项目背景
为了确保各类重要考试项目的公平、公正和权威,维护广大考生参与公平竞争的权益,防止考场舞弊,广东省教育考试院在省政府和省教育厅的支持下,自2008年初制定了《国家教育考试网上巡查系统建设广东省标准技术实施规范》,正式启动了广东省教育考试远程电子巡查系统的工程建设。这是提高广东省教育考试院现代化管理手段的重要措施,是一项根据考试院“稳步推进、全面覆盖”的实际需要而分步实施的系统工程。
广东省早在2001年开始就在全省各地市陆续建立教育考试视频监控系统,在建设的力度和成果方面一直在全国处于领先地位。目前,大部分地市都已建成或正在建设考试监控系统,但各地已建成的监控系统大多自成体系,在技术规范和实现的功能方面不尽相同,而且,由于缺少统一规划和技术协调,相互间的互通及直联直控也存在问题,与教育部考试中心要求的建立全国性的统一平台还有很大差距。
截止到2009年,全省网上巡查系统覆盖率已经达到高考考点的95%,其中大部分学校级网上巡查系统都未能与省级和国家级平台互联互通。全省21个地市级指挥中心中只有2个市级指挥中心可以与省级、国家级平台互联互通。为了实现我省各个国家教育考试定点考场与省内各级考试监控指挥中心和教育部考试中心的互联、互通,我省在“国家教育考试网上巡查系统”的建设过程中,将严格按照教育部提出的《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》(JY/T-KS-JS-2007-1)(文内简称“国标”)和《广东省教育考试网上巡查系统建设规范》(文内简称“省标”)来实施。
本项目是在广东省各地考场监控及信息网络建设的基础上,结合多种成熟的信息技术、网络技术和通讯技术,建设全省教育考试院统一的教育考试综合指挥平台,实现对全省考务工作的统一指挥管理和服务,对于考试院有关部门实时了解全省考务情况,加强考务工作的监督管理,统筹和规范教育考试工作,实现信息共享、信息上传下达、考务办公自动化、迅速处理突发事件具有重大意义。
总体目标
广东省教育考试院考试巡查系统互联是国家教育考试考务管理与服务平台的重要组成部分。主要包括考务综合管理、视频会议、考场视频巡查、应急指挥等子系统。
· 省考试院教育考试网上巡查系统:在考试院指挥中心建设一套符合完整的教育考试网上电子巡查系统,实现监控资源的控制、管理和监视等功能。控制管理的主体主要包括监控浏览管理机、SIP媒体转发服务器、SIP路由服务器等设备,以及监控管理系统软件平台;
· 地市所属校级考场与省考试院教育考试网上巡查系统的联接:将广东省21个地市级考试中心的考场视音频监控信息连接到省考试院教育考试网上电子巡查系统;
· 与其他子系统的集成:1)与考务管理系统的集成,各级考试指挥管理部门通过接入远程考场网上巡查系统实时查看考场的情况,实现网上巡查自动轮巡,设置重点监控目标,包括考点和保密室,实现重点目标的布控与自动监控。通过全国各级考试现场视频的层层联网接入,教育部考试中心可随时抽查各考点考场的现场情况。2)与视频会议系统的集成,在需要时,在大屏幕电视墙上实现视频会议视频图像与考试巡查系统视频图像任意切换显示。3)与GIS系统的集成,在广东省教育考试考务管理平台GIS系统中,以数据仓库为核心内容,硬件和系统软件为系统的外壳与内壳,应用人员与组织机构为系统的各级用户,具有与教育考试远程电子巡查系统联动功能。
设计依据及建设原则
建设标准规范体系内容是广东省考试院教育考试考务管理平台整体工程科学实施的前提,我们按照“科学论证、统筹规划、资源共享,功能齐备、特色鲜明,分步实施、持续发展”的思路,依据国标的要求,进行方案设计。
在建设整个系统时,我们本着技术先进、系统实用、结构合理、产品主流、低成本、低维护量作为基本原则的理念,进行系统构架设计。[nextpage]
· 技术的先进性——整个系统选型、软硬件设备的配置均要符合高新技术的潮流,关键的视频数字化,压缩、解压、码流、传输均采用国内外工程建设中被广泛采用的技术与产品。在满足功能的前提下,系统设计在今后一段时间内保持一定的先进性;
· 架构合理性——采用先进成熟的技术来架构各个子系统,使其能安全平稳地运行,有效地消除各子系统可能产生的瓶颈,选用合适的设备来保证各子系统具有良好的扩展性;
· 经济性——在满足系统功能及性能要求的前提下,尽量降低系统建设成本。采用经济实用的技术和设备,利用现有设备和资源,综合考虑系统的建设、升级和维护费用,不盲目投入。建设经费不足的地区,应先重点、后一般,分期投入、分期建设;
· 实用性——在设备选型时,主要依据从目前市场上占有率高的各类产品中选择具有最优性能价格比和扩充能力的产品;
· 规范性——控制协议、编解码协议、接口协议、视频文件格式、传输协议等应符合相关国家标准、行业标准和教育部颁布的技术规范;
· 可维护性——所设计的系统和采用的产品应该是简单、实用、易操作、易维护。系统的易操作和易维护是保证非计算机专业人员使用好本系统的条件;
· 可管理性——前端现场设备,各分系统集中于中心统一控制,实施对所有远端设备的控制、设置,以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能;
· 安全性——对系统采取必要的安全保护措施,防止病毒感染、黑客攻击,防雷击、过载、断电和人为破坏,具有高度的安全和保密性。
需求分析
广东省教育考试院结合教育考试现代化的实际需求,基于先进的数字音视频压缩技术和计算机广域网络技术,整合现有的电子监控系统和巡考系统,兼顾其他教学应用,建成统一的教育考试电子监控和管理平台,实现全省教育考试网上巡考,真正实现教育考试公平、公正、公开。建立一套三级管理结构的远程电子巡查系统的解决方案,实现考点校、区县、市考试院的三级考场视频远程电子巡查管理系统。
系统应该能满足多种网络的接入要求,包括局域网、校园网、城域网、ADSL公网。该系统应该能适应多种考试类型的要求,同时向管理人员提供音视频,考试管理信息等。这些信息应该自动保持同步功能。为管理人员提供方便地数据录入、查询、管理方法,在考试结束后,管理人员应该可以方便的查询定位录像文件。
省考试院指挥中心是教育考试网上电子巡查系统的核心管理部分。由于主要需求在于巡视、访问,因此省考试院指挥中心所需设备为监控服务器、数据库服务器、大屏幕拼接电视墙等。系统功能需求为:屏幕显示、图像存储、全局管理。
管理平台需求:信息采集及传输、实时图像点播、远程控制、存储和备份、历史图像的检索和回放、报警联动、用户与权限管理、网络与设备管理、人机交互、网络信息安全管理、统一命名规则、与其它信息系统的互联接口。
安全需求:物理安全包括环境、设备和记录介质的安全,以及防雷接地要求。运行安全包括网络安全监控、审计、防病毒、备份与故障恢复。
信息安全则具备身份认证、访问控制、防抵赖、数据保密、安全域隔离等功能。通信和网络安全包括基于专线、公网、无线网络传输等安全。
整体规划方案
教育考试巡查系统主要是通过设立在省考试院考试指挥中心管理平台,通过网上对地市各个高考考场的整体秩序进行监督,从而促进各个考场更认真负责地加强现场监考工作。基于这一目的,广东省教育厅内的监考中心只要求监控各个考场的宏观情况,并不监控具体细节,因此不需要对所有考场的实时图像同时监看,或对各个考场的监控摄像设备进行云台控制、焦距控制等。事实上,由于网络的时延性,在省中心具体控制某个考场的摄像设备没有实际意义,也是不现实的。
重要的是,网上巡查系统内各级监控中心之间能够有效地进行通信和共享数据。在考试期间,省中心考试巡查系统实现随意调取各考场的实时图像,并在显示屏幕上任意切换显示;考试结束后,可以随时调看任意考场监控录像资料,基本就能够达到考试监督、考场巡查的管理目的。[nextpage]
由于各个地市、各个学校的具体情况不同,有的在国标颁布之前已建立了考场监控系统、多媒体系统或监控与多媒体多功能集成系统,采用的设备各式各样,要实现互联互通存在着通讯协议不统一、传输方式不统一、音视频压缩算法不统一、命名规则不统一、管理平台不统一等方面的技术难题,如果完全更换成符合技术规范标准的设备,势必损害学校已有的建设投资,显然不可行。因此,在项目设计中必须针对原有系统的不同情况,提出一套投资较少的、行之有效的改造方案。
新建系统方案
新系统建设要严格依据国标及省标的规定,进行方案设计、项目实施以及竣工验收。以便实现全省国家级统一考试考场巡查监控要求;各级各类远程电子巡查系统考点保密室巡查监控要求;满足各级各类远程电子巡查系统统一存储要求;满足各级各类远程电子巡查系统病毒防范要求;满足各级各类远程电子巡查系统编码、图像清晰度一致性要求;满足广东省的各级各类教育考试远程电子巡查监控的无缝连接要求。
旧系统改造方案
1.模拟系统改造方案
对于原校级考场已建设了模拟监控系统,在学校监控中心根据监控试室的数量配置若干台一分二视频分配器、若干台4/8/16路标准巡考流媒体服务器。前端摄像机视频信号连接一分二视频分配器后,一路输出连接原有监控设备,保持原系统功能不变,另一路输出直接连接到标准巡考流媒体服务器上进行存储、编码及联网上传。标准巡考流媒体服务器自带一路VGA输出和两路BNC输出,可以根据需要,将VGA或BNC输出端口接到电视墙进行图像显示。采用管理计算机对多台标准巡考流媒体服务器进行控制操作,如图1所示。
图1模拟系统改造方案
2.矩阵切换改造方案
一般情况下,同一个考场同时向上一级考试巡查监控中心同时传送的监控视频信号4至8路就够了。原校级考场已建设了模拟监控系统,在学校监控中心根据监控试室的数量配置一台网络型多路输入4/8路输出模拟矩阵,如果原系统配有网络型模拟矩阵的话,也可以利用原矩阵的闲置的输出端口(如果有的话),配置一台4/8路输入标准巡考流媒体服务器,将矩阵对应的输出端直接连接到标准巡考流媒体服务器上,上级考试巡查监控中心通过网络远程控制矩阵,实现对学校考场监控图像的切换调用,如图2所示。
图2 矩阵切换改造方案
3.IP摄像机系统改造方案
对于原校级考场已建设了纯IP数字监控系统,在学校监控中心根据监控试室的数量配置多路视频解码设备,解码设备必须能够将IP摄像机数字化视频信号解码还原为模拟信号,然后接入标准巡考流媒体服务器如图3所示。[nextpage]
图3 IP摄像机系统改造方案
4.软件转码改造方案
现在考场监控系统中采用的图像存储、解码显示设备基本上都是DVR或DVS,就视频压缩编码采用的信号传输技术上讲,IP摄像机也可以当作不带存储功能的DVS设备来考虑。由此,可根据不同设备生产厂商提供的SDK包进行软件编程,将这些不同设备通过网络传输的数字化音视频信息进行解码,还原为模拟信号,再按照国标重新进行编码、命名,经过重新编命名码后的音视频数字化信息通过网路转发至上级考试巡查监控中心,从而实现原有非标准化系统与新系统的互联互通。
考试巡查指挥系统构架
为了更好地完成市级、区县级、考点级的巡查指挥系统的建设,建设如图4的省级巡查指挥平台。
图4 省级巡查指挥平台
一个完整的市级教育考试网上巡查中心组成如图5所示,市级远程管理控制台包含了巡查中心管理平台软件以及SIP服务器软件,完成设备注册、管理和SIP路由功能。流媒体服务器则用于市级保密室图像的存储和编码、上传。
图5 市级教育考试网上巡查中心[nextpage]
学校巡查中心是组成巡查系统的基础,每个学校的具体情况都不尽相同,在此按照一般学校的情况为例进行设计说明。校级教育考试巡查系统中心组成如图6所示。
图6 校级教育考试巡查系统中心
系统安全设计
病毒防护。为保证各级的网络和系统能够正常的运行,我们推荐使用防火墙设备作为整个市级平台的安全保障,防火墙作为企业级的防火墙,能在整个网络范围内提供很好的病毒防护能力。如果学校校园网络已建成,可以不再对网络安全另进行防火墙配置。
数据存储及安全。作为学校巡查系统的最重要组成部分,流媒体在前端不仅能够保证完成编码的工作,同时也提供了本地存储这一功能,即数据的存储不通过网络传输完成。在网络可能出现故障的时候,数据依然能够存储,避免了通过网络存储方式带来的数据丢失的隐患,同时流媒体的操作系统采用嵌入式的LINUX操作系统,很好的防止了病毒的侵入,最大化保证了数据的安全性。
操作系统的安全部署。为了进一步保证系统的安全性,服务器均使用Windows 2000作为服务器的操作系统。同时为了保证服务器的安全稳定运行,最大限度地抵御病毒和黑客的入侵,可配置一些安全策略来最大限度增强服务器的安全。采用“最小化”原则,选择要必须开放的端口,其它不需要使用的端口,建议关闭。在“Internet信息服务”配置对话框中,通过配置向导,来选择所要启用的Web服务扩展、要保持的虚拟目录,以及设置匿名用户对内容文件的写权限。这样转发、远程监控服务器的安全性就大大增强。
巡查系统的安全可靠性。系统采用技术领先的DES和RSA算法对所有通过网络传输的音视频数据进行实时加密,存储文件只能用特定的软件进行操作,彻底避免了其他软件对存储文件的非法操作可能性,同时配合了其他多种安全措施,有效地保证资料的真实性、整个系统的安全可靠性。
项目完成情况及展望
在广东省教育考试院各级领导的正确决策与领导下,于2010年高考前完成省级考试综合指挥系统平台集考务管理、考试巡查、GIS、视频会议、应急通讯等功能于一体的考试巡查系统互联互通建设项目。[nextpage]
建设的考试综合指挥系统包括多媒体实时通信系统及相关业务系统的接口。从计算机到传真、电话、手机、短信、视频和音频会议,指挥系统平台提供了多种通讯方式,对突发事件,可迅速同相关的个人或单位进行通信,还可组织网上会议、远程视频会议,对事件进行讨论和决策,并对决策过程进行实时全程监控。
第一期工程已经由省考试院出资,按国家标准完成了省级教育考试网上巡查系统平台、省级视频指挥系统以及三个市级巡查系统平台和43所学校非标准考试巡查系统的改造建设试点,经改造后的考场监控图像与省级平台实现了无缝连通,成效显著。
2010年高考前,在全省21个地市级、23个县级市、41个县共计310个校级考场的平台,开展与省级、国家级考试巡查系统平台进行统一互联互通的工作。截止到2010年高考,全省共连接试室监控视频数量达到18,700多个,约占全省目前总试室数量的78%。我省教育考试院计划在2011年完成全省401个校级考场共计25,000试室的教育考试网上巡查系统的互联互通建设。
就目前的系统建设状况来看,大部分的地级市、县级市的学校级考场是通过技术改造方式,实现与省级、国家级考试巡查系统的互联互通的,从本质上讲,旧系统的几种改造模式只是非标准化系统向标准化系统过渡时期的折中解决方案,在今后的新建项目中,依然需要严格按照国标和省标的要求进行设计、施工和验收,旧系统的设备将随着使用年限、设备老化逐步更新,逐渐被淘汰掉。
今后,随着经济水平的提高,应用技术的发展,全省教育行业网络应用建设的逐步完善,HDTV Over IP技术、掌脉身份识别技术等一系列新型高科技产品,将会在国家教育考试的考务管理、考试巡查系统中,得到广泛的应用。