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汉宜高速联网方案70611提交用户
湖北省高速公路监控管理系统（汉宜高速段）
初步设计方案
（征求意见稿）
2007年6月
湖北省高速公路监控管理系统（汉宜高速段）
设计方案
1.项目概述
1.1项目背景
“湖北省高速公路监控管理系统”是按照省委、省政府关于加强省电子政务应用系统建设，增强政务公开，为社会公共服务的总体要求，经省政府同意，确定为省政府电子政务一期应用系统的建设，并以“省电子政务一期工程应用系统建设任务书”（鄂电子政务【2006】1号文）下达给交通厅，要求在2006年12月底完成，2007年完善。
“湖北省高速公路监控管理系统”通过采集高速公路重要路段、隧道、特大桥梁和收费站的实时图像，为各级领导和公众提供图像和数据信息服务。
在省电子政务办、交通厅的指导及相关部门的大力支持下，于2006年12月初步完成了一期工程应用系统建设任务，并在交通部、省政府及交通厅的门户网站上为各级领导及社会公众提供了京珠高速沿线的实时图像信息。
根据交通厅的要求，2007年4月又完成了湖北省高速公路监控管理系统（汉十高速公路段）的建设任务，并上网发布汉十高速的实时图像信息。
根据省交通厅的要求，拟对汉宜高速公路现有的监控图像资源进行整合，在不影响汉宜高速正常的经营工作及现有监控系统正常使用的前提下，通过技术手段，实现图像信息资源共享，将汉宜高速公路沿线收费站广场的图像上传到湖北省高速公路监控管理系统，向各级领导及社会公众提供汉宜高速公路的实时图像，树立湖北交通的良好形象。
为此，编制本建议方案，为汉宜公司领导决策提供参考。
1.2项目建设意义
汉宜高速公路是湖北交通流量最大的公路之一，地处东西和南北交通的汇集地、全省经济最活跃地区——江汉平原，区域优势非常明显。
随着汉宜高速公路业务的快速发展，客观上要求对汉宜高速公路为社会公众提供更优、更广的服务，因此，用先进的通信、计算机网络技术对汉宜高速公路进行视频联网监控建设具有重大的意义。
同时，汉宜高速公路的视频图像也是湖北省高速公路监控管理系统的重要组成部分。
1.2.1该系统整合汉宜高速公路视频信息，在实现汉宜高速公路视频信息资源共享的基础上，为公众提供实时汉宜高速公路视频直播，也是交通厅贯彻落实省政府加强电子政务建设，实施“为民便民、服务创新、政务公开、公众参与”重要举措的积极探索和实践。
同时，系统的建设在一定程度上可强化汉宜高速公路对公众服务的能力，有助于提高汉宜高速公路信息化程度及管理水平。
1.2.2通过该系统，汉宜高速公路各级领导通过上网可以随时了解路况信息，提高对事故和意外情况的反应和处理速度，增强汉宜高速公路应急反应能力。
1.3项目建设目标
湖北省高速公路监控管理系统（汉宜高速段）的建设目标是在不影响汉宜高速原有监控系统正常运行的前提下，对汉宜高速公路现有的监控系统资源进行整合，实现信息共享，在服务于汉宜高速公路各级管理人员的同时，为各级领导及广大社会公众提供视频直播服务。
1.4设计依据
系统设计主要依据：
1.4.1《湖北省电子政务应用系统项目方案（湖北省高速公路监控管理系统）》以及《关于省电子政务一期工程应用系统项目方案的批复》；
1.4.2《省电子政务网门户应用系统展示风格规范》；
1.4.3《湖北省电子政务建设总体设计及实施方案（概要）》（湖政府，
2004年11月）；
1.4.4《省高速公路监控管理系统迁移和整合方案》以及《关于省电子政务一期工程应用系统迁移整合方案的批复》；
1.4.5《湖北省电子政务网一期工程接入规范》；
1.4.6GA/T367-2001《视频安防监控系统技术要求》等等
1.5设计原则
本设计方案综合考虑汉宜高速公路视频监控系统现状，力求最大限度保护现有投资，方便改造施工、工作人员操作及运行维护等，并为今后的发展扩充升级留有余地。
方案的设计遵循如下原则：
1.5.1先进性
在尽量采用具有国际先进水平的技术和产品的同时，又考虑汉宜高速公路视频监控系统建设的实际情况和技术标准化程度，选择技术成熟、性能稳定、技术性能和质量指标达到国际领先水平的产品和技术解决方案。
1.5.2开放性
以现有成熟的产品为对象设计，尽量采用符合国际标准的产品，具有标准的网络通讯接口，可以很好的融入到IP网络中，实现远程控制；同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，使系统具有良好的信息交换能力和兼容能力，对用户提供充分的维护扩充能力，同时有较强的应变能力以适应网络环境的变化。
1.5.3稳定性
系统的设计应具有较高的稳定性和可靠性，从系统结构、技术措施、软硬件平台等方面综合考虑，确保系统具有较高的性能；在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统具有一整套成熟的系统管理策略，可以保证系统的运行安全，具有最低的故障率。
1.5.4可扩充性
系统设计中考虑到今后技术发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的可能。
根据实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中留有冗余，以满足今后的发展要求。
1.5.5最大限度保护现有投资的设计原则
目前，汉宜高速公路已建成了全线的视频监控系统，为保护原有投资，本系统不对现有监控系统的整体结构进行改动，在充分利用现有系统硬件设备的基础上进行系统的建设，力求节约成本，最大限度保护现有系统的资源。
1.6设备选型原则
设备的选型不仅应从近阶段的实际出发，同时也要考虑到将来系统的扩充及和其它现有设备的集成，为此设备选型时遵循如下原则:
1.6.1智能化
在基于智能化设备的基础上，形成结构化网络系统。
利用智能设备的独特交换技术，合理分配网络负载，最大限度发挥网络的整体效率。
1.6.2开放性
为保证系统的可扩充行，系统应具有开放性，尽可能实现互操作性，可移植性，并符合相关的国际标准或工业标准。
1.6.3标准化
从长远的目标看，视频监控管理系统就是在信息交流、决策支持、管理等各个环节中，既能满足当前可实现的技术，又能适应今后新技术的引进、开发和推广，应建立一个尽可能由开放式标准化软硬件设备组成的系统平台。
1.6.4可靠性
设计合理的容错系统，充分考虑整个系统各部分的容错性能和系统性价比，安排在重要部位采用相应的容错技术，以使故障的影响尽可能小，而系统容错性增大，故障恢复时间缩短。
2.建设现状与需求分析
2.1汉宜高速公路视频监控系统建设现状
汉宜高速公路由武汉市至宜昌市,全长约278公里，全线共建有13个收费站。
各个收费站均建有监控室，各收费站广场、车道、费亭的模拟视频图像通过视频光端机传到本收费站的监控室进行集中监控。
汉宜高速公路在仙桃建有监控分中心，实现对汉宜高速公路全线各收费站的统一监控管理。
每个收费站均使用MPEG-2视频编解码器上传2路视频图像至监控中心，实现各个收费站与监控分中心的级联监控，收费站和监控分中心使用矩阵切换控制主机实现对视频图像切换控制操作。
2.2需要解决的关键技术问题
为了汉宜高速公路在监控、通信系统方面的原有资金投入，在保持汉宜高速公路现有的视频监控系统结构和使用功能不变的情况下，要实现对汉宜高速公路的视频联网的需要，必须解决如下技术问题：
2.2.1对汉宜高速公路原有的视频监控系统的设备兼容问题，包括硬件接口兼容、控制协议的兼容。
2.2.2对收费广场摄像机的多级控制指令冲突问题。
为避免出现汉宜高速公路收费站、监控中心、网络终端用户对同一个收费广场摄像机进行控制时，出现控制指令冲突而导致不可控的现象发生，系统必须解决多级控制指令冲突问题。
2.2.3在保证汉宜高速公路现有的监控、通信系统正常运行的前提下，提高联网改造后系统运行的安全性、稳定性、可操作性、视频图像传输实时性和图像的高品质性。
2.3需求分析
湖北省高速公路监控管理系统（汉宜高速段）的建设应满足如下需求：
2.3.1支持IP网络技术
湖北省高速公路监控管理系统（汉宜高速段）运行在计算机网络的基础上，要求整个网络系统应具有良好的网络性能，支持数据和视频信息等的传输和处理，满足数据、视频信息采集、传输、分析处理、视频信息共享的需要。
要求视频传输具有较强网络兼容性，基于TCP/IP、UDP/IP协议进行视频传输，可以跨越网关及路由，支持有线、无线组网技术，适应各种网络环境，从而对任何有IP网络连通的任何地方都可以实现监控。
2.3.2支持多播（Multicast）技术
多播技术可以在占用一条视频流带宽的情况下，为多个用户提供实时视频数据，非常适合于多个用户同时监视或建立多个分控中心的系统。
通过多播（Multicast）、单播（SingleCast）及服务器多播（ArchiverMulticast）的组合应用，可以适合各种网络环境。
2.3.3支持模块化结构设计
系统软件与硬件采用模块化结构进行设计。
硬件的模块化可以使得任何一个设备发生故障都不会影响到系统运行，软件的模块化则可以根据不同用户权限配置不同的功能模块。
系统可以方便进行扩展、移植、维护升级等。
2.3.4支持数字化视频流加密技术
系统应支持数字化视频流加密技术，保证了汉宜高速公路的实时视频数据在网络上传输的安全性。
2.3.5支持远程管理功能
支持远程登录，可以通过网络进行远程配置，可通过系统管理平台远程对设备的参数进行配置，设备运行信息亦可以日志文件的形式存储在中心数据库中，便于远程诊断设备故障。
2.3.6支持软、硬件同时解码显示
应支持软、硬件同时对视频流进行解码显示，可以很好地兼容数字（显示器、背投、大屏幕）设备与模拟监视设备（监视器），从而以适应今后方便地建立集中监控中心与多个分散的分控中心的建设，实现软硬结合，实时性、可靠性与灵活性、实用性并存等功能。
2.3.7支持IE浏览
由于IE浏览器为广大用户熟悉和熟练掌握，具有零客户端维护升级、很小的培训量等优点，因此，系统应支持IE浏览器方式，用户可以直接通过IE浏览器登录系统，通过直接点击某个设备以查看视频图像或控制摄像机，实现对视频的查看和控制操作。
2.3.8支持用户分级授权管理
针对目前行政管理的实际情况，系统应实现对于不同级别的用户进行分级授权管理的功能，对监控图像的控制权应遵循：
对于不同级别的用户同时进行控制时，权限级别高的用户优先；相同权限级级的用户，申请控制权请求发出时间早的用户优先。
2.3.9支持电子地图功能
系统应支持电子地图，可以将各个摄像机位置映射在电子地图上，当用户点击电子地图上的摄像机图标时，该摄像机图像自动弹出。
3.设计方案
为了充分保护现有的投资，在保留汉宜高速公路现有的监控系统软硬件的情况下，充分利用现有的监控系统、通信系统资源，实现数字化视频联网，建议在汉宜高速公路13个收费站中，主线收费站选择2路收费广场的视频图像进行数字化视频联网，各支线收费站站选择1路收费广场的视频图像进行数字化视频联网。
另外，对于本系统中使用设备的供电及安装，应接入到各收费站及监控分中心的UPS电源系统，并安装在设备机柜中，保障系统的安全性和稳定性。
3.1系统功能描述
3.1.1用户使用功能
本系统在用户操作层面主要实现如下功能：
●对收费广场视频监控信号实现实时查看和控制功能。
●利用互联网快捷地搭建虚拟办公室，实现移动办公功能。
通过和互联网连接，使领导在家及出差在外期间，经过认证和授权后快捷地搭建虚拟办公环境，在便携电脑上可以实现对汉宜高速公路全线收费广场的视频图像进行查看、控制操作功能，实现移动办公。
●将汉宜高速公路重点收费广场视频监控图像发布到互联网上，为社会公众提供在线视频查询功能。
3.1.2系统管理功能
在系统管理方面具有较强的系统管理功能，主要有：
●实现根据业务分工，为不同的用户分配不同的权限，各级用户操作控制拥有授权的视频监控信号。
控制优先权：
遵循“优先级高的用户对视频监控信号的有强制优先控制权，级别相同的用户按控制申请信号发出时间的早晚排列优先顺序”的准则。
用户类型和分组设置：
将用户进行分类和分组进行设置，实现不同用户对不同的视频监控信号不同的查看控制权。
●系统具有分级保密功能，不同级别的管理人员分配不同的权限，进入功能不同的系统，对系统进行功能不同的操作。
●提供强大的日志管理功能，可记录下用户对系统所做的所有操作，便于查询历史操作。
提供便捷的设备管理功能，可对方便的设备实现配置管理，从而降低系统维护运行成本。
●系统图形化中文界面，基于支持B/S架构，用户无需安装任何客户端软件，方便系统的实施，降低使用者操作难度，使客户端到达“零维护”，降低培训和系统维护运行成本。
●提供软件和硬件同时解码，可以适应各种类型的图像监视设备（如计算机、背投、监视器、电视墙等）。
3.1.3系统信息安全管理功能
采用数据加密、CA认证技术、设备接入认证等多种方法相结合，全方位保证系统信息的安全性，主要采用如下安全机制：
客户端程序安全机制：
客户端程序与平台服务进行通信，采用高加密认证技术，用户登录服务器必须使用USBKEY硬件身份标识（可以不用），并要求用户名密码，具有极高的身份认证级别及通信数据不可更改性。
设备安全机制：
IP网络视频传输主机采用CA证书技术进行通信身份认证和数据加密。
应用程序必须提供正确的CA证书才能与IP网络视频传输主机进行安全通信。
设备接入认证机制：
IP网络视频传输主机具有128位UUID身份标识。
设备网关服务只允许在系统中注册的设备接入系统。
3.2传输线路选择
目前，汉宜高速公路的各个收费站均通过SDH传输网络与监控中心建立了网络连接，本系统用于数字化视频图像传输的线路，可充分利用汉宜高速公路现有的网络资源，建议从原有的收费站至监控分中心图像传输网中划出1M带宽供本系统使用。
从汉宜高速监控分中心到全力联网收费中心的传输线路可利用现有的SDH传输线路，或由交通厅统一协调，从SDH主干通信网分配一部分传输带宽供本系统使用。
从全力联网收费中心到省交通厅的传输线路，可利用目前现有的千兆光纤专网传输。
3.3网络规划
本设计方案建议对系统的IP地址进行统一规划。
IP地址分配遵循如下原则：
3.3.1唯一性：
网络系统中的一个IP地址是唯一的；
3.3.2连续性：
同一网络区域分配连续的网络地址，同时提高路由器寻径效率性；
3.3.3可扩充性：
预留一定的备用地址，以便网络节点增加后能保持地址的连续性；
3.3.4可管理性：
地址分配应有层次性，某个局部的变动不影响网络的其他部分；
3.3.5可汇聚性：
网络地址的分配应有利于路由表的汇聚；为今后的网络扩展提供足够高的灵活性。
3.4系统方案设计
湖北省高速公路监控管理系统（汉宜高速段）主要由五部分组成，即视频数字化接入系统、二级控制系统、视频监控联网管理系统平台、终端用户系统、网络传输系统。
3.4.1视频数字化接入系统
视频数字化接入系统的核心设备是IP网络视频传输主机，根据汉宜高速公路现有模拟视频监控系统的实际情况,在汉宜高速13个收费站中，每个主线收费站安装2台IP网络视频传输主机，每个支线收费站安装1台IP网络视频传输主机。
通过IP网络视频传输主机与高速公路收费站广场快球的视频信号及控制信号进行连接，由该设备完成模拟视频信号的数字化，并且采用MPEG-4的压缩技术将视频、控制信号进行混合压缩，打包成符合IEEE802.3标准的IP数据包等工作，并且通过IP网络视频传输主机提供的标准RJ-45接口与网络交换机进行连接，直接通过汉宜高速公路现有的网络进行数字化视频数据的传输。
IP网络视频传输主机采用的MPEG-4的压缩技术,可在较低的网络带宽下传输高质量的视频图像，并且该设备的网络带宽可以随时根据需要进行调节。
同时，IP网络视频传输主机支持视频组播技术，可以在多人同时监看同一路视频图像时，只占用一条网络带宽，因此，大大降低了对网络资源的占用。
3.4.2二级控制系统
本系统是在完全不改变汉宜高速公路原有模拟视频监控系统结构的基础上建设，要求既要不影响原系统的使用，又要保证实现本系统的各项功能，因此存在如何解决在汉宜高速本地监控人员和远程终端用户同时对某个前端摄像机进行控制时，控制冲突的问题。
本系统设计采用专用的控制码混合设备，该设备不但可以兼容多种控制协议，完成不同协议转换功能，并可以有效的实现两个控制指令同时对一个被控摄像机进行控制时的指令调度功能，该设备可以设置控制指令的优先级，确保发生控制信号冲突时，优先级高的指令可以被优先执行，如果出现同级别的两条控制指令发生冲突，控制码混合设备会根据时间的先后顺序进行处理，使先发出的控制指令有效，屏蔽后发出的控制指令，避免发生前端被控摄像机同时接收到两条控制指令，产生误码而导致前端被控摄像机不可控的现象出现。
通过采用专用控制码混合设备来实现对二级控制的管理，使汉宜高速公路各收费站、监控管理中心的监控人员和使用本系统的网络终端用户都可以实现对汉宜高速公路收费站广场摄像机的云台镜头控制功能，并保证了在二级控制出现冲突时，可控摄像机能被正常控制，为系统的控制功能稳定提供了有力的保障。
3.4.3视频监控联网管理系统平台
本系统采用了分布式结构，在交通厅办公网内有视频联网管理主服务器群，在汉宜高速监控分中心安装设备管理服务器并安装设备管理服务系统软件。
系统软件采用模块式设计结构，主要由数据库服务模块、设备管理服务模块、流媒体转发服务模块及录像管理服务模块等几个主要的服务模块组成。
该系统管理软件的模块式结构使其具有较强的分布式服务管理功能，各个服务模块软件可以任意组合安装，各个功能模块独立运行，系统功能不受影响。
视频监控联网管理系统平台由视频联网监控管理、视频图像管理、系统管理、信息安全管理、电子地图服务、移动虚拟办公室及移动监控（分）中心等七个子系统组成。
各个子系统功能相对独立，各自完成相应的系统管理工作。
七个子系统的系统功能及相互的协调工作都是由软件的几个主要的服务模块来实现的。
●数据库服务模块：
系统提供系统数据调用和系统数据存储服务两大服务功能。
数据库服务模块为视频联网管理系统提供强大的系统数据调用支持，协调视频监控联网管理系统软件的各个功能模块保持系统数据的一致性，并为各个功能模块提供共享数据服务。
同时，数据库服务模块还负责存储、维护汉宜高速公路监控管理系统的所有系统数据信息，这些系统数据包括有系统中所有设备的配置参数、用户帐号、密码及操作权限信息、系统的设备分组信息、系统的日志文件等一系列系统数据。
●设备管理服务模块主要用来对整个系统中所有的IP网络视频传输主机进行集中管理。
设备管理服务模块的主要有设备连接管理、视频流转发管理两个方面的功能。
在设备连接管理方面，设备管理服务模块会检测系统中的设备，根据设备的序列号信息检验设备的合法性，只有拥有正确的序列号信息的设备才能正常联入高速公路视频监控系统。
对于正常联入系统中的设备，设备管理服务模块会实时监测系统中所有的设备与视频监控联网管理服务器的连接状态，通过定期发送的握手信号维持设备与服务器的正常连接，一旦某台设备因意外情况断开了连接（如：
设备断电、网络中断），设备管理服务模块会及时更新该设备的连接状态，并向系统管理员发出报警信息。
此外，设备管理服务模块还具有视频流转发管理的功能，系统中的IP网络视频传输主机支持单播、组播两种通信方式，当IP网络视频传输主机采用组播的通信方式时，设备会直接将视频数据发送给终端用户，而无需由设备管理服务模块进行视频流转发。
如果系统有加强对视频数据传输的统一管理的需要，可让IP网络视频传输主机采用单播的通信方式，由设备单播发送视频数据给视频监控联网管理服务器的设备管理服务模块，由设备管理服务模块再统一进行视频数据的组播转发。
这样，所有数字化视频数据的组播通信由一个集中的平台来完成，加强了可管理性，可以对优化网络结构起到积极的作用。
设备管理服务模块在进行视频流的转发时，可设置视频组播数据的路由跨越跳数（TransTTL值），对视频组播数据的网络传输路由起到了有效的管理。
●流媒体服务模块：
要实现视频流的广域网转发功能，当广域网上拥有授权的终端用户向系统发出视频监控请求时，由流媒体服务模块会向该终端用户转发视频流，流媒体服务模块进行视频流的转发可以保证视频数据可以在广域网上经历多次路由转换后正确的传输到广域网上的终端用户，以实现广域网终端用户的远程监控功能。
另外，流媒体服务模块可以指定转发到广域网上的视频流的最大网络带宽，还可以对流媒体服务模块可同时转发的视频流的数量进行限制，系统管理员可以根据实际的网络带宽情况，灵活的设置各种参数，对广域网上的终端用户的远程监控请求起到了有效的管理，避免出现无法对转发到广域网视频数据进行有效的控制，导致大量视频数据上传到广域网，占用了广域网全部带宽的问题，为保持湖北省高速公路专网通信的稳定畅通提供了有力的保证。
●录像管理服务模块：
要用来实现对系统录像计划、录像数据的存储管理功能。
录像管理服务器为系统提供强大的录像计划管理功能，系统管理员可以根据用户对于视频录像的实际需求，灵活的设置、修改各种录像参数。
录像管理服务器可以指定录像数据的存储路径，还可以根据用户在实际应用中的需求，灵活的设置录像的最大保存时间，超过了保存时间的历史录像资料，会被录像管理服务模块自动删除，以节省硬盘空间。
另外，录像管理服务器支持分布式功能，用户可根据系统的实际结构，设置多个录像管理服务器，将录像资料分别存储到不同的服务器上。
既可以减小大量的录像数据对服务器存储容量的要求，同时，将录像数据分开存储，不但实现了实时录像数据在传输网络上的分流，也极大的提高了录像数据的安全性。
3.4.4终端用户系统
终端用户可直接通过计算机IE浏览器登录系统，在实时监控界面中实时浏览汉宜速公路全线各收费站广场快球的视频图像，拥有授权的终端用户还可在实时监控界面中实现对收费站广场快球的远程控制功能，实时控制广场快球的上、下、左、右转动以及图像的放大缩小操作。
终端用户操作平台界面采用电子地图形式设计，界面非常直观，通过直接点击视频图像的名称就可调出视频图像。
界面的布局也充分考虑了人的操作习惯，使用起来十分方便。
系统支持多个用户同时访问任意一个监控点的视频图像，真正实现分布式管理的高效性和科学性。
3.4.5网络传输系统
通过3.2传输线路选择现有的专网进行数字化视频图像的传输，系统重点解决了以下三个方面的问题，一是保证视频数据跨越了专网的多级网络交换设备，正确的传输给各个网络终端用户。
二是在专网上尽量使用较低的带宽传输高质量的数字化视频，避免过多的占用专网的带宽资源，对专网上正常的网络通信造成影响。
三是在多个终端用户并发浏览同一视频图像时，如何解决大量视频数据对网络带宽的占用。
系统中采用的IP网络视频传输主机在进行数字化视频数据的传输时，系统的视频监控联网管理服务器会自动给IP网络视频传输主机发出控制指令，指示IP网络视频解码器传输的数字化视频数据的目的地址，IP网络视频传输主机会根据视频监控联网管理服务器控制指令的指示，跨越专网上的多级网络交换设备，将数字化视频数据以组播方式完整、准确的传输给各个终端用户。
IP网络视频传输主机采用了MPEG-4的硬件压缩芯片，该压缩芯片可以对数字化视频图像进行高效压缩，使其在使用较低的网络带宽的情况下，可以传输较高质量的数字化视频图像。
因此，IP网络视频传输主机满足了在现有的专网上，只占用较低的带宽传输较高质量的数字视频图像的要求。
此外，IP网络视频传输主机支持视频组播、流媒体技术，使得多人在同时实时监控同一路视频图像时，与一个人实时监控同一路视频图像所占用的网络带宽相同，这也有效的解决了在多个终端用户并发浏览同一视频图像时，视频数据对网络带宽的占用问题。
系统利用现有的专网进行数字化视频图像的传输，在确保
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