孫加君 蘇航

建設背景

　　隨著國內道路高清監控的逐步建設，建立全面符合交通圖像應用系統是當前交通管理部門的核心目標。交通道路視頻監控系統通過覆蓋城市主要干道、路口及各支小路的數字監控網絡，建設配備相應的圖像監視設備和軟件，可將全市各路段、區域的車輛運行狀況實時地傳送至指揮中心，對道路車輛運行狀況進行監控。同時，交通管理部門可以根據現場實際情況對道路車流量進行控制，將車輛安排到暢通的路段，減少阻塞，保證道路交通暢通，實現城市交通管理的智能化。現在的交通監控技術已越來越先進，不僅充分地利用了現行的各種網絡技術，提供了各種各樣可行的解決方案，而且還可以實現視頻監控智能化，通過視頻、卡口、非現場執法設備、天網卡口的系統的信息收集，結合智能交通管理系統自動執行一切監控工作。不僅可以大大減輕交警的工作負荷，而且還可提高管理水平，通過圖像方式讓那些違章車輛無地可逃，減少了交通爭議。

　　道路視頻監控的部署及應用與和諧民生息息相關。交通參與者出行時關注較多的諸如擁堵、霧霾、光污染等交通問題需要得到有效的改善或解決，交通管理部門需要一套全面的道路視頻監控解決方案來應對當前新的難題。

主要需求

　　視頻監控系統和治安卡口、非現場執法系統均是平安城市系統建設、智能交通系統建設的重要組成部分。通過建立視頻圖像監控系統，目的是及時準確的掌握全天24 小時所有監控路口、路段周圍的車輛、行人的流量、交通治安情況等，為指揮人員提供迅速直觀的信息，從而對交通事故和交通堵塞等情況做出及時判斷并響應，對監控范圍的各種治安突發情況進行錄像并取證，為內外警務工作服務，起到綜合治理的效果。歸納起來城市道路交通視頻監控系統的主要作用有如下兩點：

　　1、路況實時監視：各種針對不同環境的專業攝像機會及時將所監控區域的實時圖像傳回交通指揮中心，使交通指揮人員實時掌握各路口和路段的交通狀況，例如：霧霾天氣下的制高點監控，可選擇光學透霧攝像機穿透霧霾，獲取清晰的交通路況；在夜間，居民生活區或人車混行的支小路可使用星光級攝像機拍攝彩色畫面，減少光污染，提高出行體驗；交通繁忙路段，使用高倍率球型攝像機完成全景和細節監控。

　　2、視頻錄像存儲：視頻監控的圖像會保存到交通指揮中心的錄像存儲設備上，作為處理交通事故、違規行為，以及治安犯罪等各種突發情況的取證和破案依據。例如：車輛的違規停車，通過視頻監控系統采集的錄像抓拍，作為交通的違規處罰依據。

建設方案

　　為了更好地應對智能交通領域的視頻監控系統建設需求，系統的建設應基于IP 通信網絡，對前端圖像進行壓縮編碼，再經由網絡傳輸系統，傳輸至交警等相關部門的指揮中心，進行信息的綜合共享應用。

　　宇視可提供IP 監控解決方案中的高清IPC、管理軟件平臺、云存儲等，包括幾個部分的產品：

　　視頻源部分：宇視可以提供全系列IPC設備，其中 IPC 產品提供球機、槍機、筒形機等不同產品形態，支持720P/1080P/4K 等各種高清圖像，具備光學透霧、星光級低照、車大燈強光抑制等特性。同時，在前端設備上集成了報警輸入/ 輸出接口、語音采集/ 播放、EPON 無源光網絡接入、iSCSI 存儲協議等豐富的借口和多種功能模塊，可以因地制宜的滿足道路視頻監控建設中各種監控環境的接入需求。

　　控制及管理部分：宇視可以提供完善的視頻監控系統管理平臺，包括視頻管理服務器VM（Video Management）、數據管理服務器DM（Data Management）等組件，完成對所有監控設備、業務的管理及控制。其中，VM是管理中心和控制核心，完成全網的設備管理、資源調度和視頻業務控制，所有的控制指令由VM 集中處理和發送。通過VM，可以很容易的實現對視頻監控系統的集中管理。DM是存儲設備的管理者，從復雜的存儲設備管理信息中抽象出與監控業務相關的信息，實現了對系統內大量存儲設備的集中管理以及存儲資源的動態分配。

　　云存儲部分：隨著視頻監控系統規模越來越大，以及高清視頻的大規模應用，視頻監控系統中需要存儲的數據和應用的復雜程度在不斷提高，且視頻數據需要長時間持續地保存到存儲系統中，并要求隨時可以調用，對存儲系統的可靠性和性能等方面都提出了新的要求。

　　面對百PB 級的海量存儲需求，傳統的SAN 或NAS 在容量和性能的擴展上會存在瓶頸。而宇視的云存儲可以突破這些性能瓶頸，而且可以實現性能與容量的線性擴展，這對于追求高性能、高可用性的企業用戶來說是一個新選擇。

方案特點

一、系統可靠性設計

　　視頻監控系統對系統架構的可靠性和可擴展性提出很高要求，系統應基于NGN 多媒體通信架構, 運用多媒體中間件技術，提供基于業務邏輯層基礎，實現對高清視頻、圖片海量數據存儲管理及應用的支持，對基礎業務應用邏輯組件的抽象封裝，從而提升業務系統的可靠性和靈活性。

　　因此系統應遵循更加適用的分層架構，實現業務、控制、承載三分離，核心信令應采用SIP 標準協議，由系統功能服務組件實現圖像資源的統一管理、統一控制、統一存儲、統一媒體轉發調度。系統各部件之間采用標準的信令、媒體、存儲和視頻編解碼協議，可以實現各功能部件的靈活部署，系統容量可彈性擴展。系統的各功能組件可通過集群、負載均衡、故障倒換等技術進一步提高整體可靠性。通過先進的系統架構保障大規模組網應用的可靠性。

■媒體交換處理與信令控制相分離
　　所有視頻業務的控制管理、信令轉發都是由視頻管理服務器完成，但是視頻管理服務器不參與任何媒體層面的處理，視頻編碼、傳輸、轉發、復制分發等都是由IP 攝像機和計算機網絡完成，管理平臺不會引入額外的延遲或者因服務軟件、硬件的宕機造成整網癱瘓。

■分層業務實現
　　借鑒NGN 的分層實現模型，系統方案分成接入層、媒體交換層、控制管理層和業務支撐層。每層之間通過標準的信令協議進行通信，層與層之間具備相對獨立性，每層的實現技術可獨立演進。這樣，系統的升級、擴展、新業務引入都變得更簡單。

二、平臺可靠性設計

　　視頻管理服務器可實現雙機熱備和N+1備份，保障系統平臺的可靠性。
　　視頻管理服務器以主備方式實現媒體轉發監控系統的高可用性，正常情況下視頻管理服務器只有主機工作。當主機故障時，備機通過HA 系統可以及時發現并接管主機工作任務，同時在WEB 客戶端上有告警提示，技術人員可以及時排查故障，使系統恢復主備狀態;在一般市級監控項目中，會部署市、區縣兩級平臺，部署多臺視頻管理服務器，可以在市局多部署一臺視頻服務器起N+1 備份機制，備用視頻管理服務器可同時為市、區縣兩級平臺的多臺視頻管理服務器做備份。

三、云存儲可靠性設計

■高兼容性
　　采用視頻云存儲技術，將網絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件整合起來協同工作，共同對外提供視頻數據存儲和業務訪問。保證單個節點失效時，系統能夠通過自動負載將業務調整到其他設備上以滿足用戶業務的持續性；并且需要能夠提供數據的遷移備份，在設備故障無法快速修復時依然能夠支持數據的正常讀取來滿足業務應用的需要。

■高穩定性
　　隨著容量和存儲設備的增加，如何保證海量數據存儲的安全性和可靠性是傳統視頻存儲面臨的巨大挑戰，要求存儲系統具備7×24 小時的不間斷寫入的能力。在系統運行的過程中，運行壓力的持續或加大系統能夠通過集群技術、虛擬化技術動態自動調整業務壓力，將業務響應的壓力進行分散來減少單點壓力過大。

■良好的擴展性
　　云存儲系統的建設在不同的階段可能會有不同的容量要求。隨著項目的不斷擴大、應用的不斷加強，容量將會不斷擴大。那么云存儲系統需要能夠提供動態擴展功能，要求對在線系統增加、減少設備時業務不中斷。設備一旦融入云存儲系統后立即可用作為整體存儲資源的一部分進行調用，在擴展存儲設備時要求能夠支持對接標準第三方存儲設備。
　　另外對于系統的擴展性，在動態調整具體監控區域的存儲資源時要求能夠做到良好的靈活性，即不但能夠增加存儲資源的配給，也能夠減少存儲資源的配給工作，充分體現出良好的擴展性。

■可用性佳
　　云存儲系統需要提高良好的可用性，將復雜的應用、繁瑣的操作流程簡單化。對用戶而言只需要使用唯一的IP 地址就能夠訪問和管理云存儲系統。
　　用戶在唯一的界面上就能夠準確并安全地進行配置、部署、監控整套云存儲系統，能夠為用戶對設備狀態、資源、報警、升級、擴展，維護方面提供便捷。

四、系統安全性設計

■接入安全型設計
　　方案接入層采用EPON 接入方式，EPON網絡內置協議報文攻擊識別模塊，防止協議報文攻擊；安全的SNMPv3 網管協議；IP、VLAN 、MAC 和端口等多種組合綁定；組播/廣播風暴抑制。防止非法或者異常的流量進入網絡，抵御多種病毒攻擊，保證設備管理的安全。
　　在EPON 組網中，ONU 上線前需要先到OLT 上注冊， 攜帶ONU MAC、ONU 硬件型號、以及802.1x 認證信息； OLT 上預先配置好ONU MAC 地址、硬件型號，并綁定端口號；認證信息完全匹配后才允許ONU 上線；
　　如果更進一步，監控前端以ONU 子卡的形式直連EPON 網絡，ONU 子卡與監控設備通過內部總線通信，規避了監控前端通過電口連接ONU 存在電口被非法接入的安全隱患 。
　　面對層出不窮的網絡入侵和網絡攻擊，EPON 網絡從底層設計確保了接入網絡的安全性。

■精細的用戶權限管理設計
　　支持多級用戶管理，每個用戶有用戶名和密碼，通過MD5 加密的方式到服務器上進行驗證，保證可靠性。
　　整個系統有一或多個系統管理員，對全網的用戶有配置權限，可選的對設備有操作權限。
域　　管理員用戶，可以對域內的編解碼設備、圖像采集和顯示設備進行增、刪、改、查，為云臺設置預置位，新增域和子域的新用戶。
　　普通用戶對攝像機和顯示器的權限包括：查看配置信息，看實時監控，遠遙，看回放，下載錄像，配置輪切計劃；管理員可以指定某用戶對于某攝像機或顯示器具有某種權限；為配置方便，也可以指定某用戶對于某域內的所有攝像機或顯示器具有某種權限（權限的批量配置）。
　　當某用戶需要臨時訪問非管轄區域內的歷史或實時圖像時，可以向管理員申請授權。
　　可以為每一個用戶根據業務需要分配相應的權限，確保系統被合理使用，不具備相應操作權限的用戶無法使用業務，例如給本系統用戶分配實況、遠遙、錄像查詢、回放和下載的權限；但是對其他部門的共享用戶只分配實況的權限，只能夠看，不能控制。

■存儲安全性設計
　　系統設計中，圖像數據在傳輸過程、存儲過程、回放過程中，均考慮了信息安全問題。
　　用戶要求圖像信息具有保密要求，需分權限設置查看與拷貝的各級權限。
　　在信息安全上，即使硬盤被盜或者是有人非法從存儲設備中拷貝了存儲數據，在電腦上也無法讀取，因為存儲設備中都是裸數據流，而非文件。要讀取歷史數據，只能通過有權限的賬號在系統內瀏覽和下載。

■高清攝像機接入的安全性設計
　　高清網絡攝像機采用EPON 技術接入，通過EPON 子卡內置方式可以避免IP 端口暴露在外，結合EPON 的安全認證機制確保IPC接入時IP 到路面的安全性；EPON 提供端到端的安全保障機制，滿足相關部門的安全性需求，杜絕外界對內部專網的非法入侵和攻擊。

五、高品質的圖像效果

■星光級低照度
　　在夜間道路照明不充分的環境中，星光級攝像機對于道路、建筑物、甚至遠處車輛的細節都能還原得非常清晰，而且整體畫面沒有明顯的噪點，低照下的彩色效果表現優秀。
　　星光級攝像機和普通攝像機的效果差異主要來自于底層硬件性能的提升和圖像調校算法的進一步優化。其次，選擇合適的大光圈鏡頭和快門對畫面效果的最終呈現也至關重要。

普通攝像機低照效果

星光級攝像機低照效果

■光學透霧應對霧霾天
　　霧霾天氣時，會對攝像機成像造成很大影響，在天氣較為惡劣的環境下，能見度不足百米，對道路視頻監控觀測路況和交通事件帶來了極大挑戰。
　　傳統的制高點監控為了解決霧霾問題，一般選用昂貴的光學透霧電動鏡頭，性價比非常低。而具備光學透霧功能的攝像機，使用普通電動鏡頭就可以實現制高點透霧監控，性價比的優勢較大。
　　光學透霧攝像機使用可見光截止濾片，阻隔了由于霧霾時成像模糊的大部分可見光，利用子彈光（近紅外光）的強穿透性成像，配合ISP 調整對比度和噪聲控制，實現光學透霧。

普通攝像機霧霾效果

光學透霧攝像機效果

■強光抑制兼顧車輛和非機動車
　　另一個衡量道路監控攝像機最重要的指標就是強光抑制效果，具體表現在：夜間道路環境中車輛開啟遠光燈正面方向朝攝像機駛來，此時畫面中的車燈抑制效果、車外觀成像效果、道路周邊非機動車和行人清　　晰度是否能夠得到清晰準確的表達。相比之下普通攝像機會出現：1）車大燈無法抑制，大面積光暈遮擋車體和周邊路況； 2）非機動車和行人被強光遮蓋，或者亮度偏低噪點明顯，目標無法識別； 3）畫面中除了車燈區域亮度偏高，其他區域出現曝光不足現象，影響正常畫面的還原；4）車燈區域明顯曝光過度，影響車前部信息還原。
　　優秀的強光抑制攝像機應能夠兼顧車燈抑制、非機動車和行人清晰成像、整體畫面曝光正常以及車前部信息可以清晰表達。

強光抑制停止

強光抑制開啟

總結

　　宇視科技的監控解決方案很好的解決了道路視頻監控中的諸多問題，并通過在國內多個平安工程、智能交通中的部署和實際應用，獲得了行業客戶、業界專家等多方面的高度認可，代表了平安工程和智能交通建設新的高度和未來的發展方向。同時，對于整個智能交通領域的應用大勢來說，借助宇視中間件平臺的開放和靈活，宇視能夠聯合智能交通領域的多個合作伙伴，使整個產業鏈上的各個環節互相配合，真正滿足用戶日益增長的各類交通監控、指揮、疏導和緝查布控的業務應用。