智慧执法:执法记录仪及云存储解决方案

   产品技术方案     2019-04-17     秀方案    云创大数据    745    0    
核心提示:智慧执法记录视频的整合、存储以及利用程度是公安执法信息化程度的重要标志之一,大部分的公安系统中已建成大量、属于各个部门、基于不同制式标准、不同设备、不同平台的执法监控系统,但目前这些资源并没有得到有效整合,无法跨平台、跨部门进行集中优化处理,这就造成了公安执法现有视频资源利用率低、重复备份、缺乏统一调度等不良现象。
1   项目必要性及需求分析
执法记录是安防监控必不可少的重要组成部分。而视频监控系统是执法监控的主要基础,它保证了所有活动都在监控中心的可视范围内,同时又保证了出现相关事故后所有视频录像文件可供查证,因此,视频监控系统是公安顺利执法的基础和保证。
 
在当前交通执法环境趋于复杂,人民群众对公安人员规范执法期望值越来越高的背景下,进一步提升执法公信力,推广使用现代科技执法装备,是基层公安交警部门的必然选择。随着视频监控技术的飞速发展,用户在满足有线监控的同时,对移动监控的需求及要求也越来越高,特别是政府机关、企事业单位以及长期户外作业的特殊行业,传统有线监控已无法满足对户外突发、特殊事件的处理需求。移动视频监控可以及时、全面、准确的获取突发事件的信息,根据预先制定的预案进行正确的指挥调度,将突发事件带来的损害降到最低等优势,从而越来越受到政府和企业的青睐。
 
执法记录仪是一种具有同步录音录像功能的便携式执法取证设备,对及时收集、固定证据,记录各类事件现场处置情况,实现公正执法、文明执勤,保护民警和当事人合法权益,保障民警依法履行职责,促进提高执法水平,监督执法行为提供了重要保障。现有的公安系统中,仍采用固定的摄像或监控设备进行执法过程的采样和取证,不满足公安现场执法的实时性、全面性、灵活性原则。全面、系统地更新公安局执法记录的系统就显得尤为重要。
 
执法记录视频的整合、存储以及利用程度是公安执法信息化程度的重要标志之一,大部分的公安系统中已建成大量、属于各个部门、基于不同制式标准、不同设备、不同平台的执法监控系统,但目前这些资源并没有得到有效整合,无法跨平台、跨部门进行集中优化处理,这就造成了公安执法现有视频资源利用率低、重复备份、缺乏统一调度等不良现象。
 
本项目基于这个现状旨在建设一个统一的、高度可靠的公安执法记录应用服务支撑系统,将公安现有的视频监控资源有效整合起来,保证各部门工作有序进行。通过构建公安执法记录应用服务支撑系统(以下简称“系统),将公安可利用的全部视频资源经过优化、存储及处理后,透明地呈现给工作人员,为执法监控等提供有力支撑。
 
公安执法记录应用服务支撑系统是以分散记录,集中控制、管理为目的,将前端视频记录,传输到云存储系统,通过在线点播方式直接获取视频流,构成一个完整的执法全程记录、保存、查看系统。
公安执法记录应用服务支撑系统能完成公安系统通过云传输的方式,高效地上传记录仪记录的视频信息,并将这些数据安全可靠地保存在市局的云存储中,当需要调取的时候,通过在线点播方式直接获取视频流,本地不进行视频缓存,以进一步提升安全性。
 
通过这个系统,可迅速了解和掌握监控区域动态情况,增强公安局应对各种突发事件的处置能力,提高公安机关打防控效能,弥补人防不足,方便事后调查取证和专案侦察,有效预防和打击街面犯罪,最大限度压缩犯罪空间,增强威慑力。
 
3   系统方案 
3.1   视频采集方案
3.1.1 执法记录仪简介
执法规范化是执法管理的核心,为了加强执法规范化建设,确保公正文明执法、有效解决执法突出问题、提高执法质量和执法履职能力,执法记录仪作为执法取证工作的配套装备,发挥着重要作用。
执法记录仪充分利用信息化手段,将提高执法科技化水平作为加强执法规范化建设的切入点,通过把先进的科学技术引入到公安机关的执法工作中来,有利于促进执法行为规范化,提高公安执法的效率和水平,减少执法中不作为和乱作为。
主要功能:将记录仪摄录的执法资料自动拷贝,并将资料信息自动上传至指定服务器,上传完毕后自动将记录仪中资料删除,对已拷贝执法资料做整理,并上传至后台电子证据管理系统,全过程中可对已接入执法记录仪进行充电。

3.2   云存储方案
 
图4  云存储资源管理系统部署示意图
在执法记录仪系统建设中,云存储系统属于基础平台支撑层,用于视频集中存储和共享,实现对视频的统一管理和高效应用。将数据逻辑集中物理分散,以提供多并发高吞吐带宽,最大程度降低系统访问瓶颈。
 
下面具体说明云存储系统的基本组成和主要功能。

3.2.3 系统功能描述
云存储资源管理系统从功能上划份为三大部分:
1)        分布式文件系统
分布式文件系统实现文件数据存储、可靠性容错、可伸缩性保证、高可用保证、负载均衡和流量分担等功能。
2)        存储访问接口
提供符合POSIX规范的文件系统访问接口,通过访问挂接程序可将云存储空间挂接为本地目录或磁盘。同时可提供专用的API接口,支持业务应用层程序对云存储系统的直接访问。
3)        管理监控中心
管理监控中心提供帐户管理、设备管理、系统监控、卷管理、告警管理、故障管理等功能。
下面逐一详细介绍各部分系统功能。

3.2.3.1分布式文件系统
分布式文件系统包括卷管理、元数据管理、块数据管理服务。参考上面系统架构框图左侧部分。
元数据是指文件的名称、属性、数据块位置信息等,元数据管理通过元数据服务程序完成。
因元数据访问频繁,故系统将元数据加载缓存至内存中管理,提高访问效率。由于元数据的重要性,元数据损坏或丢失则相当于文件数据丢失,因此实现了元数据服务器主备双机高可用,确保

7×24小时不间断服务。
通过元数据远程多机冗余备份功能,实现在多台其它机器上备份元数据,当元数据服务器损坏,可以通过备份的元数据重新恢复服务,切保数据可以完整找回。
块数据是指文件数据被按照一定大小(默认64MB)分割而成的多个数据块,分布存储到不同的存储节点服务器上,并通过编解码容错算法产生相应的冗余块。
块数据服务是运行在每个存储节点服务器上的块数据管理程序,负责使用存储服务器上的磁盘空间存储文件数据块,并实现相应的编解码功能。
相比较传统业界的云存储采用块数据简单备份冗余容错机制,编解码容错方式大大降低了硬件资源冗余度,提高了磁盘利用率。
由一对主备元数据服务器及其所管理的块数据服务器管理节点设备及其所提供的存储空间称为一个卷。
卷管理服务器负责将多个卷虚拟化整合,对外提供统一的整体访问云存储空间。
 
文件系统采用中心服务器模式分布式存储架构,控制流与数据流分离,通过增加存储节点
系统采用自动注册机制,实现系统高可伸缩性,增加或减少存储节点规模,不影响系统正常提供存储访问服务。
该系统架构实现了统一调度,负载均衡和流量自动分担功能,多个存储节点同时对外提供数据流服务,系统根据磁盘空间使用比例进行资源优化配置。同时在多个不同的存储节点之间实现根据空间比例进行优化配置,数据优先存储的空间利用比例相对较低的磁盘或存储服务器上。
分布式文件系统具有自动冗余重建功能,确保损坏的数据块能够被解码或编码后存储到在线的正常的存储服务器节点上。

3.2.3.2 存储访问接口
客户端挂接程序支持Linux/Unix/Windows/MacOS等操作系统,并且支持POSIX接口规范,通过客户端将云存储系统挂载成本地目录或磁盘后,用户可以如同操作本地目录或磁盘一样使用云存储空间。

同时,对于基于本地文件系统的应用程序,可以不加修改,直接应用在云存储系统上。
通常情况下,可以通过在客户端的基础上部署FTP、NFS等服务器的方式,对外提供基于FTP和NFS的数据存储访问。

3.2.3.3 管理监控中心
管理监控中心为系统管理员配置和维护云存储资源管理系统的有效工具,充分体现了系统的可维护性。
管理监控中心提供帐户管理、设备管理、系统监控、卷管理、告警管理、故障管理等功能。以下为部分系统管理界面。

l  设备管

l  系统监控

l  告警信息

l  帐户管理

3.2.4 
主要优势
Ø  高可靠性
系统中采用廉价的大容量存储服务节点,通过系统软件实现统一管理和容错,提供高效、稳定服务。与使用专用服务器相比,可以将系统构建成本节省5-10倍以上,且规模越大,优势越明显。在降低系统的构建成本的同时,系统的可靠性不仅没有收到影响,相反,通过一系列的可靠性保障机制,使得系统具有高可靠性的特性。
在云存储系统中,数据具有多个副本(默认情况下是2份,可以根据需要设置),任意节点出现故障,系统将会自动复制数据副本到新的节点上,不会丢失数据。这样,在节点发生故障的情况下,也可以实现数据的无间断服务。
同时,元数据管理节点采用双机镜像模式容错,如果有一节点出现故障,另一节点自动接替。

Ø  高性能
采用控制流与数据流分离的技术,数据的存储或读取实际上是与各个存储节点上并行读写;这样随着存储节点数目的增多,整个系统的吞吐量和IO性能将呈线性增长。
同时,采用负载均衡技术,自动均衡各服务器负载,使得各存储节点的性能调节到最高。
Ø  在线伸缩
云存储系统扩容非常方便,支持不停止服务的情况下,动态加入新的存储节点,无需任何操作,即实现扩容;同时,无需人为干预,也可以摘下任意节点,系统自动缩小规模而不丢失数据,存储在此节点上的数据将会重新备份到其他节点上。

Ø  通用易用
云存储系统提供标准POSIX接口,无论是哪种操作系统下的应用程序,都可以不经修改将云存储当成自己的海量磁盘来使用。如:同时,也提供专用的API接口,供开发人员调用。
Ø  智能管理
提供基于WEB的管理平台,所有的管理工作均由管理模块自动完成,使用人员无需任何专业知识便可以轻松管理整个系统。通过管理平台,可以对中的所有节点实行无间断监控,用户通过监控界面可以清楚地了解到每一个节点和磁盘的运行情况。

3.3   云传输方案
3.3.1  cTrans简介
cTrans高性能数据传输系统是由南京云创大数据科技股份有限公司自主研发的基于互联网的分布式大容量数据资源智能传输软件系统,其主要作用是在分布式网络环境中,尤其是跨区域的广域网络中,克服网络带宽有限、网络状态不够稳定、原始数据来源有限等问题,在不同的应用或存储节点之间快速、稳定地共享、分发和传输大容量文件数据。
 
cTrans高性能数据传输系统适用于各种具有海量数据或媒体资源传输与分发需求的行业和领域。通过对cTrans高性能数据传输系统的应用,行业用户可以在不改变现有网络条件、不增加过多硬件设备的前提下,实现对大容量数据的高效传输与分发,并且最大限度地提升网络的带宽利用率和数字资产的使用效率。
 
cTrans高性能数据传输系统主要依赖于cTrans高速数据传输协议,这是一种全新的软件技术,它彻底克服了传统数据传输软件例如FTP、HTTP以及 Windows CIFS中的固有瓶颈,实现了在各种共享和私有网络环境中传输速度的最大化。这种技术可以获得完美的传输效率,不为网络延迟和丢包所限制。并且,用户享有对传输速度以及不同传输流之间带宽共享的无以伦比的控制。无论网络距离和动态性能如何,即便是在最困难的网络条件下(例如卫星、无线和洲际远程链接),文件传输时间仍然可以得到保障。cTrans具有内置的、完整的安全性,包括连接节点安全验证,传输中数据加密以及数据完整性验证。
图9  执法记录仪云传输工具界面示例

3.3.2 
关键技术
cTrans高性能传输解决方案基于高速传输协议——cTrans。cTrans是一种全新的应用层协议,特别为企业关键型文件传输所设计,可以满足其所需的高速度、可预测性和百分之百的安全可靠性。cTrans出众的性能对所有的网络传输媒体皆适用。
 
cTrans是在用户数据报协议(UDP)之上开发的应用层协议。和那些基于并行 TCP 的应用不同,cTrans在单个数据流上实现了速度最大化。借助于革新性的文件流线化技术,cTrans的传输速率在分发大批小文件时同样可以得到保障。所以cTrans实现了在高速广域网上传输海量数据(和文件大小无关)的传输速率最大化。
 
和 TCP 吞吐率的特性相比,cTrans的传输速率完全不受网络延迟的影响,并且也对网络丢包有很好的鲁棒性。如图 1 所示,cTrans实现了传输速率的最大化,在某些情况下可以比TCP 快千倍。其速率具有可预测性。例如在10%的丢包情况下,cTrans的吞吐率可以达到网络链接带宽的 90%。在极端情况下,cTrans的吞吐率仅为终端系统的吞吐能力(通常是磁盘读写吞吐率)所限制。
说明: TCP2
图10   cTrans传输吞吐量与TCP传输对比
作为一种数据传输协议,cTrans具有应用层传输的完全可靠性。cTrans的可靠性设计是基于一种负反馈的机制:接收端检测到丢包并把需要重传的包信息反馈给发送端。通过理论优化,cTrans的重传机制只针对真正的丢包,没有冗余, 传输和带宽浪费。其重传效率接近百分之一百。

3.3.3 
总体结构
cTrans高性能传输解决方案主要包含数据传输引擎、资源索引服务、文件处理组件和用户应用终端四个组成部分,系统依赖于网络层UDP用户数据报协议和文件系统运行。
图11   高速传输系统应用结构

 在部署结构方面,cTrans高性能传输解决方案包括云传输客户端和后台传输服务器。在某市公安局警务平台云传输场景下,, 包括多个云传输客户端和多个后台传输服务器,在客户端和服务器之间通过负载均衡调度服务器进行统一协调。
 
图12部署结构逻辑示意图

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