数字网络监控技术方案.docx
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数字网络监控技术方案
宁夏理工学院校园安防监控项目
项目建议书及解决方案
银川市华普通信机电有限公司
2012-1-1
阅读提示
1.采用网络摄像机+DVR结合方式；
2.适用于前端采用模拟/网络摄像机，学校监控室布署硬盘录像机的建设场合；
3.适用于条件一般的校园安全监控建设模式。
图表
1.技术方案
一、系统整体概述
针对校园的治安事件，如校门口恶性人身侵害事件、楼梯垮塌践踏事件、社会人员滋扰在校师生事件等，严重侵害学生权益的案件日益突出。
因此教育部、公安部等有关部门分别组织会议及下发文件要求加强校园安全防范工作，校园安全防范工作已经提升到整个社会安全层面。
有效解决当前校园安全存在的问题，确保校园安全，已经成为创建平安社会工作的一个重要内容。
运用先进的技术手段，在一定区域范围内警戒可能发生的入侵行为，对发生的报警事件及时捕获、处理和记录相关影像，对重要的部门进出情况进行自动记录，对重要区域提供有效的保护等，是安全防范系统追求的目标，防范胜于救险，提高学校安全防范等级、加强校园的纵深防护迫在眉睫。
平安校园安防工程,也必须解决是应急预警，协调指挥的问题。
为了便于集中管理和应急指挥，需要把现有的单个学校各自为政的监控系统，监控联网实时了解现场情况，便于相关部门指挥决策，因此需要把各学校纳入联网监控系统。
根据国家关于学校安防建设的规范，结合实际应用需求，本着高水准、高质量的要求，在设计上充分体现建设者的意图，并考虑到今后使用者的维护、使用的方便性，特制定本方案设计书。
1.1设计原则
本项目方案设计遵循技术先进,功能齐全,性能稳定,节约成本的原则.并综合考虑施工,维护及操作因素,并将为今后的发展,扩建,改造等因素留有扩充的余地.本系统设计内容是系统的,完整的,全面的;设计方案具有科学性,合理性,可操作性.其具有以下原则:
1.1.1先进性与适用性
系统的技术性能和质量指标应达到国际领先水平;同时,系统的安装调试,软件编程和操作使用又应简便易行,容易掌握,适合中国国情和本项目的特点.该系统集国际上众多先进技术于一身,体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平,适应时代发展的要求.同时系统是面向各种管理层次使用的系统,其功能的配置以能给用户提供舒适,安全,方便,快捷为准则,其操作应简便易学.
1.1.2经济性与实用性
充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势,根据用户现场环境,设计选用功能和适合现场情况,符合用户要求的系统配置方案,通过严密,有机的组合,实现最佳的性能价格比,以便节约工程投资,同时保证系统功能实施的需求,经济实用.
1.1.3可靠性与安全性
系统的设计应具有较高的可靠性,在系统故障或事故造成中断后,能确保数据的准确性,完整性和一致性,并具备迅速恢复的功能,同时系统具有一整套完成的系统管理策略,可以保证系统的运行安全.
1.1.4开放性
以现有成熟的产品为对象设计,同时还考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势,可以消防,防盗,聚光系统实现联动,具有RJ-45网络通讯口,可实现远程控制.
1.1.5可扩充性
系统设计中考虑到今后技术的发展和使用的需要,具有更新,扩充和升级的可能.并根据今后该项目工程的实际要求扩展系统功能,同时,本方案在设计中留有冗余,以满足今后的发展要求.
1.1.6追求最优化的系统设备配置
在满足用户对功能,质量,性能,价格和服务等各方面要求的前提下,追求最优化的系统设备配置,以尽量降低系统造价.
1.1.7保留足够的扩展容量
该项目设备的控制容量上保留一定的余地,以便在系统中改造新的控制点;系统中还保留与其他计算机或自动化系统连接的接口;也尽量考虑未来科学的发展和新技术的应用.
1.1.8提高监管力度与综合管理水平
本项目系统设备控制需要高效率,准确及可靠.本系统通过中央控制系统对各子系统运行情况进行综合监控,时时动态撑握监视及报警情况.闭路电视监控大大减少劳动强度,减少设备运行维护人员;另外,系统的综合统筹管理可使设备按最优组合运行,在最佳情况下运行,既可节能,又可大大减少设备损耗,减少设备维修费用,从而提高监管力度与综合管理水平.
1.1.9追求监控机房环保静音及状态监视人性化管理
通常监控值班室要求24小时值守，这样不仅加大了工作值班人员的劳动，同时监控机房的噪音和环境污染也在侵蚀着值班人员的人身健康。
24小时值班严重影响了值班人员的生物钟，在这样高强度的情况下，值班人员是无法时时保持正常的精神和值班状态，这样也会给安防监控的作用留下质疑。
1.2设计规范和依据
1.《安全防范工程技术规范》GB50348-2004
2.《视频安防监控系统工程设计规范》GB50395-2007
3.《质量管理体系国家标准》GBT19000-2008
4.《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2003
5.《建筑工程监理规范》GB50319-2000
6.《智能建筑设计标准》GB50314-2006
7.《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303-2002
8.《建筑工程施工质量统一验收标准》GB50300-2001
9.《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000）
10.《视频安防监控数字录像设备》GB20815-2006
11.《安全防范系统通用图形符号标准》GA74-94（2000）
二、前端技术特点
2.1网络摄像机（IPC）
网络摄像机，也叫IP摄像机，即IPCamera，简称IPC，在近几年得益于网络带宽、芯片技术、编码算法、存储技术的进步而得到大力发展。
IPC的特点主要体现在“IP”上，即支持网络协议的摄像机，IPC可以看成是模拟摄像机与视频编码器的结合体，从图像质量指标讲，又可以实现高于模拟摄像机与视频编码器的效果。
IPC是新一代网络视频监控系统中的核心硬件设备，通常采用嵌入式架构，集成了视频音频采集、信号处理、编码压缩、智能分析、缓冲存储及网络传输等多种功能，再结合网络视频存储录像系统及管理平台软件，就可以构建成大规模、分布式的智能网络视频监控系统。
相对于模拟摄像机加DVS的架构，IPC是真正的即插即用纯网络设备，IPC可以部署在局域网，也可以部署在广域网下的任何位置，允许用户通过浏览器在任何地方对摄像机视频进行显示及控制，这种相对独立的工作模式使得IPC既适用于大规模视频监控系统项目中，也可以独立分散应用在如商店、学校、家庭的分布式、需要远程视频监控应用中。
2.1.1监控点的选择
视频监控系统主要由前端摄像机组成，根据现场不同的环境和应用选用不同的摄像机，在出入口选择红外摄像机及快速球机，在楼梯口和走廊设置红外枪式摄像机，在周界可以选用红外摄像机和快速球机，在校园室外开阔区域选用室外球型摄像机等。
应按如下描述来进行确定基本设置及类型选型。
如图所示整个学校校园监控系统可以分为三道防线：
图表4监控点布置
第一道防线：
校园周界、大门出入口，该部分主要采用周界防范报警+周界监控+出入口监控的方式来实现。
通过分析发现最近发生的校园事件，犯罪分子主要是通过学校出入口强行闯入校园，所以视频监控一定要把好出入口关，预防并及时发现隐患。
校园周界采用室外快球摄像机和红外摄像机全天候记录视频信息；大门出入口及其他与外界相通的出入口，应选能全天候清楚的辨别出入人员的面部特征及机动车牌号的摄像机。
报警系统发出报警信号后，监控中心人员应及时动作，视频监控等应定位事故发生区域，视频监控可实现与报警系统的联动，由此可实现有目的的、精确的跟踪。
第二道防线：
校园内室外包括操场、主要路口等，该部分主要采用室外快球摄像机。
第三道防线：
各教学楼、办公楼、宿舍楼室等，通过安装在大门出入口、楼梯口、走廊等位置红外摄像机等不同类型的摄像机来实现相应区域内的监控。
学校视频监控系统设施基本配置如下表：
设备序号
位置
产品名称
1
一期大门
智能高速球
2
红外一体机
3
二期大门
智能高速球
4
红外一体机
5
红外一体机
6
图书馆主入口
智能高速球
7
图书馆次入口
智能变速球
8
图书馆疏散通道
红外一体机
9
图书馆楼梯口、走廊
红外一体机
10
图书馆多功能厅
红外一体机
11
教学楼东入口
智能变速球
12
教学楼西入口
智能变速球
13
教学楼北侧墙
智能变速球
14
教学楼南侧墙
智能变速球
15
教学楼楼梯入口、走廊、
红外一体机
16
活动中心东入口
智能高速球
17
活动中心超市北入口
智能变速球
18
活动中心可演入口
智能变速球
19
活动中心医院东入口
智能变速球
20
活动中心医院北入口
智能变速球
21
活动中心医院南入口
智能变速球
22
活动中心健身北入口
智能变速球
23
活动中心消防值班室入口
智能变速球
24
活动中心医院收费室、挂号处、中西药房
红外一体机
25
活动中心楼梯入口、走廊
红外一体机
26
活动中心医院楼梯入口、走廊
红外一体机
27
活动中心医院收藏室
红外一体机
28
教工宿舍每个拐角
智能变速球
29
教工宿舍楼梯入口
红外一体机
30
办公楼正入口
智能高速球
31
办公楼东侧
智能变速球
32
办公楼西侧办公楼财务室入口
智能变速球
33
办公楼后墙
智能变速球
34
办公楼楼梯入口、走廊
红外一体机
35
A区宿舍
智能变速球
36
A区宿舍楼梯入口
红外一体机
37
B区宿舍
智能变速球
38
B区消防车道
智能变速球
39
B区宿舍楼梯入口、车棚
红外一体机
40
C区宿舍
智能变速球
41
C区宿舍楼梯入口
红外一体机
42
D区宿舍
智能变速球
43
D区宿舍楼梯入口、车棚
红外一体机
44
E区宿舍
智能变速球
45
E区宿舍楼梯入口
红外一体机
46
实习工厂入口
智能变速球
47
实习工厂室内入口
红外一体机
48
实习工厂成品库
红外一体机
49
实验楼正门入口
智能高速球
50
实验楼西入口
智能变速球
51
实验楼外围
智能变速球
52
实验楼楼梯口、走廊
红外一体机
53
食堂东入口
智能变速球
54
食堂西入口
智能变速球
55
食堂北入口
智能变速球
56
食堂南入口
智能变速球
57
食堂售饭台
红外一体机
58
开水房
红外一体机
59
信息中心入口
智能变速球
60
信息中心楼梯入口、走廊
红外一体机
61
信息中心微机室
红外一体机
62
信息中心网控中心
红外一体机
63
体育场
智能高速球
2.1.2校门出入口
校园的校门进出口颇多，社会人员往往是通过学校出入口强行闯入学校，是整个校园安全防范重要的区域，为了加强对校园进出车辆及人员的管理，需在每个门口设置监控点，安装摄像机时需考虑夜晚的光线很差，并且要求每监控点要看清楚进出车辆的车牌和人员的样貌，为校园的管理提供事实依据。
本系统设计固定红外摄像机和快速球机的方式，实时记录学校出入口信息。
红外摄像机负责24小时监控整个场景，满足系统无盲区的要求；球机满足监控系统灵活性要求，可通过定制预置位等在不同时段分别监视不同区域目标。
图表5校门布置
学校出入口监控点设计：
设计采用红外摄像机，红外摄像机水平解析度应不低于420线，支持红外线照射距离30米，采用采用独特的生产工艺和可靠的红外灯器件、独特的线性红外控制电路，充分解决了玻璃起雾、红外灯长时间使用严重衰减问题，并且CCD温度比通常的产品低10℃，保证高效、可靠的工作及超常的使用寿命。
采用一体化智能高速球，实施全景监控。
本方案采用高速智能球机水平清晰度应高于480线，支持18倍光学变倍，12倍数字变倍，信噪比大于50dB，最低照度0.01Lux/F1.4，支持巡航、轨迹、守望点、区域显示及鼠标点击跟踪等功能。
2.1.3校园周界
校园周边的围墙一般都是多边形，是整个校园安全防范最弱的区域，为了减少人力防范，防止犯罪分子及盗贼翻墙进入盗窃，需在周边围墙设置多个监控点。
考虑到夜晚围墙的光线很差，并且要求每监控点可监看范围大，同时为了达到较好的防护级别，本系统采取快速球机种摄像机与红外摄像机相互配合实现全方位、24小时的无盲点的监控。
摄像机应安装在周界保护范围内，要求摄像机安装时不留盲点，其布置示意如图所示。
图表6周界布置
校园周界采用一体化智能高速球，在进行全景监控和实时跟踪。
本方案采用高速智能球机水平清晰度应不低于480线，支持18倍光学变倍，12倍数字变倍，信噪比大于50dB，最低照度0.01Lux/F1.4，支持巡航、轨迹、守望点、区域显示及鼠标点击跟踪等功能。
红外摄像机水平解析度应不低于540线，支持红外线照射距离100米，采用采用独特的生产工艺和可靠的红外灯器件、独特的线性红外控制电路，充分解决了玻璃起雾、红外灯长时间使用严重衰减问题，并且CCD温度比通常的产品低10℃，保证高效、可靠的工作及超常的使用寿命。
2.1.4校园室外
校园室外由于人员活动量大，也是极易产生争执，严重的话可能发生打斗情况，严重影响学校的正常管理，需要在此设置监控点。
图表7校园室外布置
校园室外监控点设计：
由于室外监控的范围很大，需要采用一体化智能高速球，进行全景监控。
本方案采用高速智能球机水平清晰度应不低于480线，支持18倍光学变倍，12倍数字变倍，信噪比大于50dB，最低照度0.01Lux/F1.4，支持巡航、轨迹、守望点、区域显示及鼠标点击跟踪等功能。
2.1.5各楼出入口
校园各栋楼进出口、宿舍门口颇多，是整个校园安全防范重点区域之一，为了加强对各个单元楼进出人员的管理，需在单元楼门口区域设置监控点，考虑到要求能看清楚进出人员的样貌，本区域有全天候工作的要求，所以选择红外摄像机。
图表8大楼出入口布置
大楼出入口监控点设计：
楼梯口选用红外摄像机水平解析度应不低于420线，支持红外线照射距离30米，采用采用独特的生产工艺和可靠的红外灯器件、独特的线性红外控制电路，充分解决了玻璃起雾、红外灯长时间使用严重衰减问题，并且CCD温度比通常的产品低10℃，保证高效、可靠的工作及超常的使用寿命。
2.1.6楼梯口、走廊
校园教学楼楼层通道非常多，是整个校园安全防范重点区域之一，为了加强楼层通道的管理，减少巡逻人员的劳动强度，让监控人员实时监控到楼层通道的情况，发现警情能够及时处理，需在教学楼楼层通道区域设置监控点，为教学楼的安全管理提供事实依据，本区域有全天候工作的要求，所以选择红外摄像机。
图表9楼梯口、走廊布置
楼梯口选用红外摄像机水平解析度应不低于420线，支持红外线照射距离30米，采用采用独特的生产工艺和可靠的红外灯器件、独特的线性红外控制电路，充分解决了玻璃起雾、红外灯长时间使用严重衰减问题，并且CCD温度比通常的产品低10℃，保证高效、可靠的工作及超常的使用寿命。
2.1.7停车场、单车停车棚
校园停放车辆面积广泛，是整个校园安全防范薄弱环节，为了加强停车场、单车棚车辆和人员的管理，减少巡逻人员的劳动强度，让监控人员实时监控到停车场、单车棚的情况，发现警情能够及时处理。
需在停车场、单车棚区域设置监控点，考虑到停车场、单车棚光线差，并且要求能看清楚车辆停放和人员活动情况；为停车场、单车棚安全管理提供事实依据，本区域有全天候工作的要求，所以选择红外摄像机。
校园停车场、单车停车棚设计：
采用红外摄像机水平解析度应不低于420线，支持红外线照射距离30米，采用采用独特的生产工艺和可靠的红外灯器件、独特的线性红外控制电路，充分解决了玻璃起雾、红外灯长时间使用严重衰减问题，并且CCD温度比通常的产品低10℃，保证高效、可靠的工作及超常的使用寿命。
2.2IPC的硬件构成
IPC的硬件构成一般包括镜头、图像传感器、声音传感器、信号处理器、模/数转换器、编码芯片、主控芯片、网络及控制接口等部分组成。
光线通过镜头进入传感器，然后转换成数字信号由内置的信号处理器进行处理，处理后的数字信号由编码压缩芯片进行编码压缩，最后通过网络接口发送到网络上进行传输。
图2 IPC硬件构成结构示意图
从上图可以看成，独立芯片+CPU的架构中，编码压缩工作与系统主控工作分别独立在两个芯片完成，而在SOC的架构中，系统的SOC除了具有完成视频的编码压缩工作外，还需要处理系统数据及网络数据。
2.3IPC的工作原理
图像信号经过镜头输入及声音信号经过麦克风输入后，由图像传感器和声音传感器转化为电信号，模/数转换器将模拟电信号转换为数字电信号，再经过编码器按一定的编码标准进行编码压缩，在控制器的控制下，由网络服务模块按一定的网络协议传送到网络，控制器还可以接收报警信号及向外发送报警信号。
IPC启动时，主控模块将系统内核转入系统内存SDRAM中，系统从SDRAM启动。
系统启动后，主控模块控制通过串行接口/主机接口等控制编码模块、网络模块及串行接口，实现视频的编码压缩、网络传输及PTZ控制。
IPC加电启动后软件启动的过程包括装载启动代码、设备驱动程序、网络协议处理，监控接收转发控制程序等。
2.4IPC的主要功能：
视频编码：
采集并编码压缩视频信号
音频功能：
采集压缩音频信号，实现音频实时播放或录音
网络功能：
编码压缩的视音频信号通过网口传输
云台、镜头控制功能：
通过网络控制云台、镜头的各种动作
缓存功能：
可以把压缩的视音频信号临时存储在本地存储介质
报警输入输出：
能接受、处理报警输入输出信号，即具备报警联动功能
移动检测报警：
检测场景内移动物体并产生报警，灵敏度可调
视频分析：
自动对视频场景进行分析，比对原则并触发报警
2.5IPC的优势
在模拟摄像机中，CCD传感器所产生的模拟信号首先经过模/数（A/D）转换器转换为数字信号，然后由摄像机内置的DSP芯片进行信号处理，如增益、降噪、背光补偿等处理。
经过DSP处理后的数字信号又经过数/模（D/A）转换重新转化为模拟信号，用于在同轴电缆上进行传输，然后传输至DVR或DVS后再次进行模/数（A/D）转换来完成编码压缩工作，这样多次模/数、数/模转换过程牺牲了大量图像质量。
在IPC中，如果传感器输出的是数字信号，那么该数字信号可以直接传送给编码压缩芯片完成编码压缩工作，之后打包上传到网络上进行传输；如果传感器输出的是模拟信号，那么需要进行一次模数转换，再进行编码压缩，打包上传。
因此IPC比模拟系统信号转换环节少，可以尽可能减少图像质量损耗。
另外，IPC通常采用逐行扫描传感器，相对于模拟摄像机的隔行扫描方式，图像质量更好。
2.5.1IPC的多码流技术
IPC的“多码流”技术意义重大，多码流技术指对于同一个视频源，IPC能够产生并传输多个不同帧率、分辨率或图像质量的码流，以满足不同的用户的需求，本地存储、远程观看及移动终端用户观看等。
需要注意的是这些码流可能采用不同的编码压缩方式，并且相互之间应该是完全独立的，由IPC直接生成而无需辅助手段。
例如一个工厂园区项目，在多个分控中心的客户端上，可以进行实时高画质的视频浏览，而为了节省存储空间，可以对采用高画质低帧率的存储方式，而对于保安人员手中的移动终端，可以选择更低码流的视频进行显示，这样同时满足不同用户的需求。
传输系统：
电视监控系统的传输系统主要由图像信号的传输、声音信号的传输，以及对摄像机、镜头、云台等进行控制的控制信号的传输。
2.5.2PoE技术：
PoE（PoweroverEthernet），指的是通过以太网为网络设备提供电力的技术，PoE技术遵循于IEEE802.3af标准，在不降低网络数据通讯性能的基础上对网络设备进行供电，是IT行业的一个成熟标准。
将PoE技术引入到IPC系统应用中，可以解决IPC单独供电的施工及线缆成本，并便于管理。
IEEE802.3af标准规定的受电设备的功率在12.95瓦以下，基本可以满足各普通固定类IPC的供电需求，而对于PTZ式IPC或快球IPC，可能仍然需要另外单独供电。
2.5.3本地缓存功能
对于网络摄像机或视频编码器，一个弱点是其对网络的依赖性过强，实时的浏览与存储需求导致网络不允许有一刻的中断，否则带来的后果是部分视频丢失，这在一些重要场合是无法接受的，因此，需要临时存储报警前后的视频信息。
一些厂家的IPC具有本地缓存机制，实现IPC的本地临时存储（RingBuffer），本地缓存可作为网络故障时图像的缓冲设备，在网络恢复正常后，再将视频进行上传，这样可有效地保证视频数据的连续性和完整性。
2.5.4IPC的安全通信
闭路电视监控系统，系统采用点对点连接，系统中没有任何加密或认证机制，如果想截获或者破坏视频信号，仅仅需要物理连接到这个闭路系统中，采用搭线的方式或切换视频源的方式对视频信号进行截获或破坏。
对于网络视频监控系统，数据包直接在开放的网络环境中传输，因此，视频数据及控制数据的中途截取是个风险，同时，由于其采用数字化网络化架构，因此具有多种安全保护机制，数据加密方式通常有以下几种：
SSL、HTTPS、、IPSecVPN。
2.5.5视频分析技术：
视频分析技术即VCA技术（VideoContentAnalysis）在IPC中得到越来越多的应用。
VCA技术不同于VMD（VideoMotionDetection）技术，VCA技术不使用相邻帧之间进行对比实现移动目标探测，而是首先将视频图像中的背景和前景（目标）进行分离，并保持背景的自动更新，然后通过对前景目标的探测、跟踪、分类及识别，并参考为不同摄像机场景预设的报警触发规则，将目标行为与规则进行比较，一旦前景目标触发了规则，系统则自动实现告警。
VCA技术可以对视频图像内容进行预处理，过滤掉对分析产生影响的因素，如、风、霜、雨、雪、雾等自然情况，排除各种干扰，集中资源对目标进行探测、跟踪、分类、识别，相对于VMD技术，VCA技术更专注于前景，并具有“记忆”识别能力。
对于具有VCA功能的IPC，视频分析单元部署在前端端，便可以构建分布式的IVS系统。
目前的问题是前端芯片处理资源不足，不过随着IC技术的飞速发展及算法的不断提升，对视频分析边缘化有很大推动，也有产品采用附加芯片的方式，单独增加一个芯片专门做分析用，成本提高。
此方式架构如图所示：
图4带视频分析功能IPC架构示意图
此种架构的优点是系统只有当报警发生的时候才传输视频到控制中心或存储中心，大大节省的网络负担及存储空间；可以使得视频分析单元直接对原始或最接近原始的图象进行分析，精确度高；灵活部署、数量无限制；与NVR及管理平台深度集成。
此种架构的缺点是IPC目前芯片处理能力及内存有限，限制了视频分析功能；嵌入式的系统分析架构，必然研发周期长；视频分析软件升级麻烦，需要更新固件FW，影响运行。
2.6传输部分技术特点
电视监控系统的传输系统主要由图像信号的传输、声音信号的传输，以及对摄像机、镜头、云台等进行控制的控制信号的传输。
2.6.1以太网交换机
首先要说明的一点是，这里所指的“以太网交换机”是指带宽在100Mbps以下的以太网所用交换机，其实下面我们还会要讲到一种“快速以太网交换机”、“千兆以太网交换机”和“10千兆以太网交换机”其实也是以太网交换机，只不过它们所采用的协议标准、或者传输介质不一样，当然其接口形
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