世博中心视频监控系统的独特思路——数字和模拟系统的完美结合

文｜华东建筑设计研究院有限公司 林海雄

世博中心项目位于世博园B片区的滨江绿地南侧，南起浦明路，东起世博轴，地上7层，地下1层，总建筑面积141990m2。世博中心在世博会期间的功能主要是庆典中心、指挥运行中心、国宴招待中心、新闻发布中心和论坛中心等，而世博会后，又将转变为具有上海政务中心和国际会议中心的功能。

1 世博中心视频监控系统主体数字化架构的形成

在设计阶段初期，我们首要的工作是根据世博中心建筑平面的设计，严格按安防国家规范、上海公安技防主管单位的要求及世博局安保部门的规定进行细致的监控点位布局设计。由于该项目的功能多样化，其内部设有各种会议室、新闻发布厅、多功能厅、宴会厅、办公区、屋顶花园以及大型车库等相关配套设施；同时建筑物对外出入口极多；外加室外总体面积开阔，最终我们需要布置的摄像监控点达到了841处。这个结果意味着我们将要在世博中心内建立一套规模很大的视频监控系统。要很好地完成上述任务，需要处理好如下的几个问题：

◆ 如何保障大规模监控系统的控制灵活性？（包括日后在目前尚无法确认的场合增设若干分控中心，并为这些分控按特定的要求设置监控范围及系统操作权限等）

◆ 如何保障大规模监控系统的可扩展性？如何实现大规模监控系统可低成本扩展，同时系统在扩展后性能（包括图像质量、控制实时性、图像调度灵活性等）不会下降？

◆ 如何实现如此海量视频信息的高质量可靠存储？如何管理这些存储设备？如何合理利用这些存储空间？如何对这些海量的视频数据进行有效的检索、管理？

◆ 如何因地制宜的实现监控点接入和线路部署？由于大规模监控系统覆盖的范围很广，监控点的接入和线路部署就成了一个不得不考虑的问题。

◆ 如何与世博中心的其他业务系统集成？现在，几乎所有的行业应用系统都离不开计算机软件，模拟方案自然无法与之完全整合集成，传统的数字监控方案中，很多都有设备级的API开放接口及SDK开发包，但是却鲜有平台级的API开放接口和SDK开发包。

面对这些问题，我们发现无论是模拟监控方案还是当前常用的“DVR/DVS＋流媒体服务器”方案，都无法很好地加以解决。为此，设计方和建设方经过反复地权衡比较，也征询了多名业内专家，最后得到共识：基于IP寻址的多媒体通信技术发展势头强劲，监控设备的数字化、网络化发展已经普遍展开，IP网络数字监控系统的建设已成为发展趋势。因此，世博中心的视频监控系统在技术上采用了数字网络化的解决方案。

世博中心视频监控系统选用的数字化解决方案，原理如图1所示。

图1

在这个视频监控系统中，前端采用模拟摄像机，所有摄像机通过分布在楼层各处的弱电间接入层网络设备（如果摄像机离所属汇聚机房距离小于250m，则用同轴电缆直接联入汇聚），分别连接进入相对应的弱电汇聚机房（世博中心根据建筑形态设有东区、西区、地下室及总体三个汇聚机房）进行数字编码压缩和本地数字视频存储。消控中心通过网络交换设备对所有前端视频信号进行切换、控制，并对汇聚机房的视频录像资料进行调用观看。

该系统主要由前端摄像机、网络编解码器、网络视频存储设备、工作站、智能控制键盘、视频管理服务器以及网络交换机等组成。

需要特别提一下的是：为确保IP数字视频监控系统的网络安全和网络带宽，提供给使用者一个高质量的图像质量和畅通的使用平台，本项目建立了一套独立的安防系统专用网络，并作了如下的网络承载力计算：

（1）接入交换机接入能力计算

接入交换机采用千兆交换机，根据最终确认的施工方案，最密集的弱电间将接入34路视频图像，按照每路视频实时码流2M计算，存储码流也按2M计算，占用带宽为：34×（2＋2）＝136M，相比于上行千兆带宽使用率仅为13.6%，对网络不构成压力。

（2）汇聚交换机接入能力计算

汇聚交换机采用万兆交换机，由于存储在汇聚层本地存储，因此存储流不占用汇聚交换机上行带宽。

西区共接入317路图像，占用带宽为317×2＝634M，相比于上行万兆带宽使用率仅为6.34%，对网络不构成压力；

东区共接入371路图像，占用带宽为371×2＝742M，相比于上行万兆带宽使用率仅为7.42%，对网络不构成压力；

地下室及总体共接入153路图像，占用带宽为153×2＝206M，相比于上行万兆带宽使用率仅为2.06%，对网络不构成压力。

（3）主控室解码器处接入交换机能力计算

该处采用的交换机上下行均为1000M接口，共有72路视频接入交换机，解码码率设置为2M，则入口带宽为72×2＝142M，相比千兆接口实用率为14.2%，对网络不构成压力。由此可见，整体网络承载力的余量是富裕的。

当上述这样的系统运行在一个专用的、同时承载力又有充分余量的网络上时，我们就可以较为满意地解决原先受到困扰的问题。

首先我们可以通过在这个网路的任意位置上添设控制工作站或解码器+显示器，来方便地给系统增设分控中心，并能为这些分控按特定的要求设置监控范围及系统操作权限。

其次我们也可以通过在这个网路的任意位置上添设编码器及存储设备，从而方便地实现系统规模在监控密度及地理区域上的扩展，而且系统在扩展后性能（包括图像质量、控制实时性、图像调度灵活性等）不会下降。

我们可以利用磁盘阵列来获得高性价比的海量视频信息存储，并借助IPSAN的快存储技术达到更迅速、更人性化的录像检索及回放的功能。

原先因深受施工现场条件制约而令人伤脑筋的大量视频线缆的敷设工作，在这类系统中将在很大程度上转化为相对轻松的网络延伸。

另外，这样的系统在与世博中心其他的业务系统集成时，可以方便地以平台级API开放接口和SDK开发包等工具进行实施。

那么，这样的一个基本基于数字化的视频监控系统是不是就能成为世博中心的实施方案了呢？回答是否定的，因为这样的较为纯粹的数字方案并不完全符合公安技防及世博安保部门在世博期间，在园区内统一联网控制及监控实战的要求，因此该方案还需要做进一步必要的调整。

2 世博中心视频监控系统补充模拟架构的形成

当我们把一阶段形成的世博中心数字化视频监控系统方案上呈公安技防及世博安保部门相关领导及专家团队进行审批时，发现了如下的问题：

这一瞬间，宴姝似乎触碰到了现代与过去、渺小与伟大之间一条淡淡光影。也许，伟大的建筑庇荫过一个个王朝，也经历过更迭、兴衰和破败。但无论历史的晨钟暮鼓带来多少斑驳沧桑，在每个渺小个体的守护之下，它们终能一如初见、一如往常。

首先，出于系统安全可靠性及实战要求的监视画面高质量等原因，公安技防及世博安保部门统一规划的针对场馆的园区监控视频联网体系是模拟的，世博中心的数字化视频监控系统难以向上与园区指挥中心联网并顺利受其统一调用控制。

其次，由于数字化系统在视频的传输、交换、显示、存储、回放过程中不可避免地存在着编、解码处理，这个步骤会对图像质量造成一定程度的损伤并伴随着些许额外的延时。因此，数字化系统提供的实时监控及录像回放视频画面在质量上不能完全满足公安技防及世博安保部门的实战要求。

再有，由于数字化系统在视频的传输、交换、显示、存储、回放的全过程均需要网络的支撑，这种对于网络的过份依赖性使得系统面临着一定程度的可靠性方面的隐患。这对于必须万无一失的世博园区监控来讲也是不能接受的。

在审批过程中，审批团队非常体谅我们世博中心项目在实际应用上的复杂性功能需求，也赞同世博中心作为应用复杂的大型单体建筑采用数字化方案在系统灵活性、扩展性等方面存在着一定的合理性，但明确表示数字系统面临的三个问题一定要得到合理的解决，否则该系统在世博实战期间将无法顺畅地应用。

就连我们自己也觉得审批团队提出的要求相当的合理，这些要求确实是要很好地加以重视。但问题的症结在于：能良好匹配工程项目单体需求的数字化系统本身几乎不可能解决上述三个问题。世博中心视频监控系统的建设工作左右为难，几乎陷入僵局。

好在公安技防及世博安保部门相关领导在关键时刻及时指出：数字化、网络化就监控技术的发展趋势而言一定是个正确的方向，虽说目前还或多或少存在着些问题，但在世博这个提倡“技术创新”的舞台上，为使一些成熟的数字监控技术在特殊的场馆内得到应用，大家应该就世博安保实战具体需求和技术方案进行一些深入沟通探讨，力求找到大家都满意的解决方案。

在这样的鼓舞下，我们和公安技防及世博安保部门的同志，会后多次友好交流沟通，终于达成了一个重要的共识，正是这个共识使得世博中心视频监控系统得以继续推进。在交流沟通中我们获知世博安保实战中重点关注的监控点集中在世博中心的出入口、通道、总体、地下室等建筑物与园区的结合部位，对于建筑物内部的功能区监控主要还是由世博中心自身的安保人员实施。在公安技防及世博安保部门的大力支持下，双方共同逐一落实了世博中心项目中受园区关注的监控点，一共有227个。我们针对这些监控点作了如下处理：摄像机在接入数字系统的编码器前，将先经过视频分配器分为三路模拟视频：一路接进编码器纳入世博中心的主体数字视频监控系统；另一路接进配置在本地弱电间内的数字硬盘录像机，进行本地24小时25帧4CIF视频录像，并于24小时后按要求作每秒2帧的194天图像抽帧记录，所有硬盘录像机工作状态纳入园区统一管理；最后一路将直接接入消控中心设置的专用288进32出的模拟视频矩阵，该矩阵的操作控制权在世博期间全权由园区指挥中心接管（包括227路视频的切换的全权及其中云台变焦摄像机的优先控制权），矩阵输出16路模拟视频按园区统一规划要求上联（以光端机方式由园区安保视频光纤专用网联入）。

这样一来，世博中心视频监控系统实际就由两个相对独立的系统共同组成（它们共用了前端的摄像头）：

（2）补充的模拟系统：管辖227路监控点，以硬盘录像机存储、由专用的模拟矩阵切换、监控中心设在园区指挥中心，系统由公安及世博安保部管理，世博期间拥有模拟矩阵的唯一操作权（包括227路视频的切换的全权及其中云台变焦摄像机的优先控制权）。

至此，世博中心的视频监控系统可以既满足建筑本身功能，又基本符合园区安保部门的应用，而且针对项目中最要紧的227个监控点以数字、模拟两套可独立运行的系统做了几乎完全的备份，提供了真正万无一失的可靠性保障。我们不禁要问这样的系统就是完全合理完善了吗？回答依然是否定的，因为这样的数字和模拟的系统组合过于独立，应用上融合性欠缺。

3 世博中心视频监控系统数、模架构的融合

当世博中心的数字视频监控系统有了补充的模拟架构组合以后，已经基本可以符合园区安保部门的应用了，但是系统与园区联网的功能并不完善，主要体现在园区指挥中心不能监视到世博中心项目内另外的614路监控视频（841-227=614）。为此我们仍然需要对上述系统加以适当的调整，使其尽可能以简单和经济的方式弥补掉这些方面的缺陷。在具体实施中我们采取了下列三个措施：

（1）世博中心的消控中心机房内，从主体数字视频监控系统的解码器输出，接入监视墙的模拟监控视频有64路（64台单路解码器），我们选取其中约定的16路经视频分配处理一分为二后，同步接入专用的288进32出的模拟视频矩阵。这样，园区指挥中心可以通过矩阵输出的上联同步调看投影在监视墙上的世博中心监控画面，这种方式下虽然矩阵本身没有直接的视频选择权，只是被动的“收看”被投影的64路图像中的16路，但如果约定的是世博中心数字系统的报警视频或现场安保重点关注的视频，那对于园区实时掌握世博中心内部应急状况而言还是有价值的。

（2）世博中心的数字视频监控系统额外配置了8路专用解码器（8台单路解码器）输出模拟视频信号单独接入专用的288进32出的模拟视频矩阵中，矩阵系统可通过该8路专用解码器来调看世博中心全部的841路监控图像中任意被授权可以观看的实时视频图像。这涉及到数字系统与模拟系统控制信令互通的问题，该问题是通过矩阵联网控制模块实现的。具体实现方式如下：

为矩阵配置了专用的矩阵联网控制模块。该模块接入世博中心的视频监控专用网络，与数字视频监控系统的视频管理服务器实现协议互通。当园区指挥中心需要矩阵输入端由数字系统的某一路编码器接入视频时，通过联网控制模块发送命令给视频管理服务器，该服务器将接收到的命令下发给相关设备，此时编码器将图像推送到相应的解码器上，完成了矩阵模拟视频的输入，图像即可出现在指定的与矩阵相连接的世博园区指挥中心的监控电视墙相关位置上。

（3）世博中心的数字视频监控系统额外配置了2台操作客户端，世博期间将放在世博园区指挥中心，以C/S方式实现远程控制。

图2

这样的操作客户端可借助园区统一的安保管理网实现沟通世博园区指挥中心和世博中心视频监控专网。

由于这样的C/S结构实际是跨越了2个局域网，因此实际上也并不能实现世博园区指挥中心和世博中心视频监控专用IP网络的组播互通，世博园区指挥中的操作客户端无法如世博中心操作客户端一样通过组播接收世博中心数字视频图像，所以我们在世博中心消控中心特意放置媒体管理服务器。该服务器具有实时视频流的转发、分发功能和视频历史数据的VOD点播功能。

如此一来，媒体管理服务器接收数字系统编码器发出的组播媒体流并通过园区统一的安保管理网以单播方式转发到世博园区指挥中心的单台操作客户端上。如该处的2台客户端需要接收同一路视频信号，则媒体管理服务器可以通过点播方式发送图像给它们。

当园区指挥中心的客户端需要获取历史图像时，方式则与世博中心消控中心的操作客户端相同，均直接从IPSAN获取，IPSAN支持多个用户同时以单播方式获取同一路视频。

该客户端在权限许可情况下，可以通过客户端的相关操作窗口对球机的云台进行操作。

远程控制方式不影响消控中心内其他设备采用组播方式接收编码器视频图像。

在世博园区指挥中客户端的工作流程，如图2所示。

至此为止，世博中心视频监控的数、模结合系统算是比较令人满意了。

4 结束语

世博中心的视频监控系统以主体数字化技术满足建筑本身的功能复杂多变的灵活性、扩展性需求；以补充的模拟技术符合公安技防、世博安保部门的园区统一监控的实战要求；同时充分考虑数、模技术在系统层面的融合，互为备份、相得益彰，使得世博中心的视频监控系统在灵活性、扩展性、可靠性、先进性等方面得到各方好评。

世博中心的视频监控系统之所以最终得以成功，是获益于建设方的高瞻远瞩、公安技防及世博安保专家的大力支持和指导、施工方和主要供货商技术部门的敬业以及设计方的努力，正是在该项目所有相关方面的通力合作之下，该工程的视频监控系统成为了世博园区同类系统中的一个典范之作，为日后单体大型公建项目的视频监控系统迈向数字化提供了具有一定参照意义的标杆模型。