Consideration on the Construction of the Frontier Video Surveillance System

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Zhao Jian1,2, Liu Qianlin1, Zheng Xiaoping2

(1.Yunnan Provincial Military Command Region, Kunming, 650051;

2. Department of Automatic, Tsinghua University, Beijing, 100084)

Abstract: Video surveillance system plays an important role in modern society, and it has been widely used in many fields and areas. Considering the particular function and the recent construction of the video surveillance system in our national border control and defence, this paper gives brief introduction to the principle of implementation as well as settings of function in the construction of the video surveillance system not only in the centre of prefecture or county, but also in monitoring station, so as to give suggestions for the relevant department on how to promote the construction of the video surveillance system in next stage.

Keywords: Frontier; video surveillance system; monitoring centre; monitoring station.

1 引言

二十世纪末以来,世界各国围绕边境防御和边防管控的有效性、实时性和共享性需求,对信息化条件下管边控边手段作了大量的研究和探索,相关国家把边防视频监控建设融入到国防部信息企业体系结构(Department of Defense Information Enterprise Architecture)中,其目的是通过采用信息技术在整个战场空间及时获取、交换和使用数字信息,实现指挥、控制、通信和情报系统以及装备这些系统的武器平台一体化,使战场上所有作 战单元能够实时共享信息[1]。我国对边防视频监控

建设也作了大量卓有成效的探索和实践,在信息实时采集、高效传输等方面取得了一些成果,但还存在信息分析处理能力不够强、融合度不够高等问题

[2]。随着网络技术、编解码技术及存储技术的不断

发展,以嵌入式技术为依托,以通信技术和计算机网络为平台,以智能图像分析为特色的数字视频监

控系统正广泛用于各个领域[3]。在国家相关部委的

关心支持下,在军队相关部门的积极协调下,边防视频监控系统得以立项并相继开展建设。该系统

作者简介:赵 健,男,1986年生,河南延津人,在读硕士研究生,从事指挥信息系统工程理论与技术研究。柳虔林,男,1966年生,云南易门人,工学博士,云南省军区高级工程师,从事卫星通信、移动通信、指挥信息系统工程以及轮询多址通信系

统理论与技术研究。郑小平,男,1970年生,重庆市人,工学博士,清华大学自动化系教授、博士生导师、973首席科学家、国家杰出青年科学基金获得者,主要从

事检测技术与自动化装置研究。

与常见的社区监控系统、楼宇监控系统、交通监控系统等不尽相同,它纵向联接国家、省(自治区)、地(州、市)、县四级监控中心及各监控站、各监控点,相关监控点与其所属监控站建立横向联结,相关监控站与其所属县级监控中心建立横向联结,相关县级监控中心与其所在地(州、市)监控中心建立横向联结,相关地(州、市)级监控中心与其所在省(自治区)监控中心建立横向联结,相关省(自治区)级监控中心与所属战区监控中心建立横向联结,以此构成“一纵五横”的边防数字视频监控系统。按照这一体系结构,该系统的基础建设应放在地、县级监控中心和各监控站,应该按照建设技术规范所提出的“实用、管用、可靠、先进、经济”这一要求[4],坚持需求与应用相统一,以需求为导向,以应用为核心,在边境重点地域形成数字化防护界限,为各类异常事件的及时发现、处置提供预警,使该系统在边境防御和边防管控中发挥效能。为此,本文结合国家相关标准修订工作以及实地参加相关监控中心、监控站检查验收工作,重点对地、县级监控中心,监控站视频监控系统设计原则、功能设置以及建设中应把握好的几个问题等方面提出若干浅见,供有关部门借鉴或参考。

2 系统设计原则

鉴于上述体系结构,考虑边防部队实际情况,地(县)级监控中心,监控站系统设计应遵循以下原则。

2.1 先进性

从前端监控点到地(县)级监控中心、监控站的各种设备均应采用技术成熟、功能稳定的产品,系统建成后能够平稳升级,以延长系统的生命周期;尽可能将一些新技术进行整合,与各省军区(军分区)、边防旅(团)既建指挥中心(所)互联互通,进一步发挥部队既有指控系统建设效能;加强与当地公安、武警、外办等业务部门的联系,规范数据出入接口,以便开展军警军联动,更好地遂行多样化军事任务。

2.2 可靠性

从监控云台到整机设备,从数据存储到网络传

输的各个环节都应考虑采取UPS供电、防盗、防窃

取、防破坏、防雷击等相应措施,建立健全完善的故障监测报警机制,确保系统能够安全运行;白光 及红外夜视摄像机、视频服务器、专业存储阵列、光传输设备等主要部件应考虑冗余备份,以便突发情况下能在最短时间内恢复系统运行。

2.3 灵活性

系统关键设备采用负载均衡技术和集中管理、分散控制的结构,提高系统扩展性,保证随着范围的扩大而实现同步扩容;软件系统采用模块化设计和整体规划、分层实现的思想,确保系统的高可靠性;监控中心及监控站的操作台、监视器、DLP大

屏拼接显示单元、服务器、存储阵列、软/硬件解码

器、LED显示等可根据部队实际需求作局部调整,监控站监视器可视情采用“4+1”或“8+1”模式构建。

2.4 适应性

根据我国南北地域及高原环境的差异,系统设计时应考虑南方型(广西、云南)、高原型(西藏、新疆)、西北型(新疆、甘肃)和北方型(黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古)四类设备的需求特点,以适应上述省、区独特的环境要求;监控中心、监控站硬件系统的装配尽可能集中在同一场地进行,前沿监控点应该提前预置好视频采集、存储传输、网络连接等参数,减少一线操作人员的工作量和技术需求,并尽量继承以往操作步骤和方法,使其能够尽快上手,高质量完成日常监控值勤工作。

2.5 规范性

采用军队指挥信息系统主流的硬件平台、操作系统平台、数据库平台以及标准的协议;各类接口

规范要符合电气接口要求[4];各种设备安装布局及

工艺,强、弱电线缆敷设及标识,系统防雷与接地,监控中心(站)内环境温湿度控制等方面均要符合建设技术规范,确保监控中心、监控站及监控点软、硬件系统及其配置规范统一。

3 系统功能设置

按照建设技术规范和要求,边防视频监控系统监控中心、监控站要能够与上级监控中心或下级监控中心、监控站互联、互通、互控;能够实现音、视频及报警信息的采集、传输/转换、显示/存储、控制;能够进行身份认证和权限管理,确保监控信息的绝对安全;能够与报警系统联动,并提供与其它业务系统的数据接口[5]。对此,该系统功能设置应

考虑以下几个方面。

3.1 远程交互与实时控制

管理控制系统平台应具备直观、友好、简洁的人机交互界面,能够远程控制前端监控点云台上、下、左、右转动,具有预置点设置,不规则报警区域设置,轮询控制设置,透雾、电子稳像和图像增强设置,镜头参数调整,图像参数调整,视频实时移动全景拼接以及自定义信息字幕叠加等功能;各监控中心与所属监控站可随时建立音、视频勤务对讲,监控中心、监控站可随时通过受控前端监控点音频设备进行警告广播和自定义广播,监控中心管理单元支持通过卫星地面站和会议视频系统将便

携式卫星终端信号和移动视频监控信号接入[6];前

端监控点支持多用户同一时间对同一点进行监控察看,支持按权限优先级对前端监控点云台进行实时控制;监控客户端采用数字化嵌入式视频服务器技术,支持按指定设备、指定通道进行图像的实时监控,配合GIS操作,实现与前端监控点相应的摄像

云台同步联动,与综合态势信息同步显示。

3.2 模式识别与自动响应

前端监控点支持星光级超低照度监控功能,具备模式识别能力,可根据智能识别算法,比照预先定义的模式库,自动区分识别出地貌、动物和人群,对于地貌和动物不做处理,对于人群则应立即向各监控中心(站)报警,并对进入监控区域的人员进行广播警示;系统支持单人识别、人群识别、人

物识别算法[7],具备人员计数功能,可统计规定时

间内的通过监控区域的人数,并根据人员数量,启用不同的响应机制;系统支持多点联动功能,一个前端监控点识别出人员后,根据人员走向和轨迹变化,自动激活区域内其他监控点进行联动;系统采用触发录像、压缩存储和突发传输技术,支持容迟容断网络,一旦传输网络不佳,系统判断难以满足实时传输要求,就会自动地暂时将数据存储在临时存储卡内。

3.3 存储备份与检索回放

监控控制平台可通过定时、手动、报警触发等多种方式,启动图像存储和录像操作,监控中心和监控站通过硬盘存储阵列进行冗余存储,存储音视频信息至少应保持三个月时间,前端监控点通过自 身内存和便携存储卡进行存储,存储音视频信息至少应保持一周时间;对需要长期保存的信息可配置专用存储设备进行备份,对因网络不佳导致监控中心和监控站没有及时获取监控信息的,可在网络恢复后人工下载进行更新或通过更换前端监控点便携存储卡进行数据更新;平台数据库在记录图像信息的同时还应记录与图像信息相关的检索信息(如设备、通道、时间、报警信息等),支持跨平台视频文件检索与回放,支持正常播放、快慢播放、逐帧进退、画面暂停、图像抓拍,支持图像缩放、分割显示、下载存储等功能,支持多用户对同一图像资源的同时点播。

3.4 权限管理与授权认证

监控中心应配备用户管理及认证服务器,具备用户及权限管理以及对接入的用户进行授权和认证的功能;用户及权限管理可由各级监控中心独立执行,也可集中执行,由用户及权限管理模块定义用户对设备的操作权限、访问数据的权限和使用程序的权限,并能设定控制优先级,对级别高的用户请求应有相应措施保证优先响应;认证服务器通常应由省级中心管理单元负责,监控中心的用户有权限获取所辖范围内的历史图像和实时监视图像,当需要获取非管辖范围内的历史图像和实时图像时,就得需要取得有效授权,当多用户同时对前端设备有控制需求时,还应根据控制优先级对前端设备进行独占性控制的锁定及解锁操作。

3.5 环境监测与设备管理

监控中心系统平台能动态显示整机系统运行情况,对正常、报警、故障等状态给出指示;能监测权限内的监控中心和监控站(点)周边区域温度、湿度、噪音、震动、火情等环境情况,特定区域部署防越界振动探测系统;能远程查看、下载、上传设备配置情况,便于远程进行维护管理;能够在监控管理平台范围内对系统设备进行管理,收集、监测网

内UPS电源、风力储能供电、太阳能储能供电等设

备的运行情况;在联网系统内部设置时钟服务器,接收北斗时钟信息,对本级系统和下级系统统一授时,实现北斗指挥命令、指挥勤务命令、语音命令的下达。

3.6 日志管理与信息整编

值班日志包括运行日志和操作日志两种;运行日志应能记录系统内设备启动、自检、异常、故障、恢复、关闭等状态和用户权限分发、身份认证、设备认证、前端设备和监控中心的接入、移动监控系统的接入等信息及其发生时间;操作日志应能记录操作人员进入、退出系统的时间、主要操作和系统反馈情况。通过值班日志管理,可实现交接班业务处理,可查看当班发生的事件报表,支持日志信息的查询和报表制作,支持文电的拟制、审核、发送和接收,支持巡逻计划的拟制、下发、接收和执行情况反馈,支持信息整编、情报整编和信息在军内、外发布功能;对边境突发事件,可结合监控系统告警、北斗信息、雷达信息等进行综合整编。

4 系统建设应把握好几个问题

边防视频监控系统建设是边防信息化建设的一项重要设施,是强化边境防御的重要手段,是科技管边和信息化控边的一项重要举措,是军队信息化建设一项重要内容。基于此,各省、自治区要根据国家相关部门下达的建设任务和要求,结合自身实际,在系统建设中把握以下几个问题。

4.1 要合理选择监控中心和监控站(点)

各监控点是所属地、县级监控中心及监控站最直接的信息源,从系统建设情况看,监控站最好选择在基层部队,各监控点应重点考虑特定地域,国家一、二级口岸以及省(区)级口岸;地、县级监控中心最好选择当地军分区、边防旅(团),同时考虑将部队既建指挥中心(所)以及大屏显示、投影拼接、音响扩声、LED显示、网络服务器、网络交换

机、网管计算机、控制机台等网络基础设施综合利用起来,尽量节约系统建设费用;军地双方要共同协调好各监控点专用信道、监控站至所属监控中心专用信道引接问题,避免因共用网络信道而导致“路窄”和“不畅”问题;要解决基层部队值勤人员能够全天候“看得见、看得清、查得到、管得住”等问题,使多年来尤其是雨、雪、雾及寒冷、高温等恶劣天气情况下“值勤难、巡线难、控边难、抓捕难”等实际问题得以根本改观;要使上级部门能够适时掌握边境管控信息,能够方便、快捷查询相关情况,提高处置边境突发事件时效。

4.2 要合理构建监控网系

从“一纵五横”的系统架构来分析,横向可进一步划分为控制层、业务层及存储层三部分;纵向可进一步划分为监控中心、监控站、前端监控点设备及监控客户端构成。整个系统架构可用图1来表示。

其中,监控中心主要实现信令控制、媒体交换、业务管理、用户管理、设备管理、网络管理、认证鉴权等方面的功能;一个监控中心的管理范围可称为一个特定域,监控站在所属域控制下工作,前端监控点设备在中心管理平台的控制下工作;监控客户端负责将前端设备采集到的视频流、音频流、报警信息等提交给监控用户,用户根据需要可操纵前端设备(如摄像头、报警器等);控制服务器集中在地、县监控中心,业务服务器部署在地、县网络中心机房,平台管理服务器、接入服务器和网管设置在省级监控指挥中心机房(战区及省级边防委员会则按照其规划进行配置)。地、县级监控中心以配套GIS为基础平台,将地理环境、基础设施、自然资

源、社会资源、经济资源、人文资源、兵要地志、水文气象等各种信息进行数字化采集和存储,分别建立相应的信息库,需要时可在电子地图上查阅整体态势状况,向上级监控中心提供边防基础信息共享和服务;通过对其所属监控站的视频设备进行远程控制,可接收监控站上传的音视频、告警等相关信息,对相关信息存储、整编与分析,可对监控站下达指挥命令和控制指令,向友邻单位进行情况通报,迅速掌握防区内边防全局情况,为实施管边控边和及时处置边境突发事件提供强而有力的物质技术保障。

4.3 要解决好设备供电及防雷接地问题

在系统设备评测验收中,整机设备可靠供电及

防雷接地是技术评测组十分关注的问题之一。就电力保障而言,地、县级监控中心通常能够正常供电保障;监控站供电保障与基层部队所处环境有关,一天之内电压忽高忽低的情况时有发生,尤其是监控站前端监控点,难以就近引接供电。对此,地、县

级监控中心应准确评测系统设备功耗,考虑20%余量,配置延时不少于4小时的UPS电源设备可解决

可靠供电保障[7];监控站要配置稳压设备,再按相

应规范配置好UPS电源设备,前端监控点在架设通

信缆线时将电力线路一并引接,配置稳压设备,然

后再按相应规范配置好UPS电源设备。除此之外,

柴油或汽油发电机也应同步配置,若当地太阳能或风力资源较好,可以采用太阳能或风力发电来解决监控站和监控点设备供电问题。就防雷接地而言,监控中心、监控站、监控点要根据所处地域雷电活动情况,加装避雷塔,确保监控系统设备处于防雷保护半径和保护高度之内,各类设备电源线可通过防雷电源插板引接;要按照工程规范单独设计制作一个导电坑,视情加入食盐、木碳或降阻剂,作为系

统设备地线引接,确保接地电阻达到相应指标[8]。

4.4 要解决好与当地相关部门互联互通问题

考虑省(自治区)边防委员会办公室、地区(州、市)边防委员会办公室与当地公安、武警、外办等部门工作密切相关的实际,在监控中心建设规划之际,就应将上述部门作为重要的客户端进行引接。一方面使这些部门能够直接或间接获取边境管控信息,另一方面部队遇有急情也可及时通报这些部门,便于迅速展开军、警、民联动,在特定情况下能够为部队更好地遂行多样化军事任务提供保障。

4.5 要强化系统设备的维护管理

应该清醒地看到,在国家面临诸多困难的情况下,仍下大力来开展边防视频监控系统建设实属不易。相关职能部门已经在统筹抓好此项工程建设,相关科研院(所)及网络工程公司专门安排一批技术骨干,不辞辛劳到边防一线会同相关单位共同展开此项工程建设,这是国家相关部委和军队主管部门把近年来国内外信息化建设成果转化为强边固防的一项重要举措。为此,各使用单位首先要加强教育,要把边防视频监控系统设备作为手中武器一样来爱惜,要选派思想作风过硬、工作责任心强、业 务技能精的人员全程参与建设;要按照上级颁发的使用维护管理规定,切实抓好系统设备日常操作和维护管理工作。作为建设单位,在国内异常激烈的竞争对手中能够脱颖而出,有机会直接服务于边防信息化建设,应该倍感自豪,在工程建设中要吸取他人之长、补己之短,严格按照工程建设技术规范和要求,确保工程质量;要下大力为基层部队培训系统维护管理人员,确保每个站点有2至3名骨干能够熟练操作设备,能够排除常见故障;要定期到使用单位巡检维护设备,确保该系统能充分发挥其应有的政治、军事、经济和社会效益。

5 结束语

近年来,国家信息化建设发展迅速,边境防御和边防管控设施逐步完善,军、警、民通信网络不断向边境一线延伸,边防部队积累了大量网络建设、管理和应用的经验,培养并储备了一批技术人才,为全面展开信息化边防建设打下了良好的物质技术基础。从此项工程建设情况看,边防视频监控系统建设不仅是一项单纯的技术工作,它综合利用通信技术、计算机网络技术、数据储存技术、数字图像处理技术、GIS技术等,集边境防御、边防管控和部队综合管理于一体,涉及到部队、公安、武警以及地方相关职能部门。本文仅就该系统地、县级监控中心,监控站设计原则、功能设置以及建设中应把握好的几个问题等方面提出一些浅见,供相关部门在抓好下一阶段系统建设时借鉴或参考。■

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图1边防视频系统架构图

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