城市视频监控系统解决方案

曾令卉

（光纤通信技术与网络国家重点实验室 武汉邮电科学研究院，湖北 武汉 430074）

平安城市[1]是一个特大型、综合性非常强的管理系统，2009年底，为了落实某市“平安城市”建设，该市公安局在全市组织建设2.5万个监控点，全部监控点按各分区联网接入城市视频监控系统。

1 用户需求

城市视频监控系统承担着整个城市安全监控的重任，通过对城市视频监控系统的部署、使用和管理，可以在全市范围内大力推进科技强警建设工作，利用科技手段全面提高全市范围内的社会治安防控能力，实现对繁华地带、重要场所、广场以及周边地区24 h不间断监控，提升城市安全保障水平和道路交通管理水平，加强综合治安管理水平，为创建平安城市提供强有力的保障。

2 方案制定

城市视频监控系统建设内容包括视频监控管理平台子系统、传输网络子系统、前端监控点子系统、监控中心子系统、无线传输子系统、可视化指挥子系统、安全平台子系统、运维管理子系统及供电子系统等。系统结构如图1所示。

图1 城市视频监控系统层次结构

本方案最大的特点是：全网数字化，应用无源光网络（EPON）技术，实现前端监控点的数字化接入，解决主干光纤资源不足的问题，节约光纤资源。传统的视频光端机传输模式需要大量的光纤，而采用EPON技术的传输平均每15个摄像头需要一根光纤，能够有效地节省光纤资源。

本方案的系统设计遵循开放性原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，软硬件支持二次开发。本系统在接口上均采用标准的协议，使用国际标准的SIP，RTSP，RTP/RTCP，MPEG-4，H.264，G.711和MP3协议设计前端与平台的接口，支持国内主流前端设备厂家的设备接入。在软件架构上均采用模块化设计，具有较强的扩展性，能与新开发的各类应用系统无缝对接，最大限度地发挥系统建设的整体效能。

城市视频监控系统以视频监控管理平台为核心，实现对所有联网资源的控制和管理。整个系统采用分布式体系结构，各类前端监控点图像信息利用不同传输方式进行整合，视频监控管理平台提供视频资源存储、共享。系统采用当今成熟的网络、通信、图像编解码等先进技术，实现快速获取全区主要监控点的监控信息，能准确、直观、快捷地反映和记录现场的动态情况。并且与上级监控中心联网、达到资源共享、信息共享的功能。下面就各主要组成子系统作介绍。

2.1 前端监控点子系统

前端监控点完全实现了数字化，全部采用数字摄像机，所传输信号为经过编码压缩后的网络数字信号，网络信号通过光网络单元（ONU）设备经光纤传入到光线路终端（OLT）。ONU放在前端视频监控点附近，对于前端监控摄像头较为聚集的位置，采用单独的ONU设备，一端连接EPON光纤，另一端通过双绞线连接前端IPC。无源分光器（POS）是一个连接OLT和ONU的无源设备，它不需要电源，环境适应性强。其功能是分发下行数据，并集中上行数据。

前端设备根据具体点位的勘查，根据实际环境选择安装，其中分布于案件多发区、商业繁华区和人员聚集区等治安区域，交通路口、娱乐场所等重点部位的前端设备可采用智能视频监控设备。

目前以IP网络化为代表的第三代视频监控系统得到了广泛应用，虽然视频监控系统与设备在功能和性能上得到了极大提高，但仍然受到了一些固有因素的限制，其中既包含人类作为监控者自身在生理上的弱点，也包含视频监控系统配置以及视频监控设备在功能和性能上的局限性。这些限制因素使各类视频监控系统均或多或少地存在报警精确度差、误报和漏报现象多、报警响应时间长、录像数据分析取证困难等缺陷，从而导致整个系统在安全性和实用性的降低。为此，在传统视频监控的基础上引入智能视频分析的功能，即借助计算机强大的数据处理能力过滤掉图像中无用的或干扰信息，自动分析、抽取视频源中的关键有用信息，从而使传统的监控系统中的摄像机不但成为人的眼睛，也使“智能视频分析”计算机成为人的大脑，并具有更为“聪明”的学习思考方式。通过“智能分析技术”可以正确识别出不同物体及其运动轨迹规律，它可以明确地区分出人、车或其他物体，一旦发现监控画面中关键目标出现时，系统能够以最快、最佳的方式提供有用信息或告警[2-4]。

2.2 网络传输子系统

本系统采用数字视频专网数据中心交换系统，充分满足视频传输、存储及服务器的接入需求，采用光纤传输来满足中间节点中心控制点的视频传输带宽需求。所有监控点全部采用光缆接入。在全光缆接入的基础上，从系统网管、监控和节约投资的角度出发，建议采用PON系统承载。光缆线路采用全程管道敷设，并进行一定的纤芯预留。承载网的安全性保障为：在承载网的核心交换设备OLT的主控板卡、电源卡采用1+1备份方式，并对接入监控点的PON卡进行一定的预留。

2.3 视频监控管理平台子系统

前端监控资源都由监控中心管理服务器进行管理和控制。监控中心与各监控室通过光缆进行联网，可实现对视频监控系统的所有视频图像信号的接收和对前端云台的实时控制。视频监控管理平台子系统的管理服务器在整个视频监控系统中具备最高的管理权限。

视频监控管理平台逻辑结构分为媒体层、控制层、业务层。媒体层主要负责流媒体转发和视频流的录像和回放，实现客户端对前端设备视频的实时浏览和存储回放请求。控制层主要负责系统各个模块之间的信令传输和控制，信令协议采用SIP协议。业务层主要负责实现系统的业务管理和网络管理。包括前端设备的入网、退网，用户的分组及权限分配，前端设备和中心平台服务器等设备的网管等。

2.4 监控中心子系统

监控中心子系统包括图像监控中心的电视墙显示系统建设、相关应用管理设备的配置、监控中心机房建设和UPS电源建设等。

2.5 可视化指挥子系统

利用可视化指挥子系统实现行政会议、调度指挥、业务培训等应用。可视化指挥系统包括1台MCU，视频终端设备及辅助设施。城市视频监控系统中集成了各种城市应急服务资源，包括了图像接入、视频会商、应急通信等多个模块。在信息沟通、资源共享、决策会商中，蕴含着对数据、语音、视频等主要交流方式的巨大需求。当发生各种突发事件的时候，需要相关部门协同工作。传统的应对机制已不能适应日益增多的紧急突发事件处置的需要，而应急联动指挥系统就是综合各种应急服务资源，统一指挥，联合行动，为公共安全提供强有力的保障的系统。视频会议、语音、监控多媒体须通过数字方式无缝融合，采用统一多媒体调度平台，通过数字方式，调用现场任意一路监控实时图像和历史图像到视频会议中，供实时调阅、观看讨论，为快速、精确做出决策奠定良好基础。

2.6 无线传输子系统

无线视频监控子系统作为一种视频监控方式，应具备所有普通视频监控的基本功能，如实时视频预览、录像、报警等。但由于无线视频监控子系统使用环境的特殊性，对远程视频浏览、无线终端与平台数据交互、无线终端和平台的录像同步等需求尤为迫切。无线视频监控子系统最基本的需求就是通过视频对车辆抵达区域现场进行监控[5]，希望可通过实时远程浏览车辆、监控现场的视频，从而实时了解车辆、监控现场及周围环境的状况。

前端实现有两种方式：一种是车载系统，车载监控系统安装在车辆上，主要功能为车辆运行监控、录像、无线数据传输。车载无线视频服务器结构如图2所示。还有一种是单兵系统，单兵系统主要用于通信车无法到达的地方，通过背负的方式深入到复杂的环境下进行视频图像的采集传输。单兵系统主要由便携式无线视频服务器、微型摄像机、语音对讲、报警器等组成，用于将监控现场的音视频实时传送到监控中心，使执勤人员和监控中心之间能够实时语音对讲，出现紧急情况时能够马上报警，并联动监控中心进行处理。

图2 车载无线视频服务器结构示意图

2.7 安全平台子系统

区城市视频边界安全接入平台在宏观上主要负责在本地区域公安数字视频专网与相关联网单位所需的接入或共享图像资源需求，负责各本区域联网单位的认证、授权及管理，与上级的视频安全监测与管理中心的集控系统实现安全策略下载及无缝级联上报。

根据以上结构设计，数字视频专网对外提供图像资源共享，或需要调用视频资源图像时，在通过有效的安全验证的基础上，通过视频双向安全隔离设备及前后置媒体传输单元（MDU）所提供的视频流媒体服务代理服务，将相关请求传递数字视频内部或传输到外部网络中，图像数据的共享及调用由媒体传输单元（MDU）双向地发出或回应请求。

通过在中心层部署一台3AS集控系统的设计，对下级的视频边界接入系统进行统一监管，实现分布部署、集中监管，使中心层既可对全网边界图像传输情况了如指掌，又保持了各下级独立配置管理图像采集、共享的灵活性。

2.8 运维管理子系统

实现关于视频系统的网络运维的用户、设备、应用集中统一管理，使网络管理员可以方便直观地进行城市视频监控系统的日常网络维护、管理和监控工作。对城市视频监控系统的IT资源情况进行全面梳理，将复杂的网状结构按照业务、类型、节点等进行层次化关联，让管理人员可以快速掌控资源的配置和运行状况。提供可视化、仪表化、智能化导航管理的新型运维模式，大大降低运维监控的技术难度，从整体到细节全面掌控武汉公安局城市视频监控系统运行情况。

可以有效地接入和融合城市视频监控系统的基础监控系统和服务平台，将技术监控和运行管理工作紧密结合，为城市视频监控系统提供全面、集成化运维管理平台。

2.9 供电子系统

为满足城市视频监控系统正常运行，需根据城市视频监控系统实际耗电需求配置相应功率UPS不间断电源，UPS供电范围为中心机房内的关键设备，包括各类服务器、网络设备，应充分考虑供电系统冗余。

3 小结

本城市视频监控系统解决方案利用视频技术和互联网技术，从社会治安监控需求出发，结合城市管理和应急处突的需求，充分整合社会资源，采用急用先建、边建边用的方式，全面提升城市管理水平。

[1]武汉城市视频监控系统实施经验[EB/OL].[2011-02-02].http://networking.ctocio.com.cn/tips/437/9425937.shtml.

[2]林洪文，涂丹，李国辉.基于统计背景模型的运动目标检测方法[J].计算机工程，2003，29（16）：97－99.

[3]朱冰莲，潘哲明，李单单.基于图像配准的运动目标检测[J].电视技术，2007，31（4）：94-96.

[4]CUCCHIARA R,PICCARDIM,PRATI A.Detecting moving objects,ghosts,and shadows in video streams[J].IEEE Tran.Pattern Analysis and Machine Intelligence，2003，25（10）：1337－1342.

[5]吴长树.一种基于公共移动通信的视频包多链路接收和播放方法:中国，200910241583.6[P].2010-05-12.