基于云存储的平安县城公共安全监控系统设计

张承岫，李铁鹰，王　滨

(1.太原理工大学 信息工程学院，山西 太原 030024；2.浙江大华技术股份有限公司，浙江 杭州 310000)

基于云存储的平安县城公共安全监控系统设计

张承岫1，李铁鹰1，王滨2

(1.太原理工大学 信息工程学院，山西 太原 030024；2.浙江大华技术股份有限公司，浙江 杭州 310000)

摘要：针对平安县城的建设需要，设计了基于云存储的平安县城公共安全视频监控系统组网方案，包括前端子系统、卡口子系统、高点全景凝视子系统和传输网络子系统等。重点阐述云存储技术在视频监控系统中用于智能整合、数据恢复、系统部署等方面的具体实现方法，同时配套建设视频监控管理平台和公安实战平台，实现县城各部门与社会资源间的互通互联，全面提高社会治安的防控能力，为创建平安县城提供有力保障。

关键词：平安县城；云存储；视频监控

平安县城，作为智慧县城的重要组成部分，面对当前复杂的社会反恐形势和城市公共安全的实际需要，在应对各种公共突发事件方面起着重要作用，同时作为全县的共享平台，也可以为公安、交警、城管、住建等部门提供业务服务。

1用户需求

天网工程[1]作为一种现代化、信息化的政府处置、管理技术手段，已渗透到社会管理的各个环节、各个层面，在处置各类突发情况、治理社会治安方面都起到了积极的推进作用。随着城市规模的逐步扩大，外来人口逐年增加，城市中的不稳定因素随之增加，各类社会问题相继暴露，针对当前社会现状，A县城决定通过对公共安全视频监控系统的建设、管理和使用，实现对县城繁华地带、重点区域和卡口24小时不间断的监控，全面加强社会治安的监管，为创建平安县城提供有力保障[2-3]。

2系统总体设计方案

根据A县城的特点及需求，本视频监控系统设计方案包括：建立治安监控摄像450路，完成高清卡口改造15套，搭建高点瞭望监控9套，以云存储[4-5]作为系统的网络存储方法，同时配套建设视频监控平台、公安实战平台，建立视频扁平化指挥系统、智能分析系统、完成视频边界扩容等工程。

“平安县城”治安视频监控系统平台的总体架构为“双网双平台”架构。双网指公安视频监控网和社会治安视频监控专网两个网络，双平台指公安视频监控联网平台及社会治安视频监控平台两套平台，总体架构如图1所示。

图2为平台软件结构示意图，在平台顶层，为统一界面，下分7个功能模块。统一界面可调用各功能模块，并实现视频指挥、综合调度等功能。

图1　系统总体架构图

图2　平台软件结构图

3高清视频监控系统设计

3.1前端系统

本方案主要针对社区内重点部位、出入口及周边道路进行监控，同时加大城区交通要道、路口及其他重要地段的监控力度。前端设备选用200万像素高清枪型、球型和超低照度的摄像机。枪型摄像机用于观察位置固定的区域，例如人行道、汽车辅道、商业街沿线等；球型摄像机用于周边环境空阔或复杂的场所，例如车站、广场、重要党政机关门口等，可调整球机的位置和焦距，得到需要的视频画面；超低照度摄像机用于环境光线受限制的重要区域。

3.2卡口系统

在A县城各主要路口部署15套治安卡口系统[6-7]，该系统配备30台680万高清卡口一体摄像机，15台前端存储主机，120个补光灯，15台全景网络高清球机，15个室外机箱及若干其他辅材。建成的系统需能同时采集车辆的号码牌、全景和司机的脸部特征，既能保存录像又能保存图片。卡口监控点覆盖[8]工作图见图3、图4，控制单元可以自动判断白天和夜间，并控制照明的使用与否。

3.3高点、全景凝视监控系统建设

本系统采用210万像素高空瞭望摄像机和超微光高清全景凝视摄像机，将其部署于县区位置较高的楼宇、广场、公园等人员聚集区，通过通信运营商网络传至监控平台机房，实现主要区域的全景监控。

3.4传输网络系统设计

系统架构以A县城公安局信息监控中心为核心，全县监控网点450个视频摄像头为前沿，采用数据IP传送方式实现各视频监控网点与监控平台之间的互联，使数据进入监控平台处理，以完成各视频监控网点与公安局监控中心间的信息交互。

传输及网络系统建设[9]是治安视频监控系统工程建设的主要组成部分，必须采用物理隔离的公共安全视频专网模式，并依托当地运营商的城域网，租用运营商网络完成传输及网络建设。以B级机房为标准，需提供至少15个标准机柜(600×800)的核心机房，根据摄像机数量计算，提供450余个视频监控点联网至核心机房的专线，每条专线带宽10Mbit/s，450路高清视频所需上行带宽约16.8Gbit/s；提供20个派出所至核心机房的专线，每条专线带宽100Mbit/s；提供1个县公安局至核心机房的专线，每条专线带宽1 000Mbit/s。

图3　监测点工作图

图4　系统白天和夜间工作图

4存储系统设计

本系统采用内置流媒体应用服务的云直存系统[10]，支持前端摄像头与云存储海量空间直接对接，并提供流媒体直存方案，既具备了直存的优势，又享有云存储所带来的所有优势。

4.1云存储架构设计

系统采用分层结构设计[11]，主要包含4个层次功能，分别满足最终用户、系统管理员、运营人员的日常操作需求，具体系统架构如图5所示。

图5　云存储系统架构图

4.2云存储系统设计

云存储系统采用集群化部署和分布式存储机制[12-13]，利用多台服务器将数据进行分散储存，并且所有服务器相互独立。通过数据存储节点、元数据管理服务器、客户端和运维管理服务器的结构构成海量云存储系统。在每个服务器节点上运行云存储系统的相应软件服务程序模块，具体系统设计如图6所示。

图6　云存储系统设计图

其中，元数据服务器集群保存系统的元数据，支持两台及以上形成集群，负责对整个文件系统的管理，元数据服务在逻辑上只有一个，但采用集群方式，保证了系统的不间断服务；数据存储节点提供高容量、高密度的存储介质和极高的IO能力，负责数据的具体存储工作，同时，针对视频业务，在数据存储节点上还集成了流媒体服务，使存储节点具备流媒体直存能力，避免中间环节的流量和性能开销，数据存储节点的数目直接决定云存储系统的规模；客户端对外提供数据存储和访问服务接口，为云业务平台提供云存储系统访问能力，此外系统还可以根据用户容量、性能需求进行弹性扩容。

下面将分别介绍系统数据流程、数据恢复、系统部署的具体流程及实现方法。

4.2.1系统数据流程

1)录像。用户登录监控平台，下发录像计划给存储节点上的流媒体服务器集群；流媒体服务器集群从前端取流，直写存储节点集群(流媒体服务集群支持N+M热备，当主工作节点故障后，热备节点自动接替，保证录像数据的完整性以及业务不中断)；录像视频存入存储集群，由流媒体服务器通过纠删码计算出视频数据和冗余数据，切片存储在不同的节点上，同时录像视频的元数据信息同步传输到元数据服务器节点；存储节点间根据容量和性能自动进行负载均衡，一方面数据可以最合理地分配到存储节点，另一方面当节点发生故障时可以实现自动切换。

2)回放。用户播放视频时，客户端登录存储节点上的流媒体服务器(任意流媒体服务器可以读取其他服务器写入的录像数据)；流媒体服务器从多台存储节点读取录像数据切片进行合并，由于存在冗余切片，即使切片丢失，录像数据仍可被完整计算出来；再由流媒体服务器将录像数据返回给客户端播放。

3)实时视频。用户登录监控平台，选择需要查看的实时视频；平台下发控制信令给流媒体服务器；流媒体服务器从前端取流，再同步传送给用户客户端播放。流媒体服务器参与转发，可以对视频流进行多份复制，以同时满足多用户实况和并发录像的多码流需要。

4.2.2数据恢复

系统采用ErasureCode[14-15]算法进行冗余，写入文件时，数据被分片冗余存储在不同的存储节点上，采用节点间冗余容错机制，可在组内任一节点损坏的情况下实现数据恢复，降低网络异常、硬件问题等故障造成的数据丢失风险。

以节点间4+1冗余策略为例，客户端在元数据服务器的调度下，将一定长度的文件内容切分成4个数据块，利用EC算法计算得到一份冗余数据，然后将这5份数据分发到元数据服务器指定的5台存储节点上，即完成一次数据写入动作。由于数据存储时被分片存储在不同的节点上，任一节点或硬盘损坏，元数据管理服务器都会调用其他所有节点和硬盘，以最快速度恢复数据，从而实现数据的高可靠性。图7为数据恢复流程图。

图7　数据恢复流程图

本系统同时提供手动和自动相结合的方式，为业务系统提供灵活的数据恢复机制。系统可以手动选择需要恢复的时间段，以快速恢复重要文件，而对于一般性文件，则可以通过数据冗余保证数据依然可访问。

4.2.3系统部署

系统按照存储网络和业务网络分开部署，网络层次清晰，互不干扰。具体系统部署如图8所示，从上往下看，存储网络按照万兆网络建设，系统恢复速度比千兆网络更快(数据恢复速度快两倍)，可靠性更高。存储节点通过2条万兆链路接至2台万兆交换机，支持链路冗余；2台元数据服务器用双千兆链路连接作为HA主备。业务网络按千兆网络部署。千兆交换机做堆叠配置，存储节点的双千兆链路与业务网络千兆交换机相连，保证链路冗余；2台监控平台中心服务器，用双千兆链路进行连接作为HA主备；前端设备采用接入层交换机介入业务网络。

图8　网络系统部署图

5视频管理平台设计

5.1平台构成及系统架构

视频监控管理平台采用模块化，层次化架构，整个监控系统主要由前端设备(包括视频服务器VS和摄像机)，中心管理平台(包括中心管理服务器CMS、媒体分发单元MDU、呼叫控制服务器CCS、存储代理服务器SA、认证计费服务器RADIUSSERVER等)和客户端3部分组成，具体系统结构及平台软件架构如图9～10所示。系统的所有前端及平台设备采用时间同步机制与NTP服务器的时间同步，确保摄像机拍摄的全部画面与系统管理时间统一。

图9　视频监控系统结构图

图10　平台软件构架图

视频监控系统包含一系列管理功能，其具体功能模块如图11所示。平台提供统一的客户端和登录门户，县公安局、派出所在统一客户端上通过县公安局统一授权的账号和密码登录平台，根据各个账号的具体权限开展实战业务应用。

5.2根据GB/T28181标准实现平台互通互联

公安、社会资源视频监控网内的上下级平台间的视频调用，如图12所示，通过平台间的信令安全路由网关(GB/T28181标准)[16]间的通信完成。上下级平台的流媒体服务器相连，受信令控制服务器控制，接收和转发流媒体。同一网络中的同级平台间联网时，则受上级平台的控制，调用彼此的图像资源，如图13所示。

图11　平台功能模块图

图12　上下级平台间联网

图13　同网络同级平台间联网

公安视频监控网内的平台(用户)可调用社会资源视频监控网内视频图像，采用平级调用模式：公安视频监控网的视频监控联网共享平台通过信令安全路由网关(GB/T28181标准)向平级的社会治安视频监控平台(位于社会资源视频监控网内)发出调用控制信令，社会治安视频监控平台的流媒体转发服务器直接向联网平台的流媒体转发服务器发送需要的视频流。

社会治安视频监控平台可以通过视频监控社会资源接入模块调用重点单位、社区和办公楼宇的视频监控图像；还可以通过安全网关接入本地政府的应急指挥系统(提供视频图像)，并可与各个政府部门的视频监控平台实现互联互通，实现视频图像信息的双向传输。

6结论

针对A县城建设特点和实际需求，本方案采用基于云存储的公共安全视频监控系统组网方案，系统阐述了云存储技术用于智能整合、数据恢复、系统部署等方面的具体实现方法，该技术的应用解决了传统视频监控系统中存在的系统扩容、海量存储、负载均衡、成本开销等问题。通过视频管理平台的设计，实现了县城各平台间的友好互联，该方案的实施不仅在技术上可行，而且对城市公共安全、社会治安稳定以及智慧城市的实现都起到了积极的推进作用。

参考文献：

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张承岫(1989— )，女，硕士生，主研智能感知与智能控制；

李铁鹰(1956— )，硕士生导师，主要研究方向为智能控制与自动化；

王滨(1989— )，解决方案工程师。

责任编辑：闫雯雯

Designofpublicsecuritysurveillancesystemforsafecountybasedoncloudstorage

ZHANGChengxiu1,LITieying1，WANGBin2

(1.College of Information Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China；2.Zhejiang Dahua Technology Co., Ltd., Hangzhou 310000, China)

Abstract:Aiming at the construction needs of safe county, a public security video surveillance system networking scheme for safe county is designed based on cloud storage, which is composed of the front-end subsystem, bayonet subsystem, high panoramic gaze subsystem, the transmission network subsystem and so on. The concrete implementation method of how the cloud storage technology is used to achieve respective goals such as intellectual combination, data recovery and system deployment in the video surveillance.system is expounded emphatically, and the matched video surveillance management platform as well as public security actual combat platform is constructed simultaneously to achieve the interconnection between county departments and social resources so that the public security prevention and control ability can be improved totally and it can provide a strong guarantee for the development of Ping An county.

Key words:safe county; cloud storage; video surveillance

中图分类号：TP391

文献标志码：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.04.026

作者简介：

收稿日期：2015-12-02

文献引用格式：张承岫，李铁鹰，王滨. 基于云存储的平安县城公共安全监控系统设计[J]. 电视技术，2016，40(4)：127-134.

ZHANGCX,LITY，WANGB.Designofpublicsecuritysurveillancesystemforsafecountybasedoncloudstorage[J].Videoengineering，2016，40(4)：127-134.