監(jiān)獄監(jiān)控系統(tǒng)建設需求

　　到目前為止，很多監(jiān)獄的視頻監(jiān)控系統(tǒng)還是停留在比較落后的水平，采用模數結合的系統(tǒng)，圖像分辨率也較低，采用CIF或2CIF。但隨著高清技術在監(jiān)控領域的成熟，很多新建或改造監(jiān)獄已經實現D1分辨率的覆蓋，并且在部分監(jiān)控點位也在逐步嘗試采用數字化高清(720P、1080P分辨率)監(jiān)控。

　　同時，一些新建或改造監(jiān)獄對攝像機覆蓋率提出了更高的期望，要求能夠實現全面覆蓋，不允許出現監(jiān)控死角。這導致監(jiān)獄監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模出現了爆發(fā)式的擴張，一個監(jiān)獄的監(jiān)控點達到了幾千路，如何用好這幾千路圖像就成為了出現的新問題。

　　規(guī)模如此大的一個監(jiān)控系統(tǒng)，就系統(tǒng)本身而言是否穩(wěn)定可靠，擴容是否方便，錄像調閱是否方便，錄像存儲是否安全是在方案設計階段不得不考慮的問題。

　　另外，很多安防監(jiān)控系統(tǒng)的建設，往往是周界防護系統(tǒng)、主/被動報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、對講系統(tǒng)等安防子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能圖像分析系統(tǒng)等監(jiān)控子系統(tǒng)的簡單堆砌，靠最原始的人工分析將安防系統(tǒng)上報的安全事件/突發(fā)事件與監(jiān)控系統(tǒng)的現場畫面聯(lián)系起來，監(jiān)控人員的勞動強度大，工作效率低。而一個優(yōu)秀的安防體系，雖然由若干相對獨立的子系統(tǒng)構成，但是絕不應該是各個子系統(tǒng)之間的簡單疊加，而應該在整合在安防系統(tǒng)的統(tǒng)一架構下，互相融合，互相聯(lián)動，成為一個整體的有機組成部分。這樣，才能對安全事件立即反應，迅速處置，把安防系統(tǒng)的作用由事后取證向事中遏止和事前預防發(fā)展。

　　監(jiān)獄中安防設施和視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設，不同于普通大型園區(qū)的安防監(jiān)控建設，除了普通安全防范之外，還有對罪犯的監(jiān)督管理、教育改造以及對干警工作監(jiān)督等多重目的。因此，監(jiān)獄安防監(jiān)控系統(tǒng)，不僅要在安防監(jiān)控層面上實現各個子系統(tǒng)之間的聯(lián)動配合;而且也要在業(yè)務管理層面上與生產管理、應急指揮、所政管理、司法業(yè)務等密切相關。實現技防管理與上層應用業(yè)務的緊密配合，已經成為今后司法監(jiān)獄安防監(jiān)控建設的發(fā)展方向。

　　全交換方案的系統(tǒng)架構

　　目前監(jiān)控系統(tǒng)可選擇的架構主要有三種：模數結合的系統(tǒng)、IP流媒體架構的系統(tǒng)、IP全交換監(jiān)控系統(tǒng)。模數結合的監(jiān)控系統(tǒng)由于聯(lián)網困難、擴容復雜、安防聯(lián)動較難等問題，在新建或改造監(jiān)獄中基本不再考慮。IP流媒體架構的監(jiān)控系統(tǒng)，實況轉發(fā)和錄像存儲需要使用大量的服務器，由于服務器的性能瓶頸以及可靠性問題，在監(jiān)獄行業(yè)的應用也不具備優(yōu)勢。很多監(jiān)獄最終還是考慮了IP全交換視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)拓撲圖1所示。

　　整個系統(tǒng)以IP網絡為基礎，IP監(jiān)控系統(tǒng)為平臺來管理整個監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)內視頻業(yè)務流與控制信令流相分離，監(jiān)控平臺只處理控制信令不進行視頻數據的轉發(fā)。在這樣的數據處理機制下，監(jiān)控平臺的處理壓力被降到最小，也加強了監(jiān)控平臺的管理能力，可實現三臺服務器管理5000路圖像的管理能力。

　　全交換方案的詳細設計

　　監(jiān)獄監(jiān)控管理系統(tǒng)采用“二級中心”的模式構建，即在指揮中心設置一級中心，作為全監(jiān)獄視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總控制中心;在各值班室設置二級監(jiān)控指揮中心，分別按各自的職責、權限、管轄區(qū)域進行監(jiān)控系統(tǒng)管理操作。

　　監(jiān)控核心平臺設計

　　在監(jiān)獄監(jiān)控指揮中心，部署監(jiān)控管理服務器、IPSAN網絡錄像設備，配置相應的管理客戶端和解碼設備，作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)核心，實現監(jiān)獄監(jiān)控系統(tǒng)音視頻資源的調度。

　　全交換架構監(jiān)控系統(tǒng)的核心平臺由三臺服務器構成，在這樣的架構之下管理平臺只進行系統(tǒng)的管理不參與視頻數據的轉發(fā)過程，圖像的轉發(fā)全部由網絡設備的分發(fā)來完成，系統(tǒng)實現了業(yè)務流和控制信令流的分離。采用全交換架構設計，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，將傳統(tǒng)流媒體方案的性能處理瓶頸問題進行了徹底的解決。

　　在監(jiān)獄監(jiān)控中心往往會發(fā)生服務器故障、掉電等意外情況，一旦發(fā)生此類情況對傳統(tǒng)流媒體監(jiān)控系統(tǒng)將會是一個致命的問題，直接將導致系統(tǒng)癱瘓并且無法進行錄像的存儲，所以在流媒體方案中常常會采用雙機熱備或者集群等技術來降低故障風險，但不管采用哪種方法都無法從根本上規(guī)避該類問題而且還會增加服務器的投入。全交換方案中基于先進的系統(tǒng)架構實現端到端的存儲和上墻顯示，圖像無需服務器轉發(fā)，此時如果服務器故障并不會影響圖像的存儲和實時圖像的上墻觀看，從根本上規(guī)避了系統(tǒng)性能瓶頸的問題。

　　存儲系統(tǒng)設計

　　在全交換方案中采用端到端的直接存儲技術，即采集的圖像經過前端設備編碼后形成數據塊，此數據塊通過網絡直接傳輸至存儲設備而不需要平臺服務器的轉發(fā)，即實現了裸數據塊的直存。

　　不同于傳統(tǒng)的文件存儲系統(tǒng)，數據塊存儲使得圖像存儲和調閱更加可靠、高效。文件存儲由于文件打包需要一定的時間而無法實現圖像的秒級回放，數據塊存儲則不存在該限制，可以實現任何前一秒的圖像的回放，在監(jiān)獄實戰(zhàn)應用時可以更加快速地回放出當前事故發(fā)生前幾秒的錄像而有效防止惡性事件的發(fā)生。

　　同時，文件存儲會產生文件碎片導致有效存儲空間減少，而數據塊存儲由于不進行文件打包就不會產生文件碎片，大大提高了存儲空間的利用率。

　　前端設備部署

　　前端常規(guī)部署有編碼器加模擬攝像機和IPC兩種方式，隨著整個監(jiān)控領域數字化的發(fā)展，IPC替代編碼器方式已經逐漸成為趨勢(高密度標清點位依舊以多路編碼器為主)，特別是高清監(jiān)控完全采用IPC來部署。

　　在監(jiān)獄內目前還是以標清監(jiān)控為主，醫(yī)院、食堂、教學樓等對圖像質量要求一般的室內監(jiān)控，可根據需求配置多路標清編碼器或標清IPC，而周界、道路等防護等級較高的區(qū)域則部署高清IPC。

　　在監(jiān)舍內部，通常的做法是部署兩個攝像機達到完全覆蓋監(jiān)舍的效果，但很多時候出于節(jié)省系統(tǒng)建設成本考慮，我們更希望一個攝像機就能夠覆蓋整個監(jiān)獄。普通監(jiān)舍使用的攝像機無法做到一個攝像機覆蓋整個監(jiān)舍，可通過部署一個帶廣角鏡頭的半球來實現對監(jiān)舍的覆蓋，取代傳統(tǒng)部署兩個半球的方案。

　　另外，禁閉室等重點看押區(qū)域，可部署內嵌智能分析或行為分析功能的音視頻編碼器或IPC，在普通音視頻監(jiān)控的同時，可早期處理或預防惡性事件。

　　網絡設備部署

　　監(jiān)獄內部安防承載網往往會采用獨立建網，并且采用“核心—匯聚—接入”三層架構。

　　在全交換監(jiān)控系統(tǒng)內，為滿足一路圖像多個客戶端觀看，往往會使用組播功能進行圖像的轉發(fā)來釋放服務器的轉發(fā)壓力。前端攝像機或編碼器支持可控組播功能，交換機開啟組播功能，即可完成圖像的組播轉發(fā)。

　　在監(jiān)獄道路和周界圍墻監(jiān)控點的鏈路部署較為困難，采用傳統(tǒng)部署方式光纖浪費較為嚴重，故引入EPON接入技術，單條光纖可串接眾多監(jiān)控點，取代傳統(tǒng)視頻光端機設備。在道路、周界多個IPC通過一根光纖采用EPON方式接入到中心交換機上，采用無源光器件，大大提高系統(tǒng)的整體可靠性。[nextpage]

　　全交換方案特點

　　IP全交換系統(tǒng)架構

　　采用先進的IP全交換架構，將管理和業(yè)務承載的數據流分離，單臺服務器管理視頻資源最大化，同時確保在服務器故障時，原來進行的圖像錄像、視頻觀看業(yè)務不中斷，為監(jiān)獄視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了最可靠保障。

　　端到端的顯示和存儲

　　根據監(jiān)獄實際需求和網絡監(jiān)控中對實時流和存儲流的需求差異，全交換方案在編碼器中采用了實時流和存儲流分別輸出的雙流設計，其中實時流支持單、組播，存儲流支持標準的單播流，編碼器到IP SAN盤陣間實現端到端連接，既滿足實時流低延時、大收斂比的訪問需求，又滿足了存儲流高可靠性、海量、分布式存儲的需求，避免了傳統(tǒng)方案媒體服務器轉發(fā)存儲流的瓶頸問題，優(yōu)化了系統(tǒng)的整體并發(fā)處理性能。

　　極大地降低了擴容成本

　　由于全交換方案業(yè)務數據流的分發(fā)不需要通過服務器轉發(fā)來實現，三臺服務器可實現5000路以內圖像的管理，在系統(tǒng)進行擴容時只需要增加前端設備和存儲即可，不需要增加后端服務器，大大降低了擴容成本和設備維護工作量。

　　圖像壓縮方式優(yōu)化

　　采用最新的專業(yè)圖像壓縮技術，可提供720P和1080P高清晰圖像分辨率，支持MPEG2、MPEG4、H.264等多種編碼格式。其中H.264采用最高的HighProfile標準，可將720P壓縮至1-3M，1080P壓縮至3-6M，尤其是在高動態(tài)圖像監(jiān)控場合，可以為用戶提供廣播級的高清圖像質量。

　　同時專網方案下通過組播優(yōu)化等網絡技術，使得具備低于300毫秒的實時性能，滿足監(jiān)獄應急指揮中對視頻監(jiān)控的要求。

　　存儲設備數據管理優(yōu)化

　　編碼器和IP攝像機均支持iSCSI協(xié)議，實現裸數據方式直接寫入盤陣。管理服務器可通過特殊技術手段在數據寫入過程中實時監(jiān)控數據寫入過程，可完成視頻數據實時刷新和存儲裝態(tài)實時監(jiān)控。采用端到端的直接寫入，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，特別是系統(tǒng)擴展上，視頻編碼設備碼率變化后對系統(tǒng)壓力影響相當小。

　　高效的數據檢索技術和數據管理，直接采用塊方式進行視頻數據的讀寫，避免了文件切分的瓶頸問題，同時克服了傳統(tǒng)監(jiān)控模式中文件存儲容易損壞文件和無法查詢最近圖像的弊端，大大縮短了圖像回放響應時間，可實現歷史圖像信息的秒級回放，為緊急情況處置爭取了時間。保證寫入、查詢、讀取等各種操作的高效，同時具備最佳的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　智能便利的管理維護

　　將IP網管及業(yè)務控制平臺的技術應用至IP監(jiān)控系統(tǒng)，徹底改變傳統(tǒng)監(jiān)控只能依靠人工進行系統(tǒng)管理和維護的局面，實現編解碼、存儲、網絡傳輸和業(yè)務軟件(服務器)四大平臺的統(tǒng)一管理。全網設備的統(tǒng)一拓撲視圖、拓撲自動發(fā)現管理、全網設備狀態(tài)管理、故障自動告警及定位管理和GIS地圖功能。

　　前端設備具有多種接入方式

　　具有Ethernet(以太網)、SFP(光纖)、EPON(無源光網絡)等多種接入方式。編碼器提供雙網口、SFP光纖接口和EPON無源光網絡接口，方便不同環(huán)境選擇組網方案。室外周界圍墻視頻監(jiān)控可采用EPON光纖組網，在提供高帶寬接入的同時還大大節(jié)約了光纖資源。

　　結語

　　在監(jiān)獄監(jiān)控系統(tǒng)關注較多的往往是系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性和數據安全性，這兩者實質上都是圍繞一個目的在進行，即一旦出現突發(fā)事件能夠快速調閱監(jiān)控錄像，以作為指揮中心實施應急指揮的重要決策依據，并且錄像不容易外泄即便泄露不法分子也不容易讀取數據。

　　全交換架構系統(tǒng)可以很好的從根本上解決上述問題，是目前在監(jiān)獄安防系統(tǒng)建設中廣泛應用的一種建設模式，而且隨著監(jiān)控規(guī)模的不斷擴大和高清化的深入，全交換架構模式的優(yōu)勢將越發(fā)明顯。