公安三级监控网络集成技术与创新

文章来源:《中国公共安全》

作者:刁一平

一、公安三级监控网络的意义

近几年,平安城市的建设正在如火如荼的进行中,有不少地方提出分级的城市监控系统解决方案,即市局、分局、基层派出所各自建立自己的监控平台系统,然后通过三级平台联网的形式来整合,最终实现实时运行、实时监控、实时保存、实时调用。分级规划可以依照城市的规模及人口密度来定,对于系统规模稍小的城市可以通过调整分级级数,如市局、分局的两级平台部署,甚至可以市局为主的一级平台部署建设,视具体情况而定。目前,这种分级平台建设的方案符合现实的状况,也有着积极的意义。

首先分级建设是发展的必然,因为城市监控系统的建设在很早之前就已经开始,当时并没有统一的顶层设计,因此形成了许多信息的孤岛,后来的平安城市建设,除了增加新的设备外,其中有很重要的部分就是对原有系统进行联网的整合,考虑到相关系统的建设、使用和维护单位,自然以行政单位作为划分,形成分级建设与管理的模式。  

       其次从应用本身考虑,最多的应用在基层单位,其次是分局,最后才是市局。在基层派出所中,民警每天会应对大量的侵财案件、民事纠纷、治安管理及群众求助等日常事物,对监控系统的利用率会很高。因此,分级建设,从带宽、存储、数据服务等软硬件资源上保障了基层需求,而通过联网,打通上下层级间的数据通路,也能确保分局、市局对于基层的资源的应用需要,这样的系统架构也相对科学。

 二、公安三级监控网络集成技术

1、系统分级架构

以下是平安城市建设中三级以市局、分局、派出所为分层单位的系统建设的理想的架构图:

 

从图中看,每个派出所辖区内都建立有自己的一个平台,负责各自辖区内的设备资源接入和整合。

在分局也建立平台,主要的整合下辖各个派出所的数据,还有其他以分局层面建设、管理的监控系统。

       以此类推,各个分局的系统也将整合到市局的统一平台中,除此之外,市局的平台也将整合一些由市局层面建设、管理的监控系统。

       在系统架构中,存储方式可采用分布式和集中式存储的混合模式,分布式主要体现在每个派出所都有作为独立的存储单位,负责存储各自辖区内的监控数据。其中的存储设备可以含有DVRNVR等多种形式。

在市局与分局的平台中也会含有存储单元,存储的内容主要有:直接接入市局或分局的前端数据;某些接入到派出所平台的重点数据进行冗余式存储;结构化信息进行集中存储,上文所说的集中式存储也主要体现在这里。

2、双网部署

在网络布局上,目前的视频监控网络建设中,会涉及到两张网,即公安网、视频专网。视频专网最初的建设初衷是为向大量的前端设备提供足够的IP地址及保护公安内部信息安全性,理想情况下,在视频专网与公安网中都建有系统平台,所有监控视频都接入到视频专网中,再通过安全网闸与公安网的平台进行连接。

       在现实情况中,有一些旧有系统由于之前就建立在公安网内,因此会直接接入公安网内的平台。

3、网关联网接入

在集成实施时,面对众多的旧有系统,面对以前林林总总系统中的不同格式与协议,往往让实施厂商感到头疼,现在已经出台了国家GB/T 28181的联网标准,给集成厂商一个明确的行动依据,但真正实施的时候还是需要人力与时间的投入。

以往的改造工程往往是使用通用的服务器集群来完成,现在厂商推出硬件化一体集成产品。此类产品采用电信级机柜框架及功能插板式硬件架构,保证硬件运行稳定性与性能扩展性,包括路由交换、转码、媒体服务、协议转换等一系列的功能。同时内部集成了多家主流厂商的协议和编码格式,

下图是海康威视联网网关的架构平台。

  

                 

此类集成方案的优势在于采用专用的DSP芯片提高转码的性能,插板式的功能项组合设计可应对不同的功能与性能要求,一体集成的设计更加稳定高效、减少空间的占用、也减少施工的繁琐程度,相当于降低成本。

4存储技术

随着城市监控的点位、清晰度与数据量的增长,DVR的模式已经不再适合城市级监控系统的发展需要,大型存储阵列越来越多得到应用。传统的IT存储有NASDASSAN等几种模式,在民用大型信息系统中应用较多的是IP SAN模式,但是IP SAN也并非专为监控系统设计,其部署需要配置存储服务器,这成为了整个系统链路中的一个速度瓶颈,也是故障高发点。根据安防产业的发展的要求,已经出现流媒体直存存储模式、云存储等先进的海量数据存储技术。

流媒体直存

       相比传统的IP SAN存储模式,流媒体模式主要特点如下:

  •     流媒体数据从前端到存储实现直写模式,无需存储服务器中转

  •     视频块数据结构存储,消除磁盘碎片,节省磁盘空间与延长磁盘寿命

  •     实现更高的并行存储量

  •     支持对国标联网协议

  •     快速的视频检索与回放,增强用户体验。

目前各个主流的存储产品厂商都推出了流媒体模式的产品,以下是海康威视流媒体直存产品CVR的数据流拓扑图:

云存储

       面对日益增长的视频数据,海康威视等主流安防厂商都给出了视频云存储解决方案。该技术方案是在业内公认的hadoop基础上依据视频特点进行深度定制的一套分布式系统管理软件,适合大型的监控存储系统改造,与可基于目前通用的服务器与存储阵列设备的基础上组建一个内部云系统,在添加少量的硬件设备的基础上,带来的云存储的特有优势:

  •     灵活的空间管理:支持线性拓展

  •     海量数据的快速检索

  •     系统集成数据安全

  •     高兼容性

5、平台应用技术

近几年,监控平台除了资源联网外,注重实际应用的开发,方向在于把视频的应用与公安业务应用结合起来,以下是海康威视应用平台的部署逻辑:

   

海康威视应用平台有以下的特点:

  •     应用与联网、共享平台分离:

    应用作为独立的平台,从逻辑架构上设计在联网平台之上,把视频的联网工程与深度应用两个环节分离。因为联网本身面对的大量异构系统的汇聚,其重点在于稳定与效率。而应用则是注重挖掘视频对于业务的价值,特点是要关注越来越多的应用方法。因此,两者的分离设计更为科学。同时在实际项目中,也为已经完成联网工程的客户提供更加经济的实战应用部署方案。

  •     总线式架构:

    整个应用平台采用总线与子系统设计模式,每个子系统都会根据不同的业务需求而进行专门的UI设计,如针对刑侦子系统会更突出录像查看的快捷性、应急指挥子系统则是突出实时视频的快捷性。另外,平台还包含一系列的视频工具集:如智能目标检索、摘要、人脸识别等。在相关的子系统中可以调用。下图是海康威视平台中的视频类工具。

  • 关联其他信息及业务系统

  •     应用平台将紧密关联业务系统,目前关联最多的是PGIS/GIS系统。基于此实现的视频可视化定位、调取极大的提高了视频应用的操作效率,对视频侦查和指挥中心中都非常适用。

     

 

 

  •     其他经常用的还有车辆注册信息系统及电警卡口记录系统。海康威视通过关联卡口系统,成功的实现了技站法的功能化。这对刑侦业务应用起到了极大的作用。

  •     下图是区域相同车辆碰撞的软件界面,碰撞法是刑侦单位中常用的侦查手段之一。

 

  • 视频图像信息库:

  •     海康威视视频图像信息库为实战平台提供了视频侦查的电子流程,同时也提供了一个案件视图信息的数据库,用户通过查询关联案件进行分析研判。下图是对案件信息的搜索界面。

三、目前待突破解决的问题

       公安三级监控网络架构正在通过不断的项目实践来完善自身。但在目前的建设中,仍然有不少的问题需要技术上的解决,笔者列举了以下几条比较典型的问题。

1、两网间安全网闸的带宽瓶颈问题

       出于信息安全需要,视频专网与公安网之间需要设置安全网闸进行人工的隔离,由于实现的是数据摆渡,其传输效率必然受到制约。

在实际的应用中,大量的资料信息在公安网,而大量的视频信息又在视频专网,如果需要在公安网内应用这些视频,就必须要经过安全网闸,也是瓶颈所在。

安全网闸本身的设计是传输信息类数据,而非视频类数据。因此,要在目前的双网架构中突破安全网闸带来的瓶颈,可以考虑根据视频及图片数据的特点来开发出专门用于视频传输的“视频安全网闸”来解决这个问题。

2、不同层次平台间的权限管理问题

       在设计分级架构顶层设计时,本意是想在突发事件时上级平台能掌握对下级平台的控制权,但是在现实的建设中,几乎没能实现类似的功能的案例。

原因有多种,首先业界缺少权限管理的规范,包括上下级、平级之间的资源优先占用标准,而这不能依照简单的行政级别来划分。其次各级平台本身建设、管理、及平台厂商的主体不同,在建设时也是各自为政,在所有平台都建成后再来考虑跨平台权限管理问题就显得“为时晚矣”。希望在下一次平台更新之前能有统一的标准规范来解决这个问题。

3、上下级平台间异常情况处理机制问题

       目前按照国标标准,平台间通过UDP传输视频数据,通过SIP传输信令,而SIP服务与UDP服务是独立的,目前当出现异常情况,如死机、服务线程锁死时,目前缺少统一的因对机制。例如在上级平台对下级平台进行视频调取时,当双方的信令通信出现异常而导致程序锁死,如果没有任何机制,则下级平台还会持续不断的向上级推送视频,会占用正常的带宽,严重时导致联网的完全中断。

       对于类似异常情况的解决方案有很多,关键在于平台之间的配合,而由于独立建设的原因,此类问题往往会给实施带来不少的困扰。

4、编码标准不兼容

       目前国标中规定了联网中以H.264作为编码的标准,但在现实情况中,虽然各大厂家都能兼容H.264的编码,并通过权威机构认证,但却仍然会出现相互码流不能解的情况。

原因在于国标中对于视频编解码的详细定义部分参考2008年左右制定的TR669规范,主要面向当时主流的CIF4CIF分辨率应用给出了编解码的详细要求。在当时技术条件下,编码设备的能力有限,大部分只支持H.264中的Baseline Profile(基本档次),所采用的技术工具相对较少。因此,当时规范中对解码设备必须支持的档次、级别和技术工具提出的要求也相对较低,类似Main Profile(主档次)中的B帧、场编码等较为新颖的技术只作为推荐支持项。

2010年后,随着技术的发展进步,尤其是高清设备的大规模采用,压缩码流的带宽成倍增加,码流的传输和存储的负担也越来越重。为了缓解这一问题,越来越多的编码芯片、产品开始支持H.264的主档次、高级档次,采用其中的先进工具来提高压缩比,改进图像质量。而由于解码产品的的能力要求没有同步地进行提高,就导致了编解码不兼容的情况出现。

四、总结

公安三级联网监控集成技术方案可以看成是各地建设的一个样本模型,各地在实际建设中会有本地化的差异,同时,随着实战应用需求及技术的不断深入和发展,对其本身的网络架构、建设标准有着不断的产生更新与推动的作用,说不定在不久的将来会有耳目一新的变化。

 

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