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许运清 何进波
自20世纪中后期开始，CCTV（Closed Circuit Television）闭路监控系统逐渐在人们的日常生活中得到应用，系统由三个基本功能组成：采集、传输、存储和回放（通常情况下存储和回放功能是由同一个设备实现的），如图1所示。
图1 典型的闭路监控系统结构模型
20世纪末，随着电子技术在安防行业的应用和发展，报警设备的引入为监控系统带来了革命性的变化，它将各种可能触发报警的事件进行分类，针对不同的事件类别采用不同的触发器（又称传感器或探测设备），一旦有可能触发报警的事件发生，触发器会主动向接警主机（通常安装在监控中心或值班人员值守地点）发出报警信号，以声、光警报等方式通知值班人员进行干预。由于报警事件的发生时间是完全不确定的、随机的，因此，将此工作方式称为事件驱动（Event-Driven）方式，监控系统的结构也随之发生了变化，如图2所示。
图2 具有事件驱动机制的视频监控系统
在图2所示视频监控系统结构中，由于采用了事件驱动机制，大大降低了值守人员的劳动强度，提高了系统对事件的响应速度和自动化程度，具备了安全防范系统（Security & Protection System）的基本特征，通常人们称之为传统的安全防范系统或模拟式安全防范系统。
在21世纪开始的十几年间，计算机及网络技术取得了飞速的发展，同时也带动了安防行业技术与产品的发展，普通的模拟设备也逐步被集成度更高的数字式网络化设备所取代，尤其在摄像机产品中，网络摄像机的应用使高清视频监控成为可能，形成了如图3所示的网络化安全防范系统结构。
图3 网络架构安全防范系统（SPS）结构
将图2和图3所示的系统结构进行对比，可以得到两种系统分别具有如下的优缺点：
1．整套系统不需要软件的支撑，完全是电信号的传输，响应速度快；
2．视频实时度好，无迟延；
3．视频、报警信号采用独立的通道，一个设备的故障不会影响另一个设备的正常工作；
4．监控中心的核心控制设备为矩阵主机，可靠性、稳定性都非常高。
1．布线较复杂，施工成本高；
2．前端采用模拟摄像机，图像质量与网络摄像机相比有较大差距；
3．录像回放画质与网络摄像机的相比有较大差距；
4．存储设备所占用的空间较大，功耗大，不利于节能。
1．系统中所有数据采用网络传输，布线施工简单、成本低，特别是采用POE供电方式，系统的布线施工优势是模拟摄像机无法相比的；
2．采用网络摄像机，可以很容易地实现标清、高清甚至更高的视频分辨率；
3．录像回放画质清晰；
4．系统中不论是视频、音频还是报警信号，都是数字化的，便于外扩接口进行后期处理，系统的可扩展性好。
1．由于网络传输部分带宽的影响，当需要多路视频实时浏览时，画面的实时度将下降，出现延迟现象；
2．前端摄像机和监控中心管理平台不论是采用嵌入式系统还是采用基于PC架构的Windows系统，都因其集成的功能多而存在可靠性方面的隐患；
3．网络化安全防范系统的建设成本较模拟式安全防范系统高了许多。
从以上的对比可知，模拟式安全防范系统与网络化安全防范系统各有优势，但是，它们在运行和使用过程中具有一些相同的特点，这些相同点主要体现在系统的应用层面。
1．两系统设备和架构不同，但监控值班人员所做的工作都完全一样，一是监控实时画面；二是回放录像；三是根据报警提示进行人工干预。
2．不论是模拟系统还是网络化系统，在实时监控和录像回放这两个环节，依靠的是值班人员的双眼来完成。
3．两系统存在的缺陷相同，举一个技防工作管理者经常遇到的案例。
在监控视频区域内，嫌疑人堂而皇之地拿走了别人的手机、笔记本电脑或钱包，或者仅用几秒打开一辆自行车的车锁，然后若无其事地离开现场。之后，通过查看监控录像，摄像机清晰、完整地记录了嫌疑人作案的全过程。在这种情况下，监控设备变成了录像设备。
这个案例说明了一个问题，现在的嫌疑人心理素质非常之好，他心里清楚，你看得见我，未必就知道我是坏人，所以，他们才敢在摄像机的监控区域内作案。在此种情况下，“防范漏洞”就出现在“监控覆盖区”内，我们投入几十万元、上百万元甚至上千万元建设的监控设备形同虚设。
4．现有安防系统中，越来越多的监控画面给值班工作人员带来了劳动强度的增加，在实时监控防范方面，不仅没有突破性的进展，反而暴露出现有视频监控存在的防范漏洞，如图4所示，从视频监控这个环节来讲，我们仍处于“人防”的状态，并没有真正发挥出“技防”的特色来。
图4 设备数量与值班人员监控能力关系图
现有安全防范系统已经具备了数字化、网络化的特点，具有很强的功能扩展能力，那么更新型的、下一代安全防范系统（New Generation Security & Protection System）就需要克服以上的弊端，引入智能化功能，使系统的可靠性、实用性、稳定性、先进性进一步得到提升，将值班人员从高强度的劳动中解放出来，让机器成为工作的核心，而人是监督、指挥机器工作的，实现真正意义上的“人防”向“技防”阶段的过渡。
下一代安全防范系统New Generation Security & Protection System（NGSPS）具有的特性：
在对图3系统优缺点的分析中，提到了在功能上高集成度的设备会导致系统可靠性的隐患增加，举一个工程实例来说明这一点，如图5所示，是某安防工程公司为某高校设计的两级安全防范系统的结构。
图5 某安防工程公司设计的两级安全防范系统实例
对图5所示系统结构进行简单分析，可知该结构具有最主要的两个特点：
1．结构简单，建设成本低；
2．系统的可靠性较低，在整个系统，分监控室的硬盘录像机成为最核心的设备，一旦硬盘录像机出现故障无法工作，将导致整个安防监控系统的瘫痪。
因此，我们说，在安全防范系统设计中，采取简化系统结构来降低建设成本的方法是不可取的，将导致系统存在严重的可靠性隐患，在必要的情况下，细化系统结构甚至进行冗余设计可以有效地提高系统的可靠性。
对于安全防范系统而言，核心的功能只是实时监控、录像回放、报警提示，其他附加功能的实现，都可看作是系统的功能扩展，但不是所有的功能都是必须提供给用户的，也就是说工程商恰好实现了用户所需要的全部功能，做到真正的量身订制，这才是真正的实用性的体现。
稳定性也是评价系统工程质量的一个重要方面，系统应该能够对外加的干扰有较强的抵抗能力，并且当系统中某一设备发生故障或工作异常时，系统应该能够立即向值班人员发出提示信息，因此，新一代安全防范系统要具有设备运行状态监测和自我诊断功能（Self-Diagnostics），特别是某些关键部件，设备还要有运行状态的自动恢复功能。
新一代安全防范系统的先进性主要体现在应用功能创新方面，如图6所示，智能分析、自动化处理将被大量地加以运用，其目的就是用计算机取代值班人员进行自动化监控工作，值班人员所需要做的事情是：设定参数、监督检查计算机运行状态、对计算机输出的备选结果进行分析、进行决策。
图6 新一代安全防范系统监控中心功能结构模型
1．存储控制服务器集群：可将视频录像分为故障、报警、人工控制、移动侦测等不同方式进行分类，并设置标志位存入信息管理服务器数据库中，为视频数据在IP-SAN中分配存储空间，将视频数据遵照iSCSI协议标准进行打包后发送到IP-SAN存储系统，进行存储。
2．信息管理服务器：用于存储用户对录像方案的设定参数以及录像信息标识等，为视频播放服务器提供回放录像时的检索依据，根据用户发起的回放要求，快速定位相应视频数据块在IP-SAN中的存储位置，将视频数据块的起始位置索引值发送给视频播放服务器。
3．视频播放服务器集群：为远程网络用户提供服务，对远程用户进行身份验证，将用户提交的视频播放任务进行解析，获取信息管理服务器返回的视频数据块在IP-SAN中的起始地址后，通过iSCSI协议指令读取IP-SAN存储系统中的视频数据，进行回放。在本系统中，具有秒级视频回放功能，视频回放效果接近于实时图像，取代了传统的流媒体服务器。
4．智能检索服务器：根据设定的参数，自动完成在IP-SAN中的图像检索，并根据用户定义的可信度标准自动排序可能满足要求的检索结果，并将检索结果显示给用户，供用户进行分析和决策。
5．协作服务服务器：该服务器提供了远程协作服务能力，对已授权的远程用户，可以完成视频图像的分布式检索服务和远程视频播放服务，对流窜作案的嫌疑人进行取证和防控提供了支持。流窜作案是目前治安案件的显著特征，每一个孤立的安全防范系统不能满足高质量的安全防范工作需要，因此，依靠现有网络化安全防范系统的基础架构可以容易地升级为下一代安全防范系统，使各高校、事业单位，甚至包括政府部门、企业的内部安全防范系统成为全社会这个大平台中的一个信息处理结节，完全发挥出现在硬件资源的潜力。
6．IP-SAN存储系统：是所有视频信息的存储空间，支持标准的iSCSI协议。
7．系统自诊及警情处理服务器：对系统中重要的设备运行状态进行监测，并根据信息管理服务器设定的报警信息处理逻辑进行报警信息的分析与处理，当监测到设备运行状态异常或有警情发生时，以声、光、电子报警方式通知值班人员或特定用户进行干预。警情信号可以是标准的开关量信号也可以是数字信号，还可以是基于传感器技术的危险预警系统的软件消息，系统的可扩展性、适应性较现有安全防范系统有很大提升。
8．自动监控服务器集群：根据用户设定的监控逻辑，自动完成监控值班工作，内嵌人脸识别、车牌号码识别、行为模式识别等智能分析功能，一旦计算机监控到画面的状态与设定的逻辑不相符时，即发出提示信息，由值班人员干预，将值班人员从枯燥而繁重的视频监控工作中解放出来。
图6所示的下一代安全防范系统监控中心功能结构模型中共包括了八大组成部分，系统的核心虽然是针对第三小节中所提及的视频监控和录像回放的问题而设计的，但是由于整个安全防范系统是以网络架构为基础的，因此，网络带宽也是影响系统性的一个重要因素。
在图6所示的系统功能结构模型中的每一部分都具有网络接口，各服务器构建成千兆以太网络，保证网络带宽，并且在视频存储、视频播放和自动监控三个网络负载高的部分，采用集群服务方式，以满足网络带宽要求。
由智能检索服务器承担，根据用户设定的参数进行录像回放，可以将回放画面设定为普通回放、快速回放、慢速回放，也可以设定为没有画面显示的自动检索式回放，基本上实现了录像的检索不再是靠值班人员的双眼，而由计算机自动完成，值班人员只需从计算机检索后的结果中进行筛选即可。由于人的眼睛所具有的视觉暂留效应，通常视觉暂留时间为1/24秒，因此，在人工查看录像回放时，如果要将画面细节看得足够清楚，就不可能将视频回放得太快。而计算机自动检索画面是对数据的处理，不存在人眼的视觉暂留问题，可以将画面检索的效率大大提高。
由自动监控服务器承担，在现有安全防范系统中，不论是DVR（Digital Video Recorder，数字视频录像机）还是NVR（Network Video Recorder，网络视频录像机）都具有移动帧测录像功能，在自动监控服务器中对移动帧测算法进行了升级，采用更为复杂的动态画面智能分析算法对视频图像进行动态监测，当监控到违反了所设定的监控逻辑时，立即向值班人员发出报警提示，请求人工干预，在很大程度上降低了人工进行视频监控的劳动强度。
下一代安全防范系统（New Generation Security & Protection System）结构中包含的部分功能已经在北京高校的若干个安防工程中得到应用，诸如人脸识别、车牌号码识别、基于传感器技术的危险预警系统等，都在安全管理工作中发挥了十分重要的作用，我相信，当其他更加智能化的功能，如智能检索、自动监控功能等，在安全防范系统中得到应用的时候，会使安全防范工作的管理水平和效果迈上一个新的台阶。
（作者单位：北京化工大学）