面向“智慧城市”应用整体解决方案

正如图1所示，城市历经古代、近代、现代城市，逐渐发展成未来城市，目前正处于产业革命以后产生的现代城市逐渐转移到智慧城市的阶段，在这一过程中技术和基础设施逐渐得以进化，并构建尖端未来城市所必需的尖端智能型城市的基础环境。

中国改革开放三十年来，城市化进程十分迅猛，城市人口从1978年的1.72亿（约占总人口的19%）发展到2009年的6.22亿（约占总人口的47%）。根据预测，到2020年，中国将有一半人口居住在城市，2050年将有75%人口居住在城市。快速的城市化进程一方面给中国经济发展做出了重要贡献，另一方面城市在各个领域也面临着发展的瓶颈：环境、基础设施建设、生活质量、人口问题、公共安全、公共服务等进一步制约了经济增长。

随着经济发展要求的提高，扩大内需成为我国经济社会发展的战略基点，是有效应对国际金融危机的根本举措，是加快转变经济发展方式的基本要求和首要任务，是保持经济长期平稳较快发展的必由之路。十中更是明确提出了，城镇化建设是国家发展战略，要实现产业支撑、人居环境、社会保障、生活方式的转变，实现由乡到城市转变，提升城市水平、促进大中小城市和小城镇协调发展。

在这种情况下，智慧城市建设既是一种为解决城市制约、又能够提供经济转型的新的发展模式。智慧城市通过物联网技术、云技术等新一代信息技术，为提升城市管理者提供城市方方面面信息的感知能力、信息的分析和处理能力，从而搭建起一套高效运转的智慧城市综合运行平台（见图2），进一步为城市提供有针对性的新服务和新应用，提高城市的公共安全管理能力，提升应急响应速度，为城市中的居民提供更好的民生服务。

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“智慧城市”建设的总体架构

在现有城市中，已经运行了很多的系统，譬如治安、卡口监控、交通监控、GIS地图、110/120/119接处警、水文监测系统等等，这些系统在数据采集，分析处理，合理决策方面起到了非常重要的作用，但是，我们依然发现，在经过系统扩容，升级改造等向科技要生产力的过程中，还是很难单方面解决城市面临的复杂问题。譬如，交通问题，通过大规模增加道路里程和增加电子警察抓拍系统后，拥堵问题依然是城市交通的头等大事，而且任重道远。

智慧城市系统，就是需要整合城市已有的各个系统，进行横向和纵向整合，同单位进行上下级级联，不同部门之间进行数据共享和调用。把相关系统收集的数据进行统一管理，通过模型算法进行智能分析和分布式数据存储，形成城市共享数据中心，并且以服务的方式提供数据的查询、搜索等标准接口。

智慧城市系统，需要在原有系统的基础上，增加对传感物联的投入，形成种类多样的数据收集渠道，全面感知城市各方面相关信息。智慧城市系统展现给城市管理者的是，城市的方方面面信息，以GIS作为信息的载体，展现城市管理沙盘，为城市的治安管理、应急指挥，科学调度服务。

图3是系统架构图，逻辑上分为感知层、资源云、接口层和应用业务共4层。

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“智慧城市”建设的关键技术

2.1信息感知技术

这里的感知是更为广泛的一个概念。具体来说，它是指更为广泛的感知、测量、采集和传递信息的设备或系统。通过使用这些设备，从室内温度、湿度、烟雾到是路面车辆信息、城市交通状况等任何信息都可以被快速获取并进行分析，便于立即采取应对措施和进行长期规划。

目前常见的信息可分为结构化数据和非结构化数据，典型的如RFID为典型的结构化数据，而视频作为一种最为直观的感知方式实质上是非结构化的数据，需要进行信息再处理，结构化以后才能为智慧城市所用。目前，视频在城市中大量应用，如平安城市中的高清视频监控、高清卡口，电子警察、人脸抓拍系统等。

2.2数据云存储

智慧城市应用的数据存在着数据量大、数据修改操作不频繁、数据类型多样化的特点，特别是视频图像信息库的建设，视频、图片、音频、文本等半结构化和非结构化数据大量存在，用传统的关系型结构化数据库已经很难适应当前和以后的建设和快速查询。

大华云存储平台，借鉴当前互联网应用技术，特别是如facebook、google等的NOSQL相关技术，通过云存储平台的整合运算，系统提供存储资源的统一管理和使用。

云存储平台提供统一调用接口，以存储池的方式展现给系统外部和第三方程序。支持负载均衡算法，平台存储中的单点和多点故障不会影响系统的整体运行和安全，平台扩容简单。

2.3智能集群分析和云计算

城市规模数据增长到一定程度后，通过人为方式进行处理，已经是杯水车薪了，只有通过集成智能算法和模式匹配等计算，才能更好的发挥数据的效果。譬如，视频监控，按普通人观看16路画面，20～30分钟后，人就会疲劳，效果就会直线下降。

智能算法处理，消耗的计算时间和资源一般都比较大，像视频图像浓缩、摘要等技术，目前业界单台计算机也只能处理4路左右，而城市一般的监控点都在几千乃至上万路以上，需要大量的服务器进行计算。云计算平台对系统计算能力做整体规划和管理，形成计算池，以弹性方式提交运算能力。智能算法在云计算资源的前提下，通过对视频图像场景、语义特征等进行建模和模式匹配，分任务完成计算业务提交。智能计算在后成，当业务不忙时，可以腾出计算能力分配给其他任务，满足资源共享。

云计算平台采用MAPREDUCE分布式架构，集成负载均衡算法，提供计算能力和弹性任务提交。单点故障不影响平台整体稳定。

大华在视频监控系统建设中，结合了云计算平台能力，特别是视频图像信息库建设，通过浓缩、摘要等智能算法，从海量原始视频中分析出有价值线索，按照特征、标记等进行分类和归档。

2.4统一分派、调度接口

资源云以统一分派、调用接口提供服务和能力，外部应用通过接口获取相关能力集，如搜索可疑特征库，搜索特征案件，请求视频流等等。接口以SDK或者webservice等方式提供，可以按需提供业务能力集，以适应商业化操作和购买。

2.5服务应用和业务扩展

智慧城市应用展现了城市的各个概况，包括治安、道路交通、水文信息、气象信息、危险品管理等等。智慧城市的建设，就是在大数据、大计算能力的前提下，把城市感知的信息通过合理、科学的模型展现出来，以城市沙盘的方式展现给城市管理者，方便决策。

各种应用开展，需要数据的整合和标准的统一，这是进行云计算的前提。譬如，视频方面，需要规范视频的标准码流格式，需要进行同构异构平台的对接，在这方面，需要不同的行业做出相应的努力。目前，视频方便的标准化已经取得了可喜的成绩，特别是国标GB/T 28181的出台。

2.6信息处理技术

“更全面的互联互通”是智慧城市另外一个基本特征与要求。这里的互联互通是指将遍布整个城市的各类“感知”设备收集和储存的分散的信息及数据连接起来，进行交互和多方共享。从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而彻底地改变了整个世界的运作方式。

要实现“更全面的互联互通”，意味着大量的运算资源将以一种小型化、分布式的方式嵌入各类设备中去，从而形成各类具备采集、运算、传输等能力的移动、互联终端设备，这些设备再通过传输网络，把现场采集到数据传输到后端。

在这个过程中，我们看到运用嵌入式技术开发的嵌入式设备，能够很好的满足设备的小型化、多功能化、低功耗等技术要求。采用嵌入式NVR、DVR、车载DVR、PVR等设备作为整个系统的底层接入网关，完成对现场模拟高清视频、网络高清视频、SDI高清视频各类视频信号和温度数据、烟雾、报警等各类传感器采集信息的汇聚、分析、上传，以此实现“智慧城市”感知层数据的互联互通。

2.7视频数据结构化技术

为了从“看的见”升级至“看的懂”，对视频数据的结构化是非常必要的。对视频数据的智能化处理是智慧城市另外一个特征与要求。为达到视频智能化就需要有大量的视频原型素材进行建模、算法的自主学习，需要对提取算法进行不断的优化，排除干扰，这就要求使用最新的技术来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便获得最佳的处理结果。

视频智能技术发展到今天，经历了几个阶段，大华的智能技术主要应用在视频行为分析、车牌识别、视频诊断、智能检索、人数统计、图像复原、人脸识别等几个领域。视频与图像的数据量非常大，它包含有大量的趋势性、经验性、模糊性的信息，目前大华股份已经通过积累的海量视频素材对识别算法进行了几轮的升级，目前在相关项目应用中的分析结果得到了业主的认可。

3 面向“智慧城市”的可视化解决方案构建

智慧城市安防的管理目标已经可明确为对人、车、物的管理，管理的层级和方向也可以划分为三个阶段，首先是城市级视频监控报警平台的建立，其核心是安全保障。第二层级是城市应急通信指挥体系的建设，其核心是预防和响应，第三层级是物联的城市、数字的城市、智慧的城市，其核心是为人服务。大华智慧城市可视化解决方案（见图4）的构建主要包括以下几个方面：车辆、道路、重要场所、能源、执法等。

大华股份在近几年的发展中，参与了大量的平安城市建设项目，并逐步根据公安业务需求，开发出多种应用解决方案，满足城市管理日益复杂化要求，其中“平安宁波”正是大规模模数结合方案的典型。

宁波平安城市项目六区五县市共计20000个监控点和11个二级分平台，采用典型的模数结合方式，建立了从派出所、分局到市局的三级监控模式。在派出所建立分控中心，前端模拟图像采用光端机传输至各派出所分控中心进行汇聚，图像经视频分配器一分为二后分别送入硬盘录像机和视频矩阵，实现图像的上墙显示和实时存储。在分局建立监控中心，建设管理平台。分局和派出所之间采用矩阵级联，上级单位通过矩阵级联调用切换下辖各派出所监控点的实时图像。分局也可以通过网络调用下辖各派出所的图像。在分局建立管理平台与市局级联，市局可通过级联平台，调看各派出所、分局的监控点录像。

3.1城市车辆管理

城市车辆管理系统（见图5）重点包括城市内公交车辆、出租车辆、长途运输车辆，监测其运行状态、位置实时信息，通过信息数据收集分析，来实现调度、应急指挥等功能。车辆管理可以实现对车辆运行状态的数据采集和位置信息的采集，及车辆运行时车内、外的环境情况数据记录。数据上传至综合管理平台，进行数据分析，可以通过这些数据进行城市道路情况分析、城市公共交通调度、重大突发事件应对等应用。

3.2城市重要场所管理

在城市重要场所监测（见图6）中视频图像提供了重要建筑和城市核心设备的直观状态情况和环境信息，是最主要的信息获取手段和监控手段；通过对重要建筑和城市核心设备相关视频的智能分析，可产生的趋势预警，比如对各类的入侵检测告警，建筑物周围可疑人员的徘徊检测以及人员聚集检测等；在视频智能分析结果超过警戒值时，即可触发相关的报警信息到监控中心，提醒相关人员进行处理，同时可以上报到相关的部门通知预警。

通过使用综合感知设备，可以对建筑物的传感器感应信息进行汇集，如振动感应，温度感应，烟雾感应等，在各类感应信息触发后，即可汇集，综合相关的信息统一上报到监控中心，比如将告警点周围的视频图像调出，通知出入口管理系统，上报上级管理系统封锁建筑物周围交通路口等等：通过对人员值班监测信息的记录，保证重点防护设备和建筑物随时有人员进行监管，避免出现管理和监控漏洞。

3.3城市能源管理

针对城市能源中储油储气站监测、加油加气站监测、危险品车的管理（见图7），可实现出入口的智能控制，比如通过车牌识别结果联动，RFID车辆出入管理等：在紧急情况时，对出入口进行告警联动下的紧急控制，强制关闭或开放某些出入口，进入紧急情况处置程序；视频智能分析产生的趋势预警，比如入侵检测：传感器感应信息，如温度信息，压力信息，静电报警信息。

3.4城市道路管理

车辆在城市中不仅仅是交通工具，城市生活离不开车辆，它是承载人们城市生活的重要组成部分。无论是从城市管理角度、公共服务角度还是从公共安全角度来说，都非常有必要对城市车辆进行数据采集，然后进行数据挖掘、分析与应用。“智慧城市”对车辆信息的采集与应用，提出了更高的要求。

如图8所示，路面控制站用摄像、微波和各种传感器技术，通过高清视频智能分析技术可以实现人流、车流、车型的统计，同时采集各种道路综合信息，各种控制信号：按照不同时段不同费率收费、获知实时交通流量、获知车辆违章信息。

利用智能交通各种模型及算法，可以为交通管理部门和人员及时、准确地提供交通信息，从而使交通管理控制系统有效地适应各种交通状况，在相对宏观的高度合理疏导或调配运力。可以为管理者和出行者随时提供各种交通信息，帮助道路使用者合理选择行车路线，避开交通拥挤，减少交通事故，从而极大增强了路网系统的有效使用潜力和通行能力，提高了整个交通系统的机动性、便利性、安全性和舒适性，整个交通系统的运输效率和经济效益随之增加。同时降低了交通系统对环境的负面影响。

3.5城市移动执法管理

传统的固定点位的布控，往往仅局限于局部的物理位置，而城市人、车、物是不断运动的，公共安全的需求也更加复杂，仅有固定点位的布控往往无法做到全方位的覆盖，因此就需要通过移动点位更加灵活的布控方式来满足城市多样化的公共安全的需求。如图9所示，移动车载执法系统与单兵执法系统，是对固定点位有效的补充，另外通过这类便携式移动设备，还能够更加直观地了解到城市的警力部署情况，为接出警策略、突发事件处理策略等上层应用提供更好的数据支撑。

4 “智慧”在城市治安中的应用

4.1“大海捞针”

视频监控系统，包括传统视频和卡口，已经作为公安机关事后录像、图片取证的重要手段之一。如何更进一步发挥视频图像监控系统的作用，能够短时间找到有价值线索，目前业界普遍认同视频图像信息库的建设。通过信息库的建设，大范围建立可疑库和特征文字描述，方便图片搜索以及以图搜图等功能。

4.2警务巡逻

在执行重要安保工作时，按照执勤线路把相关视频、卡口等监控资源和安保信息、警务信息进行统一管理，形成执勤预案。当巡逻车经过视频监控点时，指挥中心可以实时收看到画面和地图上的位置，可以进行移动监控和双向对讲，当发生意外时，可以进行预案处理和挂图指挥等。

4.3智能交通

智能交通，在传统的电警违法抓拍的基础上，实现非现场处罚与六合一平台对接，实现道路拥堵状态查询和交通诱导，必要的时候，可以通过红绿灯进行应急交通指挥。未来，智能交通将在城市交通建模的基础上，实现交通信息的透明和科学引导，大大减少城市拥堵和事故。

5 运维管理

智能运维系统作为智慧城市系统的运维解决方案，能够及时有效发现系统中存在的风险和问题，为客户提供运营监控、故障定位、扩容建议等信息。

运维系统需要支持SNMP统一网管协议，可以描述出系统的网络拓扑和详细信息。可以管理系统内的视频设备、服务状态、网络设备，资源云信息等并提供具有智慧城市特点的运维管理业务，在视频方面，如支持运行信息的收集统计、设备录像巡检、中心录像巡检、故障设备批量升级等功能。

大华股份面向“智慧城市”的应用解决方案，通过更加“智慧”的感知方式，更加及时地了解城市突发事件，更加及时地部署资源以做出响应，更好地进行监控预防犯罪，通过运用智能化技术分析数据更好地为上层业务应用服务。智慧的城市将是整个世界的大势所趋，这需要每家公司、每个人的共同参与和协力合作，需要我们共画蓝图，各展所长，不断进取与创新。