新版国家教育考试网上巡查系统建设解决方案.docx
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新版国家教育考试网上巡查系统建设解决方案
国家教育考试网上巡查系统建设解决方案
1前言
考试作弊，古已有之，保证考生考试结果的公平、公开、公正一直是每年的重要任务之一。
近年来，随着电子信息技术和计算机网络技术的发展，我国在视频压缩、流媒体等领域的技术水平和实际应用等方面都取得了长足的进步，在社会众多领域得到了广泛应用，为提高国家教育考试管理效能，给教育考试安全运行以充分的技术保证，教育部考试中心提出建立“国家教育考试网上巡查系统”，覆盖全国各级考试机构和考点的视频巡查网络，实现管理监督考试过程和保密室的巡查指挥。
教育考试网上巡查系统（俗称电子监考系统，以下简称系统）是指以维护教育考试安全为目的，运用视频监考技术、计算机多媒体技术、网络通讯技术和教育考试管理技术建设成的一套综合性业务应用系统，在全区县乃至全省市范围内实现互联、互通和互控的、基于音视频的考场和保密室巡查系统，该系统需严格按照《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》（以下简称规范）的要求进行设计和建设，并在此规范的指导下完成与上级平台对接。
2考试巡查系统建设现状
一、区域性部署为主，联网程度不高。
目前，国内的电子监考系统还处于小规模的建设阶段，大多以教学楼或学校为单位，初步实现了对辖区内各个教室的监考，带有明显的区域性特征，通常功能较为简单，联网程度不高，各类监考资源很难灵活共享，无法为上级机关的快速决策提供准确依据，因此在发挥对整个区域的监考能力方面显得比较薄弱。
二、系统设计千差万别，标准不统一。
由于电子监考领域长期缺乏可供遵循的权威标准，同时，系统在建设时间上不统一，导致了目前在各地的电子监考系统在技术体制、产品品牌等方面千差万别。
从前端信号的采集、传输，到中心点的交换、控制，再到后端信号的显示、存储，都在不同程度上存在一定差异。
这给图像联网和远程控制带来了很大障碍，无法充分发挥电子监考系统的最大效率。
三、模拟和数字共存，体系不清晰。
从目前各地的电子监考系统建设来看，主要存在矩阵联网和数字监考平台联网两种模式，相应的技术体系也分为模拟和数字两种。
为了图像的清晰度和流畅性，很多地方采用模拟摄像机+编码设备的方式进行编码、浏览、控制、传输。
而从便于后期调用和多用户共享考虑，图像的存储大多采用数字方式。
因此整个系统在传输、控制、存储、调用等众多环节存在数字和模拟共存的现象。
四、系统独立，应用程度较低，很难达到实战需要。
由于技术、资金、观念等诸多方面因素的制约，目前，各地电子监考系统更主要的问题是为本校电子监考而建，单纯的视频监考系统，系统相对独立，对视频资源利用挖掘不够，仅仅是实时视频监考和事后的录像查询回放，不能做到深层次应用。
五、所选品牌弱小，后期维护困难
由于资金、周期等等各种原因，各地建设时或多或少会选择一些弱小品牌来建设，这样做前期确实有一些好处，可是这样的品牌往往存活率低，两三年之后就改行或者灭亡了，导致系统在维护、扩容以及后期升级无法进行，不得不再进行二次投资，花费更多的资金和时间。
3需求分析
3.1项目需求分析
根据教育部2007年1号文件的要求，河北省积极参与了教育部考试中心的国家统一教育考试考务管理平台的一期建设。
遵照教育部考试中心制订的《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》、《国家教育考试考务管理与服务平台网络建设技术规范》、《视频会议系统建设技术规范》等标准，按照全省统一技术标准、统一管理规定、统一功能的“三统一”指导思想，河北市于2007年启动了一期建设工程，并于08年年初，通过了专家组的验收。
2008年完成来包括市级考务平台、部分区县级考务平台及高考视频监控考场的建设。
实现与国家级考务平台的互通互联。
系统总体实现网上巡查、全部保密室监控、考试应急指挥等功能。
本次要参与巡考建设的包括6个考点，共计200多个考场。
首先，国家教育考试网上系统是一套覆盖整个市各个考区各个考点学校的联网系统，因此，系统应满足如下要求：
1）必须具有强大的接入能力，以实现大规模、大范围的监考点覆盖，保证后期扩容性；
2）必须支持灵活的接入方式与组网方式，以适应各个监考点网络传输条件的差异性；
3）必须能够整合已有、分散的各类监考网络，以最大程度利用现有资源，避免重复投资，能与原有系统充分融合；
4）必须具有集中管控功能，以保证整个系统可控制、易管理。
5）必须能实现与国家教育考试中心系统的对接和图像上传。
其次，作为系统的扩展性和先进性，该系统需要完成各类应用的整合与调用，包括：
1）监考图像的录制、存储与点播；
2）传统监考系统的视频化改造；
3）与原有系统的兼容，同时系统应具有强大的兼容性。
这就要求系统必须具备灵活的扩展能力和强大的整合能力。
第三，该系统需要结合分级、分层、分权的管理机制进行图像资源的合理化调用，不同级别、不同层次的用户对图像资源的使用权限、优先次序是不同的。
这就要求系统必须支持分层组网架构，且具有灵活的用户管理能力。
第四，作为一个资源共享的平台，该系统需要保证资源的保密性、运行的稳定性，因此系统必须具备可靠、强大的安全特性。
3.2功能需求分析
该系统应能实现不同设备及系统的互联、互通、互控，实现视音频及报警信息的采集、传输/转换、显示/存储、控制；进行身份认证和权限管理，保证信息的安全；应能与报警系统联动，并提供与其他业务系统的数据接口。
主要包括：
1）实时图像点播
应能按照指定设备、指定通道进行图像的实时点播，支持点播图像的显示、缩放、抓拍和录像，支持多用户对同一图像资源的同时点播，支持IP组播技术。
2）远程控制
应能通过手动或自动操作，对前端设备的各种动作进行遥控；应能设定控制优先级，对级别高的用户请求应有相应措施保证优先响应。
3）存储和备份
监考平台的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。
系统应能存储5天以上的视音频信息，对需要长期保存的信息可配置专用存储设备备份。
4）历史图像的检索和回放
应能按照指定设备、通道、时间、报警信息等要素检索历史图像资料并回放和下载；回放应支持正常播放、快速播放、慢速播放、逐帧进退、画面暂停、图像抓拍等；支持回放图像的缩放显示。
5）报警管理
报警的接收和分发：
应能接收报警源发送过来的报警信息，根据报警处置策略将报警信息分发给相应的系统、设备进行处理。
报警源包括前端报警（探测）设备/报警子系统、监考设备的视频移动侦测输出和现有公共网络报警系统的联动输出。
报警联动：
若报警位置存在监考设备，报警发生时应能通过预设方式自动调用视频或声音信息进行报警复核，并触发录像。
系统应支持与其它多种类型报警系统进行报警联动。
报警记录：
当发生报警时，监考中心应记录报警的详细信息，如报警地址、报警所属组织、报警类型、报警时间等。
6）系统的人机交互
应具有直观、友好、简洁的人机交互界面；
应具有视频画面分割显示、信息提示等处理功能；
应能反映自身的运行情况，对正常、报警、故障等状态给出指示；
7）用户与权限管理
监考中心应具有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考中心独立执行，也可集中执行。
用户及权限管理模块应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。
监考中心的用户应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，应取得有效授权。
系统可提供对前端设备进行独占性控制的锁定及解锁功能，锁定和解锁方式可设定。
8）网络与设备管理
应能在监考管理平台范围内对系统设备、网络进行管理，收集、监测网络内的监考设备、相关服务器的运行情况；对有权限调用访问本级监考中心的用户应能进行监考。
9）网络信息安全管理
系统应具备保证信息安全的各项措施，包括身份认证、设备认证、前端设备和社会监考资源的接入安全、移动监考系统的接入和传输安全、图像信息的防篡改等。
10）日志管理
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、关闭等状态及发生时间；操作日志应能记录操作人员进入、退出系统的时间和主要操作情况。
支持日志信息的查询和报表制作等功能。
11）网络带宽
监考中心网络带宽规划设计主要应考虑前端设备接入监考中心、监考中心互联、用户终端接入监考中心和预留的网络带宽。
12）监考中心内部及监考中心间互联的IP网络性能指标
监考中心内部及监考中心间互联的网络性能指标应符合通信行业标准YD/T1171-2001中所规定的1级（交互式）或1级以上服务质量（QoS）等级。
具体指标如下：
网络时延上限值为400ms。
时延抖动上限值为50ms。
丢包率上限值为1×10-3。
13）系统图像质量
应保证图像信息的原始完整性，即在色彩还原性、图像轮廓还原性（灰度级）、事件后继性等方面均与现场场景保持最大相似性。
系统的最终显示图像应达到四级（含四级）以上图像质量等级，对于电磁环境特别恶劣的现场，图像质量应不低于三级。
高风险对象的图像存储、回放的图像分辨率应与其相对应的风险等级划分规定的要求相一致，保证目标图像质量的有效性。
经智能化处理的图像，其质量不受上述等级划分要求的限制，但对指定目标的处理，其处理前后的保留信息应保持一致。
3.3安全需求分析
根据电子监考管理需求，为确保系统内信息内容的机密性、完整性和可用性，整个系统应具有一定的安全性和保密性。
一级安全性：
物理设备安全性，主要包括网络安全性和设备安全性，网络安全性是指承载网络具有一定的防止网络攻击的防御能力和防御措施。
设备安全性是整个教育考试考务管理系统中的设备必须是经过安全技术防范检测的设备，数字设备必须具有安全保护措施（如密码保护）。
二级安全性：
在本系统中，为了保证信息来源的真实可靠，保证信息使用的合法有效，需要有一种机制来验证系统中各方的真实身份。
安全认证是电子监考系统正常运行的保证，它涉及到访问控制、身份认证、数据完整性和安全审计等过程。
在电子监考系统中，采用访问控制和身份认证保证整个系统的安全。
三级安全性：
保证数据的安全性，必须确保用户数据和图像数据的安全，用户数据由多级服务器进行分布式存储，图像数据由所在级别服务器进行存储，重要数据或案件数据采用提级存储，由上级服务器进行存储。
4系统建设原则
国家教育考试网上巡查系统建设就是要以信息技术为先导，优化整合不同科技资源，建设纵向贯通、横向集成、互联互通的信息系统，促进现场勘查与处置、物证鉴定、探测与监考等相关技术的综合应用，因此，系统的整体建设目标应该是一个数字化、网络化、智能化的平台。
所谓数字化，指利用国家规定的高效视频编解码压缩技术（如MPEG-4），可以在已有的各类数字传输网络上以非常低的带宽占用实现远距离图像传输，而且可通过与计算机技术的结合实现灵活、丰富、广泛的多媒体应用，对图像的观看可以利用计算机、监视器等各种手段。
所谓网络化，指以网络化的信号传输与控制为依托，以数字化的视频压缩、传输、存储和播放为核心，通过设立中心监考平台实现对系统内所有视频编解码器、流媒体服务器、矩阵等设备的集中管理与控制，用户仅需通过IE浏览器登录中心监考平台，即可实现全网中各个监考点的控制和图像的调用与浏览。
所谓智能化，指监考平台以网络化传输、数字化处理为基础，以各类功能与应用的整合与集成为核心，实现单纯的图像监考向报警联动、流媒体移动侦测等应用领域的广泛拓展与延伸，充分发挥科技力量，提高管理效能。
4.1建设基本原则
在建设整个系统时,我们本着技术先进、系统实用、结构合理、产品主流、低成本、低维护量作为基本原则，进行系统构架。
1）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。
2）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。
稳定性和安全性是我们最关心的问题，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。
3）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，利用现有设备和资源，综合考虑系统的建设、升级和维护费用，不盲目投入。
建设经费不足的地区，应先重点、后一般，分期投入、分期建设。
对于部分学校已有监考点位的，采取“利旧”原则，充分利用现场的资源。
4）实用性
在设备选型时，主要依据我市的实际情况结合目前我国市场上的占有率高的各类产品中选择具有最优性能价格比和扩充能力的产品。
5）规范性
控制协议、编解码协议、接口协议、视频文件格式、传输协议等应符合相关国家标准、行业标准和公安部颁布的技术规范，设计思路依据《国家教育考试网上巡查系统建设标准》。
6）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。
7）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。
8）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。
4.2设计依据和标准
本方案的设计依据但不局限于以下标准或规范：
●《安全防范工程技术规范》（GB50348－2004）
●《视频安防监考系统技术要求》（GA/T367－2001）
●《安全防范系统验收规则》（GA308－2001）
●《安全防范工程程序与要求》（GA/T75－94）
●《防盗报警控制器通用技术条件》（GB12663－90）
●《民用建筑闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198－96）
●《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94）
●《中国电器安装工程施工及验收规范》（GBJZ32－90－92）
●《信息技术客户通用电缆铺设要求》（ISO/IEC11801）
●《工业电视系统工程技术规范》（GBJ115-87）
●《视音频编解码标准——视听对象的编码（6部分）》（ISO/IEC14496）
●《工业企业扩音通信系统工程设计规程》（CECS62-94）
●《工业企业通信工程设计图形及文字符号标准》（ECS37-91）
●《广播传音电缆线路工程建设技术规范》（GY5053-94）
●《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74－2000）
●《城市地理空间框架数据标准》（CJJ103－2004）
●《国家级教育考试网上巡查系统建设标准》
●《国家教育考试网上巡查系统音视频标准技术规范》
●其它相关国标及部标，相关规定等
5系统解决方案
5.1系统整体设计
5.1.1系统总体结构
按照国家行政级别划分，考试监控指挥网络会是一个四级网络。
但在某些直辖市或省份，省市两级中心可合并为一级，成为一个四级网络，另外某些省份，省市区三级中心合并为一级，成为一个三级网络，最多五级，最少三级。
无论怎样划分，总中心、分中心、节点的总体网络架构不会改变，按照行政级别划分逐级管理的基本结构不会改变。
巡查系统包括各级监考指挥中心、标准化的考场及考点。
各级监考指挥中心、标准化的考场和考点是教育考试考务活动的环境基础。
本系统是一个集成式、多功能、综合性大型监考系统，包括图像监考与报警系统、重点要害部位监控与报警系统等独立而又互相协作的子系统，本系统不仅仅强调以上各个子系统的建设，也强调对上下级系统和相关资源的整合与集成。
虽然系统的组成非常复杂，但是从资源组合与整合的角度上可以分为四个组成部分：
各级监考中心，传输网络平台，监考资源和用户群。
如下图所示：
5.1.2校级监考指挥中心
考虑到学校实际情况及天地伟业公司在各地的建设经验，建议建设方式如下：
前端采用模拟摄像机和拾音器采集各个考场内的音视频信号，然后通过音视频线等传输介质，将各个楼层的教室内信号集中到楼层交换处统一送入就近的流媒体服务器进行编码处理，每台流媒体服务器内配置500G至2T硬盘，将前端传输过来的音视频信号进行数字化编码后，顺便进行本地存储，然后将编完码的数字化信号通过校园网网传输到总控中心，向总控中心内的SIP服务器进行报到、注册，然后由SIP服务器将本中心内下设的所有节点信息统一上传至上级监考中心。
本地的总控中心，主要负责各个教室电子监考图像资源的切换、调用、录像以及对本地所有设备的管理等功能。
在显示方面，采用2台42寸液晶电视，通过1台数字矩阵进行画面分割，每台42寸液晶电视显示6画面。
可以通过数字矩阵进行切换循环显示。
总控中心作为整个系统的信息资源的中枢核心站，起着重要作用，需要考虑大容量接入、大容量存储、实时切换控制、资源管理、图像上传等几方面的问题。
而且，总控中心既作为上级行政机构下属的分监考中心，又是整个监考系统的应急联动中转点，在上级中心出现故障时，可以替代上级中心，临时担当监考和指挥任务，保证本地内监考任务的顺利完成。
5.1.3校级监考指挥中心
校级监考指挥中心的建设做为监考系统的重点基础组成部分，从功能上包含信号采集、编码、传输、显示、存储、转发几部分。
从物理位置主要包含考场和主控制室两个部分，在考场配置相应的摄像机、拾音器、流媒体服务器、传输、控制设备等，进行教室监控信号的采集、编码和传输。
主控制室配置电视墙、SIP服务器、数字画面分割器和客户端等，实现对所有考场进行解码、监控、录像以及向上级指挥中心转发信号功能。
各个校级监考中心主要负责本校电子监考图像的切换、调用、录像、管理，整体监考系统预警方案的处理，远程指挥等。
监考中心在建设时，需要考虑系统的综合接入能力以及今后的扩容、升级能力。
首先，各个校级监考中心作为整个系统的信息资源的中枢核心站，起着重要作用，需要考虑大容量接入、存储、实时切换控制、资源管理、图像上传等几方面的问题。
其次，校级监考中心既作为上级下属分监考中心，又是整个监考系统的应急联动中转点，在区县级监考中心出现故障时，可以绕过上级中心，继续临时担当监考和指挥任务。
最后，各个校级监考中心之间的图像上传和区县级监考中心系统之间的互联互通，是整个监考系统设计需要着重考虑的，根据我们的经验，各级分控中心的级联应采取数字双级联互备份的模式，统一切换控制，数字设备（编码器、SIP）通过网络多级联网，统一管理、控制。
校级巡查系统监考中心系统结构图
每个学校配置一台符合教育部标准的SIP服务器，完成考点及各级控制中心的互联互通，以及图像上联教育部。
校内信号通过SIP服务器传输到区县、市、教育部。
考点对外转发的考场监控数量取决于学校网络出口的上行带宽和教室编码设备的码率设置。
基本上要求每个考点往区县上传1—4路信号，往市中心上传1路信号，往教育部上传1路信号。
但是有的学校网络出口的上行带宽很窄，具体的上传考场数量和带宽根据实际情况决定。
可以的上传路数=网络上行带宽/考场编码码率
5.1.4系统特色
（A）实现巡查系统无缝集成
在国家标准的指导下，采用SIP网关、流媒体、RTP/RTCP等先进技术，实现各个巡查系统间的无缝集成，对监控与巡查系统的前端和后端设备进行全面有效的管理，能将系统内部、子系统之间、系统与系统之间有机地连成一体，构建成统一的网络多媒体综合巡考信息服务平台。
（B）支持各类TCP/IP网络
系统的运行基于全球通用的TCP/IP协议,超越传统，沟通无限,无论在世界任何地方，只要能够以足够的网络带宽接入互联网，就可以流畅地观察现场情况。
系统支持各类运行在TCP/IP协议上的网络系统：
1．局域网和广域网；
2．电路交换、报文交换和分组交换网；
3．双绞线、同轴电缆、光纤及无线网；
4．PSTN、ISDN、X.25、XDSL、DDN、ATM、帧中继、光纤、微波、无线扩频、GSM及VAST等多种网络。
（C）模块化结构
模块化组件也称之为软件构件化（SoftwareComponent）,这种技术的出现彻底改变了软件生产方式，从根本上提高软件生产的效率和质量，提高开发大型软件系统的成功率。
同时也为用户提供了量身定做、灵活配置、便于扩展的最佳选择。
采用模块化组件的结构搭建的巡考系统的特点是：
系统构建方便、系统配置灵活、系统可靠性高。
（D）多级架构
监控巡查系统中监控系统管理服务器采用了分布式、多服务器构架。
按业务类型可将系统中的服务器分为：
B/S服务器、C/S服务器和数据服务器三种类型，各种类型的服务器既可分布在同一区域也可以分布在不同区域，它们之间通过网络有机地结合在一起,使系统具有故障切换、冗余备份、全网统一关键数据等功能，从而系统的稳定性和可靠性得到极大提高。
系统采用多级化、目录化、帐户化的管理体系，提供建立大型的和超大型巡查系统的平台和技术手段。
（E）录像可两级存储备份
采用流媒体方式实现，支持录像两级存储：
流媒体本地一次存储录像，管理中心增设录像存储服务器之后，可以实现录像二次存储备份，保证重要资料重要文件实现多次存储，有效提高抗风险能力。
而且流媒体方式实现录像对系统网络压力小，有效避免了网络风险。
5.2系统存储方案
各校级中心存储要求：
1）要求监考的数据库在纪录图像信息的同时，还应纪录与图像信息相关的检索信息，包括设备、通道、时间、报警信息等；
2）应能存储7×8录像；
3）图像存储设备满足采用MPEG-4的视频编码格式进行图像存储；
4）具有足够的扩展空间，图像数据应保证具有（704*576）以上的图像分辨率；
5）应考虑对录像文件的防篡改或完整性检查措施；
6）支持按图像来源、纪录时间、报警事件类别等多种方式对存储的图像数据进行检索，支持多用户同时并发访问同一数据源；
7）支持图像纪录、网络回放的双工、双码流或多码流模式。
根据我公司多地建设经验，本项目存储方式选择分布式存储方式：
分布式存储：
所有的前端音视频采集设备将信号送入流媒体服务器进行标准化编码时，在流媒体服务器里配置硬盘，直接进行本地化存储，然后再将标准格式的数据流上传。
各个流媒体存储自己所接入的摄像资源的数据，上级监考中心需要数据时直接向各个流媒体调用。
该方案的优势是成本少、方便，对网络环境压力小，几乎不影响网络带宽。
模拟视频信号通过数字视频压缩技术转换为MPEG4格式的码流，
对应单路D1、Half-D1、CIF格式产生的录像文件信息如下：
格式
1小时录像
单路24小时录像
16路小时录像文件
1T能录天数
D1
600M
24*600M=14400M=14G
15*24*600M=216000M=216G
1T/216=4.6天
Half-D1
400M
24*400M=9600M=9G
15*24*400M=144000M=144G
1T/144=6.9天
CIF
200M
24*200M=4800M=5G
15*24*200M=72000M=72G
1T/72=13.9天
因此，每台流媒体配置一块1T的硬盘能满足要求的7×8小时录像时间。
6电子监考管理平台
管理平台是整个电子监考系统的核心，无论系统采用什么样的设备，呈现给用户的最终是具体的监考、报警、录像回放和管理、维护的功能和界面。
管理平台通过对设备、用户、信息资源的管理维护，以及与其它系统的集成
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