数字监控系统.docx
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数字监控系统
申报论文
（高级）
题目：
奥运安保系统实施
单位：
霍尼韦尔公司
姓名：
楼劲松
申报专业：
自动化（楼宇智能自动化）
2009年6月16日
目录
摘要2
绪论4
一、数字监控系统概述4
1、定义4
2、系统设计原则4
3、国家体育场数字监控系统技术要求及功能5
二、数字监控系统特点11
1、硬件结构11
（1）网络拓扑结构13
（2）网络设备间硬件结构14
（3）监控点摄像机选择16
（4）中心控制室硬件结构17
（5）网络基础架构19
（6）监控网VLAN划分及IP规划20
2、软件结构24
结论26
一、系统实施采取措施26
1、搭建演示系统26
2、设备现场实际测试26
3、详细的施工图纸和施工交底27
二、系统出现问题的解决27
三、在奥运期间的使用28
参考文献29
附录30
摘要
本文是根据奥运重点工程国家体育场（鸟巢）安防系统，特别是其中的数字监控系统和安防集成系统对奥运运行服务保障的要求。
对工程实施中采用的技术手段和实际经验进行归纳总结。
本文对安防一级防护项目、特大型重点项目、建筑结构特殊项目、对重要人员需要重点保护项目和大型公共活动项目安防系统的技术经验和实施经验进行总结。
特别是安全防护中技术手段和人防、物防紧密结合的技术应用，采用最新的数字监控和安防各子系统统一集成管理手段的技术应用实施方案进行总结研究。
关键词：
奥运安保
绪论
一、数字监控系统概述
1、定义
本系统是北京鸟巢体育场（以下简称体育场）安全防范系统中的一个子系统，即视频安防监控系统（VSCS）。
本系统的设计以现有已颁布的安全防范国家标准、行业标准等规范性文件为主要依据，同时兼顾体育场所的具体特点。
弱电间指体育场建筑内用于对弱电系统进行布线的室内空间。
中心控制室指体育场内用于对视频安防监控系统进行集中管理与监控的室内空间。
管理中心指用于对视频安防监控系统实施管理的软件系统。
监控中心指用于实现视频安防监控系统服务器功能的软件系统。
控制中心指用于实现视频安防监控系统客户端功能的软件系统。
2、系统设计原则
系统总体设计在符合《视频安防监控系统技术要求》GA/T367要求的基础上，根据体育场视频安防监控的规模要求、特殊性要求来设计硬件系统、软件系统。
系统功能设计在符合《安全防范工程技术规范》GB50348第3.4节与视频安防监控系统相关要求的基础上，根据体育场视频安防监控的实际功能、性能需求出发，在软硬件系统架构之上，来设计可靠的安全管理系统。
3、国家体育场数字监控系统技术要求及功能
国家体育场作为第29界奥运会开闭幕式的主体育场、田径比赛场和残奥会最主要体育场，不但在运动会期间每天要接待十万人次左右的观众、运动员。
在奥运会开幕式时还要接待上百个国家的元首和主要领导人。
所以安保系统一旦稍有闪失，将对整个奥运会的成功举办造成非常严重的影响。
奥运会的成功举办，保证安全是首先要确保的关键问题。
而要做到这一点安全防范系统是否能出色的发挥的作用，特别是能提供最大信息量的视频监控系统是否运行可靠又是关键中的关键。
鸟巢视频安防监控系统根据其重要性主要有以下各项要求：
绝对可靠性
根据鸟巢工程安全防范的重要性，要求整个系统绝对可靠。
不允许赛会期间特别是奥运会开闭幕式期间发生任何故障。
这除了要求所采用的系统设备有非常高的可靠性、系统调试完成后要经过长时间的试运行和系统经过国家检测机关多次严格验收以外。
系统要采用大量的系统冗余和热备份设计，一旦有设备发生故障立刻有其他热备份设备自动接管，一旦有线路发生破坏，系统立刻采取其他路由自动连接。
任何线路或设备发生故障，系统能自动鉴别发生故障的设备或线路的位置，以便保驾人员立刻能到发生故障的地点排除故障，保证系统抑制保持系统设备热备份状态。
使用高效性
系统不但要安全可靠，还高效率的对各类事件的辨别。
因此对每个图像监视的角度，图像的靶面的高度宽度、人员在图像中的比例以及整个人员途径的路由和事件都需要有非常严格的要求。
在鸟巢工程中，所有图像不但要标明准确的安装位置，还有非常严格的安装高度以及安装位置距建筑结构和各类设备的距离要求。
在设计图纸中要有严格的图像覆盖区域的要求，要有主要通道中人员特别是关键人员流动路线的各种预案。
在其他如报警、门禁和消防等系统发生报警后摄像机自动切换的预案。
发生大规模治安事件后，各区域各层摄像机自动调用的预案。
这样才能非常准确、及时、非常清晰高效的辨别现场发生的各类事件。
使用的方便性
由于此工程现场的摄像设备数量非常大，整个现场平面面积非常大。
而且奥运期间由公安部门直接管理，公安人员在非常对系统。
因此操作是否便捷也是视频监控系统能否很好发挥作用的一个关键问题。
在此工程我们充分发挥数字监控系统的优势，改变以往模拟键盘操作的方式。
而是全部采用数字监控工作站的图形界面进行操作，这样所有的操作都是用一个鼠标在一台电脑上全部实现。
同时在此工作站上我们配备了电子地图及地图检索界面，操作人员不用记住摄像机的编号，也不用检索摄像机的位置就可以直接找到图像的位置。
另外此工程我们对系统采用了双频显示，一个屏幕显示电子地图，一个屏幕显示图像。
这样只要点击电子地图上的摄像机图标，图像就立刻在另一个屏幕上显示出来。
图像双屏显示：
安防系统系统集成
安防系统包含视频监控、防盗报警、门禁、巡更、停车场和一卡通管理几个子系统。
如果各子系统都不协同在一起工作，视频监控系统不会主动提醒显示出现各类事件的图像，报警系统不会提示报警但不能辨别具体发生的时间，门禁系统对盗用或借用刷卡现象无法辨别，对非法闯入等情况也不能及时取证。
所以各系统单独工作虽然起到一定安防管理作用，但都不能主动对事件进行辨别。
只有将安防各系统集成在一起互相补充和协同工作才能建立一套完善的使用的安全防范措施。
对于报警、门禁和消防等系统发生报警时，相应各系统的界面上也可以立刻嵌入报警区域的图像。
使操作人员立刻可以观察到报警区域的实际情况。
国家体育场安全防范系统（SMS）集成有HoneywellStarII门禁系统、HiKVision的视频安防监控系统（CCTV）、的停车场管理系统、Honeywell入侵报警系统、电子巡更系统。
并通过安全防范系统平台提供的接口完成与一卡通系统、建筑设备集成管理系统和奥运安保指挥中心集成。
报警系统图像嵌入:
安防系统集成示意图：
奥运安保的综合管理
根据奥运安保综合管理的要求，系统要将图像和各类报警的信号同时传给北京市奥运安保指挥中心、北京市指挥中心、公安部指挥中心、奥运周界安防管理系统、治安总队指挥中心和弱电系统集成系统。
所以视频监控系统需要高度的系统联网通讯和图像多方调用控制功能。
由于数字视频信号采用数字压缩、网络传输和计算机统一管理，才使用此功能在实际使用中得以实现。
此工程通过不同的权限管理和标准的数字解码技术，充分满足了奥运期间不同部门、不同用途的使用管理需要。
在此工程中最多有七个不同位置不同使用单位对图像的使用需要，实现了一套硬件设备多方共享图像信息。
二、数字监控系统特点
本系统是鸟巢体育场（以下简称体育场）安全防范系统中的一个子系统，即视频安防监控系统（VSCS）。
本系统的设计以现有已颁布的安全防范国家标准、行业标准等规范性文件为主要依据，同时兼顾体育场所的具体特点。
数字监控系统特点：
视频录制质量：
采用D1格式更高清晰度
频回放质量：
与视频录制质量完全一致，无任何衰减
存储介质：
硬盘、光盘、数据磁带等，抗干扰能力强，不易损坏，易于长久保存
操作方式：
鼠标（一体机采用面板按钮、遥控器），检索回放简便、快捷
操作界面：
图形用户接口（GUI），界面友好，操作简便，有联机帮助或提示
维护方式：
免维护，自动循环录像，定期自动备份，毋需人工干预，且硬盘寿命远长于录像带
设备架构：
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
升级方式：
软件升级
视频压缩算法：
H。
264等
操作系统：
WindowsXP/2000等
第二章数字监控系统结构描述
1、硬件结构
监控点、弱电间、网络设备间与中心控制室的结构
根据现场勘查，监控点图像汇聚到就近的该楼层弱电间，每一楼层分布12个弱电间。
所有楼层弱电间的视频线缆汇集到0层与其相对应的距离最近的弱电间。
0层的12个弱电间将附近所有的视频、控制线缆汇集后，送入附近的网络设备间，视频信号进入网络设备间的监控设备机柜。
在监控设备机柜中，每一路模拟视频信号被视频分配器分为两路，一路进本地硬盘录像机进行数字化的本地存储，录像文件存储在硬盘录像机内置的大容量硬盘上，另外一路进入视频编码器，视频服务器将模拟视频信号转化为数字视频流，通过内部光纤局域网络传输至中心控制室。
图1是监控点、弱电间、网络设备间与中心控制室的结构示意图。
网络设备间和中心控制室机构的详细结构说明参见网络设备间和中心控制室硬件结构图和结构说明。
网络设备间到中心控制室网络结构参见网络拓扑结构示意图。
图1监控点、弱电间、网络设备间与中心控制室的结构示意图
（1）网络拓扑结构
在12个网络设备间与中心控制室的数据通信进行冗余线路设计，网络设备间的交换机到中心控制室敷设单模6芯光纤。
网络设备间内每台视频监控系统使用的网络交换机配备2个光纤网络接口，分别接2条独立的光纤，汇集入中心控制室的核心交换机，保证整条光纤链路的线路冗余。
网络拓扑结构示意如图2。
图2网络拓扑结构示意图
网络系统的详细结构说明参见网络基础架构介绍。
（2）网络设备间硬件结构
12个竖井的摄像机的图像接入每个竖井零层的网络设备间，完成图像的数字化处理（编码），对数字图像进行存储，同时通过网络将数字图像传送到监控中心。
图3是网络设备间的硬件结构示意图。
网络设备间硬件结构示意图
每个摄像机输入视频分配器，通过视频分配器输出2路同样的视频，其中1路接入硬盘录像机，另外1路接入视频编码器。
硬盘录像机与视频编码器分别通过网络线接入网络交换机，每台硬盘录像机交换的网络带宽上限需14.4Mbit/s，每台视频编码器交换的网络带宽上限需7.2Mbit/s，80路视频交换到监控中心的网络带宽上限需144Mbit/s。
以上网络带宽的算法为：
交换的通道总路数×1.5（码流）×1.2（20%余量）。
因控制数据、状态数据（包括报警、异常、运行状态等数据）、点播的历史图像数据无法预计，故未计算在内。
视频编码器将来自中心控制室的控制信号传输到监控点，完成PTZ控制。
视频编码器可接入报警信号，完成报警信号的联动输出。
硬盘录像机完成对数字图像实现每天24小时的不间断存储，采用1.5Mbps码流，数据保存周期为30天。
每路视频所需硬盘容量计算方式如下：
视频码流÷8（转换为字节）×3600（得到一小时存储容量）×24（得到一天存储容量）×30（得到30天存储容量）÷1024（转化单位为GB）÷0.9（考虑到格式化后的硬盘损失10%）
1.5÷8×3600×24×30÷1024÷0.9≈528GB
据此可计算出每台硬盘录像机的存储容量。
硬盘录像机与视频编码器均采用嵌入式硬件与嵌入式软件架构设计，所以，在无人值守的情况下，网络设备间的视频安防监控系统可正常运行。
一个监控点采用二个编码设备进行视频编码，一个是硬盘录像机，一个是视频编码器。
硬盘录像机对所有视频通道进行录像，如果硬盘录像机发生故障，系统将相应视频通道切换到集中存储服务器上进行录像，实现录像的热备份处理。
当硬盘录像机修复正常，系统将恢复到硬盘录像机录像，同时终止集中存储服务器录像。
中心控制室的电视墙图像从视频编码器获取，如果视频编码器发生故障，相应视频通道的图像切换到从硬盘录像机上获取，不影响电视墙的视频通道切换能力。
当视频编码器修复正常，系统将恢复到从视频编码器取图像。
（3）监控点摄像机选择
国家体育场前端摄像机分为墙装枪式摄像机、一体化半球摄像机、电梯专用摄像机、室外云台摄像机、室内云台摄像机、室内一体化球形摄像机和室外一体化球形摄像机，总计896个。
其中墙装枪式摄像机522个，半球摄像机91个，电梯摄像机31个，室外一体化球形摄像机34个，室内一体化球形摄像机119个，室外云台摄像机55个，室内云台摄像机36个。
根据中航设计院的图纸要求，需要监视固定区域的摄像机选用固定焦距摄像机或手动变焦摄像机，此部分主要包含墙装枪式摄像机、一体化半球摄像机和电梯专用摄像机。
对于需要监视多个区域不同位置不同角度的采用可云台转动、变焦、变倍和预置位控制的PTZ摄像机，室外云台摄像机、室内云台摄像机、室内一体化球形摄像机和室外一体化球形摄像机均属于此类。
根据国家体育场的安防系统今后使用功能要求，为保证在今后在今后使用中能够对人员进行清晰辨别，此工程全部采用彩色摄像机，并且水平分辨率大于480线，信噪比大于48db。
为保证摄像机在不同环境下的使用效果，摄像机均带有自动增益、背光补偿、白平衡功能。
所有摄像机均采用自动光圈镜头，以适应现场不同时间段的光线变化。
墙装枪式摄像机、一体化半球摄像机、电梯专用摄像机、室外云台摄像机、室内云台摄像机均采用1/3英寸摄像机，1/3英寸镜头，保证图像较大的靶面尺寸。
室内一体化球形摄像机和室外一体化球形摄像机采用1/4英寸摄像机，1/4英寸镜头，保证摄像机整体结构紧凑。
室内摄像机的工作温度在0-55度之间，工作湿度在0-90％之间。
室外摄像机在－34至74度之间。
室外摄像机的防护等级为IP66。
保证设备在各种情况下正常工作。
（4）中心控制室硬件结构
图4时中心控制室的硬件结构示意图。
图4中心控制室硬件结构示意图
中心控制室由监控中心和管理中心两部分组成，其中监控中心由功能服务器、控制中心主机（客户端）和嵌入式单路解码器组成，功能服务器包括视频解码服务器、集中存储服务器、流媒体服务器与WEB服务器。
控制中心主机由PC主机与控制中心软件构成。
控制中心主机的数据交换所需网络带宽具有不确定性，为确保其正常工作，通过千兆网卡与网络交换机相连。
视频解码服务器由工控主机系统、视频解码卡与视频解码服务软件构成，视频解码服务器的输出通道与电视墙相连。
每台视频解码服务器的视频输出通道数为8路，配置两台解码服务器互为备份。
交换的网络带宽上限需54Mbit/s（算法同第二部分第一章2.1节），为确保其正常工作，通过千兆网卡与网络交换机相连。
视频解码服务器中的关键部件为视频矩阵解码卡与主机内部电源，为实现系统的储备备份设计，在原有2片视频矩阵解码卡（每片4路）之外再增加1片视频矩阵解码卡，即4路视频通道输出作为解码的冷备份部件，当其中的视频矩阵解码卡发生故障时，无需关闭服务器，只要更换视频输出通道的视频电缆就可以恢复到正常输出状态。
视频解码器为单路嵌入式视频解码设备，视频输出接口通过模拟视频线缆与电视墙连接。
将通过网络传来的数字视频流还原为模拟视频信号输出到电视墙。
视频解码器利用一个10M/100M以太网接口与网络交换机相连。
集中存储服务器由服务器与集中存储软件构成，其数据交换所需网络带宽具有不确定性，为确保其正常工作，通过千兆网卡与网络交换机相连。
流媒体服务器由服务器与流媒体软件构成。
其数据交换所需网络带宽具有不确定性，为确保其正常工作，通过千兆网卡与网络交换机相连。
WEB服务器由服务器与WEBSERVER软件构成。
其数据交换所需网络带宽具有不确定性，为确保其正常工作，通过千兆网卡与网络交换机相连。
管理中心包括一台管理中心服务器，它由服务器与管理中心软件构成，其数据交换所需网络带宽具有不确定性，为确保其正常工作，通过千兆网卡与网络交换机相连。
（5）网络基础架构
核心层设备配置
局域的核心层负责全网的数据交换和路由，是整个城域网络互联的关键。
因此，核心交换机的性能好坏、可靠性如何直接影响到整个网络。
核心网络设备应是能够提供高带宽、大容量的核心路由交换设备；应具备极高的可靠性，能够保证7*24小时全天候不间断运行；同时还应拥有非常好的扩展能力，以便随着网络的发展而发展。
应用叠加描述
下图描述出将视频监控业务叠加到网络上的连接情况
可以看到，摄像头的编码器连接到接入交换机上，同时，DVR也连接到配线间的接入交换机上。
在中心，主要的显示系统均将解码器连接到服务器交换机上，服务器交换机上同时收集DVR上来的流量，汇入到特定的服务器上。
（6）监控网VLAN划分及IP规划
网络拓扑
网络拓扑如上图所示，在核心部署两台nortelERS8610交换机，同时部署两台ERS1600交换机，用于服务器群的接入，1624G用于接入服务器群，而1648用于解码器的接入。
1、VLan的规划：
VLANNAME
VLANID
VLANIP
VLAN用途
JieMa
100
192.168.1.0/24
接入解码器
BianMa
101
192.168.2.0/24
接入编码器
YingPanLXJ
102
192.168.3.0/24
接入硬盘录像机
SERVER
103
192.168.0.0/24
接入服务器群
Manager
1024
192.168.100.0/24
设备管理（交换机）VLAN
2、交换机IP
设备地点
设备名称
设备地址
vrrpip
核心1
ERS8610
192.168.100.252
192.168.100.254
核心2
ERS8610
192.168.100.253
1#
ERS1648
192.168.100.1
2#
ERS1648
192.168.100.2
3#
ERS1648
192.168.100.3
4#
ERS1648
192.168.100.4
5#
ERS1648
192.168.100.5
6#
ERS1648
192.168.100.6
7#
ERS1648
192.168.100.7
8#
ERS1648
192.168.100.8
9#
ERS1648
192.168.100.9
10#
ERS1648
192.168.100.10
11#
ERS1648
192.168.100.11
12#
ERS1648
192.168.100.12
核心1624G
ERS1624G
192.168.100.13
核心1648
ERS1648
192.168.100.14
3、具体VLAN规划（交换机）
设备名称
VLANname
VLANid
vlanip
VRRPIP
核心交换机1
JieMa
100
192.168.1.252/24
192.168.1.254/24
BianMa
101
192.168.2.252/24
192.168.2.254/24
YingPanLXJ
102
192.168.3.252/24
192.168.3.254/24
SERVER
103
192.168.0.252/24
192.168.0.254/24
Manager
1024
192.168.100.252/24
192.168.100.254/24
核心交换机2
JieMa
100
192.168.1.253/24
192.168.1.254/24
BianMa
101
192.168.2.253/24
192.168.2.254/24
YingPanLXJ
102
192.168.3.253/24
192.168.3.254/24
SERVER
103
192.168.0.253/24
192.168.0.254/24
Manager
1024
192.168.100.253/24
192.168.100.254/24
4、各接入交换机vlan
各竖井交换机
设备名称
VLANNAME
VLANID
ipaddress
ERS1648
BianMa
101
192.168.2.0/24
YingPanLXJ
102
192.168.3.0/24
Manager
1024
192.168.100.0/24
解码器交换机
设备名称
VLANNAME
VLANID
ipaddress
ERS1648
JieMa
100
192.168.1.0/24
Manager
1024
192.168.100.0/24
服务器交换机
设备名称
VLANNAME
VLANID
ipaddress
ERS1624G
SERVER
103
192.168.0.0/24
Manager
1024
192.168.100.0/24
说明
每个vlan的网关为254
VLANNAME
VLANID
VLANIP
VLAN网关
JieMa
100
192.168.1.0/24
192.168.1.254
BianMa
101
192.168.2.0/24
192.168.2.254
YingPanLXJ
102
192.168.3.0/24
192.168.3.254
SERVER
103
192.168.0.0/24
192.168.0.254
Manager
1024
192.168.100.0/24
192.168.100.254
IP地址使用规则：
设备的IP地址使用范围为1至240
如：
解码器vlan的地址范围为：
192.168.1.1至192.168.100.240
设备的网关为：
192.168.1.254
编码器vlan的地址范围为：
192.168.2.1至192.168.2.240
设备的网关为：
192.168.2.254
硬盘录像机的地址范围为：
192.168.3.1至192.168.3.240
设备的网关为：
192.168.3.254
服务器群的地址范围为：
192.168.0.1至192.168.0.240
设备的网关为：
192.168.0.254
240以后的地址为交换机地址等保留地址。
2、软件结构
视频安防监控系统软件基于C/S架构设计，对系统的功能模块进行抽象处理，图5是总体结构示意图。
图5视频安防监控系统软件总体结构示意图
视频安防监控系统软件分管理中心（ServerControl）、监控中心（ControlCenter）与控制中心三部分。
监控中心提供视频安放监控系统的功能服务，包含集中存储服务、电视墙服务、流媒体服务等。
控制中心是一个用户进行监控交互的客户端软件。
管理中心包含一个服务程序和一个数据库，对各监控中心服务模块、控制中心用户、前端设备（硬盘录像机、视频编码器）实施有效管理，管理数据记录在数据库中。
视频安防监控系统软件支持分布式组网，可组建多个监控中心，监控中心之间可形成一个树形结构，最高级别的监控中心可以管理各个分监控中心，上级监控中心可以按权限实时监看下级监控中心管理的监控点。
（论文主体）
结论
一、
升级会员 