XX大学平安校园数字高清监控系统设计方案资料.docx
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XX大学平安校园数字高清监控系统设计方案资料
第1章概述
上海交通大学医学院由中华人民共和国教育部、中华人民共和国卫生部和上海市人民政府共建，位于“211工程”、“985工程”，是中国首批“卓越医生教育培养计划”，是国家级临床技能实验示范中心学科组长单位。
学院拥有重庆南路、闵行、南汇三个校区，本期项目为重庆南路280号东西两院内。
本期数字高清视频安防监控系统建设在重庆南路校区，老的迷你监控系统监视图像不清晰、系统架构落后等因素使得本校区数字高清安防监控系统在2013年进行改建，已建成监控中心集中式管理平台、GIS地图、解码器显示系统等设施设备。
为进一步增强我校视频监控清晰度暨监视盲区部位，依据招标文件要求，在原有模拟监控点位上升级为数字高清设备，配置180套1080P/720P高清摄像机安装在东西两院的科教楼、一号楼、四号楼、7号女生公寓楼、八号楼、食堂、老红楼、三/四/五/六号楼以及图书馆和小白楼内，进行全天候24小时监视。
本期监控系统的架构采用集中式云存储的方式对前端摄像机和机房设备进行统一管理和存储，本期增加的存储设备初步拟定放置在信息中心机房内进行管理维护，监控机房内可任意调阅预览与回放及下载监控数据。
自2013年1月1日上海市公安局安防报警协会发布普及数字高清监控系统作为监控行业的新兴技术领域以来，数字高清监控系统成为监控行业目前的技术发展热点。
凭借其相对于传统模拟标清监控能更清晰地呈现细节的绝对技术优势，高清数字视频监控这个概念已经被越来越多的用户和厂商认可，高清所带来的超高画质、超宽场景给人以极大的视觉震撼。
高清与标清最大的区别从清晰度来说，标清摄像机已经接近极限，在短时间内也没有提升的空间；而高清网络摄像机在清晰度方面可以说正处于快速提升的阶段，从百万像素，到200万，再到300万，500万及1200万等都已经有相应的产品在市场上出现。
因此，上海交通大学医学院也紧跟市场发展步伐，建设高质量系统架构、高科技含量的数字视频监控系统，进一步保障校园师生的人身财务安全。
第2章需求分析
2.1项目概况
本项目采用网络型数字视频监控系统，本次建设的主要目标是完成对学校东院、西院180个原有模拟监控点位的高清数字化改造，主要在一些公共或重要区域进行视频监控覆盖，实现上述场合内的各种活动及固定目标的实时监控。
室内场景监控视频分辨率需达到高清720P，室外重要场景的监控视频分辨率需达到1080P；同时对上述场所的监控视频，以不同的格式进行录像、存储，存储时长达到30天，以备后期查询，一旦发生案情，能为公安侦察破案、学校查证提供有效线索。
建成后的视频监控系统将在维护人员、财产安全，预防和打击各种违法行为中发挥应有的作用。
2.2实现功能
1）本项目根据监控环境选择安装720P、1080P高清网络摄像机；满足现场对监控功能、安装环境、光线条件等特定条件的要求；
2）网络传输是监控系统中一个独立的视频承载物理子网，是整个安防系统重要的基础通讯保障系统。
它主要负责安防系统数字视频信号、控制信号和数据的实时传输，承载大量的视频流及数据流。
考虑到今后全面高清数字化改造的网络需求，本次改造部分需建设一套单独的监控网络用于视音频、报警和控制信号等数据的传输；
3）本次改造部分系统设计采用视频云存储的模式，方便管理,便于后续扩容。
对前端摄像机图像录像保存30天以上，并可根据不同监控点的需求进行个性化的设置，如设置移动侦测录像、事件录像、报警录像等功能；
4）系统建设一套视频集中管理软件平台，用于实现对整个视频监控系统内设备的集中控制、录像存储、视频转发、解码上墙等功能；
5）视频回放功能，可以支持录像文件的快速检索和回放，支持慢放、快放、单帧回放和倒放等功能。
还支持回放上墙和录像文件远程下载备份的功能；
第3章设计原则与依据
3.1设计原则
视频监控系统建设的总体设计和实施，应以“前瞻性、可靠性、系统性、开放性、应用性、安全性”为基本原则。
1）前瞻性：
选用先进、成熟、可靠的前端设备，引入先进安保技术，搭建可升级、可扩展、可兼容的系统和应用平台，构建数字化、网络化和智能化的视频监控系统。
2）可靠性：
系统软硬件应具备极高的可靠性。
硬件采用电信级的服务器及专业存储设备，应支持对关键设备、关键数据、关键程序模块采取备份、冗余措施。
3）系统性：
以社会化建设发展思路，按照内控的区分标准，作为一个整体统筹推进，视频监控系统的建设应满足各部门、各应用系统对监控图像共享的需求，为监控资源数字化整合共享提供接口支持。
4）开放性：
系统采用业界主流的硬件平台、操作系统平台、数据库平台以及标准的协议，保证系统的开放性。
5）应用性：
视频监控系统的建设必须突出应用，在建设中应以现实需求为导向，以有效应用为核心，以技术建设与工作机制的同步协调为保障，确保系统能有效服务于政府工作的需要。
6）安全性：
制定严密的安全管理机制，确保信息安全、系统安全、数据库安全和设备安全。
前端监控设备如前端摄像机、机箱等应具有良好的安全性；系统的数据录入、数据传输和数据保存各个阶段都应制定相应的数据安全措施。
3.2设计依据
视频监控系统的建设依据国家相关法律规章、国家和行业相关标准、相关研究成果等资料进行规划设计，具体如下：
●安防视频监控系统设计方面：
♦《中华人民共和国公安部行业标准》（GA70-94）
♦《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）
♦《本市数字视频安防监控系统基本技术要求》
♦《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）
♦《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）
♦《安全防范系统通用图形符号》（GA/T75-2000）
♦《建筑及建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311-2000）
♦《上海重点单位重要部位安全技术防范系统要求》
♦《上海重点单位重要部位安全技术防范系统要求_第6部分：
学校、幼儿园》
●视频监控图像质量方面：
♦《电视视频通道测试方法》（GB3659-83）
♦《彩色电视图像质量主观评价方法》（GB7401-1987）
●视频系统网络设计方面：
♦《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）
♦《计算机信息系统安全》（GA216.1－1999）
♦《计算机软件开发规范》（GB8566-88）
●视频系统工程建设方面
♦《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
♦《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）
♦《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）
♦《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）
♦《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）
♦《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）
♦《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
第4章系统总体设计
4.1、系统技术指标
a）图像质量可按五级损伤制评定，图像质量不应低于4分；
b）峰值信噪比（PSNR）不应低于32dB；
c）数字视频安防监控系统清晰度达到如下：
2）B级：
系统水平分辨力应≥600TVL；
3）C级：
系统水平分辨力应≥800TVL。
d）图像画面的灰度应≥8级；
e）视音频记录失步应≤1s。
Ø图像时延时间
网络型数字视频安防监控系统相邻两个交换层之间互联的IP有线网络指标：
●时延应≤400ms；
●时延抖动应≤50ms；
●丢包率应≤1×10-3。
Ø信息延迟时间
●前端设备与监控中心控制设备间端到端的信息延迟时间≤2s；
●前端设备与用户终端设备间端到端的信息延迟时间≤4s；
●视频报警联动响应时间≤4s。
4.2、本方案系统架构
本项目根据上海交通大学医学院的招标需求、安全防范的有关规定，以及上海技防办对安防监控的要求，以本行业先进典型的实例，设计了此高清网络视频监控系统。
4.3、系统架构说明
1、前端高清网络摄像机通过接入层、核心层交换机，将高清视频信号传输至总控中心进行数据交换，并由后端集中监控管理平台对前端摄像机进行统一接入、集中管理、权限分配、视频存储管理、视频转发、解码上墙等功能；
2、留用原有模拟摄像机通过同轴电缆、光端机将模拟信号接入后端嵌入式DVR、DVS，并通过网络接入监控管理平台进行统一管理；
3、本项目将建设一套单独的监控网络，以保证整个网络带宽以及网络的稳定性；
4、本次改造的180个高清监控点采用视频云存储进行存储时间30天，以保证监控数据的稳定及后续的扩展性；
5、监控管理中心流媒体服务器实现将前端视频图像进行转发，可转发至解码设备、工作站、客户端等设备；流媒体服务器可接入转发200路2M的图像；可根据图像调用路数的要求增加流媒体服务器数量，以满足需要；
6、监控中心采用2014年改造的视频综合屏平台进行高清图像解码上墙；
7、电视墙利用原有15块显示大屏，可通过客户端实现单路切换、轮巡、拼接、漫游、开窗等显示功能。
4.4、体系架构设计
目前数字高清道路监控系统架构存在分非压缩和压缩两大类。
压缩架构由前端IP高清数字摄像机，IP网络交换机、高清NVR、解码器等设备组成，依托于通用IP网络，结构简单，通用性强。
通过部分试点项目的综合比较，非压缩架构在性能功能上仅在延时上略胜一筹，但存在造价昂贵、所需设备众多（高清光端机、高清矩阵）、通用性差等大问题。
IP压缩架构正成为目前高清监控系统建设的主流，相应的产品如IP高清摄像机、高清镜头、集中云存储服务器、高清解码器也将成为高清监控市场的产品主流。
下文就监控系统IP云服务架构的各相关设备选型做详细分析阐述。
4.5、前端采集
4.5.1、IP高清摄像机
高清IP摄像机的优劣与档次主要由感光器件尺寸、有效像素、处理器性能、灵敏度、制作工艺、色彩还原性等硬指标决定，摄像机内部处理器自带数字压缩及后期应用，因此压缩算法、码流、帧率、本地存储等特性指标也成为高清IP摄像机技术指标的重要部分。
下表就目前市场众多高清摄像机的测试分析各项指标和实际效果：
指标项
分析结果
感光器件
存在CCD和CMOS两种，国内以CCD为主，国外以CMOS居多，主流尺寸有1/3、1/2.8、1/1.8、1/2、2/3等。
分辨率
国内用户对图像流畅度要求较高，200万像素摄像机均已达到25帧/秒，因此国内主流为720p和1080p，逐行扫描,画面宽高比为16:
9。
压缩格式
常规有H.264\MPEG4\M-JPEG三种,国内H.264以其高压缩比、低码流、高性能的绝对优势成为高清监控的主流压缩格式。
灵敏度
普遍不如传统模拟摄像机，建议夜间光照严重不足区域配置补光灯补充光照强度。
色彩还原性
高清色彩普遍有不同程度的失真，而色彩还原性是衡量高清摄像机图像质量和档次的重要指标，须对比观察实物与图像显示效果。
流畅度
720p和1080p两档均能达到25帧或30帧的流畅度，但要验证其稳定性，须测试观察在画面信息变化较大时是否有马赛克、卡住、丢包等现象。
图像处理
具有背光补偿、宽动态、强光抑制等多种处理方式。
码流
单路视频平均码流一般在10Mbps以下，瞬时码流高峰值有时可达50Mbps。
本地存储
是数字摄像机的衍生产物，每路10Mbps以下的平均码流使本地存储成为了可能。
窗体底端
4.5.2、镜头
高清镜头作为高清摄像机的配件，其MTF值、焦距、光圈范围等关键指标影响高清图像的最终呈现。
（1）MTF：
是不同于传统标清镜头的新指标，用来反映镜头的透光性、反差对比度、分辨率以及边缘及中心的一致性，MTF曲线图是衡量镜头品质和工艺的重要依据。
MTF值一般在F（光圈值）=8时测得最好，由4条曲线组成，分别反映镜头的透光性/反差对比度、分辨率、相散和一致性。
（2）焦距：
决定视场中哪一部分最清晰，用f表示，高清镜头以焦距分类可分为定焦镜头、手动变焦镜头、电动变焦镜头。
手动变焦镜头目前广泛用于室外道路监控固定高清摄像机中，可适用于不同的目标和场景。
室外道路监控摄像部件安装于室外立杆挑臂上，摄像部件容易晃动，因此在镜头选型时我们还注意相应的焦距固定措施，齿轮固定、螺钉固定等，防止镜头脱焦。
（3）光圈：
决定镜头的通光量，用F值表示，F=焦距/光圈孔径，F值影响夜间图像效果。
道路监控固定摄像机一般选用自动光圈镜头，由于焦距固定，场景变化不大，光圈驱动方式选择DC驱动即可，电动变焦镜头选用视频驱动效果较好（用于可控高清摄像机）。
（4）与摄像机的匹配：
1/2”的镜头可以用于1/3”的摄像机，但分辨率必须大于摄像机分辨率，300万像素的镜头才能与200万像素的摄像机匹配，主要原因体现在两方面：
一是摄像机与镜头的像素密度应相等，即镜头的分辨率/镜头的感光器件尺寸=摄像机的分辨率/摄像机的感光器件尺寸，以此倒推，得出适应摄像机的镜头分辨率需求；二是镜头由多组凹/凸的镜片组成，边缘与中心的一致性较好的镜头在80%左右，边缘分辨率多少会下降，因此镜头分辨率大于摄像机分辨率为宜。
因此，本期我公司建议贵校在室外配置安装1080P像素的摄像机可选用800万像素的手动变焦镜头。
4.6、传输与交换
数字高清监控系统的每个环节都依托IP网络传输，包括前端外场摄像机、集中式云存储服务器、管理服务器、客户端PC等设备。
（1）、接入层
前端摄像机至千兆汇聚交换机的传输为接入层，传输媒介同轴电缆，距离不超过75米，接入层交换机到中心机房核心交换机之间传输为光纤，传输设备分为光纤收发模块/工业以太网交换机等设备。
（1）、光纤收发模块/工业以太网交换机：
适用于光纤资源充足的光纤收发器为网络透传设备，不具有交换功能。
光纤收发器仅传输网络信号，以太网光端机为传统模拟监控体系的衍生物，可传输模拟标清视频信号。
工业以太网交换机一般为8口以上，至少具备二层交换和简单网络管理功能，适用于高清摄像机布设较为密集的点位。
窗体顶端
（2）、汇聚层
汇聚层采用16口全千兆交换机连接前端摄像机信号、机房万兆核心交换机和集中式云存储服务器以及其他管理服务器，根据前端接入180路信号的规模、带宽、设备类型、应用情况选择万兆核心的以太网交换机配置方案。
摄像机接入端口根据前端接入的带宽情况配置对应的1000M/10G端口,存储服务器和摄像机接入端口尽量接在一台交换机上或划分在同一个VLAN中，以最小化故障影响。
对于本系统即将发展成为大型监控系统，建议网络交换机采用三层交换机，以支持VLAN和路由交换应用。
网络安全包括接入安全、验证授权和数据加密。
（3）、核心层
本期考虑的两台万兆核心交换机用于传输重庆南路东西两院之间的数据，两院之间设置有一根光缆，是本系统数据的主要传输通道。
4.7、存储
本系统架构考虑的比较高端，云存储管理服务器通过网络接入前端摄像机信号可达到2000路，后期增补的前端摄像机只要增加16盘位存储服务器即可，还考虑操作系统盘和RAID冗余备份盘。
4.8、管理
在2014年建立的平台管理软件及服务器设备的基础设施上，本期增加两台云存数服务器用于系统数据的相互备份机制，打造一个稳定安全的运行方案，
第5章高清前端设计
5.1监控点位清单
综上所述，本项目前端高清摄像机共配置180台，其中，720P摄像机123台，分为91台半球摄像机和32台枪式摄像机；1080P枪式摄像机57台。
主要设备分布如下：
序号
摄像机位置
室内720P枪机
室内720P半球
电梯720P半球
室外1080P枪机
备注
交换机
1
东院科教楼
6
30
3
2
2
2
东院一号楼
10
1
3
东院四号楼
8
20
2
4
东院七号楼女生公寓
46
2
6
3
5
东院八号楼
2
摄像机进保健楼原有交换机
6
东院食堂
14
2
1
7
西院老红楼
2
网线进楼
1
8
西院三号楼
3
1对光纤收发器
1
9
西院四号楼
1
1
10
西院五号楼
1
1
11
西院六号楼
3
1
12
西院图书馆
11
3对光纤收发器
1
13
西院小白楼
6
1
14
其他
2
15
监控中心
0
0
0
0
中心设备连核心交换机
0
16
信息中心机房
万兆核心交换机
2
合计
32
84
7
57
0
18
5.2线缆敷设
除了选择充分满足标准的线缆之外，施工必须符合GB50217-1994《电力工程电缆设计规范》的要求。
我们建议以下基本要求：
线缆长度应满足75米的距离要求时将信号连接至接入交换机，避免电缆的破裂接续；
电源电缆和信号电缆应分开铺设；
所有电缆应避开恶劣环境，如高温热源和化学腐蚀区等；
所有电缆应远离高压线或大电流电缆，不易避开时应各自穿配金属管，并尽可能地埋入地下；
当在建筑内铺设时，应按建筑设计规范选用管线材料及铺设方式，埋于建筑物体内；
电缆穿管前应清理管内杂物，穿线时宜涂抹黄油或滑石粉，进入管口的电缆应保持平直，管内线缆不能有接头和扭结，穿好后应作防潮、防腐等处理；
电缆应从所接设备下部穿出，并留出一定余量；
在电缆端做好标志和编号，便于事后排查。
5.3灯光的布置
为提高夜间监控图像的质量，通过协调建设方，尽量提高出入口区域的环境照度。
光线的设置和方向应顺着摄像机捕捉图像的方向，避免逆光，光线强度应满足摄像机对光照度的要求。
5.4基础配套设施
（1）安装支架
室内摄像机的安装固定，根据摄像机型号和现场情况可采用壁装、吊装及角装等多种形式的安装支架，安装高度不低于2.5m。
安装在室外的摄像机，当可借助建筑物附着安装时，选用相应的安装支架安装；若无合适的建筑物供附着安装，则需要选用视频监控专用立杆，安装高度应不低于3.5m。
（2）室外端接箱
室外摄像机的供电、信号等需要在室外进行汇集，需用专用的防水箱进行端接。
端接箱内部安装架的设计充分考虑设备的安装位置，同时具有防雨、防尘、防高温、防盗等功能。
不便于在立杆上部安装设备箱的，在地面设置设备机柜，其设计按照相关的规范标准执行，同时应具有防尘、防雨、防破坏等功能。
5.5接地及供电设计
对前端供电和控制部分，需要采取有效的避雷接地措施，充分保障前端的稳定性和可靠性。
前端监控的防雷接地主要从以下三个方面进行：
1、直击雷防护
在直击雷非防护区的每个视频监控点均配置预放电避雷针，安装于监控点立杆顶部。
提前预放电避雷针利用雷云电场周围电场强度向针尖发射高压脉冲特性，提前一定的时间引导雷电放电，不至于使局部雷云电荷积累形成过大的雷击强度，降低监控点雷击接闪强度和电子设备雷击电磁脉冲强度，提高了室外监控点的保护裕度。
2、供电设施的雷击电磁脉冲防护
电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源对前端设备造成危害。
为避免高电压经过避雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁避雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，本系统对前端室外防水箱220V电源进线以及室外防水箱到摄像机的低压电源线路进行避雷接地。
220V电源进线避雷标称放电电流不小于10KV，接地线缆建议不小于6mm2。
3、均压等电位连接技术
等电位连接是将正常不带电（或不带信息）的、未接地或未良好接地的设备金属外壳、电缆的金属外皮、金属构架、金属管线与接地系统作电气连接，防止在这此物件上由于感应雷电高压或接地装置上雷电入地高电位的传递造成对设备内部绝缘、电缆芯线的反击。
监控点设备（含电源避雷器、控制信号避雷器）宜采用单点接地方式实现等电位连接，独立接地电阻小于10Ω。
4、系统供电
系统设备建议采用集中供电，电源质量建议满足下列要求：
稳态电压偏移不大于±2%；
稳态频率偏移不大于±0.2Hz；
电压波形畸变率不大于5%。
5.6技术特点
本方案品牌选用海康威视网络高清摄像机选用业界高端传感器和TI嵌入式DSP方案，成像质量高，性能强大，优势特点如下：
5.6.1.1越界侦测
越界侦测一般用于出入口，周界设防等，可设置单方向进入报警或者两侧越界报警，可配合客户端抓图、录像、弹图、报警等。
5.6.1.2区域入侵侦测
区域入侵侦测可在固定的监控场景下划定一个范围，对于进入该区域的目标可产生报警、录像等动作。
对于重要的区域，如档案室、资料室、机房、金库等不能让人随意进入的房间、区域可以设定警戒区域，一旦发现有入侵即可触发报警和录像，能极大地提高监控效率，减少监控人员精力消耗。
第6章安防控制中心
6.1存储设计
本项目设计采用视频云存储进行存储，，以满足本次180路高清视频存储30天的需要。
6.1.1存储空间计算
本项目选用海康威视磁盘阵列DS-A81016S-CVS，存储空间计算如下：
系统需满足按照高清图像7×24小时录像录制30天的要求，按照每路720P2Mbps、1080P4Mbps计算，计算公式如下：
（2Mbps*123路+4Mbps*57）×3600秒×24小时×30天÷1024÷1024÷8=146.46T，存储空间共需要占用41块4TB硬盘。
考虑到格式化损耗、RAID机制；因此，实际共需4台16盘位磁盘阵列和61块4TB硬盘，本项目配置64块4TB硬盘。
6.1.2机柜空间及耗电量
本项目共需磁盘阵列4台、云存储管理服务器2台、接入服务器1台，每台磁盘阵列占用标准机柜3U，每台管理服务器占用标准机柜2U，每台设备之间需间隔1U用作散热，因此需机柜空间为（4×3U）+（4×1U）+（3×2U）+（3×1U）=25U。
本次需要更换原有流媒体服务器2台、原有平台软件管理服务器1台，每台管理服务器占用标准机柜2U，每台设备之间需间隔1U用作散热，因此需机柜空间为（3×2U）+（3×1U）=9U。
监控中心原有2台服务器，每台管理服务器占用标准机柜2U，每台设备之间需间隔1U用作散热，因此需机柜空间为（2×2U）+（2×1U）=6U。
综上，本次改造涉及的中心机房设备实际需要占用40U的机柜空间。
每台磁盘阵列含硬盘的额定耗电量最大为460W，每台服务器的额定耗电量为700W，总额定耗电量为（460W×4）+（700W×8）=7440W。
6.1.3设备主要功能
●视频存储功能
支持手动录像、计划录像、报警录像，对这三种方式触发的录像方式如下：
手动录像：
当用户在客户端上选择手动录像后，将要录像的摄像机信息存储到数据库对应的表中，并通知视频存储服务系统执行该条记录。
计划录像：
用户可以在客户端软件上制定录像方案，并对录像方案进行保存，当选择执行某个录像方案时，就会通知视频存储服务系统按照该方案进行计划录像。
报警录像：
当发生视频报警时，视频存储服务系统会收到触发视频报警录像的信息，视频存储服务系统便根据包含的摄像机信息进行录像存储。
支持节假日设定、录像文件最大长度设定、存储容量设置和状态显示等功能。
●智能补录功能
网络异常时，前端设备启动录像并保存在本地；网络恢复后，录像自动回传到磁盘阵列存储，保证数据的完整性。
支持回传策略设定，选择在业务空闲时（例如下班时间）进行回传，解决业务繁忙时录像数据与业务数据的带宽竞争问题。
●视频存储管理功能
支持对存储的视频数据进行管
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