智慧城市解決方案關(guān)鍵技術(shù)

智慧城市解決方案關(guān)鍵技術(shù)“智慧城市”是國際社會發(fā)展的方向，雖然有著不同的定位，但都離不開核心技術(shù)，這也是當今社會對“智慧城市”的評判標準?！爸腔鄢鞘小苯ㄔO(shè)涉及到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬化、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、云存儲技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、空間信息網(wǎng)格技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)、運維管理技術(shù)等多種關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過多年的積累，在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理、云存儲、智能科學(xué)、應(yīng)用技術(shù)、運維管理等方面有深入的研究和技術(shù)成果，助力于“智慧城市”各個子領(lǐng)域的建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是將多種傳感器部署于城市各個角落，能夠采集大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)具有時間與空間屬性，可以將城市現(xiàn)實活動反映到網(wǎng)絡(luò)虛擬空間上，進而將這些信息匯集，通過數(shù)據(jù)分析，能夠挖掘新的價值。將所有城市中的現(xiàn)實事物在互聯(lián)網(wǎng)上聚合就構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)?！爸腔鄢鞘小苯ㄔO(shè)中主要采用五項物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。（1）通過傳感器采集能源消耗、交通、生產(chǎn)消耗等各種城市活動信息（2）匯總采集的數(shù)據(jù)（3）分析匯總的數(shù)據(jù)（4）將數(shù)據(jù)分析結(jié)果“可視化”并發(fā)送給居民，讓居民的生活更便捷、生活質(zhì)量更高（5）基于對數(shù)據(jù)的分析，優(yōu)化控制城市的各項活動與基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后迎來的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，但就目前實際發(fā)展情況來看，物聯(lián)網(wǎng)仍有諸多亟待解決的問題，如缺乏關(guān)鍵技術(shù)、缺乏高效的協(xié)調(diào)機制、高端集成服務(wù)能力不強等，其實際應(yīng)用將是一項非常龐大、復(fù)雜的工程，未來，還有很長的路要走。作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，視頻監(jiān)控可以通過智能分析技術(shù)，實現(xiàn)車牌識別、人流統(tǒng)計、身份識別、異常行為判斷、周界防范、報警等多種功能，其中某些技術(shù)已經(jīng)十分成熟?？梢灶A(yù)見的是，視頻監(jiān)控將成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用最先、最重要突破口之一，發(fā)揮著極其重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)也叫傳感網(wǎng)，感知部分分為身份感知、位置感知、圖像感知、狀態(tài)感知等部分。立足于多年對圖像感知相關(guān)技術(shù)的研究，在物聯(lián)網(wǎng)圖像感知方面有大量的研究成果，在視頻圖像處理技術(shù)、視音頻編碼技術(shù)、視頻分析與模式識別技術(shù)方面的研究處于業(yè)界領(lǐng)先地位。目前已在公安、金融、交通、電力等多個行業(yè)有成熟的解決方案，并有大量的視頻傳感器在各行業(yè)使用。通過視頻傳感器的應(yīng)用采集城市活動的信息，通過視頻綜合管理平臺將信息匯總后進行數(shù)據(jù)分析，通過大屏等輸出設(shè)備將數(shù)據(jù)分析結(jié)果“可視化”展現(xiàn)給用戶，相關(guān)部門可以根據(jù)“可視化”的視頻信息做出相關(guān)決策。云計算技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)時代，尤其是社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)與移動通信把人類社會帶入了一個以“PB”為單位的結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息的新時代。云計算出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)的計算機是無法處理如此大量、并且不規(guī)則的“非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)”的。以云計算為基礎(chǔ)的信息存儲、分析和挖掘手段，可以便宜、有效地將這些大量、高速、多變化的終端數(shù)據(jù)存儲下來，并隨時進行分析與計算。云計算是由分布式計算、并行處理、網(wǎng)格計算發(fā)展來的，是一種新興的商業(yè)計算模型。目前，對于云計算的認識在不斷的發(fā)展變化，云計算仍沒有普遍一致的定義。通俗的理解是，云計算的“云”就是存在于互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器集群上的資源，它包括硬件資源（服務(wù)器、存儲器、CPU等）和軟件資源（如應(yīng)用軟件、集成開發(fā)環(huán)境等），本地計算機只需要通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送一個需求信息，遠端就會有成千上萬的計算機為你提供需要的資源并將結(jié)果返回到本地計算機，這樣，本地計算機幾乎不需要做什么，所有的處理都在云計算提供商所提供的計算機群來完成。云計算按照服務(wù)類型大致可以分為三類：將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)IaaS、將平臺作為服務(wù)PaaS和將軟件作為服務(wù)SaaS。云計算的核心技術(shù)包括：并行處理、分布式緩存、虛擬化、關(guān)系型及非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式文件系統(tǒng)、計費管理、負載均衡等。在虛擬化、并行處理、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式文件系統(tǒng)等方面有深入的研究和豐富的開發(fā)經(jīng)驗。包括利用虛擬化技術(shù)提高存儲的磁盤利用率、增加存儲管理靈活性、提升存儲性能等，利用分布式文件系統(tǒng)建立高可用、可擴展的視頻圖像信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，利用并行處理技術(shù)進行海量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析，利用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫對半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行存儲與檢索等。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)在未來的“智慧城市”中，會有越來越大的吞吐量和監(jiān)控數(shù)據(jù)、越來越高的數(shù)據(jù)處理需求、越來越多的面向互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，所以需要強有力的大數(shù)據(jù)處理平臺進行支撐?，F(xiàn)代社會的信息量增長速度極快，這些信息里又積累著大量的數(shù)據(jù)，其中包括個人數(shù)據(jù)和工業(yè)數(shù)據(jù)。預(yù)計到2020年，每年產(chǎn)生的數(shù)字信息將會有超過1/3的內(nèi)容駐留在云平臺中或借助云平臺處理。我們需要對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，以獲取更多有價值的信息。那么我們?nèi)绾胃咝У卮鎯凸芾磉@些數(shù)據(jù)，如何分析這些數(shù)據(jù)呢？目前Hadoop是公認的處理大數(shù)據(jù)的標準平臺。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。Yahoo!通過集群運行Hadoop，以支持廣告系統(tǒng)和Web搜索的研究；Facebook借助集群運行Hadoop，以支持其數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習；百度則使用Hadoop進行搜索日志的分析和網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的挖掘工作；淘寶的Hadoop系統(tǒng)用于存儲并處理電子商務(wù)交易的相關(guān)數(shù)據(jù)；中國移動研究院基于Hadoop的“大云”(BigCloud)系統(tǒng)用于對數(shù)據(jù)進行分析和并對外提供服務(wù)。針對“智慧城市”的大數(shù)據(jù)處理的需求，在Hadoop系統(tǒng)上進行了深度開發(fā)，開發(fā)出了HDH（海康大數(shù)據(jù)平臺）系統(tǒng)。HDH系統(tǒng)在應(yīng)對大數(shù)據(jù)處理中的存儲問題，采用了分布式存儲、分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，提高了讀寫速度，并擴大了存儲容量。HDH系統(tǒng)在應(yīng)對大數(shù)據(jù)處理中的計算問題，采用分布式計算框架，提高了數(shù)據(jù)分析和挖掘能力。利用HDH系統(tǒng)，進行海量的人臉數(shù)據(jù)檢索、海量交通數(shù)據(jù)的挖掘、海量文本數(shù)據(jù)的全文檢索等。HDH包含了分布式文件系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫和分布式計算框架等多套組件，實現(xiàn)面向海量的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分布式存儲與計算。HDH的高容錯特性，使得系統(tǒng)整體可靠性得到提升。HDH可以部署在低廉的計算機集群中，降低投入成本。HDH具備靈活的橫向擴展能力，使其可以按需進行配置。有了HDH系統(tǒng)，使得“智慧園區(qū)”中的大數(shù)據(jù)存儲、檢索、分析與挖掘更加高效。云存儲技術(shù)隨著數(shù)據(jù)處理需求的不斷增長，以及智慧領(lǐng)域高清視頻的大規(guī)模應(yīng)用，“智慧城市”中需要存儲的數(shù)據(jù)和應(yīng)用的復(fù)雜程度在不斷提高，例如視頻數(shù)據(jù)需要長時間持續(xù)地保存到存儲系統(tǒng)中，并要求隨時可以調(diào)用，對存儲系統(tǒng)的可靠性和性能等方面都提出了新的要求。在未來的復(fù)雜系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)爆炸性的海量增長，提供對海量數(shù)據(jù)的快速存儲及檢索技術(shù)，顯得尤為重要，存儲系統(tǒng)建設(shè)將成為“智慧城市”未來建設(shè)中的重要組成部分之一。云存儲是在云計算概念上延伸和發(fā)展出來的一個新的概念，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，應(yīng)用存儲虛擬化技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務(wù)訪問功能的一個系統(tǒng)。所以云存儲可以認為是配置了大容量存儲設(shè)備的一個云計算系統(tǒng)。依據(jù)云存儲的功能特點，公司專門針對大容量視頻數(shù)據(jù)的存儲和管理以及滿足“智慧城市”領(lǐng)域特殊的應(yīng)用需求，量身設(shè)計了一套視頻云存儲監(jiān)控系統(tǒng)。視頻云存儲系統(tǒng)主要由存儲管理節(jié)點和存儲節(jié)點（物理存儲設(shè)備）兩部分組成。視頻云存儲管理節(jié)點是視頻云存儲系統(tǒng)的核心節(jié)點，作為云存儲系統(tǒng)的調(diào)度中心負責云存儲系統(tǒng)資源管理、索引管理、計劃管理、策略調(diào)度等。視頻云存儲節(jié)點作為云存儲系統(tǒng)業(yè)務(wù)的具體執(zhí)行者，負責視頻數(shù)據(jù)存儲、讀取、存儲設(shè)備管理、存儲空間管理等。智能科學(xué)智能科學(xué)是一門交叉學(xué)科，主要有腦科學(xué)、認知科學(xué)、人工智能、智能分析等學(xué)科共同研究智能行為的理論和實現(xiàn)技術(shù)。智能科學(xué)為智慧城市提供智慧的技術(shù)基礎(chǔ)，支持對智慧城市中海量信息的智能識別、融合、運算、監(jiān)控和處理等功能。在視頻智能分析部分有深入研究。通過行為分析技術(shù)、車牌識別技術(shù)、人臉識別技術(shù)、分布式計算技術(shù)、視頻拼接技術(shù)等對視頻進行智能分析。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)獲取例如交通等信息的宏觀狀態(tài)，可進行套牌車輛實時偵測、跟車研判、頻度統(tǒng)計、區(qū)域碰撞等關(guān)聯(lián)性分析。通過智能分析、數(shù)據(jù)挖掘得到關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為相關(guān)職能部門決策提供數(shù)據(jù)支撐。行為分析技術(shù)智能行為分析系統(tǒng)主要基于背景建模技術(shù)：在靜態(tài)場景（攝像機不發(fā)生位移）下查找出以人為主要防范對象的動態(tài)目標，并根據(jù)設(shè)置的報警規(guī)則進行報警。在平安城市監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中可用于學(xué)校、住宅小區(qū)、高級寫字樓、工廠、政府機關(guān)、派出所審訊室、高速公路等重點監(jiān)視區(qū)域，用于檢測可疑目標入侵、跨越警戒面（虛擬圍墻）、人員聚眾、可疑逗留人員、非法停車、可疑物品遺留等情況，發(fā)現(xiàn)異常及時報警，將目標可疑行為處置在事態(tài)的可控階段。車牌識別技術(shù)車牌識別技術(shù)能實現(xiàn)對當前車輛的車牌進行抓拍、車牌號碼識別功能。在平安城市可視化防控系統(tǒng)中，主要應(yīng)用高清卡口監(jiān)控系統(tǒng)以及高清電子警察監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對過車的實時抓拍，并實現(xiàn)號牌識別、車身顏色識別、車型識別等，利用該技術(shù)和相關(guān)業(yè)務(wù)管理平臺實現(xiàn)過車信息的實時記錄。人臉識別技術(shù)人臉識別是利用視頻抓拍后對抓拍圖像進行生物特征數(shù)據(jù)的提取并保存，主要包括抓拍保存、識別比對、檢索查詢等功能，在社區(qū)出入口、重要卡點部位（火車站、汽車站、機場等）部署，實現(xiàn)對進出人員人臉信息的采集，一方面可用于小范圍內(nèi)可疑人員的圍堵攔截，一旦在系統(tǒng)部署區(qū)域檢測到可疑人員人臉時產(chǎn)生報警，另一方面通過人臉識別系統(tǒng)可建設(shè)人臉信息庫，為后期的案件排查、人員排查做好基礎(chǔ)工作，人臉識別系統(tǒng)已歷經(jīng)眾多項目的考驗，在多個平安城市項目中成熟商用。視頻拼接技術(shù)城市監(jiān)控區(qū)域多、范圍廣，對于像廣場、機場跑道、公路等場所視頻信息采集均需要多個攝像機才能涵蓋，在監(jiān)控中心瀏覽監(jiān)控畫面時需要開啟多個監(jiān)控窗口，視頻瀏覽畫面不連續(xù)，導(dǎo)致個別重要監(jiān)控環(huán)節(jié)往往被忽略。針對該情況，視頻拼接軟件應(yīng)運而生，通過視頻拼接算法庫將同步好的多幅畫面拼接成一副圖像并顯示，實現(xiàn)對拼接后畫面圖像的錄像和區(qū)域展示，該軟件可以橫向?qū)崿F(xiàn)1~8個，縱向1~2個圖像進行拼接，并去除重合部分，矯正形變，使得監(jiān)控區(qū)域更廣、效果更佳。視頻質(zhì)量診斷視頻診斷技術(shù)是針對視頻畫面質(zhì)量進行監(jiān)控告警的應(yīng)用技術(shù)和解決方案。采用按計劃配置手段，實現(xiàn)對前端視頻監(jiān)控圖像畫面的輪巡檢測，一旦檢測到監(jiān)控畫面圖像丟失、亮度異常、圖像色偏、條紋干擾、雪花干擾、PTZ云臺控制等異常情況時，及時產(chǎn)生報警通知維護人員，有效保證了視頻監(jiān)控的圖像質(zhì)量，保證系統(tǒng)的可靠運行。應(yīng)用技術(shù)針對“智慧平安城市”、“智慧安居”、“智慧水務(wù)”、“智慧安監(jiān)”、“智慧交通”、“智慧環(huán)?！钡取爸腔鄢鞘小弊宇I(lǐng)域的應(yīng)用特點，針對不同行業(yè)定制開發(fā)了視頻監(jiān)控應(yīng)用管理平臺，平臺以實戰(zhàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用為導(dǎo)向，以視頻圖像應(yīng)用為手段，構(gòu)建大安防體系架構(gòu)。視頻監(jiān)控應(yīng)用管理平臺，采用了構(gòu)架和構(gòu)件、工作流、XML和WebServices、平臺集成等應(yīng)用技術(shù)。構(gòu)架和構(gòu)件技術(shù)基于構(gòu)架和構(gòu)建的軟件體系結(jié)構(gòu)能夠通過對系統(tǒng)構(gòu)造的理解來提高有關(guān)軟件工作人員的系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)分析能力，分析，從而在系統(tǒng)組織、結(jié)構(gòu)重用、運行模式、系統(tǒng)分析和系統(tǒng)維護等方面降低軟件設(shè)計和開發(fā)的成本，促進軟件系統(tǒng)生產(chǎn)的效率提高。采用基于構(gòu)件的技術(shù)和UML建模語言來進行系統(tǒng)的設(shè)計，實施迭代式的設(shè)計開發(fā)。統(tǒng)一建模語言（UML）具有直觀化，明確化特點，是構(gòu)建和文檔化軟件系統(tǒng)產(chǎn)物的通用可視化建模語言。UML可以與所有的開發(fā)方法、生命階段、應(yīng)用領(lǐng)域和媒介一同使用。工作流技術(shù)視頻監(jiān)控應(yīng)用管理平臺中各應(yīng)用子系統(tǒng)都將采用分布式構(gòu)件進行搭建，為將來的構(gòu)件重用和組成基于工作流和集成流的高級的中間件打下良好的基礎(chǔ)。當各種領(lǐng)域構(gòu)件建成功以后，可以通過基于工作流的高層中間件來進行高層次的集成。工作流過程定義語言將現(xiàn)存的構(gòu)件通過工作流結(jié)合起來，通過工作流引擎執(zhí)行工作流來實現(xiàn)新的系統(tǒng)流程和功能，而不必重新開發(fā)新的應(yīng)用構(gòu)件，大大增強了系統(tǒng)的靈活性和可重用性，最終可以達到適應(yīng)變化迅速的用戶需求的目的。XML和WebServices技術(shù)視頻監(jiān)控應(yīng)用管理平臺當中的數(shù)據(jù)具有多源異構(gòu)的特點，對于此類數(shù)據(jù)的處理首先要求對數(shù)據(jù)的描述要有簡單易行的一套標準。XML是現(xiàn)在流行的數(shù)據(jù)交換標準,特別適合表述和交換復(fù)雜的數(shù)據(jù)對象和類型。在信息平臺的建設(shè)過程中，數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)把XML作為數(shù)據(jù)格式描述的統(tǒng)一標準，并納入數(shù)據(jù)規(guī)范的制定當中。另外WebServices技術(shù)支持XML，SOAP，WSDL，UDDI等開放標準，可以通過HTTP協(xié)議實現(xiàn)穿越防火墻的軟件互操作和數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)跨越各種技術(shù)的軟件集成。平臺集成技術(shù)（1）企業(yè)服務(wù)總線（ESB）“智慧城市”中視頻監(jiān)控應(yīng)用管理平臺需要為治安防控、交通管理、城市可視化管理和社會服務(wù)等業(yè)務(wù)提供服務(wù)，在技術(shù)架構(gòu)上需要解決多協(xié)議、多接口的問題。目前，業(yè)界正逐漸采用企業(yè)服務(wù)總線(EnterpriseServiceBus,ESB)的IT架構(gòu)，該架構(gòu)的基本構(gòu)件是抽離于應(yīng)用系統(tǒng)上的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),僅對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)做路由、日志、出錯處理等流程操作，便于各接口之間的調(diào)用,避免應(yīng)用間點到點的連接,以便于接口的維護,靈活性、可重用性和可擴展性都十分良好。（2）標準化應(yīng)用擴展技術(shù)在與用戶交互的應(yīng)用層，各智慧子領(lǐng)域的信息集成平臺以微內(nèi)核的理念和預(yù)留擴展點的方法延伸了應(yīng)用體系的擴展性。各智慧子領(lǐng)域的信息集成平臺就類似于操作系統(tǒng)，應(yīng)用APP就類似于在操作系統(tǒng)上安裝的應(yīng)用軟件，通過實現(xiàn)實戰(zhàn)平臺的應(yīng)用擴展點，并滿足應(yīng)用層標準化的技術(shù)規(guī)范，應(yīng)用APP就可以安裝到平臺中來，并且可以做到動態(tài)安裝和加載。通過標準化應(yīng)用擴展技術(shù)，能極大地提升了“智慧城市”信息集成平臺的應(yīng)用擴展范圍，而且可以根據(jù)用戶的不同需要開發(fā)對應(yīng)的應(yīng)用APP，而且新開發(fā)的應(yīng)用APP可以做到動態(tài)安裝和部署，以及已有的過時應(yīng)用APP也可以及時升級和下架，能更方便地擴展城