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关键词:公路、隧道、设计、视频、监控、方案
Abstract: This article is from the experience from the highway tunnel design and construction to the tunnel video monitoring system composition, function and practicality of exploration and analysis in the past years.Especially in view of the present situation of highway tunnel, I have deeper study and comparison in the video monitoring system scheme in order to provide useful reference for the similar projects. Hope my opinion in this area will put forward the improvement and development of highway tunnel video monitoring system.
中图分类号:X734 文献标识码:A 文章编号:
引言:公路隧道视频监控系统主要用于监控中心值班员对整条隧道、引道、匝道的交通运行状况实行全范围、全断面监视,监视整条隧道及洞口的运营状况,协助值班员指挥行车。随着我国数字高清技术及网络的发展,人们已不再满足通过传统模拟摄像机从公路隧道中摄取的监控画面;更清晰、更直观、更实时的监控图像已成为视频监控系统发展的必然。通过网络技术的应用,使得公路隧道视频监控系统的架构更加简单、灵活,同时确保系统具有更强的可扩展性。所以在此做一个深入的研究和探讨,以寻求视频监控系统最佳设计方案。
1、公路隧道视频监控系统现状及组成
视频监控系统方案就目前公路隧道应用及其它行业的案例来说,包括高清数字网络视频监控系统和传统模拟视频监控系统。
(1)高清数字网络视频监控系统
数字网络视频监控系统是从视频编码、视频传输到控制存储都是数字信号的视频监控系统,是相对于模拟监控系统而言的。系统采用高清网络摄像机,中心数字化设备,可以与其它子系统无缝连接,实现真正的数字化。
数字监控系统示意图:
(2)传统模拟视频监控系统
模拟视频监控系统是采用模拟摄像机、硬盘录像机,视频矩阵等设备,这个系统的特点是将模拟信号转化成数字信号存储在硬盘里。
模拟监控系统矩阵联网示意图:
2、视频监控系统的特点及应用
(1)高清数字网络视频监控系统
方案一:高清数字网络视频监控系统。目前基于IP寻址的多媒体通信技术发展势头强劲,监控设备的数字化、网络化发展已经普遍展开,网络数字监控系统的广泛应用已成为发展趋势,视频监控系统将顺应这一历史潮流,采用全数字网络化的电视监控系统解决方案。
全数字分布式的网络监控系统是完全基于数字视频技术和网络传输的视频监控系统,该系统综合运用了多媒体视频技术、计算机网络技术、工业控制技术,实现了视频/音频的数字化、系统的网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化。系统将传统的视频、音频及控制信号数字化,以IP包的形式在网络上传输,实现了集中监控、集中管理,其最大的优点为全高清的视频图像。
工程设计案例:在我院2012年参与设计并完成的长沙市营盘路湘江隧道视频监控系统中,首次采用高清数字视频监控系统。在摄像机的选择上选用上海尧视的数字高清摄像机,在传输方式上通过现场网络交换机将隧道的视频画面通过光缆传输到监控中心。所摄取到的隧道监控画面在图像的清晰度方面较传统的模拟摄像机有了一定程度的飞跃。
(2)模拟视频监控系统
方案二:模拟视频监控系统。技术发展已经非常成熟、性能稳定,并在长时期内成为监控领域的主流选择,并得到广泛使用。其主要特点是:通过前端模拟摄像机,采用矩阵主机控制,通过视频控制主机对所需的图像进行监视和调用。其主要缺点是:系统构架比较复杂、施工量大,且增加任意视频前端机均需对系统原配置进行必要的修改。
工程设计案例:在我院2008年参与设计并完成的的青岛胶州湾海底隧道视频监控系统中,采用的模拟视频监控系统。在摄像机的选择上选用美国霍尼韦尔(Honeywell)模拟摄像机,在传输方式上通过光端机将隧道的视频画面通过光缆传输到监控中心的视频矩阵,通过视频矩阵来调用所需的视频图像。
3、视频监控系统方案比选
针对方案一(数字化)和方案二(模拟化)这两种方案各有优缺点,下面做一个具体的分析:
(1)前瞻性:模拟监控系统的结构决定其无法避免诸多的局限性,如只能在线实时观看,难以实现远程监控等,模拟监控被网络监控替代必然是大势所趋。
(2)先进性:网络摄像机为嵌入式实时监控设备,整个网络监控系统架构简单,布线施工容易,一条网线可以同时传达多路网络摄像机的视频信号。
(3)性价比:网络摄像机虽然价格比模拟的要贵,但从整个系统来考虑就能突显其优势,特别是对于视频路数超过100路的大型网络视频监控系统,所需设备简单。系统可通过后端的管理软件进行集中管理。
(4)安全性:数字化更方便对系统进行管理,网络监控系统可通过设置不同的权限级别,授权给不同等级的使用者。仅有最高级权限的用户才可以对整个系统进行设置和更改,只有拥有足够的权限才能观看相应的视频,大大提高了系统的安全性。
(5)使用和维护简单:数字化系统统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、安装方便、维护简单等优点,简
单的系统架构使系统发生故障的几率大大降低,且可以通过远程操作对系统软件
升级和维护。
(6)扩展性:当数字化监控系统需要扩展时,只需要增加相应的前端设备
(如网络摄像机等)即可,无需对系统进行大范围的更改和变动。
(7)集成性:ONVIF(开放型网络视频接口论坛)致力于通过全球性的开放接口标准来推进网络在安防市场的应用,这一接口标准将确保不同厂商生产的网络视频产品具有互通性。目前数字化监控系统基于ONVIF协议的基础上集成性强,便于多监控系统之间的集成。
(8)系统的价格:由于数字监控系统的发展处于起步阶段,某些核心部件的成本仍然较高,造成数字系统的价格高于模拟系统,然而,随着数字系统的市场进一步扩大、系统关键技术的日趋成熟以及系统核心部件的成本降低,数字监控系统除了在功能、技术上领先于模拟系统之外,也必将在价格上压倒模拟系统。
(9)设备架构:数字化系统将采用工控机、PC机、一体机,易于运用网络技术组建大型、复杂、多功能的监控系统;而模拟系统在结构和设备设置方面较为繁杂。
4、结论及探讨
对于公路隧道视频监控系统来说,监控画面的清晰度及系统的智能化程度更为重要。数字视频监控系统可以实现全高清视频图像,能更清晰的实时观看车辆、车牌及人流情况。系统采用灵活的网络传输,多个用户可以共用一套中心控制平台,用户投入、使用简便,用户能远程进行浏览与控制,原则上任何可以上网的地方都可以进行浏览与控制。它还可以引入了许多新的数字化技术成果(如图像识别技术),大大弥补了传统模拟视频监控系统的不足,提供了增值业务能力,扩展了功能和范围,提高了系统的性能和智能化。而传统的模拟监控系统采用视频线缆或者光纤传输模拟视频信号的方式,对距离十分敏感,且跨地域长距离传输不够经济便利,一般以局部的区域进行集中监控,远距离的传输一般采用点对点的方式进行组网,整个系统的布线工程大,结构复杂,功耗高,费用高,需要多人值守;整个系统管理的开放型和智能化程度较低。相对于数字监控系统,模拟监控系统存在的时间相当长,技术相当成熟,录像格式严格统一,价格低廉,在短期内仍然会在监控市场上占有一席之地,与数字系统并存。但是,由于模拟系统固有的技术劣势,并且随着数字系统的不断发展完善,模拟系统的市场将会逐渐萎缩,尤其是在中、高端市场,而只能以其简单、低价的特点占据一部分低端市场,慢慢趋于淘汰。
参考文献
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客户需求分析
1.基层营业网点分布情况
该银行在整个省内有近千个分布在省、市、县级以下地区的营业网点,并且这些网点多数还没有安装电视监视系统和报警联网系统。
2.基层网点面临的安全风险
各地市的营业网点大部分分布在县及县以下,这些营业网点的特点是:
地域上,点多、线长、面广、分散。
管理上,由于地域特点,对基层金融营业网点工作检查、监督带来不便,同时技防设施和管理手段滞后。
安全防范上,由于地域、管理等特点,大多数基层金融网点都设有金库,现金储存量又较大;同时,网点工作人员女性职工较多,抗拒外来袭击能力较弱,物防、技防措施又滞后。
解决上述问题的较好办法是利用已有的网络传输平台,通过这个平台,使音频、视频、报警、数据等信息可以让银行内部的各级部门共享,实现对现场图像的实时监视、历史图像的回放、报警信息的快速传递、视频会议,以及与各级公安机关视频联网报警。
系统设计要求
银行网点报警和远程视频监控系统是一个典型的分布式系统,各个监视站点可分布在各个地方。这个系统结构对于传统模拟系统来讲要实现是非常困难的,解决这个问题需要建设一个开放式的软件管理平台和配置相应的硬件设备。因此,本系统选择使用网络视频解决方案iDVR3.0系统平台,以及AV1320e系列网络视频服务器,以构成多系统、多任务综合处理、分布式、高度安全的、被称之为“报警和监控平台”的网络视频监视系统。“报警和监控平台”最基本的要素是网络。随着城市互联网、城域网的不断扩容,使得用户利用网络运营商提供的宽带服务建立网络化、数字化、智能化的“报警和监控平台”成为可能。
报警和监控平台具有以下功能特点:
1.一线多能
视频、音频、数据、报警信息可以在一条网络线缆内同时传输,前端模拟摄像机直接接入网络视频服务器,通过TCP/IP网络传输数字视频。这种传输方式突破了传统的点对点布线,以及传输受距离限制的缺陷。
2.方便日后扩展
网络化结构使得系统的扩展变得极其容易,只要有网络接入点,就可以完成系统扩展。
3.免维护且管理方便
网络视频服务器使用嵌入式操作系统,系统性能稳定、安全性高。只要通过网络,用户就可以方便地进行远程管理和固件更新。
4.分布式结构,系统更加安全
由于每一个设备均被分散地安装于摄像机远端,即使某个设备发生了故障也仅仅是影响到这个设备,而不至于影响到整个系统。
5.分布式存储,系统更加灵活
基于B/S(浏览器/服务器)结构,能提供多级目录服务,允许客户根据实际需要灵活地配置存储和管理服务器。存储服务器(Archiver)可以在目录服务器(Directory)的管理下任意地分配和切换需要存储的摄像机图像。传统DVR存储摄像机图像是要通过物理方式连接摄像机,而系统可提供更多的存储灵活性。
6.分布式观看,方便使用
平台的客户端可以分散在网络的任何地点,数量没有限制。而DVR系统同时可登陆的用户数一般不会超过5个。当多于这个数时,系统的速度会明显下降,即图像刷新速度下降、丢帧。
DVR的集中管理仅仅是一个浏览方式的集中管理,而不是此平台系统的集中管理。由于DVR最开始的设计目标是取代模拟磁带录像机,完成集中、连续、较高清晰度、本地化的存储。所以,DVR没有一个可以与上级管理平台的联络机制。没有这个联络机制,DVR就不能将分散的系统纳入一个“泛网络”方式的平台。此平台的B/S结构、多目录服务、多存储服务,以及各种故障切换服务结构等,能有效地解决这个问题。
解决方案
基层营业网点
以一个典型的基层网点为例,设备配置如下:
柜台内1个摄像机,对应2个现金出纳窗口;
大厅1个摄像机,监视出入大厅人员情况;
金库1个摄像机;
运钞交接区1个摄像机;
震动探测器4个;
震动分析仪1个;
8音频对讲1套。
实施方案提供本地4个摄像机的图像存储,具有以下功能:
提供双向语音通讯,用于实现对讲和视频会议;
提供报警事件的联动以及远程传输和管理;
提供4个摄像机的远程浏览;
提供14个摄像机或4画面异地图像存储;
提供本地4个摄像机的远程方式历史资料回放及提取。
1.网络关系
基层营业网点、各级金融系统、各级公安机关(以下统称为“站点”)、政府相关部门与平台之间的关系。各个站点之间使用CNC提供的VPN建立宽带链接。目录服务、存储服务在CNC主节点完成。
2.网络结构
整个系统具有树冠型网络结构,通过将目录服务、存储服务、网关服务放置在CNC在各地域的骨干节点,可以保证整个网络具有最短的路由、最可靠的网络结构、最好的带宽。
3.网络要求
基层营业网点由于网络上传输的数据为压缩过的视频信号,一般建议的码流为384kbps。这个要求的前提条件是图像的分辨率为CIF(352×288),速率为25帧/秒。网点的网络接入使用ADSL方式,使用CNC提供的VPN技术搭建互联网环境下的局域网。速度为下行1Mbps,上行全速(不低于512kbps,实际的数据吞吐量不低于384kbps)。
各级金融系统、公安机关、政府相关部门的网络接入由平台运营商负责。
4.基层网点的图像存储
本地存储
建议4路图像在本地进行存储,为客户和柜员争议提供图像复核依据。记录设备使用4通道嵌入式数字录像机,避免了PC式的数字录像机可靠性较差的问题。配备一块200G硬盘,可以提供不低于30天的现场图像记录(以4路视频信号,每天工作10小时频率计算)。
远程传输
利用网络视频服务器可以向报警和监控平台传送1路CIF格式或4路压缩实时(25fps)的视频图像。通过网络视频服务器的串行端口,可以在应用软件界面上控制4通道数字录像机的输出。这样各级中心可以用切换方式得到4个彼此独立的摄像机图像,以及一个四画面图像。
异地存储
传送到报警和监控平台的数字视频信号可以在县(区)级的
存储服务器上实现一路或四路压缩图像视频图像的异地存储(包括发生紧急事件时上传的图像)。对于本地数字录像机记录的有价值的图像,使用平台应用软件将这些有用的数据通过远程的方式备份到报警和监控平台,提供为期3个月的存储,同时也可以根据用户的要求刻录为DVD-ROM等存储媒体。
5.视频会议
利用网络和网络视频服务器提供的双向音频,可以实现视频会议功能:
县级金融系统所属单位召开的视频会议
基层网点的工作人员在营业场所就可以看见县级单位的会议现场,听到现场的同步声音,也可以通过网络进行发言等等。
市级金融系统所属单位召开的视频会议
这些视频会议除本内部单位外,还可以通过报警和监控平台的管理者邀请其它的部门参加。同时,报警和监控平台可以根据需要提供会议实况的转发和记录。
6.报警联动
在报警和监控平台上,可以把报警、视频丢失、移动侦测、用户登录、用户退出等信息定义为“事件”,应用软件可以根据各种事件产生一系列的“动作”,这些事件和动作之间可以按照事先编制好的程序产生复杂的关联。
与金融系统各级保卫部门和公安机关的联动
在发生紧急报警时,现场的图像在各级保卫值班员的计算机屏幕上立即弹出,同时有声光报警提示。对虚假的报警,值班人员根据权限设定的优先权通过双向的音频提示营业所的工作人员,复位误动作的各种报警设置、报警控制器。对于真正的报警,值班人员通过事先编制的预案,指挥现场工作人员,最大限度地保障生命财产的安全,迅速与发生情况区域的分局级110指挥中心联络,确认现场发生紧急事件,迅速报告主管领导以及上级单位。
与监控平台管理中心的联动
在发生紧急报警时,平台管理中心的电视屏幕会立即弹出报警单位的实时图像。对于真报警,平台值班人员根据GIS(地理信息系统)显示的报警网点的位置,对各级110指挥中心以及保卫部门进行报警处理复核。
7.双保险方式的报警系统
报警系统的可靠性非常重要,所以在报警和监控平台上对于一个报警源,并行运行2个彼此独立的报警系统。
传统的电话线报警
这个系统利用传统的电话线建立报警平台,这个平台以一个独立子系统出现在整个报警和监控平台上,目的是保证它的独立性。
网络报警
这个系统利用网络视频服务器与前端报警主机相连,通过网络传输报警信息,利用报警和监控平台的应用软件读取、报警信息、创建相关的联动。
通过提供双保险,在电话线路出现故障时,报警信息仍然可以通过网络传送到报警和监控平台。在两个系统均无故障并同时报警时,网络报警具有优先权。
8.地理信息系统接入(GIS)
报警和监控平台嵌入有黑龙江省的GIS地图。在发生报警时,通过GIS系统,基层网点的地理位置在弹出现场图像的同时会在GIS地图上闪烁。根据情况,系统还可以提供多分层的电子地图,直到基层网点的三维建筑图。
图像浏览
报警和监控平台内的合法用户可以按照它的级别以及身份认证码使用IE浏览器,通过登陆位于管理中心的主目录服务器观看现场摄像机图像。主目录服务器将对用户的身份进行认证,仅支持合法的用户登录。
通过管理中心的互联网接入,合法的用户可以通过互联网进入报警和监控平台,观看其授权范围的现场图像,这个程序要更加严格的身份认证。
软件的界面相当丰富,可以提供16画面分割、9画面分割、4画面分割、全屏放大显示等多种显示方式。每一个画面均提供25帧/秒实时显示。同时,软件支持创建若干个“页”,每一“页”的内容以及“页”之间的切换顺序和时间间隔,用户可以任意设置。
报警和监控平台具有分布式的结构,网络内的编码器在没有客户浏览时并不向网络发送视频流,仅仅发送数量非常小的监听IP包,因此网络内部的码流压力并不是很大。同时,我们使用了很多个分布式Server,这样有效地降低了各个区域之间的网络压力。
分布式图像存储
使用多录像服务器(Archiver)。如果将所有的视频流全部汇聚到某一个或几个中心,从CNC可以提供的网络情况来看是不能承受的,因此,存储必须是分布式的。在各个地区CNC中心机房,都设储存服务器以及相应的磁盘阵列。这样可以有效的将海量的存储分散掉,有效地减轻了网络的压力。
该平台已经充分的考虑到了这个问题,提供多个存储服务器,平台可以按照分布式结构构建。平台规划者可以将整个平台划分为若干区域,每一个区域由一个服务器负责,这样充分地降低了平台的风险。图像的存储可以由每一个独立的但彼此相互关联的服务器负责,我们可以理解为把一筐鸡蛋分别放置在多个篮子里,以规避风险。
该平台规划的服务器的数量没有限制。另外,每一个服务器负责管理的摄像机是通过软件指定的,用户可以灵活的将某个(或某些)摄像机调入或调出某个服务器,将这个(或这些摄像机)划入另一个(或几个)服务器进行管理。我们可以理解为摄像机与服务器之间的关联是“软性”的连结。
目录服务和存储服务的故障切换
该平台提供FOS(故障服务),包括FOD(目录故障切换)、FOA(存储故障切换)以及核心服务的冗余。通过FOS服务,可以保证平台运行的高度安全性。FOS目前可以提供故障托管切换功能,近期内还可以提供冗余服务器、目录服务器备份功能。
9.用户认证系统
作为一个高度安全的平台,进入平台的所有用户必须经过认证。用户的认证工作由专门的认证服务器来完成,一个合法用户具有唯一的用户名称和密码,并且分配有相应的权限。
特殊的传输控制协议
作为一个分布式平台,终端设备和平台之间必须具有特殊的协议以保证通讯的可靠性,特殊的协议包括网关、VSIP等。
效益综述
银行报警和监控平台项目是一个典型的分布式结构,非常适合使用分布式的网络视频解决方案。由于综合管理软件具有的灵活性、安全性,使系统日后升级更加方便和安全。
视频监视系统的必然发展方向
分布式、网络化视频是CCTV(电视监视系统)系统的必然发展方向。分布式、网络化、高度的安全性使客户日后系统的扩展、升级更加方便;FOS(故障切换服务)功能使系统非常稳定。所有的这些特点是传统DVR系统不可能提供的。
1.高附加值
通过报警和监控平台,各级金融单位可以实现除保卫工作之外的高附加值。
2.强化企业管理
通过这个平台,金融系统的各级管理部门可以随时检查各个基层金融网点的工作情况,从而强化金融系统的管理工作。同时,金融系统可以建立自己的样板营业所,其它的营业所可以随时以远程的方式学习样板的服务质量、环境质量等每一个细节,有效地提高了整个金融系统的管理水平。利用这个平台,还可以召开各种规模的视频会议。
3.节省投资
通过使用报警和监控平台,金融系统不必自己投资建设平台,仅需向平台运营商交纳服务费用即可,节省了大量的投资。
网络使用费用可以得到更大的优惠
由于平台运营商具有大量的用户资源,就网络的使用费用可以与CNC谈判,得到优惠的价格。这样,金融系统也可以享受这个优惠。
节省维护费用
平台的所有设备与系统均由平台运营商提供维护,金融系统不必配置很多的专业技术人员与备用设备来为系统提供维护。
总结
本设计方案的核心是系统平台软件。这个软件基于B/S(浏览器/服务器)结构,运行在Windows2000/XP平台,具有多服务器结构,可以管理数万只摄像机,摄像机与监看者之间没有地理位置的限制。该平台可以在LAN(局域网)、WAN(广域网)上组成一个庞大的系统,不管现场摄像机和管理服务器间相隔多少距离,唯一的要求是两者之间具备网络连接。
系统的硬件部分为网络视频服务器,在Half D1(704×288)条件下可以提供25帧/秒的实时图像。
系统优势
网络视频监控系统与模拟监控系统和基于计算机平台的数字视频监控系统(DVR)相比具有以下的明显优势:
分布式的网络和管理结构,存储和目录服务均可以实现分布式,可以实现异地存储;
特殊的协议(网关服务或VSIP服务)可以有效的保证远端设备和管理平台的可靠通讯,包括网络通讯和数据通讯;
灵活的结构:可以随时一个一个设备地扩展系统,设备和各种服务之间没有地理概念;
“软”性的结构:设备的管理划分可以理解为“软”性的连接。通过管理平台,可以根据实际需要通过软件界面随意的划入其它的管理区域;
维护费用低:网络维护由网络提供商进行,前端设备是即插即用,可以通过网络远程维护系统和升级,包括视频编码的升级;
关键词:水电施工;现场;无线视频监控系统
中图分类号: [TM622] 文献标识码: A 文章编号:
在无线视频监控系统中包含了多种数字技术,比如计算机网络技术、通信技术、视频处理技术、流媒体及自动化技术等等,其属于一种以网络为基础的监控系统。在实际水电施工现场,无线视频监控系统要结合工程的实际需求进行方案设计。本文以某水电工程为例,提出以多媒体数字压缩及无线局域网技术来实现监控的设计方案,整个系统共分为监控前端、网络传输及监控中心等三个部分。
一、监控前端
在设置监控点时要参照各施工场所的状态及分布来进行,监控前端的的主要作用是进行图像采集,将采集到的图像数据进行压缩处理,再向监控中心的服务器传输。通常水电施工现场的钢筋、预制、模板、车场、拌和楼系统等工作场所需要设置监控装置,其中部分场所设置了有线视频监控系统,不过需要增加无线传输子系统才能实现与外界的通信。每个监控点包括四个部分,即无线传输模块、视频服务器、云台系统及摄像机等。在运行过程中,摄像机在采集到现场视频后,输出模拟视频信号,然后通过与视频服务器相连的视频连接线将视频信号传输致视频输入端;云台解码器通过控制线连接视频服务器的接口,可以接收到来自于监控中心的控制命令,也可以接收视频服务器传输过来的控制信息,然后再根据相应的控制命令驱动控制云台及摄像机等,令其完成旋转、变焦等控制命令。视频服务器中还设置有网络接口,其利用网络连接线连接无线传输模块,再用定向天线发送信息。由下图1可以直观的看出监控前端的结构组成:
图1:监控前端的组成结构
下面针对图中各部分结构进行分别介绍:
首先为视频服务器,其是整个监控前端的核心结构。视频服务器的主要作用是对音频、视频数据进行编码处理。在水利施工现场需要采集的模拟视频数据很多,相应的需要进行数模转化的数据量也非常大,所以对编码技术的要求就比较高,要求其应能在满足网络传输要求的技术指标的前提下进行高压缩比的编码,才能满足网络传输的要求。本工程联合视频工作组所采用的是H1264编码技术,其以H1263为基础,增加了更加复杂的运算,不仅可以有效降低码流,而且可以提高画面质量,实现了以现有带宽条件为前提的多种网络视频服务器的应用。比较而言,在重建图像质量相同的条件下,H1264与H1263相比,前者的码率至少可以节约一半,与根据MPEG4实现的视频格式相比,其在性能方面至少可以提高33%。
其次为摄像机与云台系统。摄像机的主要作用是对水利工程施工现场进行全天候、实时性的监控,在本工程中采用的是超低照度彩转黑专业摄像机,不仅可以在白天光线条件较充足的情况下提供高彩色监控画面,即使在晚上光线条件不好的情况上,借助辅助照明系统也可以提供比较清晰的黑白监控图像。由此可见,需要在光线不足的情况下采用辅助照明设备,以满足系统全天候、实时性的现场监控要求。现在市场上应用最广泛的辅助照明设备多为红外光源,不过其存在照射距离短、功耗高且效率低等问题,在远距离夜视条件下不适用。为解决这一不足,本系统采用的是红外光源与近红外激光光源相结合的方案,红外激光器不仅线性好,而且经过特制的光学发散系统可以将激光光束进行发散,并根据实际环境任意调整发散角度与照射方向,所以100m以内的近距离采用红外光源,而大于100m的远距离则采用近红外激光光源。
最后,其它设备。除上述主要设备外,还包括一些其它设备,比如镜头、防护罩、备用电源、防盗及断电报警探头、环境监测设备等等,在选择这类设备时需要注意水电工程施工过程中一些比较特殊的环境因素,比如气象条件、防爆条件、粉尘等。
二、网络传输模块
在进行网络传输模块的设计时,必须兼顾到系统结构的合理性与稳定性,还要考虑工程成本及后续的系统维护等。本工程中结合工程施工现场的实际情况选择有线与无线相结合的组网方式,其中无线网络设置于不便铺设线缆或频繁调整位置的监控点,网络传输模块的主要作用是实现视频图像信号与控制信号的传输,在本系统方案中采用了网络摄像机,可以利用计算机网络传输图像与控制信号,所以可以说网络传输模块即为原计算机网络和网络到摄像头的延伸;而诸如监控中心等位置则采用有线网络。网络传输模块采用的是双向传输模式,向监控中心传输的上行数据包括视频信号与报警信号,而下行数据则包括控制信号与语音信号。针对监控区域至网络接入点比较远的距离,采用光纤传输,由电信公司架设线路,再租用电信公司的线路,选择单纤数字光端机可以有效降低系统成本,通过一芯光缆实现数据的收发。
三、监控中心
监控中心的硬件系统包括视频服务器、矩阵主机、电视墙及磁盘阵列等,其主要作用是进行图像的录制、回放及保存。监控中心还配置数台视频服务器,其与监控前端的视频服务器互相对应、配套,每台视频服务器对应一个监控点,可以控制施工现场的摄像机;并且,通过视频服务器可以实现双向的报警功能,即从施工现场到监控中心、监控中心到施工现场。磁盘阵列的主要作用是将各个监控点的图像信息存储起来,根据实际需求对图像进行处理与查看。通过因特网可以实现监控中心与总部的通信连接,不同级别的管理人员对应不同的权限等级,登录系统即可对工程施工现场进行监控。
四、监控管理软件系统
由于本系统采用的是网络摄像机进行监控,并且摄像机上设置了独立的IP地址,所以接入网络的PC可以采用标准的网络浏览器直接访问即可,对施工现场的具体情况进行实时监控,并管理摄像机。不过需要注意两个问题,一是浏览器窗口每次只能显示一台设备,要观看多台设备必须将多个浏览器窗口同时打开,便捷性不足;另外一个问题则是由于摄像机本身集成的网页服务器处理能力十分有限,通常要限制访问才能保证图像质量与传输质量。针对该现象,可以通过监控管理软件来解决,以浏览多个设备图像,获得更好的显示效果。此外介绍索尼公司提供的RSM监控管理软件,在多点监视系统中,该软件可以实现多个网络摄像头的监控,并可以进行搜索、历史记录回放等操作。在计算机设备中安装RSM软件,连接网络后再与客户端系统相连接;服务器端安装RSM标准版,做好摄像头的注册与设置,再进行计算机、摄像头的共享配置;在客户端安装RSM控制器版本,可以实现服务器资源的共享,从而实现监控图像的查看与记录回放,并能根据实际需要对摄像头进行管理操作。客户端两种版本的最大区别在于功能方面的多少,浏览器版本只能进行图像和音频的监视与回放,而控制器版本除了上述功能外,还可以针对监控系统进行配置与调节。将系统软件的各个功能模块加载到监控中心的多媒体数据库服务机和客户机上,即可实现对整个工区的远程监控。
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关键词:城市安防;视频监控;需求分析;系统介绍
中图分类号: X924.3 文献标识码: A 文章编号:
引言
安防视频监控系统是智能建筑现代化管理、检测、控制的重要工具之一,能形象、真实地显示特定监视现场实时,以及过去一定时间内发生事件的画面,有助于及时获取大量信息,极大地提高处理安防事件的准确性和可靠性。经过多年的发展我国监控系统建设在技术、水平和实际应用上都取得了长足的进步,己经初步形成了社会治安技术防范的基础网络。城市安防视频监控指挥系统对城市安全和社会治安进行有效监管,预防和避免恶性事件的发生。最终达到全面提升我国城市安防监控报警管理的反应和处理能力。
1视频监控系统的组成和作用
视频监控系统根据其使用环境、场所和功能具有不同的组成方式。一般视频监控系统由摄像、传输、控制、图像处理和显示等4部分组成。
1.1摄像部分
摄像部分的作用是把系统所监视的目标(视频图像)转换成检测信号,再经系统的传输部分送到控制中心进行控制、处理,还原成原来监视的图像信号。如果需要,还能将其记录、保存下来。摄像部分的核心是摄像机,它是光电信号转换的主体设备。
1.2传输部分
传输部分的作用是将摄像机输出的视频(有时包括音频)信号馈送到中心机房或其他监控点。控制中心的控制信号同样通过传输部分送到现场,以控制现场摄像机、镜头、云台和防护罩的工作。视频信号的传输方式有两类:一类是用电缆进行传输的有线方式,如同轴电缆、平衡对电缆、光缆、电话线、网络线等;另一类是用超高频、微波、毫米波等进行传输的无线方式。
1.3 控制部分
控制部分的作用是在中心机房通过有关设备对系统的现场设备进行远距离控制。控制部分的主要设备有集中控制器和微机控制器。
1.4图像处理和显示部分
图像处理是指对系统传输的图像信号进行分配、切换、记录、重放、加工和复制等。显示部分则是使用显示器、监视器进行图像显示。图像处理和显示部分的主要设备有视频控制/切换器、显示器、监视器和录像机。
2、城市视频监控系统现状及需求分析
城市视频监控系统应能实现不同设备及系统的互联、互通、互控, 实现视音频及报警信息的采集、传输/转换、显示/存储、控制;进行身份认证和权限管理, 保证信息的安全;应能与报警系统联动, 并提供与其他业务系统的数据接口。主要包括以下几个方面。1、实时视频浏览: 操作员通过用户界面及时监控现场视频信息, 能通过手动或自动操作, 对前端设备的各种动作进行遥控;应能设定控制优先级, 对级别高的用户请求应有相应措施保证优先响应。2、视须存储备份:操作员可以灵活设置存储策略, 能对重要视频信息进行长期、可靠的保存, 方便今后的查询和取证, 并保证被存储视频数据的安全性。监控平台的数据库在记录图像信息的同时还应记录与图像信息相关的检索信息, 如设备、通道、时间、报警信息等。3、录像文件检索和回放:操作员以特定的条件(摄像头名称、时间段和其他条件)来检索所需要的录像信息, 回放和传送录像信息应能按照指定设备、通道、时间、报警信息等要素检索历史图像资料并回放和下载;回放应支持正常播放、快速播放、慢速播放、逐帧进退、画面暂停、图像抓拍等; 支持回放图像的缩放显示。预案管理: 操作员可以根据具体应用需求, 定义一种预案, 该预案一旦启动, 可以按照预案定义的流程完成一系列的操作, 通过预案管理可以监控大型活动及重大案件, 确保活动的安全和可掌控性。4、GIS电子地图应用:提供基于GIS地图的监控界面, 操作员能够更直观地利用地图界面监控相关区域, 进行查看实时视频, 控制摄像头设备,检索录像文件等各种功能操作。5、用户权限管理: 系统管理员可以创建不同的用户和角色, 对不同的角色进行权限配置以及对用户进行角色和权限分配最终实现对不同身份和角色的用户进行分级分区域分模块的登录和权限管理, 确保系统使用的安全性6、日志和报表管理: 系统可以记录系统的操作日志生成报表等, 可方便操作员操控系统, 并保证系统的安全性。日志包括运行日志和操作日志两种, 运行日志应能记录系统内设备启动、自检、异常、故障、恢复、关闭等状态及发生时间;操作日志应能记录操作人员进入、退出系统的时间和主要操作情况, 支持日志信息的查询和报表制作等功能。7、视须智能分析及预警: 对实时视频进行智能分析, 自动检测可疑事件、治安事件、、刑事事件、恐怖事件以及摄像头的状态, 并产生视频提示或报警, 可以大大地减轻监控人员的工作压力, 极大地提高案件的发现率并保证设备的有效性。
3城市治安视频监控系统介绍及优势
3.1城市治安视频监控系统概述
系统采用城市安防视频监控管理平台在市局、分局、派出所三级分布式部署架构实现整个城市监控点大联网, 市局设立监控中心实现全局控制和调度; 区县局设立监控中心管辖本区域内的视频监控点, 受市局统一管理, 同时各区县局要实现资源共享;派出所管辖本区域内视频监控点在前端可以采用全IP 化的接人方式, 如, 视频服务器IPC等设备通过光纤收发器EPON等传输设备实现系统的接人;也可以采用视频光端机非压缩的方式传输, 在系统后端进行视频编码, 即模拟控制IP 数字化管理相结合的解决方案, 可以作为现有已建系统有效快速的整合和过渡方式。
关于社会公共监控点资源的接入数据, 可以通过视频安全边界网关接人平台, 将外部的监控资源传输到视频监控管理平台, 从而实现社会资源到平台的安全接人, 必要的时候可以采用二次编码封装, 保证接人数据的安全性。智能分析系统等实现全市各监控和布防点的统一调度管理, 极大地提高了警队的协作指挥能力, 提高了出警效率, 节省了警务部门的人力资源。
3.2系统应用优势
网络视频监控系统以其便捷接入、高稳定性以及灵活扩展能力, 广泛应用于城市治安视频监控系统建设中基于当前城市安防的应用模式, 该网络视频监控系统以高可用性为目标, 具备以下方面的特点:1、多级网络化指挥。采用IP 架构系统, 使各级部门具备了互通的可能。将原有指挥中心的独立封闭架构转变成为:市局一县局一基层派出所三级联动的架构。极大提高了警队的协作指挥能力, 提高了出警效率, 节省了警务部门的人力资源。2、智能化的管理:支持分级分域的管理灵活的用户权限管理、自动的设备批量配置、全网设备的统一拓扑视图、拓扑自动发现管理全网设备状态管理、故障自动告警及定位管理和GIS地图功能。系统支持灵活的告警策略和告警方式, 通过手机、电话、电子邮件、语音等多种途径实现第一时间报警联动。
结束语:
智能化、数字化、网络化是视频监控发展的必然趋势。整个安防行业正在酝酿新的视频监控革命——智能视频监控。 随着技术的进步,应用场景的不断深化,平安城市应用将会向智能化、高清化方向发展,并融合包括无线接入在内的多种接入方式。网络视频监控平台通过其开放、可扩展的系统架构,集成智能化图像应用功能,丰富平安城市视频监控系统的应用模式,为推动和谐社会的发展做出更大的贡献。
参考文献:
【关键词】:数字视频安防监控系统高清摄像机存储带宽
一、 概述
某数据中心工程建筑面积65245 ,地上4层,层高20.9m,按TIA-942中三级数据中心进行建设。
根据 “电子信息系统机房应设置环境和设备监控系统及安全防范系统”和“安全防范系统宜由视频安防监控系统、入侵报警系统和出入口控制系统组成” [1],本工程设置视频安防监控系统。
又根据 “视频安防监控系统录制内容应为数字格式[2]”,本工程视频安防监控系统采用数字视频安防监控系统。
二、 系统方案设计
1、 系统架构
系统由前端设备、传输网络、管理系统、存储系统以及显示系统五部分组成。
2、 前端设计
本工程监控的地点主要分布在园区、楼梯间、机房门口、公共走廊、电梯轿厢等区域。根据不同区域物理环境的特点,选用摄像机结果如下:
园区采用室外一体化快球网络摄像机(高清),具备日夜转换、宽动态及背光补偿功能以便适应室外不同的天气情况,同时选用多预制位、可巡航轨迹产品增强摄像机报警联动功能。考虑到工程所在地的气候环境,室外一体化快球网络摄像机内配备加热器及散热风扇,这样就增加了摄像机的实际功耗。为了保证摄像机的工作效果,设计采用单独供电方式。
电梯轿厢由于安装位置及传输线路外界干扰大的原因,采用电梯专用摄像机(标清、模拟)配合视频编码器方案,单独供电。
其余室内摄像机采用枪式或半球网络摄像机,为节省布线施工工作连,室内摄像机采用POE供电模式。
本工程共设置室内固定枪式网络摄像机(标清)208台,室内固定枪式网络摄像机(高清)174台,室外一体化快球网络摄像机(高清)36台,室内固定半球网络摄像机(高清)4台,电梯专用摄像机(标清,模拟)4台,总计426台摄像机。
3、 传输设计
3.1 带宽计算
系统采用高效的双码流技术,一路单播存储码流,一路组播显示码流。
实时观看视频数据流为组播码流,只有在客户终端设备请求调看图像时,编码器才发送实时观看视频流,并且在多个用户同时调看同一个码流时,该码流在网上只占用1路的带宽。
存储视频数据流为单播码流,即每台摄像机均同时上送视频数据流到视频存储服务器进行实时存储,所以存储码流占用了大量的网络带宽,在设计方案中需要着重考虑。
下面以高清摄像机为例计算带宽:
每路视频实时观看码流(在图像分辨率为720P,25帧/秒时)=2.9M(实时观看视频数据流,高码流1)+0.75M(实时观看视频数据流,低码流2)+1M(其他数据流)=4.65M
每路视频存储码流(分辨率为720P,25帧/S时)=2.9M
每路视频占用端口带宽=实时观看码流+存储视频数据流=7.55M
在存储单元存储交替瞬间,会产生两个单播存储码流。因此,单路高清摄像机极端峰值码流为7.55M+2.9M=10.45M
同理单路标清摄像机极端峰值码流为7.5M。
3.2传输网络架构设计
考虑到数字视频安防监控系统的数据流具有带宽占用率高、流量恒定、延时要求严格等特点,对该系统进行单独组网,网络拓扑采用二层架构,分为核心、接入层两层。
接入层由部署在各弱电间的接入交换机组成,建筑物每楼层设置4个弱电间,每个配线间内配置1台接入交换机,平均每台负责25个网络摄像机左右,按15台高清摄像机、10台标清摄像机考虑,需要背板带宽为15×10.45+10×7.5=231.75M。接入交换机背板带宽选择千兆,利用率为25%。
核心层由2台万兆核心交换机组成冗余核心,为接入层交换机提供汇聚接口,对各网段的数据提供路由交换,同时还负责为各系统服务器提供网络接入。需要背板带宽极限值为214×10.45+212×7.5=3826.3M,利用率在40%左右。
3.3水平传输设计
室内网络摄像机直接用六类UTP电缆传至弱电间内接入层交换机;
室外摄像机园距离接入交换机超出网络线缆100米的传输距离,本工程利用光收发器通过光缆将视频传至接入交换机;
电梯摄像机需要使用扁型加抗拉钢丝电梯专用线缆,沿电梯控制线绑附至电梯轿厢安装位置,或在制作电梯控制线扁带时一起做到扁带中。最终通过同轴电缆将视频送至就近弱电间内,经由视频编码器压缩转换,接入交换机。
3.4垂直传输设计
核心层和接入层之间采用单模光纤互联,每个弱电间内的接入交换机,分别通过两条光纤线路连接到两台核心层交换机上。
4、 存储设计
4.1存储架构及可靠性计算
存储是整个系统的重点,是录像回放、查询、事后取证的关键所在,本工程采用IPSAN存储网络架构,采用RAID5、6备1方式,系统可靠性达到99.8%。
4.2 存储容量计算
按照业内对H264编码格式的通用计算方法,D1标清视频流为2Mbps。720P高清视频流为4Mbps,数据容量=码流×存储时间×监控路数,本工程图像存储时间按40天设计,需要的视频存储有效容量计算方法如下
4.2.1标清摄像机
有效容量=2Mbps×40天×212路=2×40×24×3600×212=1465344000Mb
合计175TB
4.2.2高清摄像机
有效容量=4Mbps×40天×214路=4×40×24×3600×214=2958336000Mb
合计353TB
因此,本次项目总的有效存储容量为175+353=528TB
有效存储需用占用2TB硬盘264块,加上RAID热备盘,共选用308块2TB硬盘。
5、 管理设计
监控中心是监控联网系统实施中心枢纽,负责管理所有监控点的视频监控、报警信息处理、监控中心用户权限、终端用户权限等级管理、系统帮助等工作。监控中心后台数据服务器保存有所有监控点的设备参数、用户管理信息、信息日志存储、应急策略联动等数据,是整套系统的大脑。
本工程在监控中心设置管理系统服务器、流媒体转发服务器、解码器、PC客户端等设备。
6、 显示设计
本项目监控中心采用18块46寸LCD监视器组成拼接显示墙系统,支持视频、RGB、网路信号在拼接显示墙上以单屏、M×N拼接、任意开窗口、任意缩放、跨屏漫游等多种方式显示,显示画面上可设置图像编号/地址、时间、日期等,文字显示支持简体中文。
三、 系统功能设计
1、 系统管理
智能管理系统管理模块,主要通过web化的图形界面为用户提供系统管理、资源管理、业务管理和事件管理的功能。
2、 用户及权限管理
系统存在两个维度用户管理,一个系统管理员层面,一个是用户操作员层面。其中用户操作员层面又可分为用户角色管理、 用户组管理和用户管理。
3、 实时图像监控
用户通过监视工具对网络所有实时视频图像进行监控、调度和管理。主要功能包括:系统管理、布局管理、轮巡管理、云台控制、音频控制、实时浏览、电视墙服务设置、录像管理。
4、 电子地图
用户通过电子地图功能可以提供了管理地图以及在地图上部署摄像机等操作的图形化平台,能够直观的展示整个系统中摄像机的空间位置信息,方便用户实时监控视频并查看告警信息。具体包括设置显示模式、设置地图、部署摄像机、实时监控视频、显示告警信息等功能。
5、 历史图像回放
用户通过点播工具对网络所有存储的历史视频图像进行检索、回放、下载、抓图和打印等功能实现。
四、 结语
数字视频安防监控系统是完全数字化的系统,它基于标准的TCP/IP协议,能够通过局域网/无线网/互联网传输,布控区域超大;它采用开放式架构,可与门禁、报警、巡更、语音、MIS等系统无缝集成;它基于嵌入式技术,性能稳定,无需专人管理。因此应该更好地研究利用该系统,为建设数据中心综合安保系统打下坚实的基础。
参考文献:
[1] 娄宇 钟景华等, [电子信息系统机房设计规范] ,北京:中国计划出版社,2009,37-38