网络视频监控在平安城市中的应用毕业设计论文.doc

进的网络技术以适应更高的数据、多媒体信息的传输需要，使整个系统在一段时期内保持技术的先进，并具有良好的发展潜力，以适应未来业务的发展和技术升级的需要。（2）安全可靠性为保证将来的业务应用，网络必须具有高可靠性。要对网络结构、网络设备、服务器、存储设备等各个方面进行高可靠性的设计和建设。在采用硬件备份、冗余等可靠性技术的基础上，采用相关的软件技术，提供较强的管理机制、控制手段、事故监控和网络安全保密等技术措施，提高网络系统的安全可靠性。（3）灵活性与可扩展性网络系统是一个不断发展的系统，所以它必须具有良好的扩展性。能够根据将来信息化的不断深入发展的需要，方便地扩展网络覆盖范围、扩大网络容量和提高网络各层次节点的功能。具备支持多种通信媒体、多种物理接口的能力，提供技术升级、设备更新的灵活性。系统能够通过增加服务器等软硬件设备，方便、平滑的对系统容量进行扩容，后台存储容量也具备较高的可扩展能力。（4）开放性与互连性具备与多种协议计算机通信网络互连互通的特性，确保网络系统基础设施的作用可以充分发挥。在结构上真正实现开放，基于国际开放式标准，包括各种广域网、局域网、计算机及数据库协议，从而为未来的业务发展奠定基础。 （5）系统集成原则本方案充分考虑到现有社会监控系统的差异性，采用开放式结构、兼容的技术和设备，自下而上，先内后外，实现图像信息系统集成互联、资源整合与信息共享。并本着实用性原则，边建设、边整合、边应用、边完善。1 系统总体设计3.1 系统总体概述平安城市视频监控系统的总体建设目标是：按照“整体布局网络化、局部区域闭合化、重点路口全摄入、重要部位全覆盖”的要求，建设覆盖城市重点区域的视频监控系统，结合移动视频监控，整合各种社会视频资源，提高监控密度，扩大监控规模，采用全IP网络构架方式，建设统一的视频信息管理平台，实现公安、交警、市政视频资源的应用和共享。全面解决平安城市视频监控系统采集、传输、管理、控制和共享的需要。3.2 系统总体架构平安城市视频监控系统的总体架构如图3-1所示：应用层GIS应用视频回放显示智能分析第三方业务接口接入层管理调动层公共服务模块媒体转发存储控制信令转发及路由设备及状态管理基础服务数字视频切换控制接口报警信息通道控制接口移动视频切换控制接口资源层网络摄像机视频编码器硬盘录像机图3-1 系统总体架构（1）资源层 在系统里，该层主要是各种要接入整个调度管理系统的资源，包括公安网内的资源和社会监控资源，包括网络摄像机、模拟摄像机、视频编码器、硬盘录像机等。所有接入公安内部专网的资源在接入调度管理平台时一定要通过网闸做物理隔离，以保证公安网本身的安全性。 （2）接入层 接入层主要负责将各种视频和报警相关的资源接入到调度管理平台内部，做统一管理和调度，在接入层完成各种有差异的资源的一致性转化，主要包括数字视频切换控制接口、报警信号通道控制接口、移动视频切换控制接口、已建模拟视频切换控制接口等。 （3）调度管理层 调度管理层是建立在高性能切换控制系统和高性能网络交换机基础上的应用管理系统，主要负责视频信息和报警信息的集中管理和调度，是整个系统的资源调配、应用的核心。实现统一管理和调度的基础服务。 （4）应用层 应用层主要实现视频信息的各种数字化应用。实现包括GIS系统整合、视频预览回放、智能视频分析、视频解码上电视墙显示、系统管理与远程维护、业务系统整合等功能。3.3 系统拓扑架构平安城市视频监控系统建设市局监控系统管理平台，区县公安局建立覆盖本地区的视频管理系统中心，公安派出所建立视频管理系统前端汇聚平台。在此基础上形成市、区县、街乡镇政府及部门的三级视频管理系统。以现有公安光纤网络和公共通信网络资源为传输通道，以GIS空间地理信息平台为载体，建设视频传输专网，实现市、区县、乡镇政府及部门互联互通。 系统总体构架融合公安治安监控、交通治安卡口、电子警察和社会视频图像信息资源，结合车载与单兵移动取证系统，在统一的网络构架和综合应用共享平台上实现各种业务功能，实现与现有视频图像信息系统的整合，体现平安城市视频监控系统的整体性，提高系统的共享度。 三级监控中心的构架思路： （1） 三级监控中心一般是指由派出所设立的报警与视频监控中心。作为基层单位，管理辖区内设备和客户端，并接受上级监控中心管理。 （2） 二级监控中心一般是指由公安分（县）局或者其他公安业务部门设立的报警与视频监控中心。管理辖区内设备和客户端，并接受上级监控中心管理的同时也接收三级监控中心上传的图像。 （3）一级监控中心一般是指由市级公安局设立的报警与视频监控中心 。所有派出所、分局的监控资源都受其统一管理。三级管理平台系统拓扑架构如图3-2所示：图3-2 系统拓扑架构3.4 总体设计思路本系统采用三级管理平台的架构。（1）派出所视频图像信息前端汇聚平台 第三级平台为派出所视频图像信息前端汇聚平台，是视频图像资源整合共享、控制管理和应用的基础和源头，系统对治安重点和案件易发、高发的地区、部位等进行实时、有效的监控和录像存储；并且整合辖区内重要社会视频图像资源接入平台。第三级视频图像信息平台除了管理自己辖区内的视频图像资源外，还要负责向第二级平台提供视频图像资源。第三级平台应能调看辖区内视频图像信息的实时画面和录像，或者经过上一级公安机关授权，调看辖区外特定区域、地点的实时画面和录像。 （2）区县公安局视频图像分中心 第二级平台为区县公安局视频图像分中心，以区县公安局为实体，自成体系组织辖区内视频图像信息系统建设，负责对所辖派出所第三级平台的管理和控制，整合接入第三级平台的视频图像资源、区县各单位的视频图像资源以及辖区内重要视频图像资源，并向第一级平台（市公安局视频图像中心）提供视频图像资源。第二级平台应能调看辖区内视频图像信息的实时画面和录像，或者经过上一级公安机关授权，调看辖区外特定区域、地点的实时画面和录像。 （3）市公安局视频图像中心 一级视频图像中心为市公安局视频图像中心，是视频图像信息体系的核心部分，实现全市视频图像信息点的图像的调用和控制，包括视频信号的切换、控制和显示4等主要功能，包括实时画面和录像资料的调用和控制。市公安局视频图像中心汇聚全市各级视频图像信息系统的图像资源，能调看三级平台中所有视频图像信息的实时画面和录像。 三级平台都可以根据需要建设视频前端镜头和整合社会视频图像信息资源。其他部门、行业、单位自成体系的视频图像信息系统（如交委、市政、金融等），可以根据需要在三级平台的任意一级进行整合。三级平台都在通信协议和编码标准方面保证协议的规范性，保证上一级平台能直接调用本级平台的所有实时画面和录像。3.5 视频信息传输交换网络系统利用已建、新建或租用的光纤资源，建立数字化的视频信息传输交换平台，作为连接市公安局、各区县公安局、派出所的三级传输基础网络，也是平安城市视频信息传输的骨干网络。视频信息传输交换平台中选用TCP/IP协议作为主要网络协议，同时支持UDP和组播传输方式。 视频信息传输交换平台能集光信号传输系统、IP数字图像信息系统、传统模拟图像信息系统5于一体，能完成视频、音频、数据、电话等业务透明传输；能有效完成综合业务接入，实现一个平台上多种业务信号的接入和交换。3.5.1 传输交换平台构架视频信息传输交换平台的基本结构如图3-3所示：图3-3 图视频信息传输交换平台基本结构（1）视频图像信息传输交换平台应能提供视频联网、流媒体、视频存储、视频点播、事件处理等多种功能应用于一个界面上； （2）视频图像信息传输交换平台应能支持多种联网管理模式，可以对各种异质设备和各个视频子系统共同进行管理和控制； （3）视频图像信息传输交换平台应能支持多级联网模式，在管理平台支持下，确保所接入的设备共同遵循一个权限管理模式，用户无需在不同管理系统中登录切换； （4）视频图像信息传输交换平台应能直接支持图像的深层次应用，实现高清晰画面的事件分析、业务分析，获得准确的分析结果； （5）区县公安局负责区县公安局视频图像分中心和派出所视频图像信息前端汇聚平台之间的传输交换平台建设，确保与市公安局视频图像中心的无缝衔接，确保与原有视频图像信息系统的有机融合。 3.5.2 网络技术选择视频的传输技术，选择以太网技术是必然的结果。当前监控前端设备越来越多，传输的视频流量呈现爆炸性增长，而用户对监控视频的画质要求越来越高，这就必然引起传输网络的革新。以太网技术能够提供丰富的接口类型：电口、光口，以及光电复用口。接口速率可以从10M、100M、1000M到10000M的逐级选择，交换机端口可以从8个、16个、24个、48个高密度递增，为监控系统扩容提供了最佳途径。目前以太网借鉴了ATM网络技术后，现在已经能够提供40GB和100GB接口，通讯瓶颈不再是以太网技术的话题，可以说现在的以太网技术已经走在各类网络技术的最前沿。 目前，对于监控网络系统，建议选择如下网络技术： （1）T比特核心层和数据中心 核心层和数据中心（Data Center，DC）是数据大集中而形成的集成IT应用环境，是各种IT应用业务的提供中心，是数据计算、网络传输、存储的中心。数字城市的核心层实现了监控基础设施、业务应用、数据的统一、安全策略的统一部署与运维管理。 （2）平滑和可扩展的迁移 高速主干的建立，要求平滑，稳定和分布的迁移，要使得原有的大量设备和应用能够顺利迁移到新的高速网络技术。 3.5.3 主干传输设计平安城市视频监控网络建设中，另一个重要环节是广域网络建设。广域网络建设包含如下： （1） 前端治安监控点到派出所的光纤线路设计，有运营商提供十兆到百兆传输专网，满足1路D1或1路高清视频图像传输的需要； （2）派出所到区县公安分局采用100M或1000M光纤线路，满足8路以上并发D1视频传输的需要； （3）区县公安分局与市局指挥中心适宜采用1000M光纤线路，可以支持400路D1格式图像的并发传输，实现快速的图像信息交换； （4）派出所到区县公安分局、区县公安分局到市局采用10M以上备份线路，通过自动切换确保视频图像信息传输的不间断运行6，提高视频图像信息传输交换平台的可靠性。 3.6 海量视频存储设计3.6.1 存储方式设计平安城市视频监控系统一般具有监控点多，摄像头数量多，保存时间长，监控数据的保存时间为30天。因此视频监控系统存储必须支持大容量，且容量具有高扩展性，满足长时间大容量视频图像存储的需求。 本系统在市公安局、区县公安局、派出所等视频图像中心或视频图像信息前端汇聚平台，根据视频图像信息前端汇聚情况，配备视频图像信息存储设备，对其汇聚的视频图像信息资源进行录像；其他单位或个人，按照“谁建设，谁存储”的原则，配备视频图像信息存储设备，对其自建的视频图像信息资源进行录像。 平安城市视频接入数量庞大，系统设计采用分布式存储和集中存储网络构架，在市公安局、区县公安局、派出所等视频图像中心或视频图像信息前端汇聚平台，根据视频图像信息前端汇聚情况，配备视频图像信息存储设备，对其汇聚的视频图像信息资源进行录像。对于接入数量庞大的城市视频监控，为减少派出所到区县分局的视频传输压力，保障派出所一线实战单位的应用，系统采用分布式设计，支持多种存储设备共存，同时区县分局和上级市局指挥中心采用集中存储设备备份重点监控图像。 在派出所和区县监控中心接入前端视频监控图像，部署网络存储设备，前端视频信息包括高清网络摄像机直接存储到网络存储设备内。下图3-4即为分布式存储的示意图：图3-4 分布式存储结构图3.6.2 存储管理策略（1）存储管理服务器在派出所和区县监控中心部署存储管理服务器，内嵌平台软件的网络存储管理服务软件，是针对大型网络监控系统环境的专用存储管理软件模块，实现远程所有图像的实时录像、报警录像、中心集中备份和事后检索查询服务，计划录像下支持补录。支持DAS、NAS、SAN等多种存储方式，对于视频文件存储我们建议采用IPSAN存储方式。网络存储管理服务器根据需求可以分布式部署，目前可以部署在派出所、区县分局和市局，一台存储管理服务器可以管理的视频路数不限，但是同时并发存储处理的视频路数受到服务器性能限制，目前测试的结果是在1000M网络环境下一台存储服务器可以并发相应1000路CIF格式的视频流（相当于500路2CIF或250路D1格式视频）。网络存储服务器软件通过网络获取系统中所有视频源的信息，存储到大容量的存储设备中。系统可以支持N台计算机组成的分布式集群存储结构。在这些计算机的通讯底层是我们的高性能通讯平台技术。在正常运作的情况下，每一台存储计算机负责存储整个系统中的某些录像信息。首先我们需要定义存储组，每一个存储组有N路图像组成。我们把一个存储组绑定到一台存储服务器，这样全系统的图像将通过不同的存储服务器进行存储。采用的模型是前端分布式录像和后端集中录像的综合方法。存储管理服务器管理的对象可以是PC服务器存储设备、DVR设备、IP网络摄像机，也可以是磁盘阵列。（2）三层容错技术系统提供三个层次上的容错：首先系统体系结构上的容错技术。我们的系统支持分布式的集群技术，简单地讲，每台服务器正常执行当前的存储任务，但是同时又作为其他服务器的后备集群节点。当集群系统某一节点出现故障，那么我们的底层通讯协议能够准确地监测到这台机器的问题，这就是所谓的成员离开事件，成员离开事件将被可信协议递交到集群中的每一个节点，它的备份服务器将立刻承担起失败节点的责任，进行录像。这就是容错功能。而当失败的节点修复后重新启动并开始录像，底层通讯协议能够把这个重新加入的时间递交给每一个节点，这是所谓的成员加入事件。备份服务器接收到这个时间以后就停止录像。这就是错误恢复功能。第二个层次上的容错是在整个集群都和图像源断开，不能进行实时录像。这个时候，我们通过计划和实际的录像执行情况进行补录，请参见后面的计划和补录。第三个层次的容错是在录像分包时，每一个录像文件结束和一个新的录像文件开始，系统都被冗余一部分数据，以保证没有任何图像帧丢失。（3）录像计划和补录每一个录像组可以具有自己的录像计划，录像的执行底层是我们的计划和任务调度引擎。（请参见计划引擎）。每次录像过程中，系统都会纪录录像的执行时间，系统的维护服务器，根据预定计划和实际的执行情况的差异性，我们可以计算出需要补录的时间段。补录系统将自动从合适的DVR下载缺少的录像信息。当录像计划改变时，早先的计划将被纪录下来，系统能够自动辨别补录参照改变之前还是改变之后的计划。