森林防火高清视频监控解决方案无线AP之欧阳道创编.docx
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森林防火高清视频监控解决方案无线AP之欧阳道创编
森林防火
时间：
2021.03.06
创作：
欧阳道
无线视频监控系统
技
术
解
决
方
案
第一章总体设计2
第二章系统总拓扑图3
第三章前端监控设备选型设计3
第四章网络传输系统4
第五章网络视频集中管理平台设计4
5.1平台组成5
5.2目录服务模块5
5.3集中管理服务模块7
5.4视频存储8
5.5视频转发8
5.6软解数字矩阵9
第六章系统功能介绍11
第七章主要设备介绍17
7.1高清网络半球摄像机17
7.2高清网络枪式摄像机19
7.3智能网络高速球机22
7.4网络视频服务器24
7.5高清镜头27
7.6远程集中管理服务器27
7.7软解数字矩阵服务器28
7.8集中存储服务器29
第八章高清网络视频监控的特点30
8.1核心技术30
8.2前端设备优势31
8.3系统构架灵活32
8.4工程施工方便33
8.5系统应用前景34
前言
随着造林事业的不断发展，林地面积、林业蓄积量逐年增加，防火工作是首要任务。
森林火灾是世界性的林业重要灾害之一，年年都有一定数量的发生，造成森林资源的重大损失和全球性的环境污染。
森林火灾具有突发性、灾害发生的随机性、短时间内能造成巨大损失的特点。
因此一旦有火警发生，就必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。
为此国内外都在为预防、减少和控制森林火灾而努力。
为了早日实现森林防火工作的规范化、科学化、信息化，贯彻“预防为主，积极扑救的方针”，真正做到早发现，早解决。
森林防火视频监控系统是由林区监控管理指挥中心系统、传输系统、摄像机和镜头系统、云台控制系统、电源系统和铁塔组成。
林区监控管理指挥中心系统是整个系统的图像显示、图像录像控制中心，远程控制功能，向指挥调度人员提供全面的、清晰的、可操作的、可录制、可回放的现场实时图像。
林区监控管理指挥中心系统还具有向上级林业局和省林业厅接口的功能。
第一章总体设计
为了满足森林火灾防范的需求，根据各方信息资源的整合，我们设计在林区建设一套网络化、数字化的高清视频监控系统；通过这套系统可以对林区容易发生火灾的区域以及其他相关区域实施全天候的、实时的、高清晰的动态视频监控。
通过现场的视频采集设备将这些区域的现场图像通过点对点的无线网络传输后端监控中心，或者其他分中心。
系统总体设计采用前端全数字视频采集、无线网络化传输和后端集中管理解决方案，前端采用两百万高清网络摄像机配置大倍数长焦镜头和全向云台实施远距离高清晰大范围的视频监控，所有监控点位都通过无线微波传输系统传输到后端统一管理，在后端监控中心建设一套数字视频管理平台系统，完成存储、预览、控制以及上级联网等业务承载，整套系统能轻松进行容量扩展和其他业务终端的接入。
做到全数字化处理，做到未来几年内技术领先。
第二章系统总拓扑图
第三章前端视频采集系统设计
前端监控设备主要是指摄像机部分，根据森林防火监控系统设计的需要，我严格按照要求采用满足现场监视画面清晰、技术领先、经济适用的摄像机。
为森林防火视频监控系统在来几年内整个系统平台处于领先地位。
前端系统主要由摄像机、镜头、全向云台、护罩等组成；这几部分构成了前端视频采集系统，通过这种模式可实现超远距离、大范围、高清晰的视频图像采集。
Ø摄像机：
采用基于标准的H.264MainProfile@Level4.1算法的两百万像素高清网络摄像机。
它采用500万像素的逐行扫描图像传感器，压缩分辨率可达30帧/秒实时1080P（1920*1080）全高清编码，清晰度可达1000TVL的广播级图像画质。
从视觉效果来看，其图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平。
从画质来看，画面清晰度、色彩还原度都要远胜过标清网络摄像机。
而16：
9的宽屏显示也带来更宽广的视觉震撼。
由于采用标准H.264压缩，录像文件可使用标准解码器解码，支持常用播放软件直接播放。
在相同码率下具有比MPEG-4倍增的画质，在同样的画面质量下，码率仅为MPEG-4的二分之一。
同时该款高清摄像机有完善的模块化管理平台软件，可根据需要任意组合和延伸，使得整个系统的可扩展性大大提高。
Ø镜头：
镜头是视频采集比较关键的部件之一，镜头质量的好坏，类型的搭配、以及调试等都非常关键；在森林防火视频监控这类特殊的系统中，一般都采用长焦距的镜头，通过大倍数的调整实现宽范围、近距离的监控视场调整，具备强大的灵活性，满足不同要求的视频采集。
同时应采用光学成像有效像数更高的镜头，这是因为摄像机具备200万像素的图像压缩能力，如果前端光学采集源有效像素不够高的话也就达不到预期的效果。
镜头为了适应不同的光线环境的变化，应能自动调整光圈，由于摄像机提供了一个DC12V直流驱动接口，因此我们选用直流驱动的自动光圈镜头。
镜头焦距和聚焦通过云台解码器接入到摄像机的485通讯端口，然后通过摄像机转化成网络信号与后端管理软件的控制模块建立控制通道。
Ø全向云台：
在森林防火监控系统中，全向云台我们设计采用具备在室外恶劣环境下工作的重型云台，具备IP66防护等级，承重可达50KG，全向云台采用AC24V供电方式，内置云台解码器。
Ø护罩：
护罩也是比较关键的部分，由于前段采用的是高清网络摄像机，而且镜头是长焦距变倍镜头，因此同样设计采用IP66防护等级的护罩。
同时还具备恒温控制功能，满足室外恶劣环境条件下保护内部设备稳定正常工作。
第四章网络传输系统
整个系统采用全网络化、全数字化架构模式，前段采用的高清网络摄像机在满足高质量画质的前提下最小码流可控制在4Mbps左右。
这对于200万像素的高清网络摄像机来说已经是一个非常优秀的传说码流，满足了远距离无线微波传输的要求。
前端摄像机通过RJ4510/100M自适应网口与前端无线AP连接，然后在通过天线与后端汇聚天线建立连接，并把数据传输到中心。
遇到不可视或者距离太远的时候可增设中继天线。
由于每个无线AP汇聚带宽是有限制的一般有效带宽在通常状态下在20Mbps左右，因此每个汇聚AP可接入的前端无线监控点位可接入5个。
但在实际的应用中考虑到各种天气和传输距离的影响，实际的带宽有所浮动，因此在实际应用时请详加分析。
第五章前端供电系统设计
第六章网络视频集中管理平台设计
对于网络视频监控来说，与模拟视频监控系统一样，后端的处理方式至关重要，由于到后端的信号已经全部是网络数字视频信号，处理起来非常灵活，我公司的VMP全网络视频集中监控管理平台针对大中型网络视频监控设计，采用模块化、平台化架构，适应各种功能需求和平台扩展。
下表是各个部分的主体设备和软件模块组成，软件模块可根据不同规模和功能需求进行灵活配置，有些软件模块可部署在同一台硬件服务器上来完成相应服务功能。
视频前端设备
1
高清网络摄像机
1920*1080
200万像素，标准H.264压缩
2
高清镜头
大倍数镜头
电动二可变
3
全向云台
重型云台、内置解码、IP66
4
护罩
IP66、恒温控制
6
无线AP接入
接入AP/天线、中继天
7
太阳能供电系统
8
风力供电系统
9
蓄电池
100瓦
管理中心软件模块
3
用户&目录管理
用户、设备配置，权限优先级管理
4
管理&控制
浏览、PTZ控制、对讲、远程参数设定、设备巡检
5
报警&电子地图
报警信息搜集、应答、转发、联动、布撤防
6
虚拟网络矩阵&解码
解码上墙控制
7
网络视频存储
同步集中存储、异步分散备份
8
流媒体视频转发
视频转发交换及网络负载均衡
分控客户端
9
WEB浏览客户端
基于IE的浏览和PTZ分控
10
客户端软件
基于客户端软件终端浏览，控制
5.1平台组成
5.2目录服务模块
用户验证目录管理（Directory&UsersServer,以下简称DUS）
DUS基本功能:
⏹设备登陆信息验证、类型分组&分级设定，设备目录树管理
⏹用户&用户权限管理，权限分配
⏹集中认证、冲突检测
功能介绍：
DUS服务器是大中型管理中心系统中最重要一个核心组件，集中联网平台的管理、控制以及前台服务木块都要依从这里的参数来运作。
DUS承担设备（或节点）的目录树管理服务，前端节点所有的摄像机、报警器和后端监视器统一编号；DUS还提供用户和用户组的设定、浏览许可和权限分配，以及整个系统的冲突检测。
管理中心是基于用户验证为核心的系统，某个用户的权限和优先级一旦设定，则此用户不论是在网络中的哪个地方登录，也不论使用IE、客户端或是管理中心登录，或者是通过视频转发，那么它的权限都是相同的。
同时每个前端网点的本地验证可以根据需要是否受联网监控中心的管理。
大型联网系统中，中心用户验证目录管理服务器一般采用专业硬件服务器来部署，这样可以保证用户验证目录管理服务器的稳定运行。
用户验证目录管理服务器和其他服务器之间的关系如下图所示：
5.3集中管理服务模块
集中管理服务模块（ManageServer，以下简称MS）
MS基本功能
⏹状态监测：
设备工作状态、网络连接状态、远端硬盘信息
⏹远程配置：
设备远程参数配置、维护、软件升级
⏹事件&日志管理
⏹校时服务：
提供前端设备的校时管理任务
⏹语音对讲
功能介绍：
◆状态监测：
MS按照设置的时间间隔，自动收集各网络摄像机以及其他视频处理设备的信息，及时发现网络及网络摄像机故障，及时报警通知排除。
能够实时检测下属监控网点所有设备的在线情况，动态检测连接通道的网络带宽，显示远程设备的工作状态、录像状态、报警状态；可以查看远程监控网点的详细信息。
◆视频调用：
通过管理服务器的预览功能，可以调用该用户倍授权获取的所有网络摄像机的视频图像，并且可以获取分组列表进行分组调用和切换等。
◆远程配置：
管理中心可以查看、修改远程监控点的网络摄像机的设置选项，进行远程参数设置、系统重启动等维护操作，也可以对远程存储服务器等进行远程管理。
◆自动校时：
管理中心内置校时服务器，远程网络摄像机可以实现自动与管理中心校时，保证多台设备的时间同步性。
◆日志管理：
系统提供了强大的日志记录和查询功能，对于系统应用中所有涉及的事件均记入数据库，报警事件作为监控系统的重要事件单独管理，记录或查看用户登录、操作日志、系统异常事件、查询与维护日志、报警日志、远程网络摄像机日志。
◆语音对讲：
通过网络摄像机的音频输如输出接口，可以建议起与中心的双向语音对讲，在银行网点特别是ATM监控系统中可以得到很好的应用，在其他需要音频录制的网络视频监控系统中也能灵活的进行配置。
应用介绍：
西南科大校园采用集中联网监控设计思路，其他终端用户通过数字视频传输网络与集中监控管理平台进行数据交换。
在集中管理中心配置一台硬件服务器来安装集中管理软件模块，对整个系统进行远程集中管理、配置以及控制等操作。
5.4视频存储
按照每路高清摄像机平均4Mbps码流、24小时连续存储15天计算其总存储容量为：
1路*4Mbps*3600s*24H*15天/8/1000/1000=648GB
因此根据这个计算公式可以计算整个系统需要的总体存储容量。
5.5视频转发
大中型网络视频监控系统核心是网络视频数据流的交换与访问，访问就涉及到多用户访问、大容量并发访问等视频数据请求类型，如果处理不好视频数据的分发，那么网络视频监控就无从谈起。
我公司根据多年的网络视频监控成功案例的经验，为大型的联网项目设计的流媒体转发服务软件模块可承载各种类型的网络访问，将该软件模块部署到相应的硬件网络服务器上可实现网络视频的流媒体分发功能。
鉴于本次系统所含点位数多、系统规模较集中，因此在考虑经济适用的情况下我们将视频转发软件模块安装到存储服务器里面进行负载均衡，使存储服务器在完成存储的同时也完成数据的分发。
5.6高清矩阵电视墙
高清视频监控对于后端的显示系统也有新的要求，由于传统的CRT监视器不管是在分辨率还是尺寸上都不能满足720P甚至是1080P的显示。
所以高清视频的显示目前一般都采用支持高清输入和显示的液晶电视、等离子电视、以及支持高清显示的各类型拼接墙。
考虑到森林防火监控被监控场景属于大范围的监控，一般的显示尺寸不能满足显示浏览需求，因此我们设计采用高清数字矩阵配合大屏幕液晶电视来显示。
而电视墙的控制可根据实际的建设成本来确定是否采用拼接显示和还原成模拟高清视频信号显示等。
电视墙可选择如下三种方式来配置：
5.6.1独立高清数字矩阵服务器
通过配置一台多画面虚拟数字矩阵服务器来完成画面浏览、切换等功能；每台数字矩阵通过独自的VGA显卡输出接口与大屏幕液晶电视来完成图像显示，比如我们可设计采用4台矩阵服务器和4台大屏幕液晶电视一对一连接，独自显示和控制。
这种方式结构相对简单，造价也比较适中，适合前期系统建设，因为后端全部采用数字矩阵，都是处理的高清数字视频信号，很容易扩展。
而且各自独立控制。
5.6.2高清数字矩阵拼接墙方案
这种方式是在第一种方式的基础上增加了一个环节，即拼接墙控制系统，通过拼接系统将显示单元任意组合和显示，可实现更多显示模式，而且支持更大视角范围的浏览，整个显示系统就比较大气，而且更大的浏览视场范围让森林高清视频监控更容易进行细节监控和整体观看。
这种方式适合对显示系统有较高要求的用户，但投入相对就要更高。
5.6.3高清解码上墙
这种方式就是在数字矩阵服务器完成显示的同时，采用单路的高清解码器对前端传输过来的压缩过的高清数字视频信号还原成YpBpr模拟高清视频信号，实现色彩更生动、更丰富和更佳画质的高清视频浏览。
同时配合拼接系统实现超级震感的视觉效果，比如在1080P全高清可实现广播级高清视觉冲击的效果。
将高清视频监控的魅力发挥到极致。
通过上诉分析，我们可得知，不管是数字矩阵服务器上墙还是高清解码器上墙有几点需要明确，一是显示单元都是支持高清的，二是后端的输入是灵活的，由于全采用数字化压缩和传输，可根据需要实现任意的电视墙显示方式，主要看具体的需求。
5.6.4数字矩阵
网络虚拟数字矩阵（VirtualMatrixServer，以下简单VMS）也称软解数字矩阵服务器。
VMS基本功能：
⏹图像连接&轮巡：
任意监控点音视频的实时调用，多路视频远程组切和轮巡
⏹双码流调节：
任意通道连接码流画质调节
⏹远程PTZ云镜控制
⏹报警视频切换
功能介绍：
◆浏览和控制：
使用用户登陆信息登陆用户验证服务器，获取授权给该登陆用户的网络摄像机浏览和控制权限，在获取的列表里面，任意调用任意的网络摄像机到任意的窗口进行浏览和控制。
画面可以自由组合，调节。
◆轮巡：
系统支持自定义分组的多路视频图像在某一个窗口切换，也可以在电视墙的某一个窗口调用。
◆组切：
矩阵服务器支持每4画面或者8画面（更高配置的矩阵服务器）为一组，分成多组进行组切换，这样就解决了目前在高清视频监控系统中不能像传统DVR一样能够同时进行16路D1画面的浏览。
◆报警图像切换：
报警时报警现场的图像可强制切换至管理中心或电视墙的指定窗口，多路同时报警时轮巡显示；用户可自定义图像的显示模式或切换模式。
◆灵活的电视墙解码方案：
系统支持矩阵服务器和大屏幕液晶电视连接，这样在浏览高清视频时候比传统的监视器输出显示更清晰，性价比也更高。
应用介绍：
网络虚拟数字矩阵服务器主要是采用PC服务器来实现数字视频信号的软解码，通过PC服务器本身的硬件资源（如CPU/内存/显卡/网卡/）等，配合虚拟矩阵软件模块，把网络传输过来的数字视频信号直接进行多画面组合，分割显示，任意调用，任意切换，以及云台控制等操作，同时还可通过显卡双输出到大屏幕液晶电视或者是拼接墙系统。
这种方式就区别于传统的模拟视频矩阵需要接收模拟视频信号后在接上监视器的组合方式；也有别于在PC服务器上插解码卡解码数字视频信号为模拟信号后上监视器的方案。
目前数字虚拟矩阵服务器中档配置可以解至少4路720P或9路D1画质的数字视频；高档的可以解8路720P或者是16领域D1画质数字视频。
虚拟数字矩阵服务器的硬件配置需要注意的是CPU、内存、显卡以及网卡的性能。
第六章多级联网系统设计
森林防火管理部门为了对各个林区监控系统进行统一调度，需要能够进行远程访问；由于每个林区的监控系统都采用的是全数字架构，因此要实现远程网络传输时很轻松地事，最关键的还是在网络接入的带宽。
目前远程网络接入有几种方式，一是互联网ADSL、E1专线、专用光纤通道等。
不管是传统D1还是本系统采用的高清视频监控的码流都不合适在ADSL网络架构上传输，因为ADSL的上下行带宽是非对称的。
所以只有采用专线或者是光线通道的方式来将各个子系统的监控视频信号向上级传输。
第七章系统功能介绍
H.264视频压缩技术
更大的压缩率，更优异的网传效果，利用尽可能少的网络带宽传输更高清晰度的图像
软硬件自主研发使设备具有更高的可靠性
硬件滤波技术
通过前置滤波改善图象质量，降低低照度下码流
通过去交织技术减少高清晰图像的锯齿和拖尾现象
多码流网络传输技术
双码流技术使每个通道可以输出双路压缩数据：
一路高清晰码流用于本地高清录像；一路采用低码流用于网传，更利于节省带宽和提升前端设备稳定性
智能实时码流技术
通过智能缓存技术、动态帧率技术优化图像；使网络图像具备低延迟性，使图像及报警信息延迟少于300ms；兼顾实时性及图像画质
多种协议支持
专用VSIP协议和UPnP协议解决内网网关及防火墙穿透技术，无须动态解析，保证高效传输，使复杂的网络环境下变得易于维护
流媒体视频转发和协议转换技术
解决多用户多通道的交叉访问带来的网络带宽和中心系统负荷问题
解决不同厂商不同压缩格式的视频交换问题
解决不同厂商不同设备的控制协议转换问题
多用户核心认证管理技术
对某用户在网络中对任何设备的浏览、控制、管理权限和优先级的集中授权配置
在复杂网络条件下的多用户优先级和冲突检测机制
以用户为核心更有利于用户在任意节点建立临时指挥中心
模块化架构
界面GUI更具亲和力
高度自由的界面设计、多图层、多面板，可设定隐藏或显示
简化前端，前端的所有参数设置都可以在后端或中心集中设置
数据库管理，查询检索更强大；详尽的事件日志处理功能
采用向导式设置，引导用户快速上手；人性化的提示及操作，简化客户操作
系统架构优化
整体架构重新构建，模块化组件设计，模块可单独升级扩展
设备采用目录树方式管理
集中用户认证管理技术，便于统一的权限审核分配管理
引入优先级及冲突检测机制，信任上级模式
功能改进和增强
轮巡及组切功能更加强大
增强报警预处理、应答、转发功能
增强解码功能，支持受管理中心控制的多台解码主机解码
增强网络视频集中存储和备份功能；增强同步播放、片段剪切和视频格式转换功能
其它改善
动态语言资源，可自定义系统语言资源，方便实现多语言版本
预留扩展接口，便于其它系统集成
特色功能
◆集中用户认证：
完善的集中用户认证管理模式和合理的优先级及冲突检测机制，所有用户通过认证服务器管理，实现集中的用户优先级，浏览控制权限集中配置管理
◆集中的目录树管理：
系统摄像机、报警设备统一编号授权及优先级管理
◆多种电视墙组合：
支持单机16路软解码上VGA墙和单机24路硬件解码上监视器墙；支持对多台解码主机的集中控制；对其它厂商解码方案的支持，支持万能解码
◆虚拟网络矩阵技术：
支持前端任意通道图像的轮巡和组切调用、解码显示；支持CCTV键盘控制和调用图像及报警
◆集中控制：
远程控制云镜，预置点、扫描线的调用；远程重启及关机；远程手动启动录像
◆自动注册：
DVR/NVS自动向管理中心注册，主动连接（只需要中心具有固定IP）自动与管理中心校时
◆集中管理：
通过网络对下属设备工作状态、网络连接状态进行巡检，远程修改DVR/NVS设备参数；远程软件升级；远程录像资料检索及备份；详细日志管理系统
◆报警集中管理：
多级电子地图显示；远程报警布、撤防；报警应答、联动预定义；多种声、光信号警示；提供报警联动其它系统和设备的接口
◆流媒体视频转发和协议转换：
支持视频图像无限转发与分控管理，不同厂商控制协议转换和集中控制
◆多级分控：
管理中心可级联，按级授权管理控制；支持客户端、IE和管理中心多种浏览控制方式
◆实时对讲：
管理中心、DVR/NVS主机和分控端双向语音（或文字）对讲及群呼
◆支持多语言：
简体中文、繁体中文、英语自动适应操作系
◆DDNS组网支持：
提供DDNS支持组件，支持ADSL动态域名下联网的视频监控网络
◆支持异构网络：
支持能够承载IP数据的各种网络（互联网、数据专线、卫星、无线微波等），支持跨路由器的远程监控；支持多播功能
◆智能视频图像分析接口：
提供图像的智能分析识别和联动接口
◆网络视频的分布/集中存储：
支持录像资料的分布存储和集中存储，支持多机冗余备份，支持海量资料的智能检索备份
第八章主要设备介绍
8.1高清网络枪式摄像机
高清网络摄像机是基于标准的H.264MainProfile@Level4.1算法的百万像素网络摄像机。
它采用百万像素的逐行扫描图像传感器，支持YPbPr高清模拟输出，清晰度可以达到720TVL的广播级图像画质。
支持30帧/秒实时720P+FullD1双码流编码，录像文件可使用标准解码器解码，支持常用播放软件直接播放。
在相同码率下具有比MPEG-4倍增的画质，在同样的画面质量下，码率仅为MPEG-4的二分之一。
AS-NC201可配套VMP视频管理中心平台，提供完整的系统级解决方案！
特色功能高分辨率（HighResolution）逐行扫描1/2.5英寸500万像素图像传感器
广播级图像画质，清晰度可达1000线，最低照度0.8Lux@F1.2
TrueISO标准H.264MainProfile@Level4.1，可用标准解码器解码
1080P（1920*1080/30fps）全实时高清视频录像
3A控制（自动白平衡、自动增益控制、自动曝光控制）
支持SD/SDHC卡方式存储报警高清图片及录像
RJ45接口10M/100M自适应以太网
支持PoE（IEEE802.3af）以太网供电（可选）
支持SDIOWi-Fi54Mbps无线网卡（可选）
支持720P、FullD1、4CIF、VGA和CIF分辨率
支持FTP服务器实时录像功能
支持RTSP协议，可使用PDA/PPC移动监控
内置WEBServer，支持WEB方式的浏览和管理
提供视频运动侦测（Motion-Detect）及传感联动等多种可选报警联动方式
支持水印（DigitalWatermark）技术，录像资料不易被篡改
RS485通道，支持多种球机控制协议及预置点和扫描线协议
提供标准GPIO报警接口、双向音频和YPbPr高清模拟输出接口
支持PPPoE拔号和DDNS域名解析系统
支持UPnP协议，轻松检索管理网络摄像机
完全整合VMP视频管理中心平台软件
功能特点
摄像机与镜头
成像器件
1/4Inch逐行扫描1.0Mp图像传感器
扫描模式
逐行扫描
镜头接口
C/CSmount
白平衡AWB/增益控制AGC/曝光控制AEC
自动
信噪比
>43db
镜头类型
直流驱动（DC）自动光圈镜头
音视频规格
视频压缩标准
标准H.264MainProfile@Level4.1，录像文件可以用标准解码器解码
音频压缩标准
MP2，
升级会员 