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)是一門集計算機技術(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準化的不斷深入推進，急需搭建統(tǒng)一的監(jiān)控管理平臺，納入全市水庫類、水閘類、泵站類、海塘類、堤防類的視頻監(jiān)控點。實現(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)控點約2000個，已接入市級監(jiān)控平臺的不到200個，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)，采用同軸電纜進行視頻信號的傳輸，整個系統(tǒng)通過硬盤錄像機（DVR）實現(xiàn)對前端監(jiān)控攝像頭的管理。

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)字前端攝像機并存的情況。整個系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（NVR）實現(xiàn)對前端模擬、數(shù)字攝像機的統(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)硬盤錄像機或堆疊方式進行管理。

3 存在的問題

由于杭州市水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)在不同時期建設(shè)。視頻系統(tǒng)的建設(shè)又由各區(qū)縣獨立承擔，在建設(shè)時沒有統(tǒng)一的規(guī)范進行約束。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)備缺少針對不同場景的“圖像跟蹤、越界報警”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實現(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)域點位攝像機錄像存儲時間不足問題，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)標準，無法進行綜合管理。

（4）安全問題。部分系統(tǒng)建設(shè)時未考慮安全問題，缺少相應(yīng)的準入機制，只要獲取賬號密碼均可登錄系統(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。

（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，無法實現(xiàn)視頻信息的共享。設(shè)備均采用人工維護的管理方式，發(fā)現(xiàn)故障不及時，維護成本較高，后期維護困難。

4 視頻監(jiān)控標準化建設(shè)架構(gòu)

對于杭州市水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)所存在的問題，需要進行規(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。通過視頻監(jiān)控平臺實現(xiàn)對設(shè)備的集中管理控制。

4.1 前端設(shè)備

針對杭州市水利視頻監(jiān)控畫面模糊的情況，進行實際統(tǒng)計。根據(jù)畫面的模糊嚴重程度結(jié)合預(yù)算部分進行更換設(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，不僅解決畫面模糊的情況，還能有效保障夜視效果。黑光攝像機運用人眼視網(wǎng)膜成像原理搭配多級降噪算法，可以展現(xiàn)出低噪甚至無噪點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 — 可靠性。在特殊時期，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 平臺架構(gòu)

構(gòu)建杭州市水利系統(tǒng)統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺，向上負責對省級平臺推送信息，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個客戶端，這將導(dǎo)致在汛期，多部門、多人員查看就會出現(xiàn)問題。支持流媒體負載均衡，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)對比見圖1。

圖1 視頻監(jiān)控建設(shè)架構(gòu)對比圖

對水利平臺安全機制采用很多措施，以達到用戶數(shù)據(jù)安全要求。支持HTTPS協(xié)議，手機客戶端通過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)控平臺安全機制對比見圖2。

圖2 監(jiān)控平臺安全機制對比圖

通過杭州市水利工程標準化視頻監(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)察方面的弊端風險。

4.4 監(jiān)控中心管理平臺

在杭州市市級監(jiān)控中心/監(jiān)控站部署管理平臺進行各自管轄范圍內(nèi)視頻監(jiān)控的管理，同時省級監(jiān)控平臺向水利業(yè)務(wù)應(yīng)用提供標準接口。市級監(jiān)控中心/監(jiān)控站根據(jù)實際需要和標準進行平臺部署。監(jiān)控中心管理平臺拓撲見圖3。

圖3 監(jiān)控中心管理平臺拓撲圖

5 標準化視頻接入方式

構(gòu)建統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺通過標準協(xié)議與各下屬區(qū)縣級視頻級聯(lián)或者直聯(lián)，管理全局聯(lián)網(wǎng)圖像，接入不同運營商、不同符合國標的設(shè)備攝像頭，包括有固定IP，無固定IP，以及級聯(lián)平臺的接入。規(guī)范后續(xù)設(shè)備的對接，從而實現(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，與平臺對接。

（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，與平臺對接。

（3）級聯(lián)方式 ：本身擁有平臺，通過上下級級聯(lián)方式，與平臺對接。

6 平臺智能監(jiān)控應(yīng)用

6.1 資源導(dǎo)航

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

6.2 切片管理

支持每個攝像頭的定時切片管理，并對切片數(shù)據(jù)進行保存。切片以已獲取的杭州市水利工程標準化視頻監(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時圖像以一定時間間隔抓拍截取后以圖片形式進行存儲、發(fā)布和應(yīng)用。輪詢抓拍切片通過程序設(shè)定，對所有監(jiān)控點視頻按一定的時間間隔、圖片質(zhì)量等參數(shù)進行切片抓拍，并在監(jiān)控點窗口進行定時更新顯示。輪詢的圖片將由系統(tǒng)進行統(tǒng)一處理，存儲供用戶查詢使用。

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、圖片質(zhì)量等參數(shù)，對監(jiān)控點的視頻進行抓拍；異常情況抓拍切片由監(jiān)控點視頻資源異常情況觸發(fā)，通過預(yù)設(shè)的參數(shù)，對異常情況進行抓拍，并按一定的命名規(guī)則保存；在視頻播放時，點擊“抓拍”按鈕，通過設(shè)定的參數(shù)對截取的單幀圖片，按命名規(guī)則生成默認名稱，保存到用戶定義的目錄中。

運行切片程序進行圖片抓拍時，可對抓拍圖片的時間間隔、圖片質(zhì)量、監(jiān)控點等參數(shù)進行設(shè)置。

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

（2）監(jiān)控點：杭州市水利工程標準化視頻監(jiān)控點來自各類水利工程，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)控點的可用性，切片軟件需要設(shè)定監(jiān)控點參數(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)控攝像頭的分辨率，包括2類技術(shù)標準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

具備實時視頻瀏覽、云臺控制、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)控點分組，在指定的窗口布局上按指定的輪巡時間間隔輪流播放。新建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過完善的平臺機制，實現(xiàn)對接入設(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、貼近使用者實際需求。

6.4 電子地圖

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

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)）、車載攝像機數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能?？筛鶕?jù)實際需要在地圖上展示不同監(jiān)控類型（槍機、球機、半球、單兵、車載）的其中1種或多種類型攝像機。

通過系統(tǒng)的建設(shè)，采用電子地圖的方式，在電子地圖上標定監(jiān)控點位。從而使管理者對監(jiān)控點位有一個直觀的認知，精準選擇需查看的點位。

6.5 設(shè)備管理

具有對平臺內(nèi)和下級接入平臺可網(wǎng)管設(shè)備進行自動和手動檢測、故障報警、自動巡檢周期設(shè)定和巡檢日志（運行日志、操作日志、報警日志等）生成功能。設(shè)備管理應(yīng)支持SNMP協(xié)議，并具有對全網(wǎng)可網(wǎng)管設(shè)備進行時鐘同步的功能。通過日志有效記錄，對出現(xiàn)的問題進行事后定位，實現(xiàn)相應(yīng)的追溯和追責。

6.6 視頻質(zhì)量診斷

平臺可對前端設(shè)備的圖像質(zhì)量進行智能分析，并對視頻圖像的清晰度（圖像模糊）、噪聲干擾（雪花點、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故障進行檢測。通過對前端設(shè)備傳回的碼流進行解碼以及圖像質(zhì)量評估，對視頻圖像中存在的質(zhì)量問題進行智能分析、判斷和預(yù)警。系統(tǒng)采用輪巡的方式，在短時間內(nèi)對大量的前端設(shè)備進行檢測；通過視頻質(zhì)量診斷功能，對設(shè)備進行有效的運維管理，及時查詢設(shè)備狀態(tài)。

6.7 安全保障

充分保證平臺的安全性、可靠性，具體雙機熱備、防火墻、密碼保護、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制。對訪問網(wǎng)關(guān)的用戶行為進行詳細記錄，并且對記錄的審查作權(quán)限控制，有效地實現(xiàn)責任認定和系統(tǒng)使用情況分析。

7 結(jié) 語

水利工程標準化視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是對水利工程標準化建設(shè)監(jiān)控的統(tǒng)一管理，集中水庫類、水閘類、泵站類、海塘類、堤防類的視頻監(jiān)控點。實現(xiàn)資源共享，互聯(lián)互通，加強安全性、可靠性。對多廠商和運營商的視頻監(jiān)控資源共享進行探索和研究，對后期視頻監(jiān)控運維管理起到有效作用。