安防大數(shù)據(jù)技術(shù)難點分析與解決方案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上安防大數(shù)據(jù)技術(shù)難點分析與解決方案2015-04-09 11:53:32 來源:CPS中安網(wǎng) 作者:鄧長春 責(zé)任編輯: sillyna 摘要:在安防領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)具有廣闊的應(yīng)用場景，帶來深度的價值。經(jīng)過初步摸索，安防大數(shù)據(jù)也面臨一些技術(shù)難點。對于這些問題，我們分析安防行業(yè)特有的場景特點，探討一些貼切的解決方案,使得大數(shù)據(jù)技術(shù)更好地為安防業(yè)服務(wù)。    【CPS 】伴隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在IT領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展與成熟，大數(shù)據(jù)逐步滲透到各行各業(yè)。在領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)具有廣闊的應(yīng)用場景，帶來深度的價值。經(jīng)

2、過初步摸索，安防大數(shù)據(jù)也面臨一些技術(shù)難點。對于這些問題，我們分析特有的場景特點，探討一些貼切的解決方案,使得大數(shù)據(jù)技術(shù)更好地為安防業(yè)服務(wù)。大數(shù)據(jù)當(dāng)前在各行業(yè)的應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)端于IT領(lǐng)域，當(dāng)前在互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)中應(yīng)用得最為成熟。Google公司根據(jù)用戶海量的搜索日志，成功預(yù)測病情在北美的蔓延情況；通過分析處理大量的語料庫，為用戶提供精準(zhǔn)的在線翻譯。亞馬遜根據(jù)用戶過往的購買行為，分析出特定用戶群的購買“口味”，從而在自己的網(wǎng)站中提供精準(zhǔn)的廣告推薦。而國內(nèi)的淘寶網(wǎng)，通過分析網(wǎng)民瀏覽商品的日志，給買家提供到特定商品的關(guān)聯(lián)匹配。在其他行業(yè)，大數(shù)據(jù)的使用也屢見不鮮：在衛(wèi)生行業(yè)，基于全民的電子檔案與電子病

3、歷庫正在構(gòu)建。通過全民電子病歷庫，我們能分析全民的健康狀況，監(jiān)控相關(guān)疾病的蔓延走勢，為做好衛(wèi)生防范措施提供參考。在電力行業(yè)，通過分析大區(qū)域的用電記錄，能夠優(yōu)化電力企業(yè)管理模式，提升企業(yè)經(jīng)營水平，為基建決策提供有力參考，提高智能控制水平，加強(qiáng)電力的協(xié)同管理。同樣對于整個國家，通過分析用電情況，在宏觀掌握國家的經(jīng)濟(jì)狀況，為制定經(jīng)濟(jì)政策提供參考。在物流行業(yè)，通過分析大量以往的配送記錄，在宏觀上掌握大類物品的流向，提前把物品運(yùn)送到特定區(qū)域，提高送貨效率。在國外，一家大型的超市，通過分析交通與商品大體流向，能在精確的時間范圍內(nèi)，把特定類商品送到特定的門店，減少庫存時間，提高周轉(zhuǎn)率，創(chuàng)造企業(yè)利潤。同樣，在

4、安防領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)也得到廣泛使用。大數(shù)據(jù)助力安防行業(yè)經(jīng)過一段時間的摸索，大數(shù)據(jù)助力安防行業(yè)的發(fā)展取得相當(dāng)?shù)某尚В糠制髽I(yè)如?？低暤纫呀?jīng)有了較多的成熟項目案例。在智慧交通方面，海康威視借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，交通管理系統(tǒng)能夠在惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對城區(qū)交通要道進(jìn)行拍攝與錄制，同時把圖片與視頻數(shù)據(jù)輸往后端的大數(shù)據(jù)處理平臺。通過后端大數(shù)據(jù)處理，識別繁忙的路段，提前做好交通分流措施。借助車牌識別技術(shù)，綜合各卡口的過車記錄，能夠分析特定車輛的運(yùn)行軌跡。同樣，通過對大量行車違法記錄的模式識別，能在特定路段對具有違規(guī)傾向的車輛進(jìn)行報警，比如在高架橋，高速公路上。通過對城市周邊主要卡口大量的行車記錄分析，能識別出異常的進(jìn)

5、出城的記錄，做好防范措施。在公安執(zhí)法方面，海康威視通過人臉識別技術(shù)，提高對犯罪嫌疑人追查的效率。通過對大量異常行為的模式特征提取，能提前判別違法行為，比如在火車站，通過對扒手外觀打扮，行為舉止，作案時的動作特征分析，能夠提前把嫌疑信息告知車站治安人員，提高執(zhí)法的效率。在平安城市、，方方面面，安防大數(shù)據(jù)也引領(lǐng)很多新奇的應(yīng)用。安防大數(shù)據(jù)當(dāng)前面臨的技術(shù)難點然而，伴隨著大數(shù)據(jù)在安防領(lǐng)域越來越深入的應(yīng)用，也突現(xiàn)出一些技術(shù)難點。在IT領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展較為成熟，針對不同的應(yīng)用場景有較為豐富的技術(shù)選型以及技術(shù)路線，其中很多技術(shù)可以移植應(yīng)用到安防領(lǐng)域中。但I(xiàn)T與安防畢竟是兩個不同的領(lǐng)域，兩者之間存在很多不一

6、樣的地方。最大的不同，就是數(shù)據(jù)本身的不同，主要體現(xiàn)在一下方面：數(shù)據(jù)類型不同。在IT領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)處理的對象往往是網(wǎng)頁索引、用戶行為、日志記錄等字符型數(shù)據(jù)，這些是結(jié)構(gòu)化、方便計算識別處理的數(shù)據(jù)。而在安防領(lǐng)域，數(shù)據(jù)往往以圖片、音頻、視頻等非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，往往計算機(jī)不能直接識別，這些數(shù)據(jù)只有在人面前才顯得有意義。數(shù)據(jù)量在數(shù)量級上的不同。在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，單條日志記錄一般在一百字節(jié)之內(nèi)，到了1PB的日志記錄，已經(jīng)是一個足夠大的量。但在安防領(lǐng)域，一張普通的縮略圖就幾百KB,如果考慮高清攝像，高清視頻，這個數(shù)量要更大。一個普通的中等城市，在主要交通卡口拍攝的圖片，一年下來就能積壓幾個PB的數(shù)據(jù)，如果考慮視頻，這

7、個數(shù)據(jù)量更大。對數(shù)據(jù)的實時性要求不同。在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，以日志型數(shù)據(jù)分析為主的典型應(yīng)用中，對實時性要求沒那么高，比如淘寶的推薦系統(tǒng)，是否分析最近一個小時用戶的瀏覽記錄對于推薦效果關(guān)系不大。而在安防領(lǐng)域，前端攝像頭錄制的都是實時流，這是一個不間斷的數(shù)據(jù)流，最近錄制的數(shù)據(jù)超過一定時間沒有得到有效保存，將會永遠(yuǎn)被丟失。針對安防領(lǐng)域與IT領(lǐng)域在數(shù)據(jù)本身上的異同，把適合IT領(lǐng)域常規(guī)的大數(shù)據(jù)技術(shù)搬到安防領(lǐng)域就會碰到一些技術(shù)難點，表現(xiàn)如下：存儲成本問題。在IT領(lǐng)域，海量的數(shù)據(jù)往往保存在分布式存儲系統(tǒng)中，為了提高數(shù)據(jù)的可靠性，一份數(shù)據(jù)往往復(fù)制成幾份相同的副本，分別保存在不同的節(jié)點中，當(dāng)其中一些副本丟失時，可以從其

8、他節(jié)點讀出數(shù)據(jù)。比如在Hadoop中，一份數(shù)據(jù)往往在集群中保存了相同的3份。如果有1PB的原始數(shù)據(jù)，則至少要占用3PB的磁盤空間。而在安防領(lǐng)域，幾個交通卡口的視頻，在一個較短的時間內(nèi)，如果不覆蓋之前的數(shù)據(jù)，就能輕易積壓幾個PB。由于圖像、音頻、視頻數(shù)據(jù)本身的量太大，生搬傳統(tǒng)的多副本策略成本過高，我們需要設(shè)計出一些更高效同時不損失可用性的方案。小文件存儲問題。這個問題是大數(shù)據(jù)技術(shù)面臨的一個共性問題，但在安防領(lǐng)域可能又突現(xiàn)得較為嚴(yán)重。在互聯(lián)網(wǎng)，小文本、圖片、音樂都是小文件，當(dāng)層積較多時，都面臨如何存取這些海量小文件的問題。而在安防行業(yè)，小文件主要以圖片為主，比如一個城市的主要交通卡口在一年內(nèi)，就能

9、產(chǎn)生百億張圖片。對于這些海量的小文件的存儲，涉及到大量元數(shù)據(jù)的管理，保證存取的性能是問題的關(guān)鍵。當(dāng)然，問題并不可怕，通過分析研究安防應(yīng)用場景，我們摸索出一些貼合安防大數(shù)據(jù)的解決方案。解決問題的方向引入擦除碼(ErasureCode)技術(shù)，節(jié)省存儲空間。擦除碼是一個在通信理論中的術(shù)語，其基本思想就是：一條原始信息由K個符號構(gòu)成，在信息發(fā)送前，通過某種具有冗余功能的數(shù)學(xué)映射，生成由(K+M)個符號組成的編碼后的信息，然后把編碼后的信息通過信道發(fā)送給接受方，由于信道的不可靠特性，在信息傳輸?shù)倪^程中可能會丟失幾個符號，接受方在接受到信息后，只要丟失的符號不超過M個，則接受方在剩余的符號中通過逆向的數(shù)學(xué)

10、變換，能還原出由K個符號組成的原始信息。圖-1：信息在信道中的傳輸過程如上圖所示：原始信息由A、B、C三個符號組成，現(xiàn)在通過編碼函數(shù)f對其進(jìn)行編碼，生成編碼后的信息為a、b、c、d、e,編碼后的信息在信道上進(jìn)行傳輸，在傳輸?shù)倪^程中由于某種原因符號a與b丟失了，接受方只接受到了三個符號c、d、e，接受方通過解碼函數(shù)-f(實際上就是編碼函數(shù)的逆函數(shù))進(jìn)行解碼，能夠計算出原始的信息A、B、C。由上可看出，信道雖然不可靠，但在信道上丟失的兩個符號并不影響我們整個信息的傳輸，我們唯一要做的工作就是在發(fā)送信息前與接收信息后做一定的編碼與解碼工作。受上面思想的啟迪，在分布式存儲系統(tǒng)中，一個大文件分成若干塊，

11、這些不同的塊分發(fā)到不同的節(jié)點中，現(xiàn)在假設(shè)一個文件由K個數(shù)據(jù)塊組成，我們通過編碼后變成(K+M)個編碼塊，再把這(K+M)個編碼塊分發(fā)到不同的節(jié)點中。現(xiàn)在由于集群中幾個節(jié)點失敗，丟失了幾個塊，只要丟失的塊數(shù)不超過M，我們依然能從其他節(jié)點中讀入K個編碼塊，通過解碼運(yùn)算，得出我們之前的K個數(shù)據(jù)塊，也就還原出那個完整的文件。而在分布式系統(tǒng)中，超過M個數(shù)據(jù)節(jié)點同時失效的可能性很小，由此可以看出，雖然存在節(jié)點失敗的情況，但依然不影響我們數(shù)據(jù)存儲的可靠性。這里引入額外的存儲空間為(M/K)倍，而傳統(tǒng)的N副本策略，引入的額外存儲空間為(N-1)倍，通過調(diào)節(jié)M與K的關(guān)系，我們能把存儲空間降到1.3倍，這與傳統(tǒng)H

12、adoop占用存儲空3倍相比，具有巨大的節(jié)省價值。在工程實踐中，我們通過數(shù)據(jù)分條帶，優(yōu)化編碼分組策略，進(jìn)行高效快速的編解碼計算，既保證數(shù)據(jù)存取的性能，又節(jié)省了大量的磁盤空間。如圖-2，數(shù)據(jù)橫向分條帶，同一個條帶內(nèi)，左邊為原始數(shù)據(jù)(K=4)，右邊為編碼后的數(shù)據(jù)(M=2)，存儲時，把同一個條帶內(nèi)的所有數(shù)據(jù)分發(fā)到分布式系統(tǒng)上的不同節(jié)點。當(dāng)處于同一個條帶內(nèi)的數(shù)據(jù)丟失塊數(shù)不超過2時，依然能從剩下的數(shù)據(jù)塊中通過解碼計算出原始的數(shù)據(jù)。圖-2：數(shù)據(jù)分條帶，進(jìn)行編碼存儲建立索引，小文件合并成大文件集中存儲。對于大量的數(shù)據(jù)，單機(jī)無法存儲，借助分布式存儲技術(shù)，將數(shù)據(jù)分散存儲到不同的節(jié)點上。但主流的HDFS分布式存儲

13、系統(tǒng)適合存儲少量的大文件，就是文件個數(shù)較少，但單個文件的很大。如果大量的小文件樸素的存放在HDFS中，由于要管理的元數(shù)據(jù)巨大，嚴(yán)重印象集群的可擴(kuò)展性，以及文件本身的存儲性能。解決問題的思路是，把大量的小文件合成一個大文件，同時對這些小文件建立索引，索引信息集中管理。當(dāng)要讀取文件時，先查找索引信息，根據(jù)查找出的索引信息再定位到那個大文件具體位置，讀出小文件。圖-3小文件合成大文件，并且建立索引如圖-3，上面為把若干小文件合成一個大的文件，下面為針對這些小文件建立的索引，所有的索引又合成一個索引文件。在工程實踐中，我們又對索引文件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，引入了哈希索引結(jié)構(gòu)，由于哈希定位過程相當(dāng)過，所以提升了小文件的讀取性能。同時，由于索引文件很小，我們除把索引文件持久化到底層文件系統(tǒng)，還同時把索引信息讀入內(nèi)存，這樣極大提升了文件存取效率。結(jié)語隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的逐步發(fā)展與深入應(yīng)用，它會給我們帶來越來越多的潛在價值。當(dāng)安防行業(yè)進(jìn)入就計算化時代后，各種前端設(shè)備采集大量的圖片、音頻、視頻，這個數(shù)據(jù)在一個較小的區(qū)域一個較短的時間內(nèi)，就能積攢海量的數(shù)據(jù)，要掌握并且成功挖掘出這些數(shù)據(jù)的價值，更好的為安防服務(wù)，急需我們掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)。目前，安防行業(yè)僅有?？低暤葮O個別企業(yè)掌