高清技术在上海浦东平安城市的应用难点以及解决办法

虽然高清技术一直被认为是未来安防的发展趋势，但在目前的安防系统里模拟仍然占据着主流，这主要源于除了成本、市场接受度外，其技术的实现仍然存在很多问题，比如传输、存储等等。以高清技术在上海浦东平安城市的应用为例，在这样一个庞大的项目中，高清的实现会遇到哪些障碍，以及有哪些解决办法，以下的文章将为读者提供一定的参考。
　项目概况
　上海浦东新区占地面积1700余平方公里，常住人口268.6万，约占上海市1/5人口，2010年5月，举世瞩目的世博会在这里拉开帷幕。早在2002年上海取得世博会举办权时，安全问题，就已经作为重中之重的首要问题摆在了浦东新区安全部门面前。
　为确保上海世博会期间，发挥治安监控系统在加强社会管理、组织群防群治、预防打击犯罪等方面的特殊作用，浦东新区构建了一套城乡一体、全面覆盖、内外结合、资源共享的社会治安监控网络。
　浦东新区城市图像监控覆盖项目要完成一万三千余个图像监控点、(其中包括1080P高清监控点12044个)、42个派出所机房扩容、6个图像分控中心机房和1个分局图像中心机房的建设。项目建成后，将全方位提高浦东新区监控覆盖面,夯实平安浦东新区建设根基，为富民强区、构建和谐宜人的新浦东创造和谐稳定的社会环境。
　而仅从高清摄像机数量上来看，本项目已是目前全球最大全高清数字图像监控系统，而出于公安取证的严谨性和图像质量的考虑，所有高清摄像机均以H.264实时监看和MJPEG存储双码流输出，因此系统存储容量高达20PB，每秒约会产生200Gbps以上的数据流量。同时项目中还使用了多个厂家的高清摄像机、编码器、NVR、DVR、云台、IP-SAN，这对作为软件总集成商的集成能力提出了极高的要求。
　如何构建高效、安全的城市级高清监控中心平台
　城市级高清监控平台作为一个超大规模的基于IT技术的监控管理系统，建设时要从安全、可靠角度做全面的考虑。系统建设中，正是秉承了这个思想。在系统搭建中我们采取了多机热备切换机制，以及业务负载均衡的服务器集群技术，将业务、服务整合为一个整体，摆脱对单一服务节点的依赖，保证系统运行的电信级高可靠。实际部署时通过在重点监控区域前端部署NVR/DVR设备，服务器集群分布式设计，实现重点监控地区设备分散冗余部署，可确保用户监看业务的永不间断性。而异地备份策略则可以确保重要数据的万无一失，可在发生重大灾难后及时恢复系统运行。
　系统采用了集中存储架构，分控中心集中进行所有录像资料的循环存储;前端和分控有价值的取证资料则在分局长期保存，同时通过NVR作为备用存储。
　图1是系统简要网络拓扑图：系统中包含的1080P高清点位有12044个，和上千个基于DVR的监控点，整套系统有600多套各类服务器，2000余套存储盘柜。

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图1 高清监控系统网络拓扑图
　大量的设备如何管理?本项目中，我们采取了分而治之、统一管理的思路来解决本系统中大量设备的管理、扩充问题，将大系统分解成多个小的系统，分别解决每个小系统的问题，再把这些小系统堆叠起来进行统一管理。
系统共建造了6个分控中心、1个主控中心，即设备并非全部集中在主控中心，也不是以派出所为单位，而是以分控中心为基本单位。原因在于以目前的大数据量，如果要将所有的设备全部集中在一起，首先网络带宽将无法承载，其次，大量的设备集中在一起，若出现单点故障将导致系统完全不可用。而将系统分摊到派出所，又会带来大量的场地占用及维护成本、人员成本的直线上升、且网络节点过多将带来复杂的网络管理问题。因此，在兼顾了现场多项因素后，选择了7个地点建立了分控、分局图像中心。
　当然仅仅将设备分开放置并不能提高系统的安全性，如果管理控制信息全部存在主控中心，同样会面临单点故障。系统采用了业内首创的平行域技术(见图2)。

图2 该项目的系统采用了平行域技术
　通过将平行域内的系统的重要数据信息在整个域内进行分布式存储与共享，极大地减小了各个分控中心对分局图像中心的依赖。而数据的分布式存储既可以实现用户的全网漫游，视频业务的快速路由，又保证了各分控系统间的独立性。而当平行域中的某个系统出现了数据损坏，通过在其他系统中的数据副本，就可以安全地恢复所丢失的重要数据，达到极高的系统安全性。
　通过系统采用的安全可靠的技术手段，既使得多机容错、负荷分担技术得以充分利用，提升了系统的效能，又使得异地容灾得以实现，达到了安全性、易用性、可靠性、高效性的完美结合。
　如何对海量数据的高效管理与快速检索
　由于涉及到的存储盘柜数量众多，且是多个厂家供货，再通过厂家提供的磁盘管理软件对数据进行管理和划分，不同的厂家软件操作不尽相同，将使得管理工作非常繁杂，也不能直观。地表示出录像数据与存储空间的关系。因此，我们构建了一个独立于硬件的、图形化的虚拟存储条带解决方案，不仅能够清晰直观地看到每个共享存储区域中高清摄像头、存储流媒体服务器、存储单元等拓扑关系，还使得系统能够在虚拟存储条带上进行数量、容量上的线性扩充。
　系统按照“虚拟存储条带”自动为高清摄像头分组，为存储磁盘分组，通过自动化的手段创建由高清摄像头组、存储流媒体服务器和存储磁盘构建的虚拟存储条带;同时，系统支持图形化的操作，能够便捷地改变高清摄像头组、存储流媒体服务器或存储磁盘的对应关系。
　面对前所未有的20PB大数据量，其数据检索的效率问题如何解决?如何快速精确定位用户期望的资料?系统采用了高效的索引构建优化方法，文件采用多层、分布、金字塔式的超级索引技术，定位时采用逐层分段查询访问的方式(对于层次的数量根据应用需求可扩展和控制)，结合优化的ASMF媒体文件格式，检索时能够快速精确定到文件中的任意帧及视频段，而不需要分析整个索引，极大地提高了文件定位和响应速度。
如何在大型高清项目中应用智能分析技术
　由于摄像头数量太多，传统的现场人员监看已经不可行，必须使用智能视频技术以减少人力成本，系统以插件形式提供了可灵活配置的智能视频分析功能，在发现监控画面中的异常情况后，再通知监控人员进行告警处理，从而减少了大量的人员配置，更加有效地协助监控人员处理突**况，并最大限度的降低误报和漏报现象，真正的变被动监控为主动监控，减少了人工干预，确保被防护对象的安全。
　但必须认识到，智能分析技术的实时应用，限于各种技术条件、现场条件及经济因素考量，并非所有监控点位都具备该技术，而一旦事件发生，岂不又陷入了大海捞针式的人海战术视频检索之中?对此，系统提供了事后的智能视频分析技术，即使事发时摄像机未启用智能分析技术，仍能够通过事后分析将智能事件检索出来，无缝的将实时智能分析+事后智能分析技术紧密结合，在大大减少了人员成本的同时，极大提高了案件侦破效率。
　如何降低存储设备故障率及节能设计
　项目中用到了近三万块硬盘，节能低碳排放的设计是必不可少的，这是考虑大型高清平台建设水平的另一个重要方面。通过对存储单元的存储策略节能性设计, 在存储单元提供7×24小时可用性的同时，单块硬盘却并非7×24小时工作，从而极大降低了磁盘的损坏的几率。在获得最优的读写性能同时，达到了减少硬盘磨损和能耗的目标，除了直接为系统节省大量电能消耗，还能通过硬盘发热的大幅降低，减少机房空调的用电支出。消除了潜在安全隐患，减少了工作人员对硬盘、机柜、空调的维护时间和成本。
　在浦东新区高清城市监控项目中，我们与众多硬件厂商一起从技术、实现方上进行了诸多的创新和优化，使得系统在短时间内即投入了实战，以为2010上海世博会的成功召开保驾护航。