杭州市水利工程標(biāo)準(zhǔn)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)研究

江 嵐

（杭州市林業(yè)水利信息中心，浙江 杭州 310014）

1 問題的提出

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一門集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字視頻技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)，它以其直觀方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為水利信息化建設(shè)中的重要一環(huán)，已普遍應(yīng)用于水利建設(shè)中，為水利工程提供有力保障。隨著杭州市水利工程標(biāo)準(zhǔn)化的不斷深入推進(jìn)，急需搭建統(tǒng)一的監(jiān)控管理平臺(tái)，納入全市水庫(kù)類、水閘類、泵站類、海塘類、堤防類的視頻監(jiān)控點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)資源共享，互聯(lián)互通，統(tǒng)一管理。目前，杭州市水利系統(tǒng)已建視頻監(jiān)控點(diǎn)約2000個(gè)，已接入市級(jí)監(jiān)控平臺(tái)的不到200個(gè)，僅有防汛部門查看使用。2015年杭州市防汛部門現(xiàn)有視頻監(jiān)控情況見表1。

2 視頻監(jiān)控建設(shè)基本情況

經(jīng)過多年建設(shè)，杭州市視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)情況錯(cuò)綜復(fù)雜。主要存在以下幾種模式：

模式一：主要存在于早期建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用同軸電纜進(jìn)行視頻信號(hào)的傳輸，整個(gè)系統(tǒng)通過硬盤錄像機(jī)（DVR）實(shí)現(xiàn)對(duì)前端監(jiān)控?cái)z像頭的管理。

模式二：隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展及杭州市水利信息化水平的不斷提升。存在模擬、數(shù)字前端攝像機(jī)并存的情況。整個(gè)系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)（NVR）實(shí)現(xiàn)對(duì)前端模擬、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的統(tǒng)一管控。

模式三：近幾年視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)成熟普及，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)使信號(hào)傳輸、組網(wǎng)方式更加靈活可靠。整套系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)或堆疊方式進(jìn)行管理。

3 存在的問題

由于杭州市水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)在不同時(shí)期建設(shè)。視頻系統(tǒng)的建設(shè)又由各區(qū)縣獨(dú)立承擔(dān)，在建設(shè)時(shí)沒有統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行約束。目前主要存在以下問題：

（1）視頻監(jiān)控前端問題?，F(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)時(shí)間較早，很多為模擬設(shè)備，普遍存在設(shè)備落后、分辨率較低、畫面清晰度不足、紅外距離有限、存在較大色差等問題。部分視頻監(jiān)控設(shè)備缺少針對(duì)不同場(chǎng)景的“圖像跟蹤、越界報(bào)警”等智能化功能。

（2）視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸問題。杭州市水利相關(guān)單位網(wǎng)絡(luò)建設(shè)狀況多樣（自建內(nèi)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、水利專網(wǎng)），沒有統(tǒng)一的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；因傳輸帶寬不足，圖像卡頓，呈現(xiàn)效果較差；部分監(jiān)控傳輸采用辦公網(wǎng)絡(luò)傳輸，既占用辦公網(wǎng)絡(luò)帶寬，又無法保障監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性。

（3）后臺(tái)管理端問題。多數(shù)已建視頻監(jiān)控系統(tǒng)均通過訪問硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)查看，由于設(shè)備本身訪問并發(fā)數(shù)有限，多人無法同時(shí)預(yù)覽視頻監(jiān)控畫面。目前現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)均存在關(guān)鍵區(qū)域點(diǎn)位攝像機(jī)錄像存儲(chǔ)時(shí)間不足問題，無法滿足“30×24 h”圖像記錄。杭州水利相關(guān)單位均自主建設(shè)系統(tǒng)，缺乏統(tǒng)一的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，無法進(jìn)行綜合管理。

（4）安全問題。部分系統(tǒng)建設(shè)時(shí)未考慮安全問題，缺少相應(yīng)的準(zhǔn)入機(jī)制，只要獲取賬號(hào)密碼均可登錄系統(tǒng)，極易造成視頻信息的泄露或者成為網(wǎng)上惡意攻擊的目標(biāo)。

（5）其他問題。視頻監(jiān)控設(shè)備品牌繁多，接入方式多樣，各廠家存在諸多私有協(xié)議，兼容性差。部分系統(tǒng)未聯(lián)網(wǎng)，采用自建網(wǎng)絡(luò)傳輸，無法實(shí)現(xiàn)視頻信息的共享。設(shè)備均采用人工維護(hù)的管理方式，發(fā)現(xiàn)故障不及時(shí)，維護(hù)成本較高，后期維護(hù)困難。

4 視頻監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)架構(gòu)

對(duì)于杭州市水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)所存在的問題，需要進(jìn)行規(guī)范化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，規(guī)范化的網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)定，統(tǒng)一的視頻監(jiān)控管理平臺(tái)。通過視頻監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的集中管理控制。

4.1 前端設(shè)備

針對(duì)杭州市水利視頻監(jiān)控畫面模糊的情況，進(jìn)行實(shí)際統(tǒng)計(jì)。根據(jù)畫面的模糊嚴(yán)重程度結(jié)合預(yù)算部分進(jìn)行更換設(shè)備。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)狀監(jiān)控都能做到高清，甚至超清。黑光系列攝像機(jī)，不僅解決畫面模糊的情況，還能有效保障夜視效果。黑光攝像機(jī)運(yùn)用人眼視網(wǎng)膜成像原理搭配多級(jí)降噪算法，可以展現(xiàn)出低噪甚至無噪點(diǎn)的干凈透亮彩色畫面。獲取豐富的彩色特征信息。從而表現(xiàn)出優(yōu)秀的夜視效果，對(duì)水利工程的監(jiān)管更加有保障。

4.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

杭州市水利系統(tǒng)早在2008年開始建設(shè)水利通訊專網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)遍及各水利相關(guān)單位，水利通訊專網(wǎng)作為減災(zāi)調(diào)度專用網(wǎng)的一種，具有十分突出的特點(diǎn) — 可靠性。在特殊時(shí)期，即汛期災(zāi)害期間，水利專網(wǎng)要求具有100%的通訊暢通率。在網(wǎng)絡(luò)帶寬資源保障、網(wǎng)絡(luò)暢通、網(wǎng)絡(luò)安全性上有著特殊要求。

4.3 平臺(tái)架構(gòu)

構(gòu)建杭州市水利系統(tǒng)統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺(tái)，向上負(fù)責(zé)對(duì)省級(jí)平臺(tái)推送信息，向下與下屬各相關(guān)水利單位管理系統(tǒng)連接，市級(jí)系統(tǒng)支撐應(yīng)急指揮、日常管理、決策參考以及共享交換等功能。由于發(fā)訪問量根據(jù)設(shè)備的不同最多支持3 ～ 20個(gè)客戶端，這將導(dǎo)致在汛期，多部門、多人員查看就會(huì)出現(xiàn)問題。支持流媒體負(fù)載均衡，通過建立流媒體集群，突破設(shè)備訪問的限制，由流媒體進(jìn)行統(tǒng)一分發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)，解決汛期高峰期的多用戶并發(fā)訪問問題。視頻監(jiān)控建設(shè)架構(gòu)對(duì)比見圖1。

圖1 視頻監(jiān)控建設(shè)架構(gòu)對(duì)比圖

對(duì)水利平臺(tái)安全機(jī)制采用很多措施，以達(dá)到用戶數(shù)據(jù)安全要求。支持HTTPS協(xié)議，手機(jī)客戶端通過HTTPS訪問服務(wù)器。支持公網(wǎng)/局域網(wǎng)隔離部署。用戶密碼安全傳輸，密碼采用防范暴力破解：3次以上登錄失敗需要輸入驗(yàn)證碼。管理員越權(quán)分配權(quán)限防范，授權(quán)范圍可控。監(jiān)控平臺(tái)安全機(jī)制對(duì)比見圖2。

圖2 監(jiān)控平臺(tái)安全機(jī)制對(duì)比圖

通過杭州市水利工程標(biāo)準(zhǔn)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，保障用戶安全有效的訪問，規(guī)避很多杭州市水利監(jiān)察方面的弊端風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 監(jiān)控中心管理平臺(tái)

在杭州市市級(jí)監(jiān)控中心/監(jiān)控站部署管理平臺(tái)進(jìn)行各自管轄范圍內(nèi)視頻監(jiān)控的管理，同時(shí)省級(jí)監(jiān)控平臺(tái)向水利業(yè)務(wù)應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)接口。市級(jí)監(jiān)控中心/監(jiān)控站根據(jù)實(shí)際需要和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行平臺(tái)部署。監(jiān)控中心管理平臺(tái)拓?fù)湟妶D3。

圖3 監(jiān)控中心管理平臺(tái)拓?fù)鋱D

5 標(biāo)準(zhǔn)化視頻接入方式

構(gòu)建統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺(tái)通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與各下屬區(qū)縣級(jí)視頻級(jí)聯(lián)或者直聯(lián)，管理全局聯(lián)網(wǎng)圖像，接入不同運(yùn)營(yíng)商、不同符合國(guó)標(biāo)的設(shè)備攝像頭，包括有固定IP，無固定IP，以及級(jí)聯(lián)平臺(tái)的接入。規(guī)范后續(xù)設(shè)備的對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)授權(quán)下的全局視頻監(jiān)控圖像資源共享與共用。

（1）有固定IP接入方式（直連）：擁有公網(wǎng)/水利專網(wǎng)固定IP或者域名，通過固定IP方式，與平臺(tái)對(duì)接。

（2）無固定IP接入方式（直連）：沒有公網(wǎng)/水利專網(wǎng)固定IP或域名，需要配置符合GB/T 28181 — 2011《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》協(xié)議的硬盤錄像機(jī)，與平臺(tái)對(duì)接。

（3）級(jí)聯(lián)方式 ：本身?yè)碛衅脚_(tái)，通過上下級(jí)級(jí)聯(lián)方式，與平臺(tái)對(duì)接。

6 平臺(tái)智能監(jiān)控應(yīng)用

6.1 資源導(dǎo)航

實(shí)現(xiàn)資源樹展示、組織定位，支持設(shè)備在線統(tǒng)計(jì)。根據(jù)水利用戶需要進(jìn)行自定義視圖、收藏夾，并能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控點(diǎn)搜索及資源檢索。

6.2 切片管理

支持每個(gè)攝像頭的定時(shí)切片管理，并對(duì)切片數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。切片以已獲取的杭州市水利工程標(biāo)準(zhǔn)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)資源為基礎(chǔ)，利用軟件切片功能將從視頻流截取的實(shí)時(shí)圖像以一定時(shí)間間隔抓拍截取后以圖片形式進(jìn)行存儲(chǔ)、發(fā)布和應(yīng)用。輪詢抓拍切片通過程序設(shè)定，對(duì)所有監(jiān)控點(diǎn)視頻按一定的時(shí)間間隔、圖片質(zhì)量等參數(shù)進(jìn)行切片抓拍，并在監(jiān)控點(diǎn)窗口進(jìn)行定時(shí)更新顯示。輪詢的圖片將由系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理，存儲(chǔ)供用戶查詢使用。

切片流程先由切片管理軟件獲取各監(jiān)控點(diǎn)的視頻流。輪詢抓拍切片由程序通過設(shè)定抓拍頻率、監(jiān)控點(diǎn)、圖片質(zhì)量等參數(shù)，對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的視頻進(jìn)行抓拍；異常情況抓拍切片由監(jiān)控點(diǎn)視頻資源異常情況觸發(fā)，通過預(yù)設(shè)的參數(shù)，對(duì)異常情況進(jìn)行抓拍，并按一定的命名規(guī)則保存；在視頻播放時(shí)，點(diǎn)擊“抓拍”按鈕，通過設(shè)定的參數(shù)對(duì)截取的單幀圖片，按命名規(guī)則生成默認(rèn)名稱，保存到用戶定義的目錄中。

運(yùn)行切片程序進(jìn)行圖片抓拍時(shí)，可對(duì)抓拍圖片的時(shí)間間隔、圖片質(zhì)量、監(jiān)控點(diǎn)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（1）時(shí)間間隔：輪循抓拍切片時(shí)，需要對(duì)切片頻率進(jìn)行設(shè)置，保障用戶在查看視頻監(jiān)控點(diǎn)時(shí)，視頻監(jiān)控點(diǎn)的圖片按照合理的時(shí)間進(jìn)行更新。

（2）監(jiān)控點(diǎn)：杭州市水利工程標(biāo)準(zhǔn)化視頻監(jiān)控點(diǎn)來自各類水利工程，數(shù)量較多，為更加有效的利用切片程序的硬件性能，提高視頻監(jiān)控點(diǎn)的可用性，切片軟件需要設(shè)定監(jiān)控點(diǎn)參數(shù)。

（3）圖片質(zhì)量：圖片質(zhì)量取決于圖片的分辨率。切片抓拍的圖片取決于監(jiān)控?cái)z像頭的分辨率，包括2類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)WD1和HD 720P，WD1分辨率為960×576，HD 720P分辨率為960×720或1280×720 。

6.3 視頻監(jiān)控

具備實(shí)時(shí)視頻瀏覽、云臺(tái)控制、錄像回放、告警顯示等基本業(yè)務(wù)功能。能夠按照設(shè)定好的規(guī)則，在指定的操作終端上自動(dòng)輪流顯示監(jiān)控圖像。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，可以將監(jiān)控點(diǎn)分組，在指定的窗口布局上按指定的輪巡時(shí)間間隔輪流播放。新建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過完善的平臺(tái)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)接入設(shè)備的有效管控，使視頻預(yù)覽、設(shè)備操作等功能變得流暢、完善，更加友好、貼近使用者實(shí)際需求。

6.4 電子地圖

系統(tǒng)能夠在登錄平臺(tái)后直接展示電子地圖。展示畫面可在地圖上標(biāo)注攝像頭等前端設(shè)備實(shí)際位置，可定位監(jiān)控點(diǎn)位，能夠?qū)z像機(jī)類型（槍機(jī)、球機(jī)、半球、單兵、車載）進(jìn)行不同圖標(biāo)的標(biāo)注，按攝像機(jī)名稱進(jìn)行快速搜索，并進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)預(yù)覽以及相關(guān)預(yù)覽操作時(shí)的云臺(tái)等控制。

支持快速查找、設(shè)備信息列表、設(shè)備狀態(tài)列表（在線或離線狀態(tài)）、車載攝像機(jī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能?？筛鶕?jù)實(shí)際需要在地圖上展示不同監(jiān)控類型（槍機(jī)、球機(jī)、半球、單兵、車載）的其中1種或多種類型攝像機(jī)。

通過系統(tǒng)的建設(shè)，采用電子地圖的方式，在電子地圖上標(biāo)定監(jiān)控點(diǎn)位。從而使管理者對(duì)監(jiān)控點(diǎn)位有一個(gè)直觀的認(rèn)知，精準(zhǔn)選擇需查看的點(diǎn)位。

6.5 設(shè)備管理

具有對(duì)平臺(tái)內(nèi)和下級(jí)接入平臺(tái)可網(wǎng)管設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)檢測(cè)、故障報(bào)警、自動(dòng)巡檢周期設(shè)定和巡檢日志（運(yùn)行日志、操作日志、報(bào)警日志等）生成功能。設(shè)備管理應(yīng)支持SNMP協(xié)議，并具有對(duì)全網(wǎng)可網(wǎng)管設(shè)備進(jìn)行時(shí)鐘同步的功能。通過日志有效記錄，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行事后定位，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的追溯和追責(zé)。

6.6 視頻質(zhì)量診斷

平臺(tái)可對(duì)前端設(shè)備的圖像質(zhì)量進(jìn)行智能分析，并對(duì)視頻圖像的清晰度（圖像模糊）、噪聲干擾（雪花點(diǎn)、條紋、滾屏）、亮度異常（過量、過暗）、偏色、畫面凍結(jié)、視頻丟失等常見攝像機(jī)故障進(jìn)行檢測(cè)。通過對(duì)前端設(shè)備傳回的碼流進(jìn)行解碼以及圖像質(zhì)量評(píng)估，對(duì)視頻圖像中存在的質(zhì)量問題進(jìn)行智能分析、判斷和預(yù)警。系統(tǒng)采用輪巡的方式，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的前端設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)；通過視頻質(zhì)量診斷功能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的運(yùn)維管理，及時(shí)查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)。

6.7 安全保障

充分保證平臺(tái)的安全性、可靠性，具體雙機(jī)熱備、防火墻、密碼保護(hù)、防范暴力破解、用戶管理安全、用戶權(quán)限控制等安全保障機(jī)制。對(duì)訪問網(wǎng)關(guān)的用戶行為進(jìn)行詳細(xì)記錄，并且對(duì)記錄的審查作權(quán)限控制，有效地實(shí)現(xiàn)責(zé)任認(rèn)定和系統(tǒng)使用情況分析。

7 結(jié) 語

水利工程標(biāo)準(zhǔn)化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是對(duì)水利工程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)監(jiān)控的統(tǒng)一管理，集中水庫(kù)類、水閘類、泵站類、海塘類、堤防類的視頻監(jiān)控點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)資源共享，互聯(lián)互通，加強(qiáng)安全性、可靠性。對(duì)多廠商和運(yùn)營(yíng)商的視頻監(jiān)控資源共享進(jìn)行探索和研究，對(duì)后期視頻監(jiān)控運(yùn)維管理起到有效作用。