森林防火高清视频监控解决方案.docx
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森林防火高清视频监控解决方案
森林防火
无线视频监控系统
技术解决方案
XX公司
2012-5
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。
前鍴摄像机通过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。
我们推荐采用美国艾克赛尔（AXELWAVE）品牌无线传输系统，该传输系统在我公司的众多项目中已经进行过运用，其中在非洲的苏丹麦洛维水电站的大坝和营区监控中进行了成功应用，堪称经典应用。
以下是公司介绍：
AACH（AtlantaAdvancedCommunicationsHoldings），总部设在风景如画的美国东南部都市Atlanta。
在数字通信和微波通信和计算机通讯领域耕耘近20年，拥有位于硅谷（SanJose）的研发中心和遍布全球的多品牌营销基地。
美国AACH公司掠影
AACH执行品牌先导型市场策略。
旗下多个品牌分别专注于不同的领域，并成该领域专家，主要从事如下几个方面的研发与生产。
卫星通信设备和系统；
WLAN与WiMAX设备和系统；
VOIP设备和系统；
工业规模网络和系统；
智能网络管理系统等。
AXELWAVE是AACH旗下的无线网络品牌，产品从研发到生产全是自主完成，并给某些无线品牌产品提供OEM服务。
AXELWAVE拥有从军用级、电信级、企业级到标准级全系列产品；产品规格齐全，系列完整，品质优异，竞争优势显著。
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。
序号
名称
型号
说明
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
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