“智慧濕地”視頻監控傳輸系統設計與實現

張麗 張石巖 劉淑凡 谷山

（河南省信息咨詢設計研究有限公司 河南省鄭州市 450008）

1 項目建設背景

“智慧濕地”視頻監控建設立足滿足濕地的治理、保護生態環境、服務民生等需要，規劃建設一套標準統一、系統開放、高清為主、資源共享、前端類型多樣化、業務智能化、應用具體化的監測體系。

該濕地保護區呈帶狀東西走向，長約150km，南北跨度約23km。通過監控系統建設實施，能對濕地保護區范圍內進行24 小時全天候不間斷無障礙監控，通過使用動態視頻監測系統功能，加強保護區生態環境監測，為保護區提供集視頻監控、生態氣象測報、智能巡護和對鳥類等野生動物監測的自然保護區綜合管理視頻監控系統，達到對保護區資源有效管理。

光纜網是綜合承載所有業務的基礎資源，本文結合1 個濕地管理中心節點、3 個分中心節點、OLT 節點、光交節點、末端業務接入節點等分布統一進行規劃，設計并實現該濕地保護區視頻監控傳輸系統建設。

2 需求分析

2.1 前端監控點的傳輸鏈路需求

監控系統的前端采集設備接入運營商鏈路，單路視頻按卡口視頻4M 碼流，重載云臺視頻6M 碼流，全景拼接視頻16M 碼流進行計算，同時考慮鏈路冗余，運營商為前端智能感知設備提供的接入帶寬不低于50M/路。

2.2 濕地管理中心與本市政務云平臺之間傳輸鏈路需求

該濕地智慧管理平臺是智慧林業、智慧城市的組成部分，該平臺系統可通過本市大數據交換平臺對監測數據進行共享交換使用。

為了選擇合適的網絡鏈路，需要對鏈路所需帶寬進行合理評估，根據數據流的走向，計算出帶寬需求。在進行帶寬計算時，需要遵循合理的計算公式，具體如下所示：

所需鏈路總帶寬=預覽所需帶寬+回放所需帶寬+非視頻數據傳輸所需帶寬

預覽所需帶寬=（預覽視頻路數×單路視頻預覽流量）/鏈路帶寬利用率

回放所需帶寬=（回放視頻路數×單路視頻回放流量）/鏈路帶寬利用率

（1）預覽所需帶寬=（預覽視頻路數×單路視頻預覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設300 路視頻監控鏈路，并發預覽數按照的50%計算，即有150 路預覽信號，則：預覽所需帶寬=（150*16）/0.7=3429M

（2）回放所需帶寬=（回放視頻路數×單路視頻預覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設300 路視頻監控鏈路，并發回放數按照的30%計算，即有90 路預覽信號，則：預覽所需帶寬=（90*16）/0.7=2057M

（3）非視頻數據帶寬需求中，檢測分析業務所需帶寬100K，內部管理類所需帶寬50K

則：非視頻數據帶寬=（100+50）/0.7=0.2M

濕地管理中心至政府政務云之間，需要5.49G 帶寬需求。

2.3 濕地管理中心與互聯網傳輸鏈路需求

根據智慧管理平臺互聯網的業務需求，以及業務模型帶寬經驗值對本次互聯網業務帶寬進行測算：

（1）互聯網瀏覽帶寬需求500KB，同時有40%用戶在瀏覽；

（2）移動端瀏覽帶寬需求500KB,同時有30%用戶在瀏覽；

（3）在線申報帶寬需求700KB，同時有20%用戶在執行此操作；

圖1：網絡拓撲圖

（4）在線辦事查詢帶寬需求1000KB，同時有10%用戶在執行此操作。

按5000 人并發計算，本次項目需要互聯網帶寬：

5000*（500*0.4+500*0.3+700*0.2+1000*0.1）/1000/1000/0.7=4.2G

2.4 各分控中心的傳輸鏈路需求

分控中心的匯聚交換機上行需接入該濕地管理中心機房的核心交換機，下行需匯聚本轄區資源，通過租用運營商鏈路實現，對已有的鏈路可進行利舊或帶寬升級來實現，建議每個分控中心的接入至少采用1 條10GE 鏈路，從而保證高帶寬和可靠性。

該轄區內每個分控中心匯聚業務數量不同，建議每種業務按照最大鏈路需求考慮，則每個分控中心云臺類鏈路20 個，全景類鏈路20 個，卡口類鏈路120 個。

為了選擇合適的網絡鏈路，需要對鏈路所需帶寬進行合理評估，根據數據流的走向，計算出帶寬需求。在進行帶寬計算時，需要遵循合理的計算公式，具體如下所示：

所需鏈路總帶寬=存儲所需帶寬+預覽所需帶寬+回放所需帶寬+非視頻數據傳輸所需帶寬

存儲所需帶寬=（存儲視頻路數×單路視頻存儲流量）/鏈路帶寬利用率

預覽所需帶寬=（預覽視頻路數×單路視頻預覽流量）/鏈路帶寬利用率

回放所需帶寬=（回放視頻路數×單路視頻回放流量）/鏈路帶寬利用率

非視頻數據帶寬需求=（（監測分析類業務+內部管理類業務）/鏈路帶寬利用率

（1）存儲所需帶寬=（卡口存儲視頻路數×4M+云臺存儲視頻路數×6M+云臺存儲視頻路=（120*4+20*6+20*16）/0.7=1314M

（2）預覽所需帶寬=（預覽視頻路數×單路視頻預覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設150 路視頻監控鏈路，并發預覽數按照的50%計算，即有75 路預覽信號，則：預覽所需帶寬=（75*16）/0.7=1714M

（3）回放所需帶寬=（回放視頻路數×單路視頻預覽流量）/鏈路帶寬利用率

平臺建設150 路視頻監控鏈路，并發回放數按照的30%計算，即有45 路預覽信號，則：預覽所需帶寬=（45*16）/0.7=1029M

（4）非視頻數據帶寬需求中，檢測分析業務所需帶寬100K，內部管理類所需帶寬50K，則：非視頻數據帶寬=（100+50）/0.7=0.3M

每個分控中心至濕地管理中心機房之間，需要4.1G 帶寬需求。

3 設計方案

目前視頻接入及物聯網應用傳輸主流方案為交換機視頻監控回傳方案和PON 網絡視頻監控回傳方案。

（1）交換機視頻監控回傳方案是在前端信息采集點監控桿處安裝接入交換機，接入交換機通過光纖與該區域內匯聚交換機相連，信息經匯聚交換機后通過光纖連接至核心交換機。

（2）PON 網絡視頻監控回傳方案是在前端監控桿處安裝ONT設備，ONT 通過光纖與附近分光器相連，分光器匯聚成一根光纖后連接至OLT 設備，最后上聯至核心交換機。

（3）根據濕地保護區的業務需求，針對濕地保護區區域面積大、點位稀疏、引電位置不確定、光纜路由引入困難等問題，傳輸方案選定PON 網絡視頻監控回傳方案。

3.1 網絡架構搭建

組網結構分為核心層、匯聚層、接入層，濕地管理中心為核心層，3 個分中心為匯聚層，接入層為末端監控設備。

3.1.1 核心層

核心層采用雙核心組網提升網絡安全性，保證視頻及物聯網信號傳輸安全，接入網管實現對末端設備進行監控，保證設備正常運行；核心路由器通過互聯網接入政府電子政務外網。

3.1.2 匯聚層

3 個分中心設置匯聚設備，用于收斂該區域內視頻及物聯網信號，匯聚節點以環形組網上聯至核心設備。

3.1.3 接入層

接入層設備放置在信息采集點監控桿上，承載視頻監控、物聯網終端設備業務需求。

3.2 傳輸承載網建設方案

3.2.1 核心層建設方案

在濕地管理中心新增核心路由器1 臺，核心交換機2 臺，交換機1 臺（監控中心使用），網管服務器1 臺，防火墻1 臺等設備，滿足上聯互聯網需求，下聯匯聚交換機收斂業務。

3.2.2 匯聚層建設方案

在3 個分中心各放置1 臺匯聚設備，匯聚設備通過雙上聯至濕地管理中心核心設備，為滿足匯聚節點多種設備綜合接入（大屏、PC 終端等），每個匯聚節點配置1 臺接入交換機。

為滿足就近接入，節省光路資源，無源光網絡設備OLT 下沉至大堤，OLT 設備分區域接入各管理中心匯聚交換機，采用室外機柜安裝，就近收斂業務。

3.2.3 接入層建設方案

本監控系統信息采集點為140 個，其中6 個采用微波承載，其余134 個監控點采用ONT 承載。

3.3 傳輸線路系統設計

光纜網是綜合承載所有業務的基礎資源，結合1 個濕地管理中心節點、3 個分中心節點、OLT 節點、光交節點、末端業務接入節點等分布統一進行規劃建設。

光纜網網絡架構可分為匯聚層光纜、接入主干光纜、接入配線光纜。

3.3.1 匯聚層光纜

匯聚層光纜結構應重點保障安全性，新建光纜容量應滿足未來5-10年業務發展需要，光纜芯數建議不小于48 芯。主要承載濕地管理中心節點與3 個區縣分中心節點之間的匯聚交換機上聯，原則上OLT 上聯不允許在匯聚層光纜承載。

3.3.2 接入主干光纜

接入主干光纜根據傳輸網絡架構要求，結合行政區域劃分、圍繞3 個分中心節點布局和功能定位進行建設。以行政區域為單位，根據區內末端業務接入需求，合理布局光交接點，減少末端接入距離。

新建接入主干光纜的容量應能滿足覆蓋區域內未來5-10年的綜合業務承載需求，適度超前建設接入主干光纜。接入主干光纜芯數根據3 個分中心節點的功能定位、業務節點分布、業務歸屬關系、設備組網要求等測算接入主干光纜的容量并合理分配纖芯，光纜采用48 芯。

室外光交應滿足末端業務就近接入要求，盡量設置在安全、隱蔽、施工維護方便、易于進出線、不易受外界損傷及自然災害影響，同時又符合城市規劃、不妨礙城市交通、不影響市容觀瞻的地方。

3.3.3 接入配線光纜

末端業務采用光纜就近接入光交，新建光纜時，應綜合考慮各類業務的光纖需求，纖芯容量應滿足3-5年的接入需要，采用12芯光纜建設。

3.4 光纜網建設方案建議

目前國內通信運營商已經步入全業務經營階段，各類客戶資源已經成為運營商競爭的焦點，政府資金建設的信息化項目，更是國內三大運營商競爭和服務的重點。運營商依據自身的優勢資源，依據客戶數據業務的應用場景、接入手段、建設方案等方面進行進一步的梳理和總結，為客戶提供優質的服務，力求與客戶之間建立、保持和發展一種長期、良好的合作關系。同時運營商具有專業的通信網絡設計、工程監理、工程施工建設能力和豐富的通信管道資源，可以保證項目實施。

為保障前端感知設備數據的穩定傳輸，建議有國內運營商代建傳輸網絡，采用政府向社會購買服務的模式進行建設，以便更好的支撐該項目的信息化建設。

4 結論

本方案實施將完善濕地信息化管理水平和科研監測能力，將進一步完善項保護區內的管理和科研監測的基礎設施條件，從而提高保護區自身的科研監測和綜合保護管理能力，為保護區保護管理、濕地的生態修復和遷徙鳥類、越冬鳥類保護等提供科研技術支持，為宏觀決策的制定提供可靠的科學依據。

本次傳輸方案選定PON 網絡視頻監控回傳方案，具有靈活組網特點，業務融合能力優勢明顯；此傳輸方案采用無源接入設備，有效地解決了濕地引電問題，利用分光技術，有效的解決了大量纖芯需求，降低了建設成本。