道路交通视频监控解决方案

孙加君 苏航

建设背景

　　随着国内道路高清监控的逐步建设，建立全面符合交通图像应用系统是当前交通管理部门的核心目标。交通道路视频监控系统通过覆盖城市主要干道、路口及各支小路的数字监控网络，建设配备相应的图像监视设备和软件，可将全市各路段、区域的车辆运行状况实时地传送至指挥中心，对道路车辆运行状况进行监控。同时，公安交通管理部门可以根据现场实际情况对道路车流量进行控制，将车辆安排到畅通的路段，减少阻塞，保证道路交通畅通，实现城市交通管理的体育化。现在的交通监控技术已越来越先进，不仅充分地利用了现行的各种网络技术，提供了各种各样可行的解决方案，而且还可以实现视频监控体育化，通过视频、卡口、电子警察、天网卡口的系统的信息收集，结合体育交通管理系统自动执行一切监控工作。不仅可以大大减轻交警的工作负荷，而且还可提高管理水平，通过图像方式让那些违章车辆无地可逃，减少了交通争议。

　　道路视频监控的部署及应用与和谐民生息息相关。交通参与者出行时关注较多的诸如拥堵、雾霾、光污染等交通问题需要得到有效的改善或解决，交通管理部门需要一套全面的道路视频监控解决方案来应对当前新的难题。

主要需求

　　视频监控系统和治安卡口、电子警察系统均是平安城市系统建设、体育交通系统建设的重要组成部分。通过建立视频图像监控系统，目的是及时准确的掌握全天24 小时所有监控路口、路段周围的车辆、行人的流量、交通治安情况等，为指挥人员提供迅速直观的信息，从而对交通事故和交通堵塞等情况做出及时判断并响应，对监控范围的各种治安突发情况进行录像并取证，为内外警务工作服务，起到综合治理的效果。归纳起来城市道路交通视频监控系统的主要作用有如下两点：

　　1、路况实时监视：各种针对不同环境的专业摄像机会及时将所监控区域的实时图像传回交通指挥中心，使交通指挥人员实时掌握各路口和路段的交通状况，例如：雾霾天气下的制高点监控，可选择光学透雾摄像机穿透雾霾，获取清晰的交通路况；在夜间，居民生活区或人车混行的支小路可使用星光级摄像机拍摄彩色画面，减少光污染，提高出行体验；交通繁忙路段，使用高倍率球型摄像机完成全景和细节监控。

　　2、视频录像存储：视频监控的图像会保存到交通指挥中心的录像存储设备上，作为处理交通事故、违规行为，以及治安犯罪等各种突发情况的取证和破案依据。例如：车辆的违规停车，通过视频监控系统采集的录像抓拍，作为交通的违规处罚依据。

建设方案

　　为了更好地应对体育交通领域的视频监控系统建设需求，系统的建设应基于IP 通信网络，对前端图像进行压缩编码，再经由网络传输系统，传输至公安、交警的指挥中心，进行信息的综合共享应用。

　　宇视可提供IP 监控解决方案中的高清IPC、管理软件平台、云存储等，包括几个部分的产品：

　　视频源部分：宇视可以提供全系列IPC设备，其中 IPC 产品提供球机、枪机、筒形机等不同产品形态，支持720P/1080P/4K 等各种高清图像，具备光学透雾、星光级低照、车大灯强光抑制等特性。同时，在前端设备上集成了报警输入/ 输出接口、语音采集/ 播放、EPON 无源光网络接入、iSCSI 存储协议等丰富的借口和多种功能模块，可以因地制宜的满足道路视频监控建设中各种监控环境的接入需求。

　　控制及管理部分：宇视可以提供完善的视频监控系统管理平台，包括视频管理服务器VM（Video Management）、数据管理服务器DM（Data Management）等组件，完成对所有监控设备、业务的管理及控制。其中，VM是管理中心和控制核心，完成全网的设备管理、资源调度和视频业务控制，所有的控制指令由VM 集中处理和发送。通过VM，可以很容易的实现对视频监控系统的集中管理。DM是存储设备的管理者，从复杂的存储设备管理信息中抽象出与监控业务相关的信息，实现了对系统内大量存储设备的集中管理以及存储资源的动态分配。

　　云存储部分：随着视频监控系统规模越来越大，以及高清视频的大规模应用，视频监控系统中需要存储的数据和应用的复杂程度在不断提高，且视频数据需要长时间持续地保存到存储系统中，并要求随时可以调用，对存储系统的可靠性和性能等方面都提出了新的要求。

　　面对百PB 级的海量存储需求，传统的SAN 或NAS 在容量和性能的扩展上会存在瓶颈。而宇视的云存储可以突破这些性能瓶颈，而且可以实现性能与容量的线性扩展，这对于追求高性能、高可用性的企业用户来说是一个新选择。

方案特点

一、系统可靠性设计

　　视频监控系统对系统架构的可靠性和可扩展性提出很高要求，系统应基于NGN 多媒体通信架构, 运用多媒体中间件技术，提供基于业务逻辑层基础，实现对高清视频、图片海量数据存储管理及应用的支持，对基础业务应用逻辑组件的抽象封装，从而提升业务系统的可靠性和灵活性。

　　因此系统应遵循更加适用的分层架构，实现业务、控制、承载三分离，核心信令应采用SIP 标准协议，由系统功能服务组件实现图像资源的统一管理、统一控制、统一存储、统一媒体转发调度。系统各部件之间采用标准的信令、媒体、存储和视频编解码协议，可以实现各功能部件的灵活部署，系统容量可弹性扩展。系统的各功能组件可通过集群、负载均衡、故障倒换等技术进一步提高整体可靠性。通过先进的系统架构保障大规模组网应用的可靠性。

■媒体交换处理与信令控制相分离
　　所有视频业务的控制管理、信令转发都是由视频管理服务器完成，但是视频管理服务器不参与任何媒体层面的处理，视频编码、传输、转发、复制分发等都是由IP 摄像机和计算机网络完成，管理平台不会引入额外的延迟或者因服务软件、硬件的宕机造成整网瘫痪。

■分层业务实现
　　借鉴NGN 的分层实现模型，系统方案分成接入层、媒体交换层、控制管理层和业务支撑层。每层之间通过标准的信令协议进行通信，层与层之间具备相对独立性，每层的实现技术可独立演进。这样，系统的升级、扩展、新业务引入都变得更简单。

二、平台可靠性设计

　　视频管理服务器可实现双机热备和N+1备份，保障系统平台的可靠性。
　　视频管理服务器以主备方式实现媒体转发监控系统的高可用性，正常情况下视频管理服务器只有主机工作。当主机故障时，备机通过HA 系统可以及时发现并接管主机工作任务，同时在WEB 客户端上有告警提示，技术人员可以及时排查故障，使系统恢复主备状态;在一般市级监控项目中，会部署市、区县两级平台，部署多台视频管理服务器，可以在市局多部署一台视频服务器起N+1 备份机制，备用视频管理服务器可同时为市、区县两级平台的多台视频管理服务器做备份。

三、云存储可靠性设计

■高兼容性
　　采用视频云存储技术，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件整合起来协同工作，共同对外提供视频数据存储和业务访问。保证单个节点失效时，系统能够通过自动负载将业务调整到其他设备上以满足用户业务的持续性；并且需要能够提供数据的迁移备份，在设备故障无法快速修复时依然能够支持数据的正常读取来满足业务应用的需要。

■高稳定性
　　随着容量和存储设备的增加，如何保证海量数据存储的安全性和可靠性是传统视频存储面临的巨大挑战，要求存储系统具备7×24 小时的不间断写入的能力。在系统运行的过程中，运行压力的持续或加大系统能够通过集群技术、虚拟化技术动态自动调整业务压力，将业务响应的压力进行分散来减少单点压力过大。

■良好的扩展性
　　云存储系统的建设在不同的阶段可能会有不同的容量要求。随着项目的不断扩大、应用的不断加强，容量将会不断扩大。那么云存储系统需要能够提供动态扩展功能，要求对在线系统增加、减少设备时业务不中断。设备一旦融入云存储系统后立即可用作为整体存储资源的一部分进行调用，在扩展存储设备时要求能够支持对接标准第三方存储设备。
　　另外对于系统的扩展性，在动态调整具体监控区域的存储资源时要求能够做到良好的灵活性，即不但能够增加存储资源的配给，也能够减少存储资源的配给工作，充分体现出良好的扩展性。

■可用性佳
　　云存储系统需要提高良好的可用性，将复杂的应用、繁琐的操作流程简单化。对用户而言只需要使用唯一的IP 地址就能够访问和管理云存储系统。
　　用户在唯一的界面上就能够准确并安全地进行配置、部署、监控整套云存储系统，能够为用户对设备状态、资源、报警、升级、扩展，维护方面提供便捷。

四、系统安全性设计

■接入安全型设计
　　方案接入层采用EPON 接入方式，EPON网络内置协议报文攻击识别模块，防止协议报文攻击；安全的SNMPv3 网管协议；IP、VLAN 、MAC 和端口等多种组合绑定；组播/广播风暴抑制。防止非法或者异常的流量进入网络，抵御多种病毒攻击，保证设备管理的安全。
　　在EPON 组网中，ONU 上线前需要先到OLT 上注册， 携带ONU MAC、ONU 硬件型号、以及802.1x 认证信息； OLT 上预先配置好ONU MAC 地址、硬件型号，并绑定端口号；认证信息完全匹配后才允许ONU 上线；
　　如果更进一步，监控前端以ONU 子卡的形式直连EPON 网络，ONU 子卡与监控设备通过内部总线通信，规避了监控前端通过电口连接ONU 存在电口被非法接入的安全隐患 。
　　面对层出不穷的网络入侵和网络攻击，EPON 网络从底层设计确保了接入网络的安全性。

■精细的用户权限管理设计
　　支持多级用户管理，每个用户有用户名和密码，通过MD5 加密的方式到服务器上进行验证，保证可靠性。
　　整个系统有一或多个系统管理员，对全网的用户有配置权限，可选的对设备有操作权限。
域　　管理员用户，可以对域内的编解码设备、图像采集和显示设备进行增、删、改、查，为云台设置预置位，新增域和子域的新用户。
　　普通用户对摄像机和显示器的权限包括：查看配置信息，看实时监控，远遥，看回放，下载录像，配置轮切计划；管理员可以指定某用户对于某摄像机或显示器具有某种权限；为配置方便，也可以指定某用户对于某域内的所有摄像机或显示器具有某种权限（权限的批量配置）。
　　当某用户需要临时访问非管辖区域内的历史或实时图像时，可以向管理员申请授权。
　　可以为每一个用户根据业务需要分配相应的权限，确保系统被合理使用，不具备相应操作权限的用户无法使用业务，例如给本系统用户分配实况、远遥、录像查询、回放和下载的权限；但是对其他部门的共享用户只分配实况的权限，只能够看，不能控制。

■存储安全性设计
　　系统设计中，图像数据在传输过程、存储过程、回放过程中，均考虑了信息安全问题。
　　用户要求图像信息具有保密要求，需分权限设置查看与拷贝的各级权限。
　　在信息安全上，即使硬盘被盗或者是有人非法从存储设备中拷贝了存储数据，在电脑上也无法读取，因为存储设备中都是裸数据流，而非文件。要读取历史数据，只能通过有权限的账号在系统内浏览和下载。

■高清摄像机接入的安全性设计
　　高清网络摄像机采用EPON 技术接入，通过EPON 子卡内置方式可以避免IP 端口暴露在外，结合EPON 的安全认证机制确保IPC接入时IP 到路面的安全性；EPON 提供端到端的安全保障机制，满足公安的安全性需求，杜绝外界对公安专网的非法入侵和攻击。

五、高品质的图像效果

■星光级低照度
　　在夜间道路照明不充分的环境中，星光级摄像机对于道路、建筑物、甚至远处车辆的细节都能还原得非常清晰，而且整体画面没有明显的噪点，低照下的彩色效果表现优秀。
　　星光级摄像机和普通摄像机的效果差异主要来自于底层硬件性能的提升和图像调校算法的进一步优化。其次，选择合适的大光圈镜头和快门对画面效果的最终呈现也至关重要。

普通摄像机低照效果

星光级摄像机低照效果

■光学透雾应对雾霾天
　　雾霾天气时，会对摄像机成像造成很大影响，在天气较为恶劣的环境下，能见度不足百米，对道路视频监控观测路况和交通事件带来了极大挑战。
　　传统的制高点监控为了解决雾霾问题，一般选用昂贵的光学透雾电动镜头，性价比非常低。而具备光学透雾功能的摄像机，使用普通电动镜头就可以实现制高点透雾监控，性价比的优势较大。
　　光学透雾摄像机使用可见光截止滤片，阻隔了由于雾霾时成像模糊的大部分可见光，利用子弹光（近红外光）的强穿透性成像，配合ISP 调整对比度和噪声控制，实现光学透雾。

普通摄像机雾霾效果

光学透雾摄像机效果

■强光抑制兼顾车辆和非机动车
　　另一个衡量道路监控摄像机最重要的指标就是强光抑制效果，具体表现在：夜间道路环境中车辆开启远光灯正面方向朝摄像机驶来，此时画面中的车灯抑制效果、车外观成像效果、道路周边非机动车和行人清　　晰度是否能够得到清晰准确的表达。相比之下普通摄像机会出现：1）车大灯无法抑制，大面积光晕遮挡车体和周边路况； 2）非机动车和行人被强光遮盖，或者亮度偏低噪点明显，目标无法识别； 3）画面中除了车灯区域亮度偏高，其他区域出现曝光不足现象，影响正常画面的还原；4）车灯区域明显曝光过度，影响车前部信息还原。
　　优秀的强光抑制摄像机应能够兼顾车灯抑制、非机动车和行人清晰成像、整体画面曝光正常以及车前部信息可以清晰表达。

强光抑制停止

强光抑制开启

总结

　　宇视科技的监控解决方案很好的解决了道路视频监控中的诸多问题，并通过在国内多个平安工程、体育交通中的部署和实际应用，获得了行业客户、业界专家等多方面的高度认可，代表了平安工程和体育交通建设新的高度和未来的发展方向。同时，对于整个体育交通领域的应用大势来说，借助宇视中间件平台的开放和灵活，宇视能够联合体育交通领域的多个合作伙伴，使整个产业链上的各个环节互相配合，真正满足用户日益增长的各类交通监控、指挥、疏导和缉查布控的业务应用。