在安防領(lǐng)域，信息孤島問題突出。在一座城市，有公安部門安裝的攝像監(jiān)控設(shè)備，也有各個(gè)單位安裝的攝像監(jiān)控設(shè)備。這些設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)難于實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，造成信息孤島現(xiàn)象，“只見樹木，不見森林”。近年來，以云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)為核心的智慧城市建設(shè)提出大安防概念，試圖將這些孤立的視頻信息集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和共享。然而，視頻信息數(shù)據(jù)量巨大，造成通信帶寬的巨大消耗。
在安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域，隨著高清監(jiān)控時(shí)代的到來，產(chǎn)生了越來越多的海量視頻數(shù)據(jù)，是一種典型的大數(shù)據(jù)。如何以較小的通信代價(jià)實(shí)現(xiàn)安防大數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，并具有較高的擴(kuò)展彈性和易于實(shí)施的特點(diǎn)，是目前安防大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)難題。針對這一挑戰(zhàn)難題，本文提出一種基于大數(shù)據(jù)的分布式云計(jì)算模型。
1、安防大數(shù)據(jù)
安防大數(shù)據(jù)具有2個(gè)明顯的特點(diǎn)：1)數(shù)據(jù)規(guī)模海量化：2)數(shù)據(jù)類型非結(jié)構(gòu)化。數(shù)據(jù)規(guī)模海量化造成數(shù)據(jù)傳輸和存儲的困難，數(shù)據(jù)類型非結(jié)構(gòu)化為數(shù)據(jù)利用帶來了極大的挑戰(zhàn)，為了解決這些難題需要大數(shù)據(jù)。IDC將大數(shù)據(jù)視為一個(gè)融合的體系：具備大規(guī)模的體量(Volumes)、多樣化的種類(Variety)的數(shù)據(jù)集以及對這種數(shù)據(jù)集進(jìn)行高速(Velocity)采集、處理與分析以提取價(jià)值(Value)的技術(shù)架構(gòu)與技術(shù)過程。
Hadoop技術(shù)正是在此背景下誕生，歷經(jīng)數(shù)年的積累，Hadoop已成長為一個(gè)強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，成為IT領(lǐng)域廣泛采用的大數(shù)據(jù)模型框架。Hadoop主要由分布式文件系統(tǒng)(HDFS)、并行計(jì)算架構(gòu)(MapReduce)和分布式數(shù)據(jù)庫(HBase)組成。其中，HDFS是針對大規(guī)模數(shù)據(jù)的高容錯(cuò)性和高吞吐的分布式文件系統(tǒng)，它可以構(gòu)建從幾臺到幾千臺由常規(guī)服務(wù)器組成的集群中，并提供高聚合輸入輸出的文件讀寫訪問。HBase是一個(gè)分布式的、按列存儲的、多維表結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)分布式數(shù)據(jù)庫，它可以提供大數(shù)據(jù)量架構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)高速讀寫操作，為高速在線數(shù)據(jù)服務(wù)而設(shè)計(jì)。MapReduce適用于大數(shù)據(jù)量處理的分布式框架，是為離線數(shù)據(jù)分析而設(shè)計(jì)，利用數(shù)據(jù)的并行性進(jìn)行分布運(yùn)算，而后匯總結(jié)果的計(jì)算框架。
2、基于大數(shù)據(jù)的分布式云計(jì)算模型
大數(shù)據(jù)己在安防領(lǐng)域初步取得成功的應(yīng)用，例如紐約市警察局與微軟合作推出了基于大數(shù)據(jù)的犯罪預(yù)防與反恐技術(shù)：領(lǐng)域感知系統(tǒng)(Domain Awareness System，簡稱DAS)。該系統(tǒng)能快速混合與分析從約三干臺閉路攝像機(jī)、9·ll呼叫記錄、車牌識別器、輻射傳感器以及歷史犯罪記錄中獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。目前紐約市警察局已能追蹤機(jī)動車，并確定此車在過去幾天甚至幾個(gè)星期的所到之處；還能快速訪問犯罪嫌疑人的逮捕記錄以及所有特定案件的9·11呼叫記錄，將犯罪記錄以時(shí)間先后順序按地理空間技術(shù)映射出來，以揭示犯罪模式。
雖然大數(shù)據(jù)在DAS中得到成功應(yīng)用，但是DAS的范圍還很有限。首先，存在信息孤島現(xiàn)象，各個(gè)單位和小區(qū)獨(dú)立的攝像系統(tǒng)還有充分利用，造成感知出現(xiàn)死角。其次，集中式的計(jì)算和存儲造成通信成本高、難于管理。為此，本文提出一種基于大數(shù)據(jù)的分布式云計(jì)算模型，其示意模型如圖1所示。
圖1 基于大數(shù)據(jù)的分布式云計(jì)算模型
在基于大數(shù)據(jù)的分布式云計(jì)算模型中，域結(jié)點(diǎn)是一個(gè)全局結(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)任務(wù)的派發(fā)和信息的整合。子域結(jié)點(diǎn)為局部結(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)從域結(jié)點(diǎn)接收任務(wù)。終端結(jié)點(diǎn)即為具體的攝像頭，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)傳送信息。以某城市為例，假如該城市欲將某高校納入其安防大數(shù)據(jù)范圍，而該高校又有三個(gè)校區(qū)。則域結(jié)點(diǎn)為該城市安防大數(shù)據(jù)的控制中心，第一層子域結(jié)點(diǎn)為該高校的主控中心，該高校三個(gè)校區(qū)的控制中心都為第二層子域結(jié)點(diǎn)，每個(gè)校區(qū)的監(jiān)控設(shè)備為終端結(jié)點(diǎn)�；诖髷�(shù)據(jù)的分布式云計(jì)算模型具有以下優(yōu)勢：
(1)擴(kuò)展彈性高。域結(jié)點(diǎn)與子域結(jié)點(diǎn)之間只需光纖連接起來，就可以實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控范圍擴(kuò)展。
(2)通信帶寬低。由于子域結(jié)點(diǎn)具有自己的計(jì)算和存儲能力，根據(jù)域結(jié)點(diǎn)的任務(wù)指令，子域結(jié)點(diǎn)只需將計(jì)算后的視頻信息片段發(fā)送到域結(jié)點(diǎn)，從而降低通信帶寬。
(3)易于實(shí)施。域結(jié)點(diǎn)與子域結(jié)點(diǎn)連接后，只需在子域結(jié)點(diǎn)處安裝相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，子域結(jié)點(diǎn)的現(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無需改變，避免重復(fù)建設(shè)，節(jié)省建設(shè)成本。
3、域(子域)結(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)
域(子域)結(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)架構(gòu)采用Hadoop技術(shù)，由安防信息決策系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(MapReduce)、海量數(shù)據(jù)分布式存儲系統(tǒng)和分布式數(shù)據(jù)處理結(jié)點(diǎn)組成，如圖2所示。域(子域)結(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的功能主要包括：
(1)統(tǒng)一指揮布控。對接入系統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)的視頻數(shù)據(jù)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)分層次集中統(tǒng)一管理。每個(gè)管理子節(jié)點(diǎn)都能夠有效監(jiān)控其管轄下的所有監(jiān)控視頻以進(jìn)行分析處理預(yù)警，并能夠?qū)⑾嚓P(guān)處理后的特征信息反饋到上一級節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匯總，避免監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)孤島現(xiàn)象。同時(shí)也能接受主節(jié)點(diǎn)下發(fā)的監(jiān)控指令，對視頻內(nèi)容進(jìn)行在線處理，以識別出指令特征所描述的人物及場景進(jìn)行預(yù)警并上報(bào)。
(2)物體追蹤。根據(jù)物體的運(yùn)動情況，自動發(fā)送相應(yīng)控制指令，控制攝像頭自動跟蹤物體。如果物體超出該攝像機(jī)監(jiān)控范圍，能自動通知物體所在區(qū)域其它攝像頭繼續(xù)進(jìn)行追蹤。
(3)人的面相、步態(tài)等識別。自動對人臉和人的步態(tài)特征進(jìn)行識別，可以用來幫助識別和驗(yàn)證是否為指定人物的身份。
(4)車輛識別。識別車輛的形狀、顏色、車牌號碼等特征，可用于監(jiān)控指定車輛的追蹤。
(5)非法滯留的判別。對人或物體在敏感區(qū)域停留的時(shí)間超過了預(yù)定義的時(shí)問長度時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。
(6)治安事件的監(jiān)測。指定范圍內(nèi)人的行為特征是否符合某一個(gè)性行為模式，用以實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警治安事件。
圖2 基于云計(jì)算的大數(shù)據(jù)安防監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
4、討論
本文為解決安防領(lǐng)域中的信息孤島問題，提出一種分布式云計(jì)算模型，該模型具有擴(kuò)展彈性高、通信帶寬低和易于實(shí)施等特點(diǎn)。應(yīng)用是大數(shù)據(jù)的生命和價(jià)值所在，解決信息孤島問題是大數(shù)據(jù)應(yīng)用的前提。在安防大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，有眾多應(yīng)用可以開發(fā)，例如犯罪嫌疑人跟蹤、犯罪和群體事件預(yù)防、老人小孩失蹤尋找、車輛跟蹤以及交通堵塞疏導(dǎo)等等。這些應(yīng)用都與人們?nèi)粘Ｉ詈桶踩芮邢嚓P(guān)，安防大數(shù)據(jù)為解決這些問題提供了一種有效手段。但是，安防大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)應(yīng)用理論尚需進(jìn)一步的創(chuàng)新研究，特別是需在模式識別、數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)和智能決策等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸上取得突破。只有這些根本性的問題得到解決，安防大數(shù)據(jù)才能真正得到應(yīng)用。
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本文標(biāo)題：安防大數(shù)據(jù)下的分布式云計(jì)算模型
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