位完全十进制阿拉伯数字 码组成的特征组合码，如图2。这样把地区特征、设备类型统一考虑到设 备编码中来，为系统设计奠定了良好的基础。图2设备编码规则三级域代码为六位数字码，表示编码

7、对象所在市、区（县）的域代码， 参照gb/t2260中华人民共和国行政区划代码的规定执行。四级域代码为二位数字码，表示在某一个三级域代码所标识的区域范 围内，对派出所/街道/乡镇/大型单位编定的顺序码。接入类型码为三位数字码，表示接入对象的系统建设主体类型。按区 域视频监控系统建设主体可分为政府机关、企业/事业单位等。设备类型码为三位数字码，表示数字/模拟设备、用户、联网单元类型。区域内顺序码为六位数字码，表示在某一个四级域代码所标识的区域 范围内，对各主要用户、设备等对象编定的顺序码。4、多级视频矩阵透明切换由于原系统中大量存在模拟视频切换矩阵，要使整个系统互联互通, 解决好矩阵控制问题是重

8、中之重7,这就对设计提出了一个尖锐的问题: 多级矩阵间的视频应如何有效管理，才能既便捷，又能最合理地利用仅有 的几个视频信道？这里先提出几个前提条件:把各局看成点，拓扑结构类似树形结构，模拟信号传输不存在路由选 择问题。视频调度指令通过接入网关发布，根据设备编号进行优先级确认，三 级域代码最后两位为00 （市局）的可剥夺最后两位不为00 （分局）的， 四级域代码为00 （分局控制中心）的可剥夺四级域代码不为00 （下设派 出所），以此类推。只要线路总数允许，上级可随意调度下级视频，女m市局到分局有16 条通道，分局到派岀所有8个通道，贝山市局最多可调度16路分局视频， 但最多只能调度派出所8路

9、视频。如下级使用的线路被上级占用，下级只能重选线路（不可剥夺）。下级监控通路被上级拆线时应有通知机制。如果同级之间允许调度，如分局430101调用分局430104视频，则分 局430101要回溯树根（市局430100）,然后采用上级调度下级的方法。切换算法如公式1所示。其中ci、ki、mi分别为第i个矩阵输出端口，输入端口，上传宽度， ki'为下级对应上级输入端口。上传宽度为mi,采用hash table直接寻 址法自动匹配输出，第ki点输入对应输出为ki mod mi,如果ki mod mi位为本地视频占用通道则可直接剥夺，如 遇冲突（该输出点为上级调用占用，不可剥夺），则采

10、用线性探测法，对应 输岀为（ki + di） mod mi, di=l,2z3,?, m-lo5、网络设计与流媒体传输 5.1 vlan的划分市监控承载网络ip地址规划主要包括交换机等网络设备之间的互联 地址、各监控点终端的ip地址、各监控分中心以及派出所监控中心用户终 端的ip地址分配。为了减小广播域，按照每个派出所管辖区域的监控点划 分在1个vlan中，vlan划分按照前面设备编码规则中的三、四级域编码 来确定。5.2网络系统安全设计作为可运营的系统，安全机制是系统设计实现 中的重点。缺乏成熟的安全机制是阻碍网络视频监控由研究走向应用的关 键问题8。从体系结构来看，可将承载网络平台的安全性

11、在总体结构上分 为三个层次：网络层安全、应用层安全和系统层安全。网络层安全是指在网络的下三层（物理层、链路层、网络层）采取各种 安全措施来保障网络平台的安全，由于本系统主要承载的网络是公安三四 级网，网络层安全由专网保证，不在此过多考虑；应用层安全是指通过利用各应用系统和数据库自身的安全机制，在应 用层保证对网络上所承载的各种网络应用系统的信息访问合法性，这里我 们给每个分局配备接入网关/服务器来保证；系统层安全主要是通过对操作系统的安全设置，防止不法分子利用操作系统的安全漏洞对网络构成安全威胁，我们在市局配置sus服务器，自 动为客户推送补丁。5.3数字信号传播考虑实际情况，平均一个派出所有

12、上百路视频进行传输，分局200-1000路，市公安局全网可达4千路以上的接入或转发视频 流。首先需要解决数字资源快速定位问题，在市局设置目录服务器，对于 级联的联网模式，下级联网单元无条件把所有的目录和摄像机都共享给目 的（上级）联网单元；对于互联的联网模式，下级联网单元可以有选择的 把目录和摄像机共享给目的联网单元。这样保证联网单元的目录信息发生 变化（包括新增、修改和删除共享）或设备状态发生变化（上下线、视频 丢失）后，中心能及时发现或资源定位时快速给出结果。同时，系统通过采用多级流媒体转发的技术（每个分局和市中心局按 需配置流媒体服务器），从而最大程度的降低视频数据重复占用带宽的情 况，

13、并采取相应的权限控制机制，保证重要视频数据的传输可靠和稳定。 考虑到公安三级网络的实际现状，特别是在大数量视频信息的条件下，各 分局、甚至包括派出所，都需耍配置流媒体服务器，以实现对视频数据的 转发、分发，节省网络带宽（派岀所可以分步实施，有实际需要时再配置）。 比如在突发事件发生时，大量的重点部分图像可能会受到多个层次的多个 用户的并发访问，所以，系统需要支持多级转发的功能，最大程度的节约 带宽资源，提高客户端访问性能。6、联网资源整合设计6.1平台接入技术选择原有系统主要分为四种：纯数字平台、模数结合且有sdk包、模数结 合无sdk包、纯模拟信号。接入技术选择如图3。纯数字平台：采用标准化

14、的监控联网共享平台，系统之间通过同一种联网协议实现互通，规范统一。在分局监控屮心部55署接入网关，由接入网关负责实现与纯数字平台的对接，通过接入网 关从纯字平台获取分局平台下挂的视频资源目录，主动向视频资源目录服 务器进行注册，视频资源冃录服务器对接收到的资源冃录进行幣理，实现 对视频资源的统一权限划分、集中管控。模数结合且有sdk包：让原有监控系统开放自己的对外sdk接口，由 新建监控平台按照这些开放接口对下级监控平台进行兼容适配。由接入网 关对矩阵端口进行资源定义，并实现控制信令的转换，实现对矩阵的级联 控制，接入网关同时负责向资源目录服务器进行注册，实现集中管理，这 种方式虽可以实现互通

15、，但监控系统之间无标准的规范制约，互通的接口 随意性大、可变性大。模数结合无sdk包和纯模拟信号:原有系统输出一定路数的模拟图像, 接入到新建监控平台的编码设备，编码设备将模拟图像数字化后，由新建 监控平台进行统一管理。这种方式技术实现简单，且没有安全风险，缺点 是上级平台只能接收图像，无法灵活调阅下级图像。图3多平台接入6.2模拟数字信号无区别接入图4模数信号无区别接入56每个摄像机有唯一的编号，它可能具有两个属性，一个是通过分配器 接到了某个编码器上（或直接接到交换机上），则它有一个对应数字通道， 包括ip和端口号；另一个属性是接到了某一台矩阵的某个端口上（或通过 解码器连接到矩阵上），则

16、至少包括矩阵编号及端口信息。这样不管摄像 机是模拟信号的还是数字信号的，它都可以在电脑桌面上或电视大屏上显 示与控制。通过编码/解码器让模数信号可相互转换，实现信号源无区别对 待，如图4。6.3海量数据的展示传统的树形结构对于四千多个摄像头的大型应用 已经是杯水车薪了，虽然在本系统中仍保留此结构，只是给高级用户够快 速定位使用。本系统屮提供了另外3种模式：搜索引擎模式，让用户直接通过关键字检索，对新用户检索效率不高。 与gps系统联动，通过地址检索，适用于高级用户。模糊查询，也是本系统最推崇的模式，通过列出相关检索条件，来帮 助新用户上手，如图5。图5模糊查询界面结束语“平安城市动态监控系统”

17、作为平安城市建设的基础，对未来应对突 发事件的城市应急防范起着关键的作用。面对如此之大的联网规模，需要 解决许多过去小规模联网系统未曾碰到过的关键技术和难点，本文从一个 具体城市的建设为出发点，参考文献?全国安全防范报警系统标准化技术委员会.?sac/tc100,?关于开 展城市报警与监控系统建设的意见,2005.?魏一，浅析平安城市视频监控大联网的发展j,中国安防,2013,?3:72-75.?张秀峰，标准、实战、云服务一一平安城市视频监控管理的应用趋势j冲国安 1,2013,3:67-70.4 ?胡瑞敏，曹雪松，陈军“平安城市”系统构建原则及关键技术几安 防科技,?2007,7： 3-11.5