北京水务局项目设计方案

1 北京水务局 项目设计方案 1、 概述 述 根据“北京市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见”（京政发 200617 号）以及北京市图像信息管理系统建设工作会议 精神，在市政府统一领导下，建设 水务局 图像信息管理系统， 实现图像的汇集、显示、控制、管理和上传，提高日常业务管理和处置水务突发事件的能力以及指挥调度的实效性和科学性。 根据网络视频监控系统的要求和国家有关法规的要求，经研究、分析设计本系统方案，该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点，而且该系统具有方便扩展、与其 它信息系统实现无缝连接的能力。 依据的相关规范包括： 2 北京市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见（京政发 200617号） 北京市公共安全图像信息系统管理办法（北京市人民政府令第 185号） 北京市图像信息管理系统技术规范 安全防范工程技术规范 远动设备及系统接口（电气特性） 16435民用建筑电气设计规范 16电气装置安装工程施工及验收规范 0254安全防范工程程序与要求 75安全防范系统通用图形符号 74民用闭路监视电视系统工程技术规范 0198软件工程 软件生存周期过程 用于项目管理的指南 20156信息技术 软件工程术语 11457防静电活动地板通用规范 10796建筑物防雷设计规范 0057建筑物电子信息系统防雷技术规范 0343电子计算机机房设 计规范 0174电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 0169计算机软件开发规范国家标准 3 计算机软件产品开发文件编制指南国家标准 计算机软件需求说明书编制指南国家标准 计算机软件测试文件编制规范国家标准 计算机软件质量保证计划规范国家标准 12504计算机软件配置管理计划规范国家标准 12502本着实用、先进、可靠的原则，在 满足市水务局、各管理处对城市河湖、重要水务工程设施图像信息管理建设前提下，遵循以下原则： 、 技术的先进性 整个系统选型、软硬件设备的配置均要符合高新技术的潮流，关键的视频数字化，压缩、解压、码流、传输均采用国内外工程建设中被广泛采用的技术与产品。在满足功能的前提下，系统设计具有先进性，并且在今后一段时间内保持一定的先进性。 、 架构合理性 采用先进成熟的技术来架构各个子系统组成稳定可靠大系统，使其能安全平稳地运行，有效地消除各子系统可能产生的瓶颈 ，选用合适的设备来保证各子系统具有良好的扩展性。只有稳定可靠的系统才能确保各设备的正常运行，只有良好的数据共享，实时的故障修复，实时备份等才能形成完整的管理体系。 4 、 统一的技术标准 整个系统要采用统一的技术标准。统一技术标准的好处是可以很好的实现视频资源的共享，避免重复建设多套监控系统，降低建设成本。而且，对于系统日后的扩容、升级都会带来很大的方便。 、 经济性 在满足系统功能及性能要求的前提下，尽量降低系统建设成本。采用经济实用的技术和设备，综 合考虑系统的建设、升级和维护费用，不盲目投入。建设采用先重点、后一般，分期投入、分期建设。 、 实用性 在设备选型时，采取实用的原则，不追求高端设备的堆砌，而是本着实用的原则进行了科学的配置建议，以求达到最大的技术性价。 、 规范性 控制协议、编解码协议、接口协议、视频文件格式、传输协议等应符合 图像信息管理系统技术规范和市水务局、各管理处图像管理规范。 、 可维护性 所设计的系统和采用的产品应该是简单、实用、易操 作、易 5 维护。系统的易操作和易维护是保证非计算机专业人员使用好本系统的条件。并且，系统应具备自检、故障诊断及故障弱化功能，在出现故障时，应能得到及时、快速的维护。 、 可管理性 前端现场设备，各分系统集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。 、 安全性 对系统采取必要的安全保护措施，防止病毒感染、黑客攻击，防雷击、过载、断电和人为破坏，具有高度的安全和保密性。 (10)开放性 视频监控系统设备 以国产名牌为主，采用性价比高、技术成熟、性能稳定可靠的设备 ；且监控系统平台应能兼容至少四家国内外主流厂家产品； 络数字硬盘录象机 络视频服务器 中心管理单元 媒体分发单元 媒体存储单元 备管理单元 6 前端单元 客户端单元 2、 需求分析 目前 水务局 已完成建设的图像监控点共计约 222 个，在建图像监视点约 148 个。部分监视点图像已接入所属管理处，还有部分图像只能在本地监控，不具备联网条件，本期工程不对未联网图像监视点进行整合。本工程整合范围见下图： 北京市水务局中心密云水库管理处京燕水利管理公司 （ 张坊 ）十三陵水库管理处官厅水库管理处凉水河管理处永定河管理处城市河湖管理处东水西调管理所第一管理所北护管理所北运河管理处井群管理所杨洼闸管理所北关闸管理所下寺管理所东水西调管理处斋堂水库管理所其中密云水库、北运河、永定河、东水西调、城市河湖管理处只对矩阵内接入 的模拟图像进行整合，十三陵水库管理处、张坊供水工程、官厅水库管理处、凉水河管理处对所辖联网图像进行完全整合 。 7 经调研，北京市水务局以往信息化工程中所采用的图像主要相关设备种类及品牌型号如下所列： 1、视频采集设备 前期工程选用的摄像机均为模拟摄像机，品牌为英国 体化球型摄像机，其照度、分辨率等性能指标均满足图像信息管理系统技术规范要求。 2、矩阵设备 英国 号 阵（ 6700、6800、 9760 系列）、 阵（ 20152015X 系列）。 3、视频编码器设备 列、 列、 列。 其中， 司产品相应较多，版本复杂 ， 分别为600/1700 系列，版本号包括： 计 11 个版本，其中低于 共计 18 个。 络现状 涉及到本系统建设的几个管理单位与水务局中心之间用以图像传输的水利骨干网的 通信网络方式如下表所示： 市水务局骨干网调查表（用于图像及业务数据传输） 8 管理处名称 现有通信方式 官厅水库 4M 公网专线 密云水库 4M 公网专线 + 微波 凉水河管理处 4M 公网专线 北运河管理处 4M 公网专线 + 微波 张坊京燕公司 2M 公网专线 十三陵管理处 4M 公网专线 东水西调管理处 4M 公网专线 永定河管理处 4M 公网专线 + 微波 河湖管理处 100M 光缆 目前，各管理处部分重要图像已上传至北京市政府防汛抗旱办公室，在局 13 楼指挥调度中心可实现大屏观看，同时该图像已被整合于水务信息平台。 实现方式：在各管理处原有图像系统的基础上，通过增加一套与原有系统（ 600/1700）完全独立的视频数字化编码设备（讯飞 列），实现各管理处图像信息的上传。 由于局中 心、管理处分中心和管理所已有相应的平台建设所需硬件设备，如监控前端和中心的防雷接地、监控中心的防静电处理、用电源等均已依据相关规范建设完成，本次工程将不再涉及此部分的建设。 北京市水务局各下属单位在图像监视系统建设方面作了许多工 9 作，取得了一定成绩，具备了较好的基础条件。但是因为建设时期的不同，相应采用的标准制式也不同，致使现有水务信息平台图像系统的组网方式比较复杂，具体分析如下： 管理处根据对所辖水利设施实时、准确掌握的需要，进行了图像监控系统建设，主要采用 列以及海 康威视 字化设备，实现了管理处对图像信息的监控。 根据对现状的分析，组网方式可以分为以下三种：有全模拟图像的，有全数字图像的以及有模拟 /数字混合的管理单位 有全模拟图像的管理单位包括：官厅水库、密云水库、凉水河、北运河管理处；有全数字图像的管理单位包括：张坊京燕公司、十三陵管理处；有模拟 /数字混合的管理单位包括：东水西调、永定河、城市河湖管理处。 全模拟图像的管理单位图像系统结构示意图 10 全数字图像的管理单位图像系统结构示意图 模拟 /数字混合的管理单位图像系统结构示意图 在的问题 （ 1）图像点覆盖不足，水务系统部分重要内城河湖、重要河道、水工建筑物图像监控站点需增补。 11 （ 2）部分摄像点未与上级管理单位联网，且现有未联网摄像机均未实现本地存储。 图像监控点至分中心通信链路不完善，骨干网络带宽存在瓶颈 ,为了保证图像信息传输的实时性和传输质量，应对相关管理处至局中心之间的骨干网带宽进行扩容分析。 1、局中心图像系统尚不完善 (1)局中心图像系统与各管理处采用的数字化设备同时并存且互不兼容 虽然各管理处和局中心进行了部分图像信息建设，但因为建设时期不同，相应采用的标准制式也不同，致使水务局内部存在各管理处和局中心各自独立的系统，例如东水西调管理处，先期建设采用的数字化设备是 着建设的深入后来又增加了不同型号、同一个厂家的 品，实现了管理处本地对图像信息的监控；随着水务局对各重要水利设施的管理需要，在水务信息平台图像系统项目中采用的数字化设备是 列产品，实现了 局中心对部分重要监控点的实时监看，但该套系统是一套独立运行的系统，与原有的管理处系统各自为政，互不兼容，即局中心图像信息是通过水务信息平台图像系统项目采用的 12 讯飞（ 列）传输的，管理处图像信息是通过先期采用的前端数字化设备 600 系列）传输的，两套系统独立运行，使图像信息系统的整体效果得不到充分的发挥。 (2)在局中心尚未考虑控制权限，无法实现对管理处前端摄像机进行切换控制，因此在局中心只能监视到前端部分图像信号。 正如前面组网方式所述，局中心对管理处有矩阵的监 控点目前只能采用手工的方式进行切换，要想实现自动切换，需要对现有设备进一步整合。同时由于局中心只能看到水务平台现有图像系统所采用前端数字化设备是 列产品传输过来的图像，对于前端采用的 600 系列数字化设备，局中心平台则无法兼容，这也直接导致局中心只能看到部分监控点的图像信息。 (3) 已上传的图像信息在局中心不能存储和检索 水务平台现有图像系统虽然实现了部分监控点图像的浏览功能，但是无法实现存储、检索等功能，需要进一步完善。 2、分中心与中心之间尚未建立完善的图像管理流程 由于水务 信息平台图像系统与各管理处的应用系统相互独立，造成水务信息平台图像系统只能看到部分监控点的图像信息，两个系统的看、控、存等功能相互交叉，增加了管理单位对于设备系统维护的工作量，不便于整体管理，这些都阻碍了分中心与中心之间建立顺畅的图像管理流程。 13 本着市水务局“集中建平台、整合资源，分散建系统、逐步接入”的建设思想，以及“两级平台建设、三级目录管理”的建设目标；根据水务局现有监控管理系统及水务网络情况，按照系统工程原理，以现有网络为基础，以水务信息平台系统为支撑，以有线，无线通信系统为纽带，将 各地视频 图像 监视集中管理，统一集中至市水务中心图像信息管理系统平台； 实现图像信息管理的流程化 通过本项目的实施，在北京市水务系统建立畅通的图像信息管理流程，实现图像的分级管理、分级显示及控制、分级存储及检索，为保证运行安全、提高工作效率等方面提供更为可靠的工具，发挥重要作用。 实现图像信息资源共享 本项目将在有效整合水务局现有图像资源的基础上 ，利用软件组态技术、数据库技术、多媒体网络技术实现网络视频监控软件的复杂配置和管理的简单化。通过构件化设计，本项目平台能够在不修改源代码的情况下，广泛地融入各种视频监 控硬件设备和软件产品，同时提供图形化配置功能，建立一个统一的图像信息管理平台。通过系统平台建设，水务局各级管理机构可及时对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，随时了解现 14 场情况，实现水务局中心、管理处统一的分级管理、分级控制、分级存储、分级检索，以便采取相应的预防和补救措施确保水务系统的安全运行。 在水务行业管理中发挥图像辅助决策作用 充分开发图像信息资源，实现决策支持的科学化。对于图像信息的管理，最终从数据处理走向数据挖掘，将其应用于为首都水务行业管理决策提供科学服务。通过对内城河湖、重要河道及水 工建筑物图像信息的科学利用，直观地、形象地掌握相关信息，得到满足管理要求的解决方案或可能策略，进一步提高水务系统决策的有效性和可靠性。 北京市水务局图像信息管理系统的建设目标是“两级平台，三级目录”。以及实现图像信息管理的流程化和图像信息的资源共享，在水务系统管理中发挥辅助的决策作用 。 视频监控管理平台具有如下的逻辑结构以及数据流程，拓扑图见下图 ： 15 视频监控管理平台均可以描述为由如下功能模块组成： 前端单元。即监控资源，为提供视 频监控报警信息源，同时执行一些报警联动动作。 客户端单元。即各级监控中心，显示视频监控报警信息，通过操作员发布和完成与各种视频监控报警相关联的动作。 中央管理单元。负责管理系统内的所有服务单元，形成系统日志，实现用户认证、设备认证、各种请求的调度和响应、规划和执行各种计划、各种参数和系统状态的记录以及网管。中央管 16 理单元可以细分为目录服务模块、数据库模块、客户端模块。 设 备管理单元。负责接收 视频、音频、报警、设备信息，并将这些信息传送至 时执行 U 的各种控制命令（如各种参数配置、控制命令、设备状态的问询等）。 转发单元。负责接收 媒体流，并按照 控制指令将媒体流传送到目的地。在出现热点事件时，会出现一个或几个摄像机有大量客户端浏览的情况，这时需要 响应大量的媒体流请求，以避免用户直接访问前端摄像机获取媒体流。 存储单 元。负责存储和管理需要存 储的媒体流。管理包括存储管理和录像回放响应。 视频管理平台由硬件设备和各种功能模块软件组成。硬件设备包括 务器、存储设备以及网络交换设备。通过在 务器安装各种功能模块软件，建设一个完整的视频管理平台。 面对“数字水务”时代的到来，适应数字化办公的需求；北京市水务局图像信息管理系统的功能需求有： 17 1)信息采集功能 前端监控系统应能够采集巡检信息、报警信息等，并按照传输要求进行压缩、编码处理，转换成能够通过接入网关，满足在数字交换网上传输的信息格式。 2)信息 传输功能 对经过压缩、编码处理的巡检信息、报警信息等，按照工作流程在网络系统中进行传输，根据安全管理权限，构成各级传输网络系统。同时能够满足水务系统管理需要，传输至上级系统并存储信息。 3)信息处理功能 各级系统对接收到的巡检信息、报警信息等，按信息含意和归属进行处理，对调用的存储信息进行处理。 4)信息存储和备份功能 在客户端端监控系统、各级目录服务中心，对视频信息、系统日志，均应存储；存储和备份的历史数据信息，可在网络系统中依据权限回放； 5)系统控制功能 依据授权将网络用户发出的控制命令传送到前端矩阵 和监控系统，实现监控中心及授权用户对前端任意一路监控图像的调用和控制。 18 北京市水务局图像信息管理系统的初步设计方案，满足现有资源 和网络需求 的性能；前端监控子系统、中心管理系统的建设均满足 北京市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见（京政发 200617 号） 、 图像信息管理系统技术规范北京市标准化指导性技术文件 、 北京市图像信息管理系统建设工作会议精神 的性能要求；力求系统稳定运行、数据存储可靠，视频数据定期归档； 3、 建设目标与任务 有效整合水务局图像信 息系统现有设施和资源，建立统一的图像信息管理平台，实现分级管理、分级控制、分级存储、分级检索，完成与相关应用系统的连接，并实现与市级图像信息系统平台 8 路图像的双向传输。在保留现有图像系统结构的基础上，将已建图像监视点纳入统一的图像系统进行管理，同时为今后建设的图像系统留有接口。主要包括以下三方面的内容建设： 通过建设在局中心和十三陵、张坊供水工程、官厅水库、凉水河4 个管理处分中心的服务器软件平台，整合现有图像资源，对其进行 19 统一调度和管理。 将东水西调、北运河、永定河、密云水库、城 市河湖 5 个管理处的模拟图像信号传输至水务局中心，然后将这些模拟图像资源整合至水务局图像信息管理系统中心平台。 同时本次工程不进行移动监测建设，但本系统需为移动监测的建设预留扩展接口。 充分利用现有网络及链路资源，调整微波专用链路带宽，合理配置公网专线与专网链路，对不满足图像传输要求的传输网络进行扩容建设。基于骨干网络的系统集成后，可实现局中心平台对管理处图像资源的目录管理及部分管理处的设备管理。 包括市水务局中心平台（一级平台）、部分管理处分中心平台 （包括十三陵管理处、张坊供水工程、官厅水库管理处、凉水河管理处共4 个）。在实现上述站点对于图像监视点的看、控、存、调等基本图像应用功能的基础上，局中心平台可以通过接口向北京市图像信息系统平台等上级图像系统平台共享图像资源。 本次建设任务 需要 实现： 20 1、前期全面的接入 600/1700 视频编码器；并接管现有 700、 6800、 9760 系列 )、 阵 (2015015X 系列 )； 2、完成对 列、 列视频编码器的接入； 3、完善三级目录中心的建设；并整合与现有的水务信息平台、图像发布等系统 ，实现局中心、 4 个管理处及其所辖管理所分级管理、分级存储、分级检索，同时为水务应急指挥等应用系统提供图像信息接口。 筹规划 为落实“北京市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见”（京政发 200617 号）以及北京市图像信息管理系统建设工作会议要求，保证水务局局中心对所属重要设施信息情况及时、准确的了解、掌握，为领导决策提供有力的信息，必须对城市河湖、重要水务工程设施实现系统化、科学化、现代 化地统一管理，切实满足水务行业对于图像系统的管理和业务需求。 根据市水务局图像系统现状，在充分保障城市供水安全的需求以及整合现有图像设施和资源的基础上，合理规划内城河湖、重要河道及水务工程设施的图像监控点，统筹建设完善的水务图像系统网络。 21 度整合 本着“改建并举、注意节约”的原则有效整合水务局图像信息系统现有设施和资源，将已建、在建的图像信息系统资源统一规划，避免重复建设投资。在整合过程中，充分利用新技术实现现有资源的整合，达到系统建设需求。 源共享 为保障水务图 像信息管理与市相关部门的图像信息管理平台之间互联互通，系统建设、管理运行、信息采集将严格按照全市统一的“图像信息管理系统技术规范”，在保证系统稳定运行的原则下，将图像信息资料上传到市应急办、市政府， 实现分级管理、统一调用，最大限度地达到资源共享，为“数字北京” 和城市管理现代化做出贡献。 4、 系统总体设计 思路 北京市水务局图像信息管理系统经过北京市水务局及各行政主管部门反复调研、论证、修改，并按 “ 北京市人民政府关于加强图像信息管理系统建设工作的意见”（京政发 200617 号）以及北京市图像信息 管理系统建设工作会议要求，保证水务局局中心 22 对所属重要设施信息情况及时、准确的了解、掌握，为领导决策提供有力的信息，必须对城市河湖、重要水务工程设施实现系统化、科学化、现代化地统一管理，切实满足水务行业对于图像系统的管理和业务需求等要求进行该工程建设。 系统依托水务数据交换网，建成覆盖北京市的水务图像信息管理系统，建设 1 个局监控中心，初步设计 4 个管理 的监控分中心，初步统计全市水务部门架设 370 个监控点 (已建成 222 个，在建 148 个 )； 本着“两级平台，三级目录”的目标和“集中建平台、整合资源，分散建系统、逐步接 入”的原则进行系统整体设计和集成。设计方案充分考虑了后期的扩容、管理变更等可能的建设要求。本次设计思路如下： 1、根据要求，本次设计采用多级结构，实现“大容量、多画面处理、实时录像和回放、联网远程监控”的目标。 2、本次设计系统充分考虑了“两级平台，三级目录”的设计理念，便于以后水务系统用户的安装、操作和今后的维护便利； 3、系统设计考虑了各种兼容要求和扩容要求：包括现有数字设备的接入、矩阵的接入与控制以及监控点 后期扩容、系统规模扩容、临时授权用户远程监控等各种可能扩容方式下对现有网络的兼容和便利性，设计的 系统能够满足兼容和平滑扩展的要求。 4、系统设计对网络传输路由具有良好的适应性，可以在局域网、广域网、城域网、无线网络等各种方式下运行。根据网络资 23 源的情况，在不同的网络带宽下可以灵活设置编码格式，获得不同的图像质量。 5、本次设计的系统是标准和开发的，系统软件全部采用通用的主流标准；如系统采用标准的 P 协议、接口标准通用等；适合水务系统各个标准子系统的集成。 6、系统考虑了操作冗余、数据安全和远程鉴权等技术手段，保障系统安全运行和不受外部入侵，完善的身份认证能力，保证系统稳定运行。 7、在技术性价比 上，方案采取实用的原则，不追求高端设备的堆砌，而是本着实用的原则进行了科学的配置建议，以求达到最大的技术性价比。 数字网络综合监控系统的关键设备是视频服务器和平台化监控系统软件。 视频服务器采用嵌入式实时多任务操作系统。摄像机送来的视频信号在网络视频服务器数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线送到网络接口发送到网络上，网络上用户可以直接在 可以控制摄像机镜头和云台的动作或对系统进行配置操作。 由于视频服务器和网络型嵌入式 硬盘录像机可以直接连入局域网，达到即插即用，省掉多种复杂的电缆，安装方便（仅需设 24 置一个 址），用户也无需安装任何硬件设备，仅通过 用浏览器即可观看。 网络视频 监控系统妥善处理了数字与模拟系统的结合，其优点主要包括： 布控区域广阔 视频服务器直接连入网络，没有线缆长度和信号衰减的限制，同时网络是没有距离概念的，彻底抛弃了地域的概念，扩展布控区域； 系统具有几乎无限的无缝扩展能力； 所有设备都以 址进行标识，增加设备只是意味着 址的扩充； 可组成非常复杂的监控网络； 采用基于视频服务器为核心的监 控系统，在组网方式上与传统的模拟监控和基于 台的监控方式有极大的不同，由于视频服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩，采用统一的协议在网络上传输，支持跨网关、跨路由器的远程视频传输； 视频服务器实际上基于嵌入式电脑技术，采用嵌入式实时多任务操作系统（ 又由于视频压缩和网络功能集中到一个体积很小的设备内，直接连入局域网或广域网，即插即看，系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高，也无需专人管理，非常适 25 合于无人值守的环境。 前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向。第 四代以计算机技术及图像视频压缩、图像传输技术为核心的新型视频监控系统，解决了模拟系统的诸多弊端，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然 。 流媒体管理技术 对于一个基于 P 网络的图像传输系统，如果仅仅满足于图像能在网络上传输，那是远远不够的。由于视频源众多，情况各异，图像监控所需的视频传输数据往往会彼此或和其他系统争用带宽。若只有一、二个视频源，情况尚可忍受；若视频源超过一定数目，需要调看图像的用户又多的话，局面就会混 乱不堪。其后果就是图像质量下降、延迟、停滞，甚至造成系统瘫痪。无疑这是用户所不能接受 的。 先进的分布式服务器集群架构 随着 数字网络监控系统规模 的快速 发展 ，客户对系统访问的响应时间、 监控图像质量 以及所提供服务的可靠性、即时性等要求也越来越高，使得以单台服务器来支撑整个 网络监控 系统已无法满足客户需求。取而代之的是一组服务器群。 我公司的 用第四层至第七层通信管理技术，可以根据服务器实际的响应时间，平衡服务器群中所有服务器之间的通信负载， 26 从而提高整个 监控网络 的性能和响应能力，提高服务器群的效率，节省投资。 负载均衡是由多台服务器以对称方式组成一个服务器群集，除主服务器 外其他从 服务器都具有同等地位，均能单独对外提供服务。通过特定的负载均衡技术，将外部客户请求视服务器群集中各服务器上的负载状况合理分配到某台服务器上，负载均衡技术根据实际响应时间制定优先响应策略，从而提高系统性能、优化流量管理、提高服务器群集性能，保证系统正常运行的高可用性和高可靠性。如果访问量超出了服务器的响应能力，只需增加服务器数目就可平滑升级。由于采用了负载均衡技术，进一步强化了系统的稳定性、可靠性和持续性。它也支持路径外返回模式，即绕过流量分配器，为急于等待大量访问请求响应的客户提供更快的响应服务。 我公司在 络监控系统中提出并运用了先进的载均衡算法（对个别服务器配置最大连接数阀值或加权值）以及基于实际响应时间的智能流量分配算法，在性能不同的服务器之间进行负载平衡，充分利用服务器群中的每一台服务器，保护 用户 投资。 位于主服务器上的 负载均衡 模块 能定时监测 从 服务器的可用性，包括物理连接、服务器运行状况。当发现某台 从 服务器不能提供内容访问时， 主服务器 自动把用户请求分配到其他健康的服务器上，从而保证了用户的访问服务； 同时负载均衡 模块 可通过设置每台服务器能承受最大的会话数、设置 27 溢 出服务器、备份服务器等手段来进一步保证系统连接的可靠性（根据实际系统需求用户可要求定制） 。 多级组网 可按多级（至少三级）组网的方式，形成大规模的监控网络，高一级的监控中心能管理和监控低一级监控中心的运行。组网经济，基于 P 网络构建，利用宽带资源或客户原有资源，成本低。平台统一升级，维护成本低。 先进的视频流调度管理 支持多种传输协议（、）和多种传输方式（单播、广播、组播），支持多级转发模式。 系统扩容方便 用户可根据业务需要随时增加前端监控点的数量。 的、通用的视音频处理平台，可制定相定的功能模块。 扩展性强 可与其它标准接口的设备配套使用。系统接供 件和态库，可与其它信息管理系统集成。 28 先进稳定的 C/系统主干框架采用 C/S 结构，结构严密，系统稳定，且高度保密，非常适合专业部门使用。税务部门对纳税人的问讯是严肃且需要保密的，必须使用专门系统， C/S 结构的系统是必须的。在 C/S 结构下，系统有严格的用户身份认证机制，对用户的合法性及权限有严密的控制。系统内，客户端与服务器之间有专有的通讯协议，可防止窃听和复制，从而达到系统的整体安全和保密效果。另外从总体系统安全性上考虑，由于 B/S 结构是建立在浏览器基础上的，功能上就受到浏览器本身功能的限制，如浏览器不支持直接写屏，很多时候会造成系统显示的不必要延时等。而且目前网络上的绝大多数病毒 是针对浏览器的，所以导致整个监控系统易受到攻击，给日常工作带来不必要的麻烦。因此，建议采用专业的 C/S 结构。 考虑到部门领导或某种场合下使用的方便性， 统配置了专门的插件，用户可通过浏览器访问系统的服务器，后台自动安装该插件后，用户即可方便使用该系统的全部功能，使用效果上和 B/S 几乎没有差别。但需要说明的是，其后台运行模式依然是专业的 C/S 结构。 多级用户管理机制 系统用户设立多级管理模式，从视频管理服务器完成所属用户和站点的建立、权限管理工作，并向管理中心主视频管理服务 29 器数据库备份。主视频 管理服务器完成所有用户和所有站点的建立、权限管理工作，管理中心用户具有最高级别的管理权限。各个用户依据不同权限、不同管理范围、不同优先权进行对询问记录的查看和控制。 数据传输技术 P 网络协议是目前最流行也是最稳定的网络协议。频监控系统在 P 网络协议之上开发了专用通讯层，针对图像数据的混合传输做了优化处理，适合多点视频和数据的并发传输，降低了系统资源的占用率。该通讯层支持多种P 协议的传输，包括 组播等。组播是一种允许一个或多个发送者（组播源） 发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。 组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽， 因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。 它提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络。 数据存储、处理、分析技术 为了对告警数据进行分析处理， 综合管理 系统使用了司的 据库系统。并成功地实现了数据库 30 的分布 存储和访问，有效地降低了系统负担，大大提高了系统的稳定性。同时，系统支持对数据的多种查询和分析方式。 同时系统提供了各类数据库。主要有告警数据库、历史统计值数据库、系统事件数据库。从而为整体数据的存储、处理及分析提供了强有力的依据。 系统采用文件传输协议进行录像文件的传输，防止外来入侵对文件系统的破坏和由于录像文件过大而带来的不稳定性。 北京市水务局 图像 信息管理系统要实现市水务局、各水务管理处、各水务管理所三级连网的多级联网监控。实现整个北京市的重要河道及水库监控工程。整个系统与市局水务信息 平台集成，实现水利流程中的实时监控、实时办公。 市水务局、各水务管理处、各水务管理所三大监控模块，每个模块均采用分布式服务器集架构的图像浏览、转发与管理，而最终把所有的图像上传到市水务局中心以及市应急办公室进行统一的管理。 就整个北京市水务局 图像 信息管理系统来说，主要是对重要河道、水库、干流渠道等进行监控。所以图像先上传到所辖管理所 (处 )，经由管理所、处把图像转发上传到市水务局 图像 信息管理系统；系统结构如图 31 图 32 心建设 十三陵、张坊供水工程、 官厅水库、凉水河 4 个管理处 负责将所管辖 辖区的重要河道、水库 的 监控图像进行全实时的监控浏览 、 信息存储与远程控制，而且在监控的同时把 经过编码器压缩编码的 视频信息转发上传到 上级水务局信息 中心。 管理处监控中心配置一台多媒体协议转换盒，负责控制矩阵的任意模拟图像的输出后接入到编码器上。 管理处监控中心安装 责从模拟矩阵输出到编码器的图像的浏览、存储、转发、管理等 。用户通过授权客户端可以随时查询监控图像，并可以选择进行观看，也可以查询、观看历史图像记录；如图 33 图 水务局监控中心 北京市水务局图像信息系统管理中心部署在市水务局信息中心， 信息 中心负责对所管辖范围内 的十三陵水库管理处、张坊供水工程、官厅水库管理处、凉水河管理处四个分中心平台 上传的图像进行管理，并将下辖的 东水西调管理处、北运河管理处、永定河管理处、密云水库管理处、城市河湖管理处经光缆 /微波链路上传的 模拟图像接入 到 水务局中心矩阵，形成矩阵级联，并在中心矩阵的输出端配置视频编码器进行 图像压缩编码后 接入到 水务局中心平台 的 理服务器上进行图像的存储、转发、管理等。同时中心配置 一台多媒体协议转换盒，负责控制中心矩阵的任意模拟图像的输出后接入到编码器上。 中心的视频管理 服务器也要接受市应急办公室的用户请求，负责向市应急办公室转发视频流，并能与现有的 水务平台、 身份认证 系统、水资源配置系统、水务应急指挥平台等其它业务应用系统平台进行 对接； 用户通过授权客户端可以随时查询监控图像，并可以选择进行观看，也可以查询、观看历史图像记录。 件具备 良好的兼容性，能接入 系列 34 产品及知名厂家的物理矩阵； 前端采用摄像机分别为英国 体化球机；各地矩阵型号为英国 号 700、 6800、 9760 系列 )、 阵 (20152015X 系列 )；视频编码器分别为 列、 600/1700 系列( 列 ; 针对前端编码器的生产厂家不同一且型号繁多的现状；目前件能全面的接入 600/1700 系列 (频编、解码服务器；对于 列 、 列 编码器的接入， 件需要 列 、 列 编码器发包进行整合；矩阵的接入控制一直是 件在行业应用中的特色； 700、 6800、 9760 系列 )、 阵(20152015X 系列 )的远程控制已经是 件的功能；前端子系统的整合如图 35 图 物理安全性主要分设备自身安全性和网络安全性。 1)软件自身安全性 对于 件，服务端提供完善的事件日志和系统诊断功 能；整套软件包括日志管理、设备巡检、客户端巡检、服务器巡检、服务器工作上下文诊断、故障弱化功能；有效的避免了故 36 障的发生，并能第一时间自愈； 2)网络安全性 北京市水务局图像信息管理系统网络建设采取水务专网， 保证了系统数据的基本物理安全性。 北京市水务局图像信息管理系统的整体架构通过多目录服务器来统一管理的用户和监控设备的权限管理。系统的管理规则由用户自行定义，多目录服务器的管理模式可以保证系统内所有用户的权限管理统一，采用身份认证技术最常用的是使用者名称与密码或 证等方式。 用 户认证流程如下： 拥有统一的用户权限管理，每一级机构的用户只要在自己所 37 属的监控中心开设帐号、分配权限即可。以此设立用户权限 (可细分为图像浏览、控制、语音等权限 )。 平台有 统一的监控设备管理机制，所有前端监控的信息和权限由设备管理服务器管理，设备管理服务器的权限由目录服务器管理，形成一个统一管理机制。所有的设备登陆必须经过用户认证才能够登陆。 设备管理流程如下图： 北京市水务局图像信息管理系统初步设计方案采用分布式的多服务器群的设计理念，利用 流 媒体技术， 完成视频信号的存储和转发，避免客户端直接访问前端摄像机，降低网络流量，避免了大流量数据造成网络阻塞的问题，同时由于这种结构，使得系 38 统在部分子系统出故障时整个系统不会瘫痪，仍然能正常运行。在有限带宽下处理大流量数据主要采用以下技术避免网络堵塞： 基于发端的速率控制 因为 常采用 来传输实时业务。但 没有提供拥塞控制和质量保证的机制，所有需要在 上层加上拥塞控制的机制。这个过程主要是通过调整视频编码的速率使其适应网络带宽。 抽侦策略 码率 控制是视频编码中一个重要的问题，在超大运动量时，由于运动量的急剧增大，使得这时编出的码流突然增多。在 络中，将引起丢包。要解决此问题，在超大运动量的情况下，须采取一定的抽帧策略来降低码流，使得上述情况避免发生，同时还要保证图像的流畅。 打包策略 限制每次发送数据帧 当网络层接收到要发送的数据报时，它要判断向本地哪个端口发送数据，并查询该端口的 数据报长度进行比较，如果需要则进行分片。分片可以由发送端或中间路由器执行。过多的 片会导致 如下问题： 分片的独立性导致 这些片到达目的端时有可能会失序；如果 39 对数据报分片的是中间路由器，而不是发送端，那么发送端就无法知道数据报是如何被分片的，当一片数据丢失，发送端无法只重传丢失 的数据片，只能重传整个数据报或将整个数据报丢弃。因此需要提供打包策略。 访问策略 利用组播，就近访问流媒体服务器。 5分项设计 根据上述的系统结构设计，在充分的 满足 系统功能需求的基础上， 采用 我公司自主定制开发的核心软件 络视频管理平台软件 ，该软件基于增强型 C/S(客户端 /服务器 )架构。系统 采取多级服务器结构，作为 心软件的运行环境。软件主要功能如下： 监视功能：根据监控点的实际情况，提供全天候及全方位的画面监视功能。通过实时观测手段进行图像查看，采用全天候、多方位、固定、移动等方式对监看目标进行实时、直观、清晰的监视，全天 24 小时均可在监控中心、监控室观察到前端现场的实时监看画面。监视界面分为 16、13、 12、 10、 9、 8、 7、 6、 5、 4、 3、单画面显示，可通过轮询选择对所有的镜头进行分时段的浏览。 40 图像远程调节：系统通过矩阵的控制功能来操作前端活动云台的运动方向，摄像机的焦 距及景深来达到最佳的监控效果。 音视频存储功能：可以通过录像计划对音视频信息进行记录，可采用硬盘、磁盘阵列多种存储介质，有本地和远程两种存储方式。 日志信息查询：通过查询此日志了解与分析系统运行情况。 图像传输功能：利用网络视频服务器压缩编码后，将模拟音、视信号转换成数字信号通过以太网络把数据传送到远程用户，实现网络内计算机的远程观看。 录像播放器：根据对画质或对时间的不同需求选择 择存储，依据录像时间、地点、企业信息、等各种关键字进行综合查询、检索，查询后可以实时显示录像资料，对于 其中的图像可以单帧存储以便于做进一步的分析处理。 图像联网功能：系统通过城市综合治安系统也可以进行图像的联网传输，各级目录管理中心内安装各分级 实时观看的同时还可调用远程目录管理中心的录像资料。相关部门领导也可通过中心的内部网络随时随地监看或调用各级目录管理中心的图像， 41 使本系统更好地为水务系统服务。 配置管理：系统配置包括：设备参数、摄像机管理、录像计划、报警计划、用户权限等，方便系统进行维护与管理。 权限管理：为了保证系统保密性、安全性，系统权限细化到每个功能。用户根 据所被赋予的权限执行相应的功能。 联动报警：当有报警发生时，系统会通过客户端信息、图像显示、开关量报警、短消息、彩信、 通知用户。联动报警延迟不超过 。 多级电子地图：用最直观的方式来管理镜头和调阅图像；通过平面图快速地了解地理位置，通过点击相关的摄像头，直观的掌握事发点的事件情况。多叉树型的地图结构，可以实现多级的地图层次管理； 时间条同步回放及快照检索：利用图像快照迅速锁定事发点； 及时通讯：语音和文字双重的用户交流方式； 虚拟镜头：以多种视频拼接技术提高图像分辨率或将全景监控和局部 监控完美结合； 录像文件同步与异步回放： 16 路录像文件异步回放， 4 路录像文件同步回放 ; 心跳管理：实时掌握系统内设备和应用的健康状态 ; 42