平安工程监控系统TCO成本分析

文 | 苏佳

近年来，随着城市建设的不断发展，城市治安形势日益严峻，为维护社会治安稳定，保护国家、公民生命财产安全，适应国内外反恐的需要，构建和谐社会，平安工程建设正如火如荼进行，特别是社会治安视频监控系统建设对于提高公安部门快速反应能力，打击各种违法犯罪、恐怖活动，维护社会安定，有效处置各种突发事件起到了非常重要的作用。

平安工程建设相对于体育楼宇、园区监控，具有投资大、施工难度高、施工周期长等特点。如何降低平安工程的整体拥有成本已经成了用户最关心的问题。平安工程整体拥有成本并不单单是指初期建设成本，还应包括后期维护成本、能耗成本等。通过对多个城市的平安工程运行情况的统计，对于平安工程而言，后期维护及能耗成本要高于初期建设成本。

　　平安工程建设正经历着从无到有，从点到面，从简单到复杂，从功能单一到体育灵活的发展和革新，曾经系统前端以模拟监控摄像机为主的应用模式如今正朝着以构建网络化、整合化、体育化和高清化为目标的数字化网络监控新模式发展，目前常见的平安工程建设模式有四种：

模数结合监控系统

　　模数结合系统是平安工程建设早期应用最为广泛的方案，前端使用模拟摄像机，传输线路采用光端机传输到监控指挥中心，控制切换设备采用模拟矩阵，视频存储使用数字DVR（硬盘录像机）。该方案结构简单，设计方便，实况图像延时较小。但图像经远距离线缆传输，图像衰减大，并且无法兼容高清。

数字非压缩监控系统

　　为解决模拟矩阵不能接高清的缺陷，近年来部分矩阵厂家推出了数字非压缩方案，系统前端采用高清数字摄像机（SDI数字摄像机），HD-SDI方式采用无损压缩的方式，将高清视频信号通过高清视频传输设备，配合光纤链路传送至中心端，传输码率最高可达 1.485Gbps。图像经编码器编码存储到IP SAN设备。该方案延续了模拟矩阵系统的设计简单、图像延时小的优点，同时图像清晰度高。但高清矩阵和存储成本较高，需要点对点的光纤传输，铺设大量光纤，布线成本较高，远距离联网传输成本较高。

流媒体视频联网监控系统

　　流媒体视频联网监控系统是将视频信号压缩编码转换为网络信号，通过流媒体服务器完成媒体流的转发、分发及转存功能。流媒体服务器的优点是将视频信号网络化，通过网络实现视频信号的无损耗传输，方便系统搭建，适用现有IP视频监控系统，存储设备可以任意布置。但流媒体服务器是该模式的最大瓶颈，一旦系统瘫痪，最基本的实况浏览、平台录像都会停掉。流媒体模式的录像存储方式是媒体流经过录像服务器处理，将录像文件存储至磁盘阵列，系统资源开销大，视频流带宽变大后，视频服务器压力变大。

IP全交换视频监控系统

　　采用NGN架构，系统控制信令和视频信号分离，兼容网络摄像机、模拟摄像机和数字摄像机等各种类型前端设备，满足不同图像质量的需求。前端设备输出双码流，一路为实况流，另一路为存储流，以数据块格式直接写入存储，不需要服务器转存，实况流和存储流大小可灵活设置，满足用户对清晰度和存储成本的需求。IP全交换架构没有服务器转发和转存的瓶颈，提高了系统的稳定性。

　　以某地平安城市建设为例，该城区面积200平方公里，设计点位为500个摄像机，其中云台摄像机150台，枪机350台，存储时间为30天，传输链路采用自建模式，按照4种建设模型来分析，以该模型来分析平安城市整体拥有成本。由于平安工程涉及设备种类众多，安防设备品牌多达几千种，使用不同品牌产品组合的方案成本可能相差好几倍，甚至模拟系统成本会高于数字系统。也为了简化分析模型，仅对平安工程中重要系统进行成本分析，本文模型设备采用国内主流品牌作为分析依据。

初期建设成本分析

　　在初期建设成本中，前端摄像机成本、传输链路成本、存储及机房建设成本是初期建设硬件成本的最大部分。

■ 前端投资比较：

　　由于前端立杆、电源、防水箱、接地等成本基本相同，不同建设模式的成本差异在于前端摄像机价格。平安城市监控范围大，对摄像机类型的要求较多，重点区域要求高清摄像机，能够识别人脸车牌等图像细节；一般区域标清摄像机，识别人的轨迹即可满足要求。从类型上来分，平安工程摄像机分为枪机、云台摄像机和球机。

　　通过对比，模数结合方案的前端设备由于使用的模拟枪机和模拟球机，没有高清摄像机，所以成本最低。数字非压缩方案采用全部为高清数字摄像机，成本最高。而流媒体方案和IP全交换方案，兼容了高清数字摄像机和高清网络摄像机，部分区域使用标清摄像机组合，所以前端成本要低于数字非压缩方案，但高于模数结合方案。

■ 传输网络及链路成本

　　平安工程监控系统传输设计为光纤模式，光纤链路采用自建或租赁模式，光纤直接到路面：模数结合方案：

　　传输设计采用总线级联光端机，利用波分复用技术，实现多路视频信号通过一芯光纤传输，传输距离远，但级联光端机价格较高（国内每台价格在4000-6000左右），只能级联8-10级，所以传输成本较高。

　　数字非压缩方案：传输设计采用点对点传输方式，从监控中心到前端摄像机采用光纤直连方式，每个摄像机单独占用一路光纤资源，且SDI光端机价格贵（每对SDI光端机价格最高在1万以上），所以数字非压缩尽管图像效果好，延时低，但传输成本高。

　　流媒体和IP全交换方案，采用EPON模式：利用光分复用技术，能够在一芯光纤上，传输多于20个不同地点网络视频信号，节省光纤资源，分光器为无源设备，稳定性高，所以传输网络及光纤链路成本低。

　　通过分析模型计算，在传输网络及链路成本方面，由于数字非压缩方案采用点对点传输方式，成本最高，而EPON方案最低。

■ 存储及机房建设成本

存储成本

　　模数结合方案：使用DVR（数字硬盘录像机）作为存储设备，无需转存服务器，成本较低，但占用机房空间大。

　　数字非压缩方案：高清数字信号需经过编码器编码，通过转存服务器将网络视频转换为文件格式保存到IP SAN中。编码设备和转存设备成本较高。

　　流媒体方案：通过存储服务器转存到IP SAN中，以文件格式保存，当码流较大时需多台流媒体服务器和存储服务器进行转存，服务器数量多，成本高。

　　IP全交换方案：以块直存方式存储到IP SAN中，无需转存服务器，仅仅是磁盘阵列成本，存储成本最低。

机房建设成本

　　平安工程存储及控制设备一般设计为集中放置和管理，所以要建设专业的数据机房，不同方案对数据机房的面积大小、空调功率、UPS电源等要求也不相同。

　　模数结合方案：机房主要设备有数字光端机、视频分配器、硬盘录像机、码分配器、矩阵等设备，如500路视频存储所用的硬盘录像机如使用16路的要占用4个机柜，如用8路的则需要8个机柜，所以模数结合方案占用空间大，成本较高。

　　数字非压缩方案： 机房主要设备有编码器、光端机、非压缩矩阵、存储服务器及存储柜等设备，尤其是编码器和光端机的数量较多（编码器需要8个机柜和光端机需要4个机柜）。

　　流媒体方案：机房主要设备有流媒体服务器、设备管理服务器和存储服务器及存储阵列，由于每台流媒体服务器的转发和转存能力在300-500M左右，所以对于500路的大量高清视频，则需要10台以上的服务器来处理。

　　IP全交换方案：机房设备主要有数据管理和视频管理2台服务器，以及存储阵列，占用空间小。

■ 整体建设成本

　　通过对方案的成本对比，数字非压缩成本最高，流媒体方案较高，IP全交换价格较低，模数结合系统建设成本最低。IP全交换方案比模数结合方案成本高15%以，数字非压缩方案成本几乎是模数结合系统的一倍。

■ 后期扩容成本

　　系统建成后，从500路扩到800路，各种建设模式的扩容成本包括摄像机成本，链路建设成本、存储成本和机房成本。

　　尽管模数结合系统的摄像机和存储价格低，但由于传输链路成本较高，所以扩容成本并没有明显低于IP全交换和流媒体方案。

　　IP全交换方案扩容只需增加前端成本、链路成本和存储成本，并不增加视频管理服务器和数据管理服务器。

　　流媒体方案尽管与IP全交换方案前端成本和链路成本以及存储阵列成本基本相同，但需要增加多台流媒体服务器用于视频流转发和视频流转存，成本要高于IP全交换方案。

后期运维成本

■ 能耗成本

　　能耗成本分为前端摄像机能耗和数据中心机房设备能耗两部分，数据中心设备能耗不仅包括设备电能，还应包括UPS和空调的能耗。通过对数据中心能耗的统计，设备电能能耗小于空调和UPS的能耗，为方便计算，本模型按照设备电能能耗与其他能耗基本相同计算。由于前端摄像机能耗基本相差不多，主要差别在于机房设备能耗。

　　模数结合方案中心能耗主要是硬盘录像机和矩阵，所以能耗成本较低。而IP全交换方案中心设备只有2台服务器和存储阵列，能耗成本与模数结合方案基本相同。而流媒体方案与IP全交换方案相比，服务器数量要多十几台，能耗成本较IP全交换方案高。数字非压缩方案机房设备较多，除了光端机、编码器、矩阵和存储外，还有负责转存的服务器等设备，所以能耗成本最高。

● 运维成本

　　运维成本包括运维人员成本、维修及替换成本，设备种类越多，系统越复杂，则需要维护人员数量就多。设备损坏率越高，则维修替换成本越高。

　　在维护人员成本方面，由于流媒体和IP全交换方案是数字方案，系统故障的诊断和排查可通过网管系统自动定位，减少维护和管理的难度，维护人员数量比模数结合和数字非压缩方案少，故流媒体和IP全交换方案的维护人员成本要低于模数结合和数字非压缩方案。

　　在设备维护及替换成本方面，在假设设备故障率都相同的前提下，流媒体由于服务器数量较多，成本要高于IP全交换方案。而模数结合和数字非压缩方案由于设备类型多，系统复杂，所以维修及替换成本较高。

总结
经过多年发展，平安工程建设已从模拟时代逐渐跨越到高清时代，建设成本也越来越高，通过对四种建设模式的成本分析，可以看出无论在前期建设成本方面，还是后期扩容成本和维护成本方面，IP全交换方案都具备大规模应用的成本优势。