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關鍵詞:公路、隧道、設計、視頻、監控、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.
中圖分類號:X734 文獻標識碼:A 文章編號:
引言:公路隧道視頻監控系統主要用于監控中心值班員對整條隧道、引道、匝道的交通運行狀況實行全范圍、全斷面監視,監視整條隧道及洞口的運營狀況,協助值班員指揮行車。隨著我國數字高清技術及網絡的發展,人們已不再滿足通過傳統模擬攝像機從公路隧道中攝取的監控畫面;更清晰、更直觀、更實時的監控圖像已成為視頻監控系統發展的必然。通過網絡技術的應用,使得公路隧道視頻監控系統的架構更加簡單、靈活,同時確保系統具有更強的可擴展性。所以在此做一個深入的研究和探討,以尋求視頻監控系統最佳設計方案。
1、公路隧道視頻監控系統現狀及組成
視頻監控系統方案就目前公路隧道應用及其它行業的案例來說,包括高清數字網絡視頻監控系統和傳統模擬視頻監控系統。
(1)高清數字網絡視頻監控系統
數字網絡視頻監控系統是從視頻編碼、視頻傳輸到控制存儲都是數字信號的視頻監控系統,是相對于模擬監控系統而言的。系統采用高清網絡攝像機,中心數字化設備,可以與其它子系統無縫連接,實現真正的數字化。
數字監控系統示意圖:
(2)傳統模擬視頻監控系統
模擬視頻監控系統是采用模擬攝像機、硬盤錄像機,視頻矩陣等設備,這個系統的特點是將模擬信號轉化成數字信號存儲在硬盤里。
模擬監控系統矩陣聯網示意圖:
2、視頻監控系統的特點及應用
(1)高清數字網絡視頻監控系統
方案一:高清數字網絡視頻監控系統。目前基于IP尋址的多媒體通信技術發展勢頭強勁,監控設備的數字化、網絡化發展已經普遍展開,網絡數字監控系統的廣泛應用已成為發展趨勢,視頻監控系統將順應這一歷史潮流,采用全數字網絡化的電視監控系統解決方案。
全數字分布式的網絡監控系統是完全基于數字視頻技術和網絡傳輸的視頻監控系統,該系統綜合運用了多媒體視頻技術、計算機網絡技術、工業控制技術,實現了視頻/音頻的數字化、系統的網絡化、應用的多媒體化以及管理的智能化。系統將傳統的視頻、音頻及控制信號數字化,以IP包的形式在網絡上傳輸,實現了集中監控、集中管理,其最大的優點為全高清的視頻圖像。
工程設計案例:在我院2012年參與設計并完成的長沙市營盤路湘江隧道視頻監控系統中,首次采用高清數字視頻監控系統。在攝像機的選擇上選用上海堯視的數字高清攝像機,在傳輸方式上通過現場網絡交換機將隧道的視頻畫面通過光纜傳輸到監控中心。所攝取到的隧道監控畫面在圖像的清晰度方面較傳統的模擬攝像機有了一定程度的飛躍。
(2)模擬視頻監控系統
方案二:模擬視頻監控系統。技術發展已經非常成熟、性能穩定,并在長時期內成為監控領域的主流選擇,并得到廣泛使用。其主要特點是:通過前端模擬攝像機,采用矩陣主機控制,通過視頻控制主機對所需的圖像進行監視和調用。其主要缺點是:系統構架比較復雜、施工量大,且增加任意視頻前端機均需對系統原配置進行必要的修改。
工程設計案例:在我院2008年參與設計并完成的的青島膠州灣海底隧道視頻監控系統中,采用的模擬視頻監控系統。在攝像機的選擇上選用美國霍尼韋爾(Honeywell)模擬攝像機,在傳輸方式上通過光端機將隧道的視頻畫面通過光纜傳輸到監控中心的視頻矩陣,通過視頻矩陣來調用所需的視頻圖像。
3、視頻監控系統方案比選
針對方案一(數字化)和方案二(模擬化)這兩種方案各有優缺點,下面做一個具體的分析:
(1)前瞻性:模擬監控系統的結構決定其無法避免諸多的局限性,如只能在線實時觀看,難以實現遠程監控等,模擬監控被網絡監控替代必然是大勢所趨。
(2)先進性:網絡攝像機為嵌入式實時監控設備,整個網絡監控系統架構簡單,布線施工容易,一條網線可以同時傳達多路網絡攝像機的視頻信號。
(3)性價比:網絡攝像機雖然價格比模擬的要貴,但從整個系統來考慮就能突顯其優勢,特別是對于視頻路數超過100路的大型網絡視頻監控系統,所需設備簡單。系統可通過后端的管理軟件進行集中管理。
(4)安全性:數字化更方便對系統進行管理,網絡監控系統可通過設置不同的權限級別,授權給不同等級的使用者。僅有最高級權限的用戶才可以對整個系統進行設置和更改,只有擁有足夠的權限才能觀看相應的視頻,大大提高了系統的安全性。
(5)使用和維護簡單:數字化系統統設備的配置具有通用性強、開放性好、系統組態靈活、控制功能完善、數據處理方便、安裝方便、維護簡單等優點,簡
單的系統架構使系統發生故障的幾率大大降低,且可以通過遠程操作對系統軟件
升級和維護。
(6)擴展性:當數字化監控系統需要擴展時,只需要增加相應的前端設備
(如網絡攝像機等)即可,無需對系統進行大范圍的更改和變動。
(7)集成性:ONVIF(開放型網絡視頻接口論壇)致力于通過全球性的開放接口標準來推進網絡在安防市場的應用,這一接口標準將確保不同廠商生產的網絡視頻產品具有互通性。目前數字化監控系統基于ONVIF協議的基礎上集成性強,便于多監控系統之間的集成。
(8)系統的價格:由于數字監控系統的發展處于起步階段,某些核心部件的成本仍然較高,造成數字系統的價格高于模擬系統,然而,隨著數字系統的市場進一步擴大、系統關鍵技術的日趨成熟以及系統核心部件的成本降低,數字監控系統除了在功能、技術上領先于模擬系統之外,也必將在價格上壓倒模擬系統。
(9)設備架構:數字化系統將采用工控機、PC機、一體機,易于運用網絡技術組建大型、復雜、多功能的監控系統;而模擬系統在結構和設備設置方面較為繁雜。
4、結論及探討
對于公路隧道視頻監控系統來說,監控畫面的清晰度及系統的智能化程度更為重要。數字視頻監控系統可以實現全高清視頻圖像,能更清晰的實時觀看車輛、車牌及人流情況。系統采用靈活的網絡傳輸,多個用戶可以共用一套中心控制平臺,用戶投入、使用簡便,用戶能遠程進行瀏覽與控制,原則上任何可以上網的地方都可以進行瀏覽與控制。它還可以引入了許多新的數字化技術成果(如圖像識別技術),大大彌補了傳統模擬視頻監控系統的不足,提供了增值業務能力,擴展了功能和范圍,提高了系統的性能和智能化。而傳統的模擬監控系統采用視頻線纜或者光纖傳輸模擬視頻信號的方式,對距離十分敏感,且跨地域長距離傳輸不夠經濟便利,一般以局部的區域進行集中監控,遠距離的傳輸一般采用點對點的方式進行組網,整個系統的布線工程大,結構復雜,功耗高,費用高,需要多人值守;整個系統管理的開放型和智能化程度較低。相對于數字監控系統,模擬監控系統存在的時間相當長,技術相當成熟,錄像格式嚴格統一,價格低廉,在短期內仍然會在監控市場上占有一席之地,與數字系統并存。但是,由于模擬系統固有的技術劣勢,并且隨著數字系統的不斷發展完善,模擬系統的市場將會逐漸萎縮,尤其是在中、高端市場,而只能以其簡單、低價的特點占據一部分低端市場,慢慢趨于淘汰。
參考文獻
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蔡權慧。高速公路視頻傳輸技術探討[J]。《工程與建設》,2008年02期
客戶需求分析
1.基層營業網點分布情況
該銀行在整個省內有近千個分布在省、市、縣級以下地區的營業網點,并且這些網點多數還沒有安裝電視監視系統和報警聯網系統。
2.基層網點面臨的安全風險
各地市的營業網點大部分分布在縣及縣以下,這些營業網點的特點是:
地域上,點多、線長、面廣、分散。
管理上,由于地域特點,對基層金融營業網點工作檢查、監督帶來不便,同時技防設施和管理手段滯后。
安全防范上,由于地域、管理等特點,大多數基層金融網點都設有金庫,現金儲存量又較大;同時,網點工作人員女性職工較多,抗拒外來襲擊能力較弱,物防、技防措施又滯后。
解決上述問題的較好辦法是利用已有的網絡傳輸平臺,通過這個平臺,使音頻、視頻、報警、數據等信息可以讓銀行內部的各級部門共享,實現對現場圖像的實時監視、歷史圖像的回放、報警信息的快速傳遞、視頻會議,以及與各級公安機關視頻聯網報警。
系統設計要求
銀行網點報警和遠程視頻監控系統是一個典型的分布式系統,各個監視站點可分布在各個地方。這個系統結構對于傳統模擬系統來講要實現是非常困難的,解決這個問題需要建設一個開放式的軟件管理平臺和配置相應的硬件設備。因此,本系統選擇使用網絡視頻解決方案iDVR3.0系統平臺,以及AV1320e系列網絡視頻服務器,以構成多系統、多任務綜合處理、分布式、高度安全的、被稱之為“報警和監控平臺”的網絡視頻監視系統。“報警和監控平臺”最基本的要素是網絡。隨著城市互聯網、城域網的不斷擴容,使得用戶利用網絡運營商提供的寬帶服務建立網絡化、數字化、智能化的“報警和監控平臺”成為可能。
報警和監控平臺具有以下功能特點:
1.一線多能
視頻、音頻、數據、報警信息可以在一條網絡線纜內同時傳輸,前端模擬攝像機直接接入網絡視頻服務器,通過TCP/IP網絡傳輸數字視頻。這種傳輸方式突破了傳統的點對點布線,以及傳輸受距離限制的缺陷。
2.方便日后擴展
網絡化結構使得系統的擴展變得極其容易,只要有網絡接入點,就可以完成系統擴展。
3.免維護且管理方便
網絡視頻服務器使用嵌入式操作系統,系統性能穩定、安全性高。只要通過網絡,用戶就可以方便地進行遠程管理和固件更新。
4.分布式結構,系統更加安全
由于每一個設備均被分散地安裝于攝像機遠端,即使某個設備發生了故障也僅僅是影響到這個設備,而不至于影響到整個系統。
5.分布式存儲,系統更加靈活
基于B/S(瀏覽器/服務器)結構,能提供多級目錄服務,允許客戶根據實際需要靈活地配置存儲和管理服務器。存儲服務器(Archiver)可以在目錄服務器(Directory)的管理下任意地分配和切換需要存儲的攝像機圖像。傳統DVR存儲攝像機圖像是要通過物理方式連接攝像機,而系統可提供更多的存儲靈活性。
6.分布式觀看,方便使用
平臺的客戶端可以分散在網絡的任何地點,數量沒有限制。而DVR系統同時可登陸的用戶數一般不會超過5個。當多于這個數時,系統的速度會明顯下降,即圖像刷新速度下降、丟幀。
DVR的集中管理僅僅是一個瀏覽方式的集中管理,而不是此平臺系統的集中管理。由于DVR最開始的設計目標是取代模擬磁帶錄像機,完成集中、連續、較高清晰度、本地化的存儲。所以,DVR沒有一個可以與上級管理平臺的聯絡機制。沒有這個聯絡機制,DVR就不能將分散的系統納入一個“泛網絡”方式的平臺。此平臺的B/S結構、多目錄服務、多存儲服務,以及各種故障切換服務結構等,能有效地解決這個問題。
解決方案
基層營業網點
以一個典型的基層網點為例,設備配置如下:
柜臺內1個攝像機,對應2個現金出納窗口;
大廳1個攝像機,監視出入大廳人員情況;
金庫1個攝像機;
運鈔交接區1個攝像機;
震動探測器4個;
震動分析儀1個;
8音頻對講1套。
實施方案提供本地4個攝像機的圖像存儲,具有以下功能:
提供雙向語音通訊,用于實現對講和視頻會議;
提供報警事件的聯動以及遠程傳輸和管理;
提供4個攝像機的遠程瀏覽;
提供14個攝像機或4畫面異地圖像存儲;
提供本地4個攝像機的遠程方式歷史資料回放及提取。
1.網絡關系
基層營業網點、各級金融系統、各級公安機關(以下統稱為“站點”)、政府相關部門與平臺之間的關系。各個站點之間使用CNC提供的VPN建立寬帶鏈接。目錄服務、存儲服務在CNC主節點完成。
2.網絡結構
整個系統具有樹冠型網絡結構,通過將目錄服務、存儲服務、網關服務放置在CNC在各地域的骨干節點,可以保證整個網絡具有最短的路由、最可靠的網絡結構、最好的帶寬。
3.網絡要求
基層營業網點由于網絡上傳輸的數據為壓縮過的視頻信號,一般建議的碼流為384kbps。這個要求的前提條件是圖像的分辨率為CIF(352×288),速率為25幀/秒。網點的網絡接入使用ADSL方式,使用CNC提供的VPN技術搭建互聯網環境下的局域網。速度為下行1Mbps,上行全速(不低于512kbps,實際的數據吞吐量不低于384kbps)。
各級金融系統、公安機關、政府相關部門的網絡接入由平臺運營商負責。
4.基層網點的圖像存儲
本地存儲
建議4路圖像在本地進行存儲,為客戶和柜員爭議提供圖像復核依據。記錄設備使用4通道嵌入式數字錄像機,避免了PC式的數字錄像機可靠性較差的問題。配備一塊200G硬盤,可以提供不低于30天的現場圖像記錄(以4路視頻信號,每天工作10小時頻率計算)。
遠程傳輸
利用網絡視頻服務器可以向報警和監控平臺傳送1路CIF格式或4路壓縮實時(25fps)的視頻圖像。通過網絡視頻服務器的串行端口,可以在應用軟件界面上控制4通道數字錄像機的輸出。這樣各級中心可以用切換方式得到4個彼此獨立的攝像機圖像,以及一個四畫面圖像。
異地存儲
傳送到報警和監控平臺的數字視頻信號可以在縣(區)級的
存儲服務器上實現一路或四路壓縮圖像視頻圖像的異地存儲(包括發生緊急事件時上傳的圖像)。對于本地數字錄像機記錄的有價值的圖像,使用平臺應用軟件將這些有用的數據通過遠程的方式備份到報警和監控平臺,提供為期3個月的存儲,同時也可以根據用戶的要求刻錄為DVD-ROM等存儲媒體。
5.視頻會議
利用網絡和網絡視頻服務器提供的雙向音頻,可以實現視頻會議功能:
縣級金融系統所屬單位召開的視頻會議
基層網點的工作人員在營業場所就可以看見縣級單位的會議現場,聽到現場的同步聲音,也可以通過網絡進行發言等等。
市級金融系統所屬單位召開的視頻會議
這些視頻會議除本內部單位外,還可以通過報警和監控平臺的管理者邀請其它的部門參加。同時,報警和監控平臺可以根據需要提供會議實況的轉發和記錄。
6.報警聯動
在報警和監控平臺上,可以把報警、視頻丟失、移動偵測、用戶登錄、用戶退出等信息定義為“事件”,應用軟件可以根據各種事件產生一系列的“動作”,這些事件和動作之間可以按照事先編制好的程序產生復雜的關聯。
與金融系統各級保衛部門和公安機關的聯動
在發生緊急報警時,現場的圖像在各級保衛值班員的計算機屏幕上立即彈出,同時有聲光報警提示。對虛假的報警,值班人員根據權限設定的優先權通過雙向的音頻提示營業所的工作人員,復位誤動作的各種報警設置、報警控制器。對于真正的報警,值班人員通過事先編制的預案,指揮現場工作人員,最大限度地保障生命財產的安全,迅速與發生情況區域的分局級110指揮中心聯絡,確認現場發生緊急事件,迅速報告主管領導以及上級單位。
與監控平臺管理中心的聯動
在發生緊急報警時,平臺管理中心的電視屏幕會立即彈出報警單位的實時圖像。對于真報警,平臺值班人員根據GIS(地理信息系統)顯示的報警網點的位置,對各級110指揮中心以及保衛部門進行報警處理復核。
7.雙保險方式的報警系統
報警系統的可靠性非常重要,所以在報警和監控平臺上對于一個報警源,并行運行2個彼此獨立的報警系統。
傳統的電話線報警
這個系統利用傳統的電話線建立報警平臺,這個平臺以一個獨立子系統出現在整個報警和監控平臺上,目的是保證它的獨立性。
網絡報警
這個系統利用網絡視頻服務器與前端報警主機相連,通過網絡傳輸報警信息,利用報警和監控平臺的應用軟件讀取、報警信息、創建相關的聯動。
通過提供雙保險,在電話線路出現故障時,報警信息仍然可以通過網絡傳送到報警和監控平臺。在兩個系統均無故障并同時報警時,網絡報警具有優先權。
8.地理信息系統接入(GIS)
報警和監控平臺嵌入有黑龍江省的GIS地圖。在發生報警時,通過GIS系統,基層網點的地理位置在彈出現場圖像的同時會在GIS地圖上閃爍。根據情況,系統還可以提供多分層的電子地圖,直到基層網點的三維建筑圖。
圖像瀏覽
報警和監控平臺內的合法用戶可以按照它的級別以及身份認證碼使用IE瀏覽器,通過登陸位于管理中心的主目錄服務器觀看現場攝像機圖像。主目錄服務器將對用戶的身份進行認證,僅支持合法的用戶登錄。
通過管理中心的互聯網接入,合法的用戶可以通過互聯網進入報警和監控平臺,觀看其授權范圍的現場圖像,這個程序要更加嚴格的身份認證。
軟件的界面相當豐富,可以提供16畫面分割、9畫面分割、4畫面分割、全屏放大顯示等多種顯示方式。每一個畫面均提供25幀/秒實時顯示。同時,軟件支持創建若干個“頁”,每一“頁”的內容以及“頁”之間的切換順序和時間間隔,用戶可以任意設置。
報警和監控平臺具有分布式的結構,網絡內的編碼器在沒有客戶瀏覽時并不向網絡發送視頻流,僅僅發送數量非常小的監聽IP包,因此網絡內部的碼流壓力并不是很大。同時,我們使用了很多個分布式Server,這樣有效地降低了各個區域之間的網絡壓力。
分布式圖像存儲
使用多錄像服務器(Archiver)。如果將所有的視頻流全部匯聚到某一個或幾個中心,從CNC可以提供的網絡情況來看是不能承受的,因此,存儲必須是分布式的。在各個地區CNC中心機房,都設儲存服務器以及相應的磁盤陣列。這樣可以有效的將海量的存儲分散掉,有效地減輕了網絡的壓力。
該平臺已經充分的考慮到了這個問題,提供多個存儲服務器,平臺可以按照分布式結構構建。平臺規劃者可以將整個平臺劃分為若干區域,每一個區域由一個服務器負責,這樣充分地降低了平臺的風險。圖像的存儲可以由每一個獨立的但彼此相互關聯的服務器負責,我們可以理解為把一筐雞蛋分別放置在多個籃子里,以規避風險。
該平臺規劃的服務器的數量沒有限制。另外,每一個服務器負責管理的攝像機是通過軟件指定的,用戶可以靈活的將某個(或某些)攝像機調入或調出某個服務器,將這個(或這些攝像機)劃入另一個(或幾個)服務器進行管理。我們可以理解為攝像機與服務器之間的關聯是“軟性”的連結。
目錄服務和存儲服務的故障切換
該平臺提供FOS(故障服務),包括FOD(目錄故障切換)、FOA(存儲故障切換)以及核心服務的冗余。通過FOS服務,可以保證平臺運行的高度安全性。FOS目前可以提供故障托管切換功能,近期內還可以提供冗余服務器、目錄服務器備份功能。
9.用戶認證系統
作為一個高度安全的平臺,進入平臺的所有用戶必須經過認證。用戶的認證工作由專門的認證服務器來完成,一個合法用戶具有唯一的用戶名稱和密碼,并且分配有相應的權限。
特殊的傳輸控制協議
作為一個分布式平臺,終端設備和平臺之間必須具有特殊的協議以保證通訊的可靠性,特殊的協議包括網關、VSIP等。
效益綜述
銀行報警和監控平臺項目是一個典型的分布式結構,非常適合使用分布式的網絡視頻解決方案。由于綜合管理軟件具有的靈活性、安全性,使系統日后升級更加方便和安全。
視頻監視系統的必然發展方向
分布式、網絡化視頻是CCTV(電視監視系統)系統的必然發展方向。分布式、網絡化、高度的安全性使客戶日后系統的擴展、升級更加方便;FOS(故障切換服務)功能使系統非常穩定。所有的這些特點是傳統DVR系統不可能提供的。
1.高附加值
通過報警和監控平臺,各級金融單位可以實現除保衛工作之外的高附加值。
2.強化企業管理
通過這個平臺,金融系統的各級管理部門可以隨時檢查各個基層金融網點的工作情況,從而強化金融系統的管理工作。同時,金融系統可以建立自己的樣板營業所,其它的營業所可以隨時以遠程的方式學習樣板的服務質量、環境質量等每一個細節,有效地提高了整個金融系統的管理水平。利用這個平臺,還可以召開各種規模的視頻會議。
3.節省投資
通過使用報警和監控平臺,金融系統不必自己投資建設平臺,僅需向平臺運營商交納服務費用即可,節省了大量的投資。
網絡使用費用可以得到更大的優惠
由于平臺運營商具有大量的用戶資源,就網絡的使用費用可以與CNC談判,得到優惠的價格。這樣,金融系統也可以享受這個優惠。
節省維護費用
平臺的所有設備與系統均由平臺運營商提供維護,金融系統不必配置很多的專業技術人員與備用設備來為系統提供維護。
總結
本設計方案的核心是系統平臺軟件。這個軟件基于B/S(瀏覽器/服務器)結構,運行在Windows2000/XP平臺,具有多服務器結構,可以管理數萬只攝像機,攝像機與監看者之間沒有地理位置的限制。該平臺可以在LAN(局域網)、WAN(廣域網)上組成一個龐大的系統,不管現場攝像機和管理服務器間相隔多少距離,唯一的要求是兩者之間具備網絡連接。
系統的硬件部分為網絡視頻服務器,在Half D1(704×288)條件下可以提供25幀/秒的實時圖像。
系統優勢
網絡視頻監控系統與模擬監控系統和基于計算機平臺的數字視頻監控系統(DVR)相比具有以下的明顯優勢:
分布式的網絡和管理結構,存儲和目錄服務均可以實現分布式,可以實現異地存儲;
特殊的協議(網關服務或VSIP服務)可以有效的保證遠端設備和管理平臺的可靠通訊,包括網絡通訊和數據通訊;
靈活的結構:可以隨時一個一個設備地擴展系統,設備和各種服務之間沒有地理概念;
“軟”性的結構:設備的管理劃分可以理解為“軟”性的連接。通過管理平臺,可以根據實際需要通過軟件界面隨意的劃入其它的管理區域;
維護費用低:網絡維護由網絡提供商進行,前端設備是即插即用,可以通過網絡遠程維護系統和升級,包括視頻編碼的升級;
關鍵詞:水電施工;現場;無線視頻監控系統
中圖分類號: [TM622] 文獻標識碼: A 文章編號:
在無線視頻監控系統中包含了多種數字技術,比如計算機網絡技術、通信技術、視頻處理技術、流媒體及自動化技術等等,其屬于一種以網絡為基礎的監控系統。在實際水電施工現場,無線視頻監控系統要結合工程的實際需求進行方案設計。本文以某水電工程為例,提出以多媒體數字壓縮及無線局域網技術來實現監控的設計方案,整個系統共分為監控前端、網絡傳輸及監控中心等三個部分。
一、監控前端
在設置監控點時要參照各施工場所的狀態及分布來進行,監控前端的的主要作用是進行圖像采集,將采集到的圖像數據進行壓縮處理,再向監控中心的服務器傳輸。通常水電施工現場的鋼筋、預制、模板、車場、拌和樓系統等工作場所需要設置監控裝置,其中部分場所設置了有線視頻監控系統,不過需要增加無線傳輸子系統才能實現與外界的通信。每個監控點包括四個部分,即無線傳輸模塊、視頻服務器、云臺系統及攝像機等。在運行過程中,攝像機在采集到現場視頻后,輸出模擬視頻信號,然后通過與視頻服務器相連的視頻連接線將視頻信號傳輸致視頻輸入端;云臺解碼器通過控制線連接視頻服務器的接口,可以接收到來自于監控中心的控制命令,也可以接收視頻服務器傳輸過來的控制信息,然后再根據相應的控制命令驅動控制云臺及攝像機等,令其完成旋轉、變焦等控制命令。視頻服務器中還設置有網絡接口,其利用網絡連接線連接無線傳輸模塊,再用定向天線發送信息。由下圖1可以直觀的看出監控前端的結構組成:
圖1:監控前端的組成結構
下面針對圖中各部分結構進行分別介紹:
首先為視頻服務器,其是整個監控前端的核心結構。視頻服務器的主要作用是對音頻、視頻數據進行編碼處理。在水利施工現場需要采集的模擬視頻數據很多,相應的需要進行數模轉化的數據量也非常大,所以對編碼技術的要求就比較高,要求其應能在滿足網絡傳輸要求的技術指標的前提下進行高壓縮比的編碼,才能滿足網絡傳輸的要求。本工程聯合視頻工作組所采用的是H1264編碼技術,其以H1263為基礎,增加了更加復雜的運算,不僅可以有效降低碼流,而且可以提高畫面質量,實現了以現有帶寬條件為前提的多種網絡視頻服務器的應用。比較而言,在重建圖像質量相同的條件下,H1264與H1263相比,前者的碼率至少可以節約一半,與根據MPEG4實現的視頻格式相比,其在性能方面至少可以提高33%。
其次為攝像機與云臺系統。攝像機的主要作用是對水利工程施工現場進行全天候、實時性的監控,在本工程中采用的是超低照度彩轉黑專業攝像機,不僅可以在白天光線條件較充足的情況下提供高彩色監控畫面,即使在晚上光線條件不好的情況上,借助輔助照明系統也可以提供比較清晰的黑白監控圖像。由此可見,需要在光線不足的情況下采用輔助照明設備,以滿足系統全天候、實時性的現場監控要求。現在市場上應用最廣泛的輔助照明設備多為紅外光源,不過其存在照射距離短、功耗高且效率低等問題,在遠距離夜視條件下不適用。為解決這一不足,本系統采用的是紅外光源與近紅外激光光源相結合的方案,紅外激光器不僅線性好,而且經過特制的光學發散系統可以將激光光束進行發散,并根據實際環境任意調整發散角度與照射方向,所以100m以內的近距離采用紅外光源,而大于100m的遠距離則采用近紅外激光光源。
最后,其它設備。除上述主要設備外,還包括一些其它設備,比如鏡頭、防護罩、備用電源、防盜及斷電報警探頭、環境監測設備等等,在選擇這類設備時需要注意水電工程施工過程中一些比較特殊的環境因素,比如氣象條件、防爆條件、粉塵等。
二、網絡傳輸模塊
在進行網絡傳輸模塊的設計時,必須兼顧到系統結構的合理性與穩定性,還要考慮工程成本及后續的系統維護等。本工程中結合工程施工現場的實際情況選擇有線與無線相結合的組網方式,其中無線網絡設置于不便鋪設線纜或頻繁調整位置的監控點,網絡傳輸模塊的主要作用是實現視頻圖像信號與控制信號的傳輸,在本系統方案中采用了網絡攝像機,可以利用計算機網絡傳輸圖像與控制信號,所以可以說網絡傳輸模塊即為原計算機網絡和網絡到攝像頭的延伸;而諸如監控中心等位置則采用有線網絡。網絡傳輸模塊采用的是雙向傳輸模式,向監控中心傳輸的上行數據包括視頻信號與報警信號,而下行數據則包括控制信號與語音信號。針對監控區域至網絡接入點比較遠的距離,采用光纖傳輸,由電信公司架設線路,再租用電信公司的線路,選擇單纖數字光端機可以有效降低系統成本,通過一芯光纜實現數據的收發。
三、監控中心
監控中心的硬件系統包括視頻服務器、矩陣主機、電視墻及磁盤陣列等,其主要作用是進行圖像的錄制、回放及保存。監控中心還配置數臺視頻服務器,其與監控前端的視頻服務器互相對應、配套,每臺視頻服務器對應一個監控點,可以控制施工現場的攝像機;并且,通過視頻服務器可以實現雙向的報警功能,即從施工現場到監控中心、監控中心到施工現場。磁盤陣列的主要作用是將各個監控點的圖像信息存儲起來,根據實際需求對圖像進行處理與查看。通過因特網可以實現監控中心與總部的通信連接,不同級別的管理人員對應不同的權限等級,登錄系統即可對工程施工現場進行監控。
四、監控管理軟件系統
由于本系統采用的是網絡攝像機進行監控,并且攝像機上設置了獨立的IP地址,所以接入網絡的PC可以采用標準的網絡瀏覽器直接訪問即可,對施工現場的具體情況進行實時監控,并管理攝像機。不過需要注意兩個問題,一是瀏覽器窗口每次只能顯示一臺設備,要觀看多臺設備必須將多個瀏覽器窗口同時打開,便捷性不足;另外一個問題則是由于攝像機本身集成的網頁服務器處理能力十分有限,通常要限制訪問才能保證圖像質量與傳輸質量。針對該現象,可以通過監控管理軟件來解決,以瀏覽多個設備圖像,獲得更好的顯示效果。此外介紹索尼公司提供的RSM監控管理軟件,在多點監視系統中,該軟件可以實現多個網絡攝像頭的監控,并可以進行搜索、歷史記錄回放等操作。在計算機設備中安裝RSM軟件,連接網絡后再與客戶端系統相連接;服務器端安裝RSM標準版,做好攝像頭的注冊與設置,再進行計算機、攝像頭的共享配置;在客戶端安裝RSM控制器版本,可以實現服務器資源的共享,從而實現監控圖像的查看與記錄回放,并能根據實際需要對攝像頭進行管理操作。客戶端兩種版本的最大區別在于功能方面的多少,瀏覽器版本只能進行圖像和音頻的監視與回放,而控制器版本除了上述功能外,還可以針對監控系統進行配置與調節。將系統軟件的各個功能模塊加載到監控中心的多媒體數據庫服務機和客戶機上,即可實現對整個工區的遠程監控。
參考文獻
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關鍵詞:城市安防;視頻監控;需求分析;系統介紹
中圖分類號: X924.3 文獻標識碼: A 文章編號:
引言
安防視頻監控系統是智能建筑現代化管理、檢測、控制的重要工具之一,能形象、真實地顯示特定監視現場實時,以及過去一定時間內發生事件的畫面,有助于及時獲取大量信息,極大地提高處理安防事件的準確性和可靠性。經過多年的發展我國監控系統建設在技術、水平和實際應用上都取得了長足的進步,己經初步形成了社會治安技術防范的基礎網絡。城市安防視頻監控指揮系統對城市安全和社會治安進行有效監管,預防和避免惡性事件的發生。最終達到全面提升我國城市安防監控報警管理的反應和處理能力。
1視頻監控系統的組成和作用
視頻監控系統根據其使用環境、場所和功能具有不同的組成方式。一般視頻監控系統由攝像、傳輸、控制、圖像處理和顯示等4部分組成。
1.1攝像部分
攝像部分的作用是把系統所監視的目標(視頻圖像)轉換成檢測信號,再經系統的傳輸部分送到控制中心進行控制、處理,還原成原來監視的圖像信號。如果需要,還能將其記錄、保存下來。攝像部分的核心是攝像機,它是光電信號轉換的主體設備。
1.2傳輸部分
傳輸部分的作用是將攝像機輸出的視頻(有時包括音頻)信號饋送到中心機房或其他監控點。控制中心的控制信號同樣通過傳輸部分送到現場,以控制現場攝像機、鏡頭、云臺和防護罩的工作。視頻信號的傳輸方式有兩類:一類是用電纜進行傳輸的有線方式,如同軸電纜、平衡對電纜、光纜、電話線、網絡線等;另一類是用超高頻、微波、毫米波等進行傳輸的無線方式。
1.3 控制部分
控制部分的作用是在中心機房通過有關設備對系統的現場設備進行遠距離控制。控制部分的主要設備有集中控制器和微機控制器。
1.4圖像處理和顯示部分
圖像處理是指對系統傳輸的圖像信號進行分配、切換、記錄、重放、加工和復制等。顯示部分則是使用顯示器、監視器進行圖像顯示。圖像處理和顯示部分的主要設備有視頻控制/切換器、顯示器、監視器和錄像機。
2、城市視頻監控系統現狀及需求分析
城市視頻監控系統應能實現不同設備及系統的互聯、互通、互控, 實現視音頻及報警信息的采集、傳輸/轉換、顯示/存儲、控制;進行身份認證和權限管理, 保證信息的安全;應能與報警系統聯動, 并提供與其他業務系統的數據接口。主要包括以下幾個方面。1、實時視頻瀏覽: 操作員通過用戶界面及時監控現場視頻信息, 能通過手動或自動操作, 對前端設備的各種動作進行遙控;應能設定控制優先級, 對級別高的用戶請求應有相應措施保證優先響應。2、視須存儲備份:操作員可以靈活設置存儲策略, 能對重要視頻信息進行長期、可靠的保存, 方便今后的查詢和取證, 并保證被存儲視頻數據的安全性。監控平臺的數據庫在記錄圖像信息的同時還應記錄與圖像信息相關的檢索信息, 如設備、通道、時間、報警信息等。3、錄像文件檢索和回放:操作員以特定的條件(攝像頭名稱、時間段和其他條件)來檢索所需要的錄像信息, 回放和傳送錄像信息應能按照指定設備、通道、時間、報警信息等要素檢索歷史圖像資料并回放和下載;回放應支持正常播放、快速播放、慢速播放、逐幀進退、畫面暫停、圖像抓拍等; 支持回放圖像的縮放顯示。預案管理: 操作員可以根據具體應用需求, 定義一種預案, 該預案一旦啟動, 可以按照預案定義的流程完成一系列的操作, 通過預案管理可以監控大型活動及重大案件, 確保活動的安全和可掌控性。4、GIS電子地圖應用:提供基于GIS地圖的監控界面, 操作員能夠更直觀地利用地圖界面監控相關區域, 進行查看實時視頻, 控制攝像頭設備,檢索錄像文件等各種功能操作。5、用戶權限管理: 系統管理員可以創建不同的用戶和角色, 對不同的角色進行權限配置以及對用戶進行角色和權限分配最終實現對不同身份和角色的用戶進行分級分區域分模塊的登錄和權限管理, 確保系統使用的安全性6、日志和報表管理: 系統可以記錄系統的操作日志生成報表等, 可方便操作員操控系統, 并保證系統的安全性。日志包括運行日志和操作日志兩種, 運行日志應能記錄系統內設備啟動、自檢、異常、故障、恢復、關閉等狀態及發生時間;操作日志應能記錄操作人員進入、退出系統的時間和主要操作情況, 支持日志信息的查詢和報表制作等功能。7、視須智能分析及預警: 對實時視頻進行智能分析, 自動檢測可疑事件、治安事件、、刑事事件、恐怖事件以及攝像頭的狀態, 并產生視頻提示或報警, 可以大大地減輕監控人員的工作壓力, 極大地提高案件的發現率并保證設備的有效性。
3城市治安視頻監控系統介紹及優勢
3.1城市治安視頻監控系統概述
系統采用城市安防視頻監控管理平臺在市局、分局、派出所三級分布式部署架構實現整個城市監控點大聯網, 市局設立監控中心實現全局控制和調度; 區縣局設立監控中心管轄本區域內的視頻監控點, 受市局統一管理, 同時各區縣局要實現資源共享;派出所管轄本區域內視頻監控點在前端可以采用全IP 化的接人方式, 如, 視頻服務器IPC等設備通過光纖收發器EPON等傳輸設備實現系統的接人;也可以采用視頻光端機非壓縮的方式傳輸, 在系統后端進行視頻編碼, 即模擬控制IP 數字化管理相結合的解決方案, 可以作為現有已建系統有效快速的整合和過渡方式。
關于社會公共監控點資源的接入數據, 可以通過視頻安全邊界網關接人平臺, 將外部的監控資源傳輸到視頻監控管理平臺, 從而實現社會資源到平臺的安全接人, 必要的時候可以采用二次編碼封裝, 保證接人數據的安全性。智能分析系統等實現全市各監控和布防點的統一調度管理, 極大地提高了警隊的協作指揮能力, 提高了出警效率, 節省了警務部門的人力資源。
3.2系統應用優勢
網絡視頻監控系統以其便捷接入、高穩定性以及靈活擴展能力, 廣泛應用于城市治安視頻監控系統建設中基于當前城市安防的應用模式, 該網絡視頻監控系統以高可用性為目標, 具備以下方面的特點:1、多級網絡化指揮。采用IP 架構系統, 使各級部門具備了互通的可能。將原有指揮中心的獨立封閉架構轉變成為:市局一縣局一基層派出所三級聯動的架構。極大提高了警隊的協作指揮能力, 提高了出警效率, 節省了警務部門的人力資源。2、智能化的管理:支持分級分域的管理靈活的用戶權限管理、自動的設備批量配置、全網設備的統一拓撲視圖、拓撲自動發現管理全網設備狀態管理、故障自動告警及定位管理和GIS地圖功能。系統支持靈活的告警策略和告警方式, 通過手機、電話、電子郵件、語音等多種途徑實現第一時間報警聯動。
結束語:
智能化、數字化、網絡化是視頻監控發展的必然趨勢。整個安防行業正在醞釀新的視頻監控革命——智能視頻監控。 隨著技術的進步,應用場景的不斷深化,平安城市應用將會向智能化、高清化方向發展,并融合包括無線接入在內的多種接入方式。網絡視頻監控平臺通過其開放、可擴展的系統架構,集成智能化圖像應用功能,豐富平安城市視頻監控系統的應用模式,為推動和諧社會的發展做出更大的貢獻。
參考文獻:
【關鍵詞】:數字視頻安防監控系統高清攝像機存儲帶寬
一、 概述
某數據中心工程建筑面積65245 ,地上4層,層高20.9m,按TIA-942中三級數據中心進行建設。
根據 “電子信息系統機房應設置環境和設備監控系統及安全防范系統”和“安全防范系統宜由視頻安防監控系統、入侵報警系統和出入口控制系統組成” [1],本工程設置視頻安防監控系統。
又根據 “視頻安防監控系統錄制內容應為數字格式[2]”,本工程視頻安防監控系統采用數字視頻安防監控系統。
二、 系統方案設計
1、 系統架構
系統由前端設備、傳輸網絡、管理系統、存儲系統以及顯示系統五部分組成。
2、 前端設計
本工程監控的地點主要分布在園區、樓梯間、機房門口、公共走廊、電梯轎廂等區域。根據不同區域物理環境的特點,選用攝像機結果如下:
園區采用室外一體化快球網絡攝像機(高清),具備日夜轉換、寬動態及背光補償功能以便適應室外不同的天氣情況,同時選用多預制位、可巡航軌跡產品增強攝像機報警聯動功能。考慮到工程所在地的氣候環境,室外一體化快球網絡攝像機內配備加熱器及散熱風扇,這樣就增加了攝像機的實際功耗。為了保證攝像機的工作效果,設計采用單獨供電方式。
電梯轎廂由于安裝位置及傳輸線路外界干擾大的原因,采用電梯專用攝像機(標清、模擬)配合視頻編碼器方案,單獨供電。
其余室內攝像機采用槍式或半球網絡攝像機,為節省布線施工工作連,室內攝像機采用POE供電模式。
本工程共設置室內固定槍式網絡攝像機(標清)208臺,室內固定槍式網絡攝像機(高清)174臺,室外一體化快球網絡攝像機(高清)36臺,室內固定半球網絡攝像機(高清)4臺,電梯專用攝像機(標清,模擬)4臺,總計426臺攝像機。
3、 傳輸設計
3.1 帶寬計算
系統采用高效的雙碼流技術,一路單播存儲碼流,一路組播顯示碼流。
實時觀看視頻數據流為組播碼流,只有在客戶終端設備請求調看圖像時,編碼器才發送實時觀看視頻流,并且在多個用戶同時調看同一個碼流時,該碼流在網上只占用1路的帶寬。
存儲視頻數據流為單播碼流,即每臺攝像機均同時上送視頻數據流到視頻存儲服務器進行實時存儲,所以存儲碼流占用了大量的網絡帶寬,在設計方案中需要著重考慮。
下面以高清攝像機為例計算帶寬:
每路視頻實時觀看碼流(在圖像分辨率為720P,25幀/秒時)=2.9M(實時觀看視頻數據流,高碼流1)+0.75M(實時觀看視頻數據流,低碼流2)+1M(其他數據流)=4.65M
每路視頻存儲碼流(分辨率為720P,25幀/S時)=2.9M
每路視頻占用端口帶寬=實時觀看碼流+存儲視頻數據流=7.55M
在存儲單元存儲交替瞬間,會產生兩個單播存儲碼流。因此,單路高清攝像機極端峰值碼流為7.55M+2.9M=10.45M
同理單路標清攝像機極端峰值碼流為7.5M。
3.2傳輸網絡架構設計
考慮到數字視頻安防監控系統的數據流具有帶寬占用率高、流量恒定、延時要求嚴格等特點,對該系統進行單獨組網,網絡拓撲采用二層架構,分為核心、接入層兩層。
接入層由部署在各弱電間的接入交換機組成,建筑物每樓層設置4個弱電間,每個配線間內配置1臺接入交換機,平均每臺負責25個網絡攝像機左右,按15臺高清攝像機、10臺標清攝像機考慮,需要背板帶寬為15×10.45+10×7.5=231.75M。接入交換機背板帶寬選擇千兆,利用率為25%。
核心層由2臺萬兆核心交換機組成冗余核心,為接入層交換機提供匯聚接口,對各網段的數據提供路由交換,同時還負責為各系統服務器提供網絡接入。需要背板帶寬極限值為214×10.45+212×7.5=3826.3M,利用率在40%左右。
3.3水平傳輸設計
室內網絡攝像機直接用六類UTP電纜傳至弱電間內接入層交換機;
室外攝像機園距離接入交換機超出網絡線纜100米的傳輸距離,本工程利用光收發器通過光纜將視頻傳至接入交換機;
電梯攝像機需要使用扁型加抗拉鋼絲電梯專用線纜,沿電梯控制線綁附至電梯轎廂安裝位置,或在制作電梯控制線扁帶時一起做到扁帶中。最終通過同軸電纜將視頻送至就近弱電間內,經由視頻編碼器壓縮轉換,接入交換機。
3.4垂直傳輸設計
核心層和接入層之間采用單模光纖互聯,每個弱電間內的接入交換機,分別通過兩條光纖線路連接到兩臺核心層交換機上。
4、 存儲設計
4.1存儲架構及可靠性計算
存儲是整個系統的重點,是錄像回放、查詢、事后取證的關鍵所在,本工程采用IPSAN存儲網絡架構,采用RAID5、6備1方式,系統可靠性達到99.8%。
4.2 存儲容量計算
按照業內對H264編碼格式的通用計算方法,D1標清視頻流為2Mbps。720P高清視頻流為4Mbps,數據容量=碼流×存儲時間×監控路數,本工程圖像存儲時間按40天設計,需要的視頻存儲有效容量計算方法如下
4.2.1標清攝像機
有效容量=2Mbps×40天×212路=2×40×24×3600×212=1465344000Mb
合計175TB
4.2.2高清攝像機
有效容量=4Mbps×40天×214路=4×40×24×3600×214=2958336000Mb
合計353TB
因此,本次項目總的有效存儲容量為175+353=528TB
有效存儲需用占用2TB硬盤264塊,加上RAID熱備盤,共選用308塊2TB硬盤。
5、 管理設計
監控中心是監控聯網系統實施中心樞紐,負責管理所有監控點的視頻監控、報警信息處理、監控中心用戶權限、終端用戶權限等級管理、系統幫助等工作。監控中心后臺數據服務器保存有所有監控點的設備參數、用戶管理信息、信息日志存儲、應急策略聯動等數據,是整套系統的大腦。
本工程在監控中心設置管理系統服務器、流媒體轉發服務器、解碼器、PC客戶端等設備。
6、 顯示設計
本項目監控中心采用18塊46寸LCD監視器組成拼接顯示墻系統,支持視頻、RGB、網路信號在拼接顯示墻上以單屏、M×N拼接、任意開窗口、任意縮放、跨屏漫游等多種方式顯示,顯示畫面上可設置圖像編號/地址、時間、日期等,文字顯示支持簡體中文。
三、 系統功能設計
1、 系統管理
智能管理系統管理模塊,主要通過web化的圖形界面為用戶提供系統管理、資源管理、業務管理和事件管理的功能。
2、 用戶及權限管理
系統存在兩個維度用戶管理,一個系統管理員層面,一個是用戶操作員層面。其中用戶操作員層面又可分為用戶角色管理、 用戶組管理和用戶管理。
3、 實時圖像監控
用戶通過監視工具對網絡所有實時視頻圖像進行監控、調度和管理。主要功能包括:系統管理、布局管理、輪巡管理、云臺控制、音頻控制、實時瀏覽、電視墻服務設置、錄像管理。
4、 電子地圖
用戶通過電子地圖功能可以提供了管理地圖以及在地圖上部署攝像機等操作的圖形化平臺,能夠直觀的展示整個系統中攝像機的空間位置信息,方便用戶實時監控視頻并查看告警信息。具體包括設置顯示模式、設置地圖、部署攝像機、實時監控視頻、顯示告警信息等功能。
5、 歷史圖像回放
用戶通過點播工具對網絡所有存儲的歷史視頻圖像進行檢索、回放、下載、抓圖和打印等功能實現。
四、 結語
數字視頻安防監控系統是完全數字化的系統,它基于標準的TCP/IP協議,能夠通過局域網/無線網/互聯網傳輸,布控區域超大;它采用開放式架構,可與門禁、報警、巡更、語音、MIS等系統無縫集成;它基于嵌入式技術,性能穩定,無需專人管理。因此應該更好地研究利用該系統,為建設數據中心綜合安保系統打下堅實的基礎。
參考文獻:
[1] 婁宇 鐘景華等, [電子信息系統機房設計規范] ,北京:中國計劃出版社,2009,37-38