基于云存儲的平安縣城公共安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張承岫，李鐵鷹，王　濱

(1.太原理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.浙江大華技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310000)

基于云存儲的平安縣城公共安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張承岫1，李鐵鷹1，王濱2

(1.太原理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.浙江大華技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310000)

摘要：針對平安縣城的建設(shè)需要，設(shè)計了基于云存儲的平安縣城公共安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案，包括前端子系統(tǒng)、卡口子系統(tǒng)、高點全景凝視子系統(tǒng)和傳輸網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)等。重點闡述云存儲技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中用于智能整合、數(shù)據(jù)恢復(fù)、系統(tǒng)部署等方面的具體實現(xiàn)方法，同時配套建設(shè)視頻監(jiān)控管理平臺和公安實戰(zhàn)平臺，實現(xiàn)縣城各部門與社會資源間的互通互聯(lián)，全面提高社會治安的防控能力，為創(chuàng)建平安縣城提供有力保障。

關(guān)鍵詞：平安縣城；云存儲；視頻監(jiān)控

平安縣城，作為智慧縣城的重要組成部分，面對當(dāng)前復(fù)雜的社會反恐形勢和城市公共安全的實際需要，在應(yīng)對各種公共突發(fā)事件方面起著重要作用，同時作為全縣的共享平臺，也可以為公安、交警、城管、住建等部門提供業(yè)務(wù)服務(wù)。

1用戶需求

天網(wǎng)工程[1]作為一種現(xiàn)代化、信息化的政府處置、管理技術(shù)手段，已滲透到社會管理的各個環(huán)節(jié)、各個層面，在處置各類突發(fā)情況、治理社會治安方面都起到了積極的推進(jìn)作用。隨著城市規(guī)模的逐步擴大，外來人口逐年增加，城市中的不穩(wěn)定因素隨之增加，各類社會問題相繼暴露，針對當(dāng)前社會現(xiàn)狀，A縣城決定通過對公共安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)、管理和使用，實現(xiàn)對縣城繁華地帶、重點區(qū)域和卡口24小時不間斷的監(jiān)控，全面加強社會治安的監(jiān)管，為創(chuàng)建平安縣城提供有力保障[2-3]。

2系統(tǒng)總體設(shè)計方案

根據(jù)A縣城的特點及需求，本視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案包括：建立治安監(jiān)控攝像450路，完成高清卡口改造15套，搭建高點瞭望監(jiān)控9套，以云存儲[4-5]作為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲方法，同時配套建設(shè)視頻監(jiān)控平臺、公安實戰(zhàn)平臺，建立視頻扁平化指揮系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)、完成視頻邊界擴容等工程。

“平安縣城”治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺的總體架構(gòu)為“雙網(wǎng)雙平臺”架構(gòu)。雙網(wǎng)指公安視頻監(jiān)控網(wǎng)和社會治安視頻監(jiān)控專網(wǎng)兩個網(wǎng)絡(luò)，雙平臺指公安視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)平臺及社會治安視頻監(jiān)控平臺兩套平臺，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖2為平臺軟件結(jié)構(gòu)示意圖，在平臺頂層，為統(tǒng)一界面，下分7個功能模塊。統(tǒng)一界面可調(diào)用各功能模塊，并實現(xiàn)視頻指揮、綜合調(diào)度等功能。

圖1　系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

圖2　平臺軟件結(jié)構(gòu)圖

3高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.1前端系統(tǒng)

本方案主要針對社區(qū)內(nèi)重點部位、出入口及周邊道路進(jìn)行監(jiān)控，同時加大城區(qū)交通要道、路口及其他重要地段的監(jiān)控力度。前端設(shè)備選用200萬像素高清槍型、球型和超低照度的攝像機。槍型攝像機用于觀察位置固定的區(qū)域，例如人行道、汽車輔道、商業(yè)街沿線等；球型攝像機用于周邊環(huán)境空闊或復(fù)雜的場所，例如車站、廣場、重要黨政機關(guān)門口等，可調(diào)整球機的位置和焦距，得到需要的視頻畫面；超低照度攝像機用于環(huán)境光線受限制的重要區(qū)域。

3.2卡口系統(tǒng)

在A縣城各主要路口部署15套治安卡口系統(tǒng)[6-7]，該系統(tǒng)配備30臺680萬高清卡口一體攝像機，15臺前端存儲主機，120個補光燈，15臺全景網(wǎng)絡(luò)高清球機，15個室外機箱及若干其他輔材。建成的系統(tǒng)需能同時采集車輛的號碼牌、全景和司機的臉部特征，既能保存錄像又能保存圖片?？诒O(jiān)控點覆蓋[8]工作圖見圖3、圖4，控制單元可以自動判斷白天和夜間，并控制照明的使用與否。

3.3高點、全景凝視監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

本系統(tǒng)采用210萬像素高空瞭望攝像機和超微光高清全景凝視攝像機，將其部署于縣區(qū)位置較高的樓宇、廣場、公園等人員聚集區(qū)，通過通信運營商網(wǎng)絡(luò)傳至監(jiān)控平臺機房，實現(xiàn)主要區(qū)域的全景監(jiān)控。

3.4傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)架構(gòu)以A縣城公安局信息監(jiān)控中心為核心，全縣監(jiān)控網(wǎng)點450個視頻攝像頭為前沿，采用數(shù)據(jù)IP傳送方式實現(xiàn)各視頻監(jiān)控網(wǎng)點與監(jiān)控平臺之間的互聯(lián)，使數(shù)據(jù)進(jìn)入監(jiān)控平臺處理，以完成各視頻監(jiān)控網(wǎng)點與公安局監(jiān)控中心間的信息交互。

傳輸及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)[9]是治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程建設(shè)的主要組成部分，必須采用物理隔離的公共安全視頻專網(wǎng)模式，并依托當(dāng)?shù)剡\營商的城域網(wǎng)，租用運營商網(wǎng)絡(luò)完成傳輸及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。以B級機房為標(biāo)準(zhǔn)，需提供至少15個標(biāo)準(zhǔn)機柜(600×800)的核心機房，根據(jù)攝像機數(shù)量計算，提供450余個視頻監(jiān)控點聯(lián)網(wǎng)至核心機房的專線，每條專線帶寬10Mbit/s，450路高清視頻所需上行帶寬約16.8Gbit/s；提供20個派出所至核心機房的專線，每條專線帶寬100Mbit/s；提供1個縣公安局至核心機房的專線，每條專線帶寬1 000Mbit/s。

圖3　監(jiān)測點工作圖

圖4　系統(tǒng)白天和夜間工作圖

4存儲系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用內(nèi)置流媒體應(yīng)用服務(wù)的云直存系統(tǒng)[10]，支持前端攝像頭與云存儲海量空間直接對接，并提供流媒體直存方案，既具備了直存的優(yōu)勢，又享有云存儲所帶來的所有優(yōu)勢。

4.1云存儲架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計[11]，主要包含4個層次功能，分別滿足最終用戶、系統(tǒng)管理員、運營人員的日常操作需求，具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5　云存儲系統(tǒng)架構(gòu)圖

4.2云存儲系統(tǒng)設(shè)計

云存儲系統(tǒng)采用集群化部署和分布式存儲機制[12-13]，利用多臺服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行分散儲存，并且所有服務(wù)器相互獨立。通過數(shù)據(jù)存儲節(jié)點、元數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、客戶端和運維管理服務(wù)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成海量云存儲系統(tǒng)。在每個服務(wù)器節(jié)點上運行云存儲系統(tǒng)的相應(yīng)軟件服務(wù)程序模塊，具體系統(tǒng)設(shè)計如圖6所示。

圖6　云存儲系統(tǒng)設(shè)計圖

其中，元數(shù)據(jù)服務(wù)器集群保存系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，支持兩臺及以上形成集群，負(fù)責(zé)對整個文件系統(tǒng)的管理，元數(shù)據(jù)服務(wù)在邏輯上只有一個，但采用集群方式，保證了系統(tǒng)的不間斷服務(wù)；數(shù)據(jù)存儲節(jié)點提供高容量、高密度的存儲介質(zhì)和極高的IO能力，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的具體存儲工作，同時，針對視頻業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)存儲節(jié)點上還集成了流媒體服務(wù)，使存儲節(jié)點具備流媒體直存能力，避免中間環(huán)節(jié)的流量和性能開銷，數(shù)據(jù)存儲節(jié)點的數(shù)目直接決定云存儲系統(tǒng)的規(guī)模；客戶端對外提供數(shù)據(jù)存儲和訪問服務(wù)接口，為云業(yè)務(wù)平臺提供云存儲系統(tǒng)訪問能力，此外系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶容量、性能需求進(jìn)行彈性擴容。

下面將分別介紹系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程、數(shù)據(jù)恢復(fù)、系統(tǒng)部署的具體流程及實現(xiàn)方法。

4.2.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

1)錄像。用戶登錄監(jiān)控平臺，下發(fā)錄像計劃給存儲節(jié)點上的流媒體服務(wù)器集群；流媒體服務(wù)器集群從前端取流，直寫存儲節(jié)點集群(流媒體服務(wù)集群支持N+M熱備，當(dāng)主工作節(jié)點故障后，熱備節(jié)點自動接替，保證錄像數(shù)據(jù)的完整性以及業(yè)務(wù)不中斷)；錄像視頻存入存儲集群，由流媒體服務(wù)器通過糾刪碼計算出視頻數(shù)據(jù)和冗余數(shù)據(jù)，切片存儲在不同的節(jié)點上，同時錄像視頻的元數(shù)據(jù)信息同步傳輸?shù)皆獢?shù)據(jù)服務(wù)器節(jié)點；存儲節(jié)點間根據(jù)容量和性能自動進(jìn)行負(fù)載均衡，一方面數(shù)據(jù)可以最合理地分配到存儲節(jié)點，另一方面當(dāng)節(jié)點發(fā)生故障時可以實現(xiàn)自動切換。

2)回放。用戶播放視頻時，客戶端登錄存儲節(jié)點上的流媒體服務(wù)器(任意流媒體服務(wù)器可以讀取其他服務(wù)器寫入的錄像數(shù)據(jù))；流媒體服務(wù)器從多臺存儲節(jié)點讀取錄像數(shù)據(jù)切片進(jìn)行合并，由于存在冗余切片，即使切片丟失，錄像數(shù)據(jù)仍可被完整計算出來；再由流媒體服務(wù)器將錄像數(shù)據(jù)返回給客戶端播放。

3)實時視頻。用戶登錄監(jiān)控平臺，選擇需要查看的實時視頻；平臺下發(fā)控制信令給流媒體服務(wù)器；流媒體服務(wù)器從前端取流，再同步傳送給用戶客戶端播放。流媒體服務(wù)器參與轉(zhuǎn)發(fā)，可以對視頻流進(jìn)行多份復(fù)制，以同時滿足多用戶實況和并發(fā)錄像的多碼流需要。

4.2.2數(shù)據(jù)恢復(fù)

系統(tǒng)采用ErasureCode[14-15]算法進(jìn)行冗余，寫入文件時，數(shù)據(jù)被分片冗余存儲在不同的存儲節(jié)點上，采用節(jié)點間冗余容錯機制，可在組內(nèi)任一節(jié)點損壞的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)，降低網(wǎng)絡(luò)異常、硬件問題等故障造成的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險。

以節(jié)點間4+1冗余策略為例，客戶端在元數(shù)據(jù)服務(wù)器的調(diào)度下，將一定長度的文件內(nèi)容切分成4個數(shù)據(jù)塊，利用EC算法計算得到一份冗余數(shù)據(jù)，然后將這5份數(shù)據(jù)分發(fā)到元數(shù)據(jù)服務(wù)器指定的5臺存儲節(jié)點上，即完成一次數(shù)據(jù)寫入動作。由于數(shù)據(jù)存儲時被分片存儲在不同的節(jié)點上，任一節(jié)點或硬盤損壞，元數(shù)據(jù)管理服務(wù)器都會調(diào)用其他所有節(jié)點和硬盤，以最快速度恢復(fù)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高可靠性。圖7為數(shù)據(jù)恢復(fù)流程圖。

圖7　數(shù)據(jù)恢復(fù)流程圖

本系統(tǒng)同時提供手動和自動相結(jié)合的方式，為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供靈活的數(shù)據(jù)恢復(fù)機制。系統(tǒng)可以手動選擇需要恢復(fù)的時間段，以快速恢復(fù)重要文件，而對于一般性文件，則可以通過數(shù)據(jù)冗余保證數(shù)據(jù)依然可訪問。

4.2.3系統(tǒng)部署

系統(tǒng)按照存儲網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)分開部署，網(wǎng)絡(luò)層次清晰，互不干擾。具體系統(tǒng)部署如圖8所示，從上往下看，存儲網(wǎng)絡(luò)按照萬兆網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，系統(tǒng)恢復(fù)速度比千兆網(wǎng)絡(luò)更快(數(shù)據(jù)恢復(fù)速度快兩倍)，可靠性更高。存儲節(jié)點通過2條萬兆鏈路接至2臺萬兆交換機，支持鏈路冗余；2臺元數(shù)據(jù)服務(wù)器用雙千兆鏈路連接作為HA主備。業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)按千兆網(wǎng)絡(luò)部署。千兆交換機做堆疊配置，存儲節(jié)點的雙千兆鏈路與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)千兆交換機相連，保證鏈路冗余；2臺監(jiān)控平臺中心服務(wù)器，用雙千兆鏈路進(jìn)行連接作為HA主備；前端設(shè)備采用接入層交換機介入業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

圖8　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)部署圖

5視頻管理平臺設(shè)計

5.1平臺構(gòu)成及系統(tǒng)架構(gòu)

視頻監(jiān)控管理平臺采用模塊化，層次化架構(gòu)，整個監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端設(shè)備(包括視頻服務(wù)器VS和攝像機)，中心管理平臺(包括中心管理服務(wù)器CMS、媒體分發(fā)單元MDU、呼叫控制服務(wù)器CCS、存儲代理服務(wù)器SA、認(rèn)證計費服務(wù)器RADIUSSERVER等)和客戶端3部分組成，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及平臺軟件架構(gòu)如圖9～10所示。系統(tǒng)的所有前端及平臺設(shè)備采用時間同步機制與NTP服務(wù)器的時間同步，確保攝像機拍攝的全部畫面與系統(tǒng)管理時間統(tǒng)一。

圖9　視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖10　平臺軟件構(gòu)架圖

視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含一系列管理功能，其具體功能模塊如圖11所示。平臺提供統(tǒng)一的客戶端和登錄門戶，縣公安局、派出所在統(tǒng)一客戶端上通過縣公安局統(tǒng)一授權(quán)的賬號和密碼登錄平臺，根據(jù)各個賬號的具體權(quán)限開展實戰(zhàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

5.2根據(jù)GB/T28181標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)平臺互通互聯(lián)

公安、社會資源視頻監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)的上下級平臺間的視頻調(diào)用，如圖12所示，通過平臺間的信令安全路由網(wǎng)關(guān)(GB/T28181標(biāo)準(zhǔn))[16]間的通信完成。上下級平臺的流媒體服務(wù)器相連，受信令控制服務(wù)器控制，接收和轉(zhuǎn)發(fā)流媒體。同一網(wǎng)絡(luò)中的同級平臺間聯(lián)網(wǎng)時，則受上級平臺的控制，調(diào)用彼此的圖像資源，如圖13所示。

圖11　平臺功能模塊圖

圖12　上下級平臺間聯(lián)網(wǎng)

圖13　同網(wǎng)絡(luò)同級平臺間聯(lián)網(wǎng)

公安視頻監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)的平臺(用戶)可調(diào)用社會資源視頻監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)視頻圖像，采用平級調(diào)用模式：公安視頻監(jiān)控網(wǎng)的視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)共享平臺通過信令安全路由網(wǎng)關(guān)(GB/T28181標(biāo)準(zhǔn))向平級的社會治安視頻監(jiān)控平臺(位于社會資源視頻監(jiān)控網(wǎng)內(nèi))發(fā)出調(diào)用控制信令，社會治安視頻監(jiān)控平臺的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器直接向聯(lián)網(wǎng)平臺的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器發(fā)送需要的視頻流。

社會治安視頻監(jiān)控平臺可以通過視頻監(jiān)控社會資源接入模塊調(diào)用重點單位、社區(qū)和辦公樓宇的視頻監(jiān)控圖像；還可以通過安全網(wǎng)關(guān)接入本地政府的應(yīng)急指揮系統(tǒng)(提供視頻圖像)，并可與各個政府部門的視頻監(jiān)控平臺實現(xiàn)互聯(lián)互通，實現(xiàn)視頻圖像信息的雙向傳輸。

6結(jié)論

針對A縣城建設(shè)特點和實際需求，本方案采用基于云存儲的公共安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案，系統(tǒng)闡述了云存儲技術(shù)用于智能整合、數(shù)據(jù)恢復(fù)、系統(tǒng)部署等方面的具體實現(xiàn)方法，該技術(shù)的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)擴容、海量存儲、負(fù)載均衡、成本開銷等問題。通過視頻管理平臺的設(shè)計，實現(xiàn)了縣城各平臺間的友好互聯(lián)，該方案的實施不僅在技術(shù)上可行，而且對城市公共安全、社會治安穩(wěn)定以及智慧城市的實現(xiàn)都起到了積極的推進(jìn)作用。

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張承岫(1989— )，女，碩士生，主研智能感知與智能控制；

李鐵鷹(1956— )，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為智能控制與自動化；

王濱(1989— )，解決方案工程師。

責(zé)任編輯：閆雯雯

Designofpublicsecuritysurveillancesystemforsafecountybasedoncloudstorage

ZHANGChengxiu1,LITieying1，WANGBin2

(1.College of Information Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China；2.Zhejiang Dahua Technology Co., Ltd., Hangzhou 310000, China)

Abstract:Aiming at the construction needs of safe county, a public security video surveillance system networking scheme for safe county is designed based on cloud storage, which is composed of the front-end subsystem, bayonet subsystem, high panoramic gaze subsystem, the transmission network subsystem and so on. The concrete implementation method of how the cloud storage technology is used to achieve respective goals such as intellectual combination, data recovery and system deployment in the video surveillance.system is expounded emphatically, and the matched video surveillance management platform as well as public security actual combat platform is constructed simultaneously to achieve the interconnection between county departments and social resources so that the public security prevention and control ability can be improved totally and it can provide a strong guarantee for the development of Ping An county.

Key words:safe county; cloud storage; video surveillance

中圖分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.04.026

作者簡介：

收稿日期：2015-12-02

文獻(xiàn)引用格式：張承岫，李鐵鷹，王濱. 基于云存儲的平安縣城公共安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電視技術(shù)，2016，40(4)：127-134.

ZHANGCX,LITY，WANGB.Designofpublicsecuritysurveillancesystemforsafecountybasedoncloudstorage[J].Videoengineering，2016，40(4)：127-134.