“智慧濕地”視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

張麗 張石巖 劉淑凡 谷山

（河南省信息咨詢設(shè)計研究有限公司 河南省鄭州市 450008）

1 項目建設(shè)背景

“智慧濕地”視頻監(jiān)控建設(shè)立足滿足濕地的治理、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、服務(wù)民生等需要，規(guī)劃建設(shè)一套標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、系統(tǒng)開放、高清為主、資源共享、前端類型多樣化、業(yè)務(wù)智能化、應(yīng)用具體化的監(jiān)測體系。

該濕地保護(hù)區(qū)呈帶狀東西走向，長約150km，南北跨度約23km。通過監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)實施，能對濕地保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行24 小時全天候不間斷無障礙監(jiān)控，通過使用動態(tài)視頻監(jiān)測系統(tǒng)功能，加強(qiáng)保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，為保護(hù)區(qū)提供集視頻監(jiān)控、生態(tài)氣象測報、智能巡護(hù)和對鳥類等野生動物監(jiān)測的自然保護(hù)區(qū)綜合管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到對保護(hù)區(qū)資源有效管理。

光纜網(wǎng)是綜合承載所有業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)資源，本文結(jié)合1 個濕地管理中心節(jié)點(diǎn)、3 個分中心節(jié)點(diǎn)、OLT 節(jié)點(diǎn)、光交節(jié)點(diǎn)、末端業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)等分布統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計并實現(xiàn)該濕地保護(hù)區(qū)視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)建設(shè)。

2 需求分析

2.1 前端監(jiān)控點(diǎn)的傳輸鏈路需求

監(jiān)控系統(tǒng)的前端采集設(shè)備接入運(yùn)營商鏈路，單路視頻按卡口視頻4M 碼流，重載云臺視頻6M 碼流，全景拼接視頻16M 碼流進(jìn)行計算，同時考慮鏈路冗余，運(yùn)營商為前端智能感知設(shè)備提供的接入帶寬不低于50M/路。

2.2 濕地管理中心與本市政務(wù)云平臺之間傳輸鏈路需求

該濕地智慧管理平臺是智慧林業(yè)、智慧城市的組成部分，該平臺系統(tǒng)可通過本市大數(shù)據(jù)交換平臺對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行共享交換使用。

為了選擇合適的網(wǎng)絡(luò)鏈路，需要對鏈路所需帶寬進(jìn)行合理評估，根據(jù)數(shù)據(jù)流的走向，計算出帶寬需求。在進(jìn)行帶寬計算時，需要遵循合理的計算公式，具體如下所示：

所需鏈路總帶寬=預(yù)覽所需帶寬+回放所需帶寬+非視頻數(shù)據(jù)傳輸所需帶寬

預(yù)覽所需帶寬=（預(yù)覽視頻路數(shù)×單路視頻預(yù)覽流量）/鏈路帶寬利用率

回放所需帶寬=（回放視頻路數(shù)×單路視頻回放流量）/鏈路帶寬利用率

（1）預(yù)覽所需帶寬=（預(yù)覽視頻路數(shù)×單路視頻預(yù)覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設(shè)300 路視頻監(jiān)控鏈路，并發(fā)預(yù)覽數(shù)按照的50%計算，即有150 路預(yù)覽信號，則：預(yù)覽所需帶寬=（150*16）/0.7=3429M

（2）回放所需帶寬=（回放視頻路數(shù)×單路視頻預(yù)覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設(shè)300 路視頻監(jiān)控鏈路，并發(fā)回放數(shù)按照的30%計算，即有90 路預(yù)覽信號，則：預(yù)覽所需帶寬=（90*16）/0.7=2057M

（3）非視頻數(shù)據(jù)帶寬需求中，檢測分析業(yè)務(wù)所需帶寬100K，內(nèi)部管理類所需帶寬50K

則：非視頻數(shù)據(jù)帶寬=（100+50）/0.7=0.2M

濕地管理中心至政府政務(wù)云之間，需要5.49G 帶寬需求。

2.3 濕地管理中心與互聯(lián)網(wǎng)傳輸鏈路需求

根據(jù)智慧管理平臺互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，以及業(yè)務(wù)模型帶寬經(jīng)驗值對本次互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬進(jìn)行測算：

（1）互聯(lián)網(wǎng)瀏覽帶寬需求500KB，同時有40%用戶在瀏覽；

（2）移動端瀏覽帶寬需求500KB,同時有30%用戶在瀏覽；

（3）在線申報帶寬需求700KB，同時有20%用戶在執(zhí)行此操作；

圖1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

（4）在線辦事查詢帶寬需求1000KB，同時有10%用戶在執(zhí)行此操作。

按5000 人并發(fā)計算，本次項目需要互聯(lián)網(wǎng)帶寬：

5000*（500*0.4+500*0.3+700*0.2+1000*0.1）/1000/1000/0.7=4.2G

2.4 各分控中心的傳輸鏈路需求

分控中心的匯聚交換機(jī)上行需接入該濕地管理中心機(jī)房的核心交換機(jī)，下行需匯聚本轄區(qū)資源，通過租用運(yùn)營商鏈路實現(xiàn)，對已有的鏈路可進(jìn)行利舊或帶寬升級來實現(xiàn)，建議每個分控中心的接入至少采用1 條10GE 鏈路，從而保證高帶寬和可靠性。

該轄區(qū)內(nèi)每個分控中心匯聚業(yè)務(wù)數(shù)量不同，建議每種業(yè)務(wù)按照最大鏈路需求考慮，則每個分控中心云臺類鏈路20 個，全景類鏈路20 個，卡口類鏈路120 個。

為了選擇合適的網(wǎng)絡(luò)鏈路，需要對鏈路所需帶寬進(jìn)行合理評估，根據(jù)數(shù)據(jù)流的走向，計算出帶寬需求。在進(jìn)行帶寬計算時，需要遵循合理的計算公式，具體如下所示：

所需鏈路總帶寬=存儲所需帶寬+預(yù)覽所需帶寬+回放所需帶寬+非視頻數(shù)據(jù)傳輸所需帶寬

存儲所需帶寬=（存儲視頻路數(shù)×單路視頻存儲流量）/鏈路帶寬利用率

預(yù)覽所需帶寬=（預(yù)覽視頻路數(shù)×單路視頻預(yù)覽流量）/鏈路帶寬利用率

回放所需帶寬=（回放視頻路數(shù)×單路視頻回放流量）/鏈路帶寬利用率

非視頻數(shù)據(jù)帶寬需求=（（監(jiān)測分析類業(yè)務(wù)+內(nèi)部管理類業(yè)務(wù)）/鏈路帶寬利用率

（1）存儲所需帶寬=（卡口存儲視頻路數(shù)×4M+云臺存儲視頻路數(shù)×6M+云臺存儲視頻路=（120*4+20*6+20*16）/0.7=1314M

（2）預(yù)覽所需帶寬=（預(yù)覽視頻路數(shù)×單路視頻預(yù)覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設(shè)150 路視頻監(jiān)控鏈路，并發(fā)預(yù)覽數(shù)按照的50%計算，即有75 路預(yù)覽信號，則：預(yù)覽所需帶寬=（75*16）/0.7=1714M

（3）回放所需帶寬=（回放視頻路數(shù)×單路視頻預(yù)覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設(shè)150 路視頻監(jiān)控鏈路，并發(fā)回放數(shù)按照的30%計算，即有45 路預(yù)覽信號，則：預(yù)覽所需帶寬=（45*16）/0.7=1029M

（4）非視頻數(shù)據(jù)帶寬需求中，檢測分析業(yè)務(wù)所需帶寬100K，內(nèi)部管理類所需帶寬50K，則：非視頻數(shù)據(jù)帶寬=（100+50）/0.7=0.3M

每個分控中心至濕地管理中心機(jī)房之間，需要4.1G 帶寬需求。

3 設(shè)計方案

目前視頻接入及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用傳輸主流方案為交換機(jī)視頻監(jiān)控回傳方案和PON 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控回傳方案。

（1）交換機(jī)視頻監(jiān)控回傳方案是在前端信息采集點(diǎn)監(jiān)控桿處安裝接入交換機(jī)，接入交換機(jī)通過光纖與該區(qū)域內(nèi)匯聚交換機(jī)相連，信息經(jīng)匯聚交換機(jī)后通過光纖連接至核心交換機(jī)。

（2）PON 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控回傳方案是在前端監(jiān)控桿處安裝ONT設(shè)備，ONT 通過光纖與附近分光器相連，分光器匯聚成一根光纖后連接至OLT 設(shè)備，最后上聯(lián)至核心交換機(jī)。

（3）根據(jù)濕地保護(hù)區(qū)的業(yè)務(wù)需求，針對濕地保護(hù)區(qū)區(qū)域面積大、點(diǎn)位稀疏、引電位置不確定、光纜路由引入困難等問題，傳輸方案選定PON 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控回傳方案。

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建

組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分為核心層、匯聚層、接入層，濕地管理中心為核心層，3 個分中心為匯聚層，接入層為末端監(jiān)控設(shè)備。

3.1.1 核心層

核心層采用雙核心組網(wǎng)提升網(wǎng)絡(luò)安全性，保證視頻及物聯(lián)網(wǎng)信號傳輸安全，接入網(wǎng)管實現(xiàn)對末端設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，保證設(shè)備正常運(yùn)行；核心路由器通過互聯(lián)網(wǎng)接入政府電子政務(wù)外網(wǎng)。

3.1.2 匯聚層

3 個分中心設(shè)置匯聚設(shè)備，用于收斂該區(qū)域內(nèi)視頻及物聯(lián)網(wǎng)信號，匯聚節(jié)點(diǎn)以環(huán)形組網(wǎng)上聯(lián)至核心設(shè)備。

3.1.3 接入層

接入層設(shè)備放置在信息采集點(diǎn)監(jiān)控桿上，承載視頻監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備業(yè)務(wù)需求。

3.2 傳輸承載網(wǎng)建設(shè)方案

3.2.1 核心層建設(shè)方案

在濕地管理中心新增核心路由器1 臺，核心交換機(jī)2 臺，交換機(jī)1 臺（監(jiān)控中心使用），網(wǎng)管服務(wù)器1 臺，防火墻1 臺等設(shè)備，滿足上聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)需求，下聯(lián)匯聚交換機(jī)收斂業(yè)務(wù)。

3.2.2 匯聚層建設(shè)方案

在3 個分中心各放置1 臺匯聚設(shè)備，匯聚設(shè)備通過雙上聯(lián)至濕地管理中心核心設(shè)備，為滿足匯聚節(jié)點(diǎn)多種設(shè)備綜合接入（大屏、PC 終端等），每個匯聚節(jié)點(diǎn)配置1 臺接入交換機(jī)。

為滿足就近接入，節(jié)省光路資源，無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OLT 下沉至大堤，OLT 設(shè)備分區(qū)域接入各管理中心匯聚交換機(jī)，采用室外機(jī)柜安裝，就近收斂業(yè)務(wù)。

3.2.3 接入層建設(shè)方案

本監(jiān)控系統(tǒng)信息采集點(diǎn)為140 個，其中6 個采用微波承載，其余134 個監(jiān)控點(diǎn)采用ONT 承載。

3.3 傳輸線路系統(tǒng)設(shè)計

光纜網(wǎng)是綜合承載所有業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)資源，結(jié)合1 個濕地管理中心節(jié)點(diǎn)、3 個分中心節(jié)點(diǎn)、OLT 節(jié)點(diǎn)、光交節(jié)點(diǎn)、末端業(yè)務(wù)接入節(jié)點(diǎn)等分布統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。

光纜網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可分為匯聚層光纜、接入主干光纜、接入配線光纜。

3.3.1 匯聚層光纜

匯聚層光纜結(jié)構(gòu)應(yīng)重點(diǎn)保障安全性，新建光纜容量應(yīng)滿足未來5-10年業(yè)務(wù)發(fā)展需要，光纜芯數(shù)建議不小于48 芯。主要承載濕地管理中心節(jié)點(diǎn)與3 個區(qū)縣分中心節(jié)點(diǎn)之間的匯聚交換機(jī)上聯(lián)，原則上OLT 上聯(lián)不允許在匯聚層光纜承載。

3.3.2 接入主干光纜

接入主干光纜根據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要求，結(jié)合行政區(qū)域劃分、圍繞3 個分中心節(jié)點(diǎn)布局和功能定位進(jìn)行建設(shè)。以行政區(qū)域為單位，根據(jù)區(qū)內(nèi)末端業(yè)務(wù)接入需求，合理布局光交接點(diǎn)，減少末端接入距離。

新建接入主干光纜的容量應(yīng)能滿足覆蓋區(qū)域內(nèi)未來5-10年的綜合業(yè)務(wù)承載需求，適度超前建設(shè)接入主干光纜。接入主干光纜芯數(shù)根據(jù)3 個分中心節(jié)點(diǎn)的功能定位、業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)分布、業(yè)務(wù)歸屬關(guān)系、設(shè)備組網(wǎng)要求等測算接入主干光纜的容量并合理分配纖芯，光纜采用48 芯。

室外光交應(yīng)滿足末端業(yè)務(wù)就近接入要求，盡量設(shè)置在安全、隱蔽、施工維護(hù)方便、易于進(jìn)出線、不易受外界損傷及自然災(zāi)害影響，同時又符合城市規(guī)劃、不妨礙城市交通、不影響市容觀瞻的地方。

3.3.3 接入配線光纜

末端業(yè)務(wù)采用光纜就近接入光交，新建光纜時，應(yīng)綜合考慮各類業(yè)務(wù)的光纖需求，纖芯容量應(yīng)滿足3-5年的接入需要，采用12芯光纜建設(shè)。

3.4 光纜網(wǎng)建設(shè)方案建議

目前國內(nèi)通信運(yùn)營商已經(jīng)步入全業(yè)務(wù)經(jīng)營階段，各類客戶資源已經(jīng)成為運(yùn)營商競爭的焦點(diǎn)，政府資金建設(shè)的信息化項目，更是國內(nèi)三大運(yùn)營商競爭和服務(wù)的重點(diǎn)。運(yùn)營商依據(jù)自身的優(yōu)勢資源，依據(jù)客戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用場景、接入手段、建設(shè)方案等方面進(jìn)行進(jìn)一步的梳理和總結(jié)，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，力求與客戶之間建立、保持和發(fā)展一種長期、良好的合作關(guān)系。同時運(yùn)營商具有專業(yè)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、工程監(jiān)理、工程施工建設(shè)能力和豐富的通信管道資源，可以保證項目實施。

為保障前端感知設(shè)備數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸，建議有國內(nèi)運(yùn)營商代建傳輸網(wǎng)絡(luò)，采用政府向社會購買服務(wù)的模式進(jìn)行建設(shè)，以便更好的支撐該項目的信息化建設(shè)。

4 結(jié)論

本方案實施將完善濕地信息化管理水平和科研監(jiān)測能力，將進(jìn)一步完善項保護(hù)區(qū)內(nèi)的管理和科研監(jiān)測的基礎(chǔ)設(shè)施條件，從而提高保護(hù)區(qū)自身的科研監(jiān)測和綜合保護(hù)管理能力，為保護(hù)區(qū)保護(hù)管理、濕地的生態(tài)修復(fù)和遷徙鳥類、越冬鳥類保護(hù)等提供科研技術(shù)支持，為宏觀決策的制定提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

本次傳輸方案選定PON 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控回傳方案，具有靈活組網(wǎng)特點(diǎn)，業(yè)務(wù)融合能力優(yōu)勢明顯；此傳輸方案采用無源接入設(shè)備，有效地解決了濕地引電問題，利用分光技術(shù)，有效的解決了大量纖芯需求，降低了建設(shè)成本。