杭州市水利工程标准化视频监控系统建设研究

2018-08-09江岚

浙江水利科技 2018年4期

江岚

（杭州市林业水利信息中心，浙江杭州 310014）

1 问题的提出

视频监控系统是一门集计算机技术、通信技术和数字视频技术于一体的综合系统，它以其直观方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。视频监控系统作为水利信息化建设中的重要一环，已普遍应用于水利建设中，为水利工程提供有力保障。随着杭州市水利工程标准化的不断深入推进，急需搭建统一的监控管理平台，纳入全市水库类、水闸类、泵站类、海塘类、堤防类的视频监控点。实现资源共享，互联互通，统一管理。目前，杭州市水利系统已建视频监控点约2000个，已接入市级监控平台的不到200个，仅有防汛部门查看使用。2015年杭州市防汛部门现有视频监控情况见表1。

2 视频监控建设基本情况

经过多年建设，杭州市视频监控系统建设情况错综复杂。主要存在以下几种模式：

模式一：主要存在于早期建设的视频监控系统，采用同轴电缆进行视频信号的传输，整个系统通过硬盘录像机（DVR）实现对前端监控摄像头的管理。

模式二：随着视频监控系统的不断发展及杭州市水利信息化水平的不断提升。存在模拟、数字前端摄像机并存的情况。整个系统通过网络硬盘录像机（NVR）实现对前端模拟、数字摄像机的统一管控。

模式三：近几年视频监控系统数字化已经成熟普及，网络视频监控系统使信号传输、组网方式更加灵活可靠。整套系统通过网络硬盘录像机或堆叠方式进行管理。

3 存在的问题

由于杭州市水利视频监控系统在不同时期建设。视频系统的建设又由各区县独立承担，在建设时没有统一的规范进行约束。目前主要存在以下问题：

（1）视频监控前端问题。现有视频监控系统建设时间较早，很多为模拟设备，普遍存在设备落后、分辨率较低、画面清晰度不足、红外距离有限、存在较大色差等问题。部分视频监控设备缺少针对不同场景的“图像跟踪、越界报警”等智能化功能。

（2）视频监控网络传输问题。杭州市水利相关单位网络建设状况多样（自建内网、互联网、水利专网），没有统一的视频监控网络；因传输带宽不足，图像卡顿，呈现效果较差；部分监控传输采用办公网络传输，既占用办公网络带宽，又无法保障监控系统的安全性、可靠性。

（3）后台管理端问题。多数已建视频监控系统均通过访问硬盘录像机实现查看，由于设备本身访问并发数有限，多人无法同时预览视频监控画面。目前现有的视频监控系统均存在关键区域点位摄像机录像存储时间不足问题，无法满足“30×24 h”图像记录。杭州水利相关单位均自主建设系统，缺乏统一的建设标准，无法进行综合管理。

（4）安全问题。部分系统建设时未考虑安全问题，缺少相应的准入机制，只要获取账号密码均可登录系统，极易造成视频信息的泄露或者成为网上恶意攻击的目标。

（5）其他问题。视频监控设备品牌繁多，接入方式多样，各厂家存在诸多私有协议，兼容性差。部分系统未联网，采用自建网络传输，无法实现视频信息的共享。设备均采用人工维护的管理方式，发现故障不及时，维护成本较高，后期维护困难。

4 视频监控标准化建设架构

对于杭州市水利视频监控系统所存在的问题，需要进行规范化的视频监控系统建设，规范化的网络传输设定，统一的视频监控管理平台。通过视频监控平台实现对设备的集中管理控制。

4.1 前端设备

针对杭州市水利视频监控画面模糊的情况，进行实际统计。根据画面的模糊严重程度结合预算部分进行更换设备。随着视频监控技术的不断发展，现状监控都能做到高清，甚至超清。黑光系列摄像机，不仅解决画面模糊的情况，还能有效保障夜视效果。黑光摄像机运用人眼视网膜成像原理搭配多级降噪算法，可以展现出低噪甚至无噪点的干净透亮彩色画面。获取丰富的彩色特征信息。从而表现出优秀的夜视效果，对水利工程的监管更加有保障。

4.2 传输网络

杭州市水利系统早在2008年开始建设水利通讯专网，网络遍及各水利相关单位，水利通讯专网作为减灾调度专用网的一种，具有十分突出的特点 — 可靠性。在特殊时期，即汛期灾害期间，水利专网要求具有100%的通讯畅通率。在网络带宽资源保障、网络畅通、网络安全性上有着特殊要求。

4.3 平台架构

构建杭州市水利系统统一视频监控平台，向上负责对省级平台推送信息，向下与下属各相关水利单位管理系统连接，市级系统支撑应急指挥、日常管理、决策参考以及共享交换等功能。由于发访问量根据设备的不同最多支持3 ～ 20个客户端，这将导致在汛期，多部门、多人员查看就会出现问题。支持流媒体负载均衡，通过建立流媒体集群，突破设备访问的限制，由流媒体进行统一分发转发，解决汛期高峰期的多用户并发访问问题。视频监控建设架构对比见图1。

图1 视频监控建设架构对比图

对水利平台安全机制采用很多措施，以达到用户数据安全要求。支持HTTPS协议，手机客户端通过HTTPS访问服务器。支持公网/局域网隔离部署。用户密码安全传输，密码采用防范暴力破解：3次以上登录失败需要输入验证码。管理员越权分配权限防范，授权范围可控。监控平台安全机制对比见图2。

图2 监控平台安全机制对比图

通过杭州市水利工程标准化视频监控系统的建设，保障用户安全有效的访问，规避很多杭州市水利监察方面的弊端风险。

4.4 监控中心管理平台

在杭州市市级监控中心/监控站部署管理平台进行各自管辖范围内视频监控的管理，同时省级监控平台向水利业务应用提供标准接口。市级监控中心/监控站根据实际需要和标准进行平台部署。监控中心管理平台拓扑见图3。

图3 监控中心管理平台拓扑图

5 标准化视频接入方式

构建统一视频监控平台通过标准协议与各下属区县级视频级联或者直联，管理全局联网图像，接入不同运营商、不同符合国标的设备摄像头，包括有固定IP，无固定IP，以及级联平台的接入。规范后续设备的对接，从而实现授权下的全局视频监控图像资源共享与共用。

（1）有固定IP接入方式（直连）：拥有公网/水利专网固定IP或者域名，通过固定IP方式，与平台对接。

（2）无固定IP接入方式（直连）：没有公网/水利专网固定IP或域名，需要配置符合GB/T 28181 — 2011《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》协议的硬盘录像机，与平台对接。

（3）级联方式：本身拥有平台，通过上下级级联方式，与平台对接。

6 平台智能监控应用

6.1 资源导航

实现资源树展示、组织定位，支持设备在线统计。根据水利用户需要进行自定义视图、收藏夹，并能够实现监控点搜索及资源检索。

6.2 切片管理

支持每个摄像头的定时切片管理，并对切片数据进行保存。切片以已获取的杭州市水利工程标准化视频监控系统资源为基础，利用软件切片功能将从视频流截取的实时图像以一定时间间隔抓拍截取后以图片形式进行存储、发布和应用。轮询抓拍切片通过程序设定，对所有监控点视频按一定的时间间隔、图片质量等参数进行切片抓拍，并在监控点窗口进行定时更新显示。轮询的图片将由系统进行统一处理，存储供用户查询使用。

切片流程先由切片管理软件获取各监控点的视频流。轮询抓拍切片由程序通过设定抓拍频率、监控点、图片质量等参数，对监控点的视频进行抓拍；异常情况抓拍切片由监控点视频资源异常情况触发，通过预设的参数，对异常情况进行抓拍，并按一定的命名规则保存；在视频播放时，点击“抓拍”按钮，通过设定的参数对截取的单帧图片，按命名规则生成默认名称，保存到用户定义的目录中。

运行切片程序进行图片抓拍时，可对抓拍图片的时间间隔、图片质量、监控点等参数进行设置。

（1）时间间隔：轮循抓拍切片时，需要对切片频率进行设置，保障用户在查看视频监控点时，视频监控点的图片按照合理的时间进行更新。

（2）监控点：杭州市水利工程标准化视频监控点来自各类水利工程，数量较多，为更加有效的利用切片程序的硬件性能，提高视频监控点的可用性，切片软件需要设定监控点参数。

（3）图片质量：图片质量取决于图片的分辨率。切片抓拍的图片取决于监控摄像头的分辨率，包括2类技术标准WD1和HD 720P，WD1分辨率为960×576，HD 720P分辨率为960×720或1280×720 。

6.3 视频监控

具备实时视频浏览、云台控制、录像回放、告警显示等基本业务功能。能够按照设定好的规则，在指定的操作终端上自动轮流显示监控图像。根据业务需要，可以将监控点分组，在指定的窗口布局上按指定的轮巡时间间隔轮流播放。新建的视频监控系统，通过完善的平台机制，实现对接入设备的有效管控，使视频预览、设备操作等功能变得流畅、完善，更加友好、贴近使用者实际需求。

6.4 电子地图

系统能够在登录平台后直接展示电子地图。展示画面可在地图上标注摄像头等前端设备实际位置，可定位监控点位，能够对摄像机类型（枪机、球机、半球、单兵、车载）进行不同图标的标注，按摄像机名称进行快速搜索，并进行监控点预览以及相关预览操作时的云台等控制。

支持快速查找、设备信息列表、设备状态列表（在线或离线状态）、车载摄像机数据统计等功能。可根据实际需要在地图上展示不同监控类型（枪机、球机、半球、单兵、车载）的其中1种或多种类型摄像机。

通过系统的建设，采用电子地图的方式，在电子地图上标定监控点位。从而使管理者对监控点位有一个直观的认知，精准选择需查看的点位。

6.5 设备管理

具有对平台内和下级接入平台可网管设备进行自动和手动检测、故障报警、自动巡检周期设定和巡检日志（运行日志、操作日志、报警日志等）生成功能。设备管理应支持SNMP协议，并具有对全网可网管设备进行时钟同步的功能。通过日志有效记录，对出现的问题进行事后定位，实现相应的追溯和追责。

6.6 视频质量诊断

平台可对前端设备的图像质量进行智能分析，并对视频图像的清晰度（图像模糊）、噪声干扰（雪花点、条纹、滚屏）、亮度异常（过量、过暗）、偏色、画面冻结、视频丢失等常见摄像机故障进行检测。通过对前端设备传回的码流进行解码以及图像质量评估，对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和预警。系统采用轮巡的方式，在短时间内对大量的前端设备进行检测；通过视频质量诊断功能，对设备进行有效的运维管理，及时查询设备状态。