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监狱安防系统的建设规划探讨

本文从当前监狱安防系统建设所面临的一系列问题出发,分析了当前监狱安防实际需求和现况,以及如何从系统规划部分解决监狱安防系统改造过程中遇到的问题,为当前监狱安防建设所面临的瓶颈提供了建设性的意见...
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  监狱是关押和改造犯罪人员的场所,对在押犯人行为的监控是保障监狱安全必不可少的管理手段。监狱的安防系统是提高监狱物防、技防水平的重要工具,它对于监督犯人的改造、防范监狱内突发事件的发生都起到了不可替代的作用。但到目前为止,监狱的安防系统,尤其是视频监控系统还停留在比较落后的水平,各种安防系统之间没有联动机制,采用模数结合视频监控系统,视频图像分辨率较低,采用CIF或2CIF等。随着监狱各级管理机关对监狱安防信息化建设的重视,以及安防新技术的出现,大量新建或改造监狱开始启动安防信息化系统新一轮建设。

  监狱安防系统建设现状

  监狱作为视频监控的典型应用场所,对监控系统的应用是最早的行业之一。但由于建设时间较早,监狱的安防系统整体比较落后,主要体现在四个方面。

  第一,安防系统之间无法联动,不能承担综合安防指挥的职能。监狱安防系统建设内容包括视频监控、周界防范、门禁控制、应急报警、电子巡更、对讲监听、公共广播等,但是各个安防子系统与视频监控系统无法联动,各个系统之间处于信息孤岛状态,无法承担应急指挥功能。

  第二,监控点数量少、图像分辨率低。监狱作为国家的刑罚执行机关,是一个高度敏感、高度安全的重要场所,要求对犯人的一举一动严密监控,一个中等规模的监狱的点位设计要求达到1000点以上,但是大部分监狱当前监控点数量偏少,每个监舍只有一个监控点,或者只在重刑犯所住的监舍部署监控点,不能达到无死角监控要求。采用CIF或2CIF的分辨率,图像的分辨率也无法达到清晰度要求。

  第三,安防系统架构落后,当前大部分监狱采用的是DVR与矩阵配合的模数接合系统。监控录像通过DVR存储,通过矩阵切换查看实况。系统架构陈旧,模数结合的系统无法平滑扩展,并且在录像存储的可靠性、系统的管理维护、应急指挥功能上都有很大不足。

  第四,监控录像存储采用DVR前端存储,录像安全性不足。早期监狱部署了大量DVR产品,一方面,DVR设备本身不支持RAID的保护,如果某一块磁盘故障,整块盘上的录像内容无法恢复。另一方面,DVR堆放在监狱的分监控中心或值班室,分控中心并没有一个标准的机房环境,由于环境恶劣造成DVR故障率居高不下。再者,DVR部署在前端位置,值班人员可以随意接触到录像存储设备,若破坏DVR存储内容,也是轻而易举。最后,DVR全部采用传统文件方式存储,如果某个不负责任的值班人员把硬盘携带外出,就可以使用通用的媒体播放软件回放硬盘上的录像,完全没有安全性可言。

  监狱综合安防指挥平台建设

  监狱的安防系统建设内容包括视频监控、周界防范、门禁控制、应急报警、电子巡更、对讲监听、公共广播等,但是各个安防子系统与视频监控系统无法联动,各个系统之间处于信息孤岛状态,集成度很差。

  如果从各个系统集成程度划分,可以分为四个阶段:原始阶段、初级阶段、中级阶段、高级阶段。原始阶段:信息孤岛,各个安防系统之间完全独立,依靠严格的预案制度,人为协调各个子系统工作;初级阶段:安防联动,安防系统内部的视频监控与其他子系统相互联动,属于联动的松耦合阶段;中级阶段:安防集成,安防系统内部的视频监控、门禁、周界、报警等集成,叠加各种增值应用,协同联动效率高,实施部署灵活方便。高级阶段的特点:信息集成,监狱信息化狱政系统与安防系统整合,形成信息资源相互渗透,数据虚拟化存储,随需调度模块化资源(视频、报警、干警管理、犯人管理等)。从全国的监狱的现状来看,70%以上处于原始阶段,各个系统处于信息孤岛状态,无法集成应用。

  新建或改造监狱规划时,都会考虑建设安防综合平台,实现应急指挥业务功能。主要包括:第一,安防系统的集成,主要对视频监控、周界防范、门禁控制、电子巡更、紧急报警、人员定位等集成,与消防、广播、对讲、手机屏蔽系统进行联动。在一个综合安防集成平台上实现统一的调度、统一管理,以及布撤防设置;第二,报警管理,通过管理平台实现报警管理,对报警的类型进行分级设置,一般报警直接在监狱分控中心就处理了,重要报警要上送到监狱总控中心处理,而对于严重报警或者犯人越狱、人员伤害,要把报警信息继续传递到省监狱管理局的监控平台;第三,预案联动,预案联动是指由管理人员事先编制的联动工作序列,当特定事件源时,按照预案所设定的条件和序列进行运动,一般与应急管理系统中的预案进行关联,进行调度控制。或者通过安装在前端的专用联动控制器直接处理报警设备或其它设备所发出的事件源,达到快速响应的目的,可用于安全系数较高的场合,可以与预案联动进行备份。[nextpage]

  监狱安防系统架构的选择

  监狱安防系统中,视频监控系统的建设是重中之重,视频监控系统架构选择不当,就会严重影响系统运行的稳定性和可靠性,影响监狱的安防业务;监控录像存储的可靠性不足,就会影响关键录像的回放,影响重大事件追溯和证据查询,而这两方面的问题并不是个案,在很多监狱普遍存在。

  目前,监狱安防系统的架构主要有三种:DVR+矩阵的模数接合系统、IP流媒体架构系统、IP全交换架构系统。

  DVR+矩阵结合的系统

  DVR+矩阵结合的系统,通过DVR实现监控录像存储、通过矩阵实现实时图像的切换、通过矩阵级联实现总控中心和分控中心的两级级联。模数结合的视频监控系统存在诸多问题。

  1. 管理维护问题。矩阵作为实时查看设备,起到控制、切换作用,DVR作为数字存储设备。两套系统之间没有相互控制、统一管理的机制,并且也不能同时控制前端摄像机,仅仅是两套系统的组合。数字系统和模拟系统无法通过一套平台实现统一管理,再加上视频分配器、光端机等辅助设备,让系统的管理变得更加的复杂。对于一百多路的小规模系统,这种方式是可以接受的,但是对于上千路的监狱安防系统,模数结合系统就显得力不从心了。如何实现对每一个监控设备的运行状态监测,实现故障定位、故障排查是一个至关重要的问题。

  2. 矩阵级联问题。在监狱视频监控系统中采用的是“指挥中心-分控中心-值班室”三级联网模式,矩阵在级联过程中产生了以下问题:由于信号衰减导致图像传输到上级部门时质量下降,上下级之间容易形成控制冲突,无法获取其他同级区域的图像,在突发情况下无法实现对周边情况的全方位了解等问题。

  3. 视频存储问题。在模数结合的视频监控系统中采用DVR作为存储介质,但是DVR没有采用RAID、不支持硬盘热插拔,使得DVR难以为监狱视频监控的事后取证提供高可靠性、稳定性的存储系统。同时由于视频文件分散在不同设备上,难以形成统一管理和视频数据综合利用,例如图像分析等应用。

  4. 平滑扩容的问题。对于模数结合的系统,从前端到后端经历模拟摄像头、发送光端机和接收光端机(可选)视频分配器,一路送到DVR编码存储,一路送到矩阵。如何监控点位从100路扩展到500路,从500路到1000路,系统如何平滑扩容而不破坏核心架构成为一个安防选择的重要指标。

  流媒体架构系统

  IP流媒体架构系统,监控录像通过专用的存储服务器写入IP-SAN,通过流媒体服务器实现实况图像的分发,录像存储、实况分发都要经过服务器完成。存储服务器和流媒体分发服务器无疑成为一个性能瓶颈,带来系统运行稳定性的隐患,一旦服务器运行故障,监控录像不能存储、实况图像无法分发,严重影响监狱的安防业务。IP流媒体架构系统在监狱特定场景下的应用,也存在的诸多问题。1. 转发的可靠性问题。所有的码流通过流媒体服务器分发,每个流媒体或存储服务器仅负责固定数量的媒体流处理,其中一台服务器故障,其负责转发的媒体流丢失。

  2. 服务器的性能瓶颈。经过严格的性能测试,对于D1分辨率的图像,流媒体服务器/存储服务器仅能支撑80到100路左右,若是高清720P/1080P图像,性能更低,仅能支撑40路左右,对于监控规模动辄上千路的系统而言,服务器的成本增加,更重要的是也相应造成了大量服务器的管理维护的成本。

  3. 录像存储的可靠性问题。所有的码流经过存储服务器写入到IP-SAN设备,同样会带来存储的可靠性不足,存储服务器的瓶颈问题;存储服务器故障之后,造成的直接后果就是录像数据的丢失,无法为后续取证做出有力支撑;尤其是随着系统的规模逐步扩大,需要扩容磁盘阵列,需要扩容存储服务器,需要重新设置存储业务,带来很多故障点。

  IP全交换架构系统

  IP全交换架构系统,通过端到端的IP-SAN存储,通过监狱的安防承载网络的组播技术实现实况图像的分发,中间环节不经过媒体服务器,也不经过存储服务器,没有性能的瓶颈,系统更加安全可靠。更重要的是监狱是物理区域封闭、监控点位集中的环境,IP全交换架构更适合在这种物理环境下的应用。[nextpage]

  模数结合的监控系统基于上述提到的问题,在新建或改造监狱中基本不再考虑。IP流媒体架构的监控系统,实况转发和录像存储需要使用大量的服务器,由于服务器性能瓶颈以及可靠性问题,在监狱行业的应用也不具备优势。很多监狱最终还是考虑了IP全交换视频监控系统。整个系统采用两台服务器,满足监狱最大5000路以上的监控,两台服务器各司其职,视频管理服务器负责信令的处理、数据管理服务器负责录像存储的管理。

  整个监控系统的录像采用IP-SAN集中存储,存储设备集中存放在监狱指挥中心机房,IP-SAN存储设备具备RAID冗余保护功能。

  前端编码设备根据具体的点位设计要求灵活选择,对于监舍、厂房、禁闭楼、接见楼、医院、食堂等室内位置采用标清高密度编码设备或者IP网络摄像机,而对于监狱的周界、道路、室外空旷场所采用高清IP网络摄像机设备。

  采用IP全交换视频监控系统可以解决上述模数结合系统和IP流媒体系统的所有问题和隐患,并具备很多贴合监狱需求的功能。

  系统架构先进可靠:IP全交换监控解决方案采用前端编码,总控中心集中存储,从前端编码设备直接写入后端的IP-SAN存储设备,中间不经过存储服务器,存储技术先进,录像内容可靠;实时视频监控采用组播分发技术,经过网络设备组播发送,解决了媒体服务器的性能瓶颈及可靠性问题,满足更多人稳定观看的需求。

  系统平滑扩容能力:IP全交换监控解决方案,控制流与媒体流分离,从当前的几百个监控点扩展到监狱整体规划的几千个监控点,监控中心核心架构不会改变,监控中心平台不需升级,系统的扩展性强。相对于模数结合的监控系统,每次监控规模的扩充就是从前到后的全部改造,扩容很不方便。

  录像视频快速回放:IP全交换监控解决方案将iSCSI块存储的存储方式引入监控中,从而有效的解决了媒体服务器引入的存储的性能、可靠性以及检索效率的问题,可以实现秒级回放要求。比起传统的文件存储方式,在存储的效率,查找的方便性上都有突破性创新,真正满足监狱的应急指挥要求。

  系统的统一设备管理:IP全交换监控解决方案,编解码设备、存储、平台支持统一网管,任何设备的故障会第一时间在管理平台上提示,提高了系统维护的方便性。

  比起模数结合的监控方案,能够彻底解决矩阵+DVR的模数结合系统中光端机、矩阵、视频分配器、DVR设备等多种异构设备不可管理问题,简化操作,降低管理人员的维护工作量。

  监狱建设图像分辨率的选择

  高清的图像质量很清晰,但监狱是否需要全部采用高清系统?这要具体情况具体分析:监狱的监控点位主要就是两类,一类是公共场所、周界等室外位置的监控,一类是大量的监舍内部监控。监舍一般是10平米左右的区域,所以监控点距离监控目标(犯人)不会超过10米。这与城市安防监控有显然的区别,城市安防监控的监控头一般要监视100米以上的监控范围。

  所以,高清监控在监狱的应用一直处于理性、平稳的发展状态。因为高清监控的应用,不仅要求图像分辨率是高清的,同时编码带宽增大、存储空间增大、媒体流量增加,对网络传输产品、存储产品的成本要求都要成比例上升。

  综合成本和技术因素,一个完整的监狱在规划视频监控时,一般会在周界、室外、公共场所采用高清分辨率的产品。而在监舍、食堂、医院、厂房等室内位置,主要以D1分辨率为主:第一,监控范围比较小,监控目标的距离非常近,一个10平米的小房间放置了2、3个摄像头, D1已经能够完全满足要求。第二,监狱的值班干警对于管辖的犯人都非常熟悉,一般看到犯人的轮廓就可以判断出是哪个人。所以从性价比考虑,监舍内部以及非重点区域采用D1,而不是高清分辨率的图像。

  监控的点位设计上也充分考虑到无死角监控的要求,在监舍部署2-3个监控点,楼道、走廊、监区入口等位置部署监控点;在室外的公共区域,比如放风操场、监狱园区走道也有要部署高清监控点,在习艺楼、医院、食堂、禁闭室、接见楼等位置部署监控点。在周界每个50-100米部署高清监控点。所以总体而言,比起以前100多个监控点的设计,现在的监狱规划基本都达到上千点的要求。

  结语

  监狱安防信息化的发展,有三个明显的趋势,一个就是建设安防综合应急平台,实现应急联动,资源共享;第二个就是采用越来越清晰的图像质量,从之前的CIF、2CIF,到现在的D1、720P和1080P;第三个趋势就是监控点位数量逐步增加,实现无死角、全覆盖应用,之前的模数结合系统无法很好的满足系统的扩容需求,所以更多考虑IP全交换的监控系统。最终,通过更开放的综合平台、更清晰的图像质量、更可靠的系统架构,打造出监狱的铜墙铁壁。

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