戴臻

摘要：智慧公安建設(shè)是響應(yīng)習(xí)近平總書記指示上海這座城市要“更有序、更安全、更干凈”。2018年1月31日，上海市委書記李強(qiáng)提出了以全覆蓋、全過(guò)程、全天候和法治化、社會(huì)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化為著力點(diǎn)，為提升城市治理能力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文是上海某區(qū)公安在轄區(qū)內(nèi)升級(jí)了智能監(jiān)控探頭后，在原有視頻分析算力的基礎(chǔ)上，增加算力設(shè)備。通過(guò)對(duì)算力平臺(tái)的架構(gòu)分析，設(shè)備選型分析，提出算力依據(jù)，最終滿足解析算力的經(jīng)驗(yàn)，為今后類似項(xiàng)目提供理論參考。

關(guān)鍵詞：智慧公安;智能視頻監(jiān)控;算力提升設(shè)計(jì);輕量云架構(gòu)

一、某區(qū)公安智能視頻監(jiān)控現(xiàn)狀

某區(qū)公安在“十二五”期間、 “十三五”期間、近博會(huì)前“紅線外”、“紅線內(nèi)”、“智慧社區(qū)”等項(xiàng)目中建設(shè)了許多智能高清監(jiān)控。

（一）算力提升區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)基礎(chǔ)調(diào)研，在上述區(qū)域，共有智能人臉攝像機(jī)1676路、智能車輛識(shí)別攝像機(jī)1429路、泛智能攝像機(jī)4252路。

通過(guò)上表，扣除普通高清監(jiān)控前端后，在上述區(qū)域內(nèi)需要實(shí)現(xiàn)的算力合計(jì)：

車輛圖片智能分析攝像機(jī)共：1429+701+99=2229路

人臉智能分析攝像機(jī)共：1676+65=1741路

人體圖片智能分析攝像機(jī)共：3387+99=3486路

（二）現(xiàn)有算力基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（三）新增算力需求

為通過(guò)算力解析設(shè)備，將智能監(jiān)控視頻形成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各公安實(shí)戰(zhàn)功能，因此，通過(guò)原有算力的基礎(chǔ)上，增加算力滿足對(duì)某區(qū)域建設(shè)的攝像機(jī)接入視頻和圖片的實(shí)時(shí)解析算力。

視頻流解析算力數(shù)據(jù)核算

由于泛智能監(jiān)控前段無(wú)法直接產(chǎn)生人體和車輛圖片，必須通過(guò)視頻流解析節(jié)點(diǎn)設(shè)備，從視頻流中抽取關(guān)鍵幀圖片后，對(duì)圖片進(jìn)行人體和車輛解析。

①視頻流人體智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于946路;

現(xiàn)有泛智能人體+（車+人體）監(jiān)控=3387 + 99 =3486路。

現(xiàn)有人體圖片建模算力2540路。

因此需要新增3486-2540=946路人體視頻流算力解析能力設(shè)備。

②視頻流車輛智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于450路;

現(xiàn)有泛智能車輛監(jiān)控701路，智能車輛前端1429路，合計(jì)2130路;

現(xiàn)有圖片車輛智能分析1680路;

因此，需要新增2130-1680路=450路車輛視頻流算力解析能力設(shè)備。

二、算力提升輕量云系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)資源共享，提高服務(wù)器資源使用率和集中管理和使用，需要建設(shè)一套視頻云平臺(tái)，將IT資源統(tǒng)一整合。

（一）整體架構(gòu)

提升算力涉及的視頻流人體解析、視頻流車輛結(jié)構(gòu)化和圖片流人體建模可以動(dòng)態(tài)合理調(diào)度資源的情況下采用輕量云架構(gòu)，主要由基礎(chǔ)云平臺(tái)、視頻管理云組件、視頻解析云組件三大部分組成。

輕量化云方案可滿足了架構(gòu)上的云化與分布地理位置部署的訴求。

（二）云化集群

通過(guò)云化集群將域內(nèi)多臺(tái)云節(jié)點(diǎn)（MPU，媒體處理單元）組成集群，以集群方式運(yùn)作。添加IPC時(shí)無(wú)需提前規(guī)劃，在添加IPC時(shí)集群管理云節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前集群成員的負(fù)荷，將新增IPC添加到合適的云節(jié)點(diǎn)上。集群可動(dòng)態(tài)伸縮，包括新增成員和刪除成員;當(dāng)某臺(tái)云節(jié)點(diǎn)負(fù)載過(guò)大時(shí)，支持將該云節(jié)點(diǎn)設(shè)備上部分業(yè)務(wù)分擔(dān)至其他云節(jié)點(diǎn);當(dāng)某臺(tái)云節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，支持將故障設(shè)備上業(yè)務(wù)負(fù)載分擔(dān)至其他云節(jié)點(diǎn);當(dāng)某臺(tái)云節(jié)點(diǎn)故障恢復(fù)后，支持將其他云節(jié)點(diǎn)設(shè)備上部分業(yè)務(wù)分擔(dān)至該云節(jié)點(diǎn)。

三、智能視頻算力資源計(jì)算設(shè)計(jì)

（一）視頻流人體解析算力設(shè)計(jì)

1、視頻人體解析算力需求

視頻流人體智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于946路。

2、頻人體解析算力設(shè)備選型

采用視頻人體解析采用浪潮產(chǎn)品，其中檢索云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5280M5，數(shù)量16套，視圖存儲(chǔ)分析云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5468M5，數(shù)量20套。

3、視頻人體解析算力計(jì)算

◢視圖存儲(chǔ)分析云節(jié)點(diǎn)計(jì)算：

視頻流人體智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于946路，人臉圖片路數(shù)按946路計(jì)算，車峰值按照2張/秒計(jì)算，單個(gè)GPU計(jì)算卡處理性能，人臉圖片按100張/秒計(jì)算（非布控場(chǎng)景），人臉視頻按16路計(jì)算。

GPU卡數(shù)量：=Roundup（人臉圖片路數(shù)*峰值/單張卡處理性能，0） + Roundup（人臉視頻路數(shù)/單張卡處理性能，0）

= Roundup（946*2/100，0）+ Roundup（946/16，0）=79

單臺(tái)視圖存儲(chǔ)分析云節(jié)點(diǎn)支持4張GPU計(jì)算卡插入，則總共需要視圖存儲(chǔ)分析云節(jié)點(diǎn)數(shù)量：= Roundup（GPU卡數(shù)量/4，0）

= Roundup（79/4，0）=20（臺(tái)）

◢檢索云節(jié)點(diǎn)數(shù)量計(jì)算：

單臺(tái)視頻檢索云節(jié)點(diǎn)支持8.1億條檢索數(shù)據(jù)量，從可靠性考慮，檢索節(jié)點(diǎn)采用雙機(jī)部署方式。本次總共需解析的視頻和圖片路數(shù)為946路，每路日均數(shù)據(jù)量按40000張計(jì)算，存儲(chǔ)90天，則總共產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量：=946*40000*90/10000/10000=34.056億單臺(tái)視頻檢索云節(jié)點(diǎn)支持不少于4.5億條人體元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，則需要視頻檢索云節(jié)點(diǎn)數(shù)量：= Roundup（總數(shù)據(jù)量/4.5，0）=Roundup（34.056/4.5，0）=8（臺(tái)）

考慮雙機(jī)熱備份，則總共需要視頻檢索云節(jié)點(diǎn)數(shù)量：=8*2=16（臺(tái)）

（二）視頻流車輛結(jié)構(gòu)化算力設(shè)計(jì)

1、視頻流車輛結(jié)構(gòu)化算力需求

視頻流車輛智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于450路。

2、視頻流車輛結(jié)構(gòu)化算力設(shè)備選型

本項(xiàng)目視頻流車輛結(jié)構(gòu)化采用浪潮設(shè)備，其中視圖存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5280M5，數(shù)量5套、檢索云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5280M5，數(shù)量4套、分析云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5468M5，數(shù)量5套。

3、視頻流車輛結(jié)構(gòu)化算力計(jì)算

◢視圖存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)計(jì)算：

視頻流車輛智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于450路，抓拍車輛圖片大圖按600K/張計(jì)算，小圖按50K/張計(jì)算，結(jié)果保存90天。

則總存儲(chǔ)容量為：

= Roundup（450*（600+50+50）*0.5*24*3600*90/1024/1024/1024，0）=1141TB

存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)支持40塊數(shù)據(jù)盤，采用高可靠性模式時(shí)有效數(shù)據(jù)盤數(shù)為35塊，熱備盤2塊，RAID校驗(yàn)盤3塊。

企業(yè)級(jí)8T SATA硬盤，考慮硬盤格式化損耗和廠商標(biāo)稱的容量換算，實(shí)際有效數(shù)據(jù)可用容量=8*1000*1000*1000*1000/1024/1024/1024/1024*0.985=7.17TB。

則總共需要視圖存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)數(shù)量= Roundup（總存儲(chǔ)容量/35/7.17，0）=5（臺(tái)）

◢檢索云節(jié)點(diǎn)數(shù)量計(jì)算：

本次總共需結(jié)構(gòu)化的視頻和圖片路數(shù)為450路，每路日均數(shù)據(jù)量按40000張計(jì)算，存儲(chǔ)90天，則總共產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量：=450*40000*90/10000/10000=16.2億

單臺(tái)檢索云節(jié)點(diǎn)支持不少于8.1億條人體元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，則需要檢索云節(jié)點(diǎn)數(shù)量：= Roundup（總數(shù)據(jù)量/8.1，0）=Roundup（16.2/8.1，0）=2（臺(tái)）

考慮雙機(jī)熱備份，則總共需要檢索云節(jié)點(diǎn)數(shù)量：=2*2=4（臺(tái)）

◢分析云節(jié)點(diǎn)數(shù)量計(jì)算：

單臺(tái)分析云節(jié)點(diǎn)支持6張GPU計(jì)算卡插入，單個(gè)GPU計(jì)算卡處理性能：車輛視頻按16路計(jì)算。則總共需要分析云節(jié)點(diǎn)數(shù)量：= Roundup（450/16/6，0）= 5（臺(tái)）

（三）圖片流人體建模算力方案

1、圖片流人體建模算力需求

圖片人體智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于1836路;

2、圖片流人體建模算力—方案

本項(xiàng)目圖片流人體建模采用浪潮設(shè)備，其中視圖存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5280M5，數(shù)量8套、檢索云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5280M5，數(shù)量30套、分析云節(jié)點(diǎn)采用浪潮NF5468M5，數(shù)量8套。

3、圖片流人體建模算力計(jì)算

◢視圖存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)計(jì)算：

圖片人體智能分析能力增加并發(fā)路數(shù)不低于1836路，人體建模圖片按300K/張計(jì)算，結(jié)果保存90天。

則總存儲(chǔ)容量為：

= Roundup（1836*300*0.5*24*3600*90/1024/1024/1024，0）=1847TB

存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)支持40塊數(shù)據(jù)盤，采用高可靠性模式時(shí)有效數(shù)據(jù)盤數(shù)為35塊，熱備盤2塊，RAID校驗(yàn)盤3塊。

企業(yè)級(jí)8T SATA硬盤，考慮硬盤格式化損耗和廠商標(biāo)稱的容量換算，實(shí)際有效數(shù)據(jù)可用容量=8*1000*1000*1000*1000/1024/1024/1024/1024*0.985=7.17TB。

則總共需要視圖存儲(chǔ)云節(jié)點(diǎn)數(shù)量= Roundup（總存儲(chǔ)容量/35/7.17，0）= Roundup（1847/35/7.17，0）=8（臺(tái)）

結(jié)論：

通過(guò)采用輕量化視頻云平臺(tái)架構(gòu)，建立統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以把信息化數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和開放共享。通過(guò)算力資源的計(jì)算，測(cè)算云平臺(tái)的檢索節(jié)點(diǎn)、分析節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)量，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控資源共享和互聯(lián)互通互控，充分發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)在加強(qiáng)社會(huì)管理，提升警務(wù)效率、組織群防群治、預(yù)防和打擊違法犯罪等方面的作用。