油田危险点源视频监控系统方案毕业论文初稿.docx
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油田危险点源视频监控系统方案毕业论文初稿
油田危险点源视频监控系统
技术方案
引言
数码监控系统改变了图像与声音的存储与传输形态，硬盘存储取代长延时录像机，数字化存储克服了模拟存储方式带来的诸多不便；网络传输取代了传统多介质传输线路，使得拓扑结构趋于简单、合理，同时不再受传输距离的限制；计算机多媒体交互界面友好、多画面图像显示功能、可方便集成其他系统（报警、门禁、智能控制等）等特点使得数码监控具备未来监控的发展方向。
实现某油田危险点源视频监控系统集中监控（视频监控及报警联动）系统对某油田危险点源视频监控系统集中监控的必要性，项目建成后所带来的效益（经济效益、管理效益及社会效益等），目前所具备的条件等总体现状描述。
第1章需求分析
1.1.工程概述
本次工程共有20个危险点源及近63个监控目标需要监控，监控场所有加油站、储油库、联合站、中转站、锅炉、泵房等。
所有这些监控点通过光纤、无线网桥等接入到通信公司光纤网，监控中心通过光缆千兆连接到光纤网。
监控分两级监控，主监控中心和分监控中心，分监控中心设在各二级单位和相关部门。
1.2.本次工程建设规模
新建危险点源监控中心一个，系统平台接入能力设计不低于200个摄像机，在监控中心设立管理终端和监控终端及必要的服务器，系统方案要考虑为大屏幕电视墙预留接口，在监控中心对所有监控点进行２４小时录像，录像资料存储时间为15天。
分中心数量不受限制。
分中心通过油田内部计算机网络接入，本次工程在12个二级单位建立分监控中心。
本次工程需监控点源、监控目标以及监控中心分布见下表：
附表一：
监控目标及数量
序号
要害部位名称
监控目标
监控点数量
1
物资供应处石化油库
加油岛、大门、储油罐
4
2
物资供应处江南油库
加油岛、出入口、罐区
4
3
物资供应处江桥加油站
加油岛、罐区
4
4
物资供应处锦江加油站
加油岛、罐区
4
5
物资供应处江北加油站
加油岛、罐区
3
6
扶余综合服务公司西区加油站
加油岛、罐区
3
7
新民综合服务公司加油站
加油岛、罐区
2
8
新大综合服务公司新立加油站
加油岛、罐区
2
9
红大综合服务公司红岗加油站
加油岛、罐区
2
10
乾大综合服务公司乾安加油站
加油岛、罐区
2
11
乾大综合服务公司前大加油站
加油岛、罐区
2
12
英台综合服务公司加油站
加油岛、罐区
2
13
长采综合服务公司加油站
加油岛、罐区
2
14
物业公司液化气充装站
2个罐区，充装车间室内及室外、卸车处
4
15
热电厂锅炉分厂
重大危险源
4
16
测井公司炮弹库、中子源库
重点要害部位
4
17
热电厂油库
重点要害部位
3
18
油气开发公司前48联合站
重点要害部位
6
19
油气开发公司前60中转站
重点要害部位
3
20
油气开发公司二部中转站
重点要害部位
3
合计
63
附表二：
某油田危险点源监控系统监控中心分布表
序号
单位名称
监控终端
监控点源
1
主监控中心
4
全部监控点
2
测井公司
1
炮弹库、中子源库
3
热电厂
1
锅炉分厂、油库
4
物业公司
1
液化气充装站
5
物资供应处
1
江北加油站、江南油库、江桥加油站、锦江加油站、石化油库
6
扶余综服
1
西区加油站、东区加油站
7
新民综服
1
新民综合服务公司加油站
8
新大综服
1
新立加油站、新木加油站、新北加油站
9
红大综服
1
红岗加油站、新大加油站
10
乾大综服
1
乾安加油站、前大加油站
11
英台综服
1
英台综合服务公司加油站
12
长采综服
1
长采综合服务公司加油站
13
油气开发公司
1
前48联合站、前60中转站、二部中转站
合计
16
1.3.系统功能需求
⏹强大的组网能力，支持多级、多中心视频监控结构。
⏹直接支持可寻址网络摄像机，通过视频服务器支持传统模拟摄像机
⏹可任意多分屏观看实时视频图像，并支持热点窗口（Spot），图像质量高达720x576@25fps
⏹通过IP网络协议进行PTZ控制，可对每台摄像机进行独立的图像录制和回放速度设置，每个摄像机可预设最多高达255个预置位，并可控制现场灯光和雨刷等外围设备。
⏹能够以中文在视频图像上标识监控点名称，并能以中文标识监控点预置位名称
⏹实时显示视频图像占用的网络带宽，并能够在线改变视频图像的带宽设置。
⏹通过IP网络在任何节点上实时录制和回放视频图像和音频信号，每台摄像机支持无限时间录制，视频可记录到系统的硬盘或者超大容量的网络存储（NAS）中
⏹系统支持无限数量的独立的录像通道，每个控制平台支持通道的个数由硬件的处理能力决定。
⏹录像回放分辨率高达Full-D1质量（NTSC:
720x480@30fps;PAL:
720x576@25fps）,回放速度可调。
⏹M-JPEG和Wavelet录制图像分辨率高达1280x1024像素
⏹录像机制灵活，支持手工、定时、触发和周期等多种录像方式，录像既可集中存储也可分布存储，所有图像的存储时间不少于15天。
⏹支持预报警录像（移动侦测），预报警录像时间5～15秒，可以根据用户需要定制。
⏹灵活按照指定条件和突发事件检索，如按指定时间段、地点、日期快速搜索录像。
重要录像资料可以通过光盘刻录成DVD保存。
⏹以JPEG或AVI格式输出视频，以WAVE文件格式输出音频。
⏹可调整的视频运动侦测安全监控（VMD）
⏹通过定时器自动控制摄像机的启动/关闭
⏹系统支持集成温度、天气、低照度及烟雾等传感器，可与门禁系统、盗窃告警、火警报警、面部识别和视频会议系统连接。
⏹提供电子地图功能，通过电子地图可以直接调用摄像头。
⏹本地和远程打印文档报告、日志记录程序
⏹多级密码保护、用户授权定义及访问级别。
⏹支持从LAN/WAN上的任何位置进行远程监视、检索音频视频和控制摄像机
⏹100％基于网络的数字应用，容易与现有模拟摄像机相集成
⏹系统具有日志功能，可记录所有帐号的登陆时间，进行的相关操作等信息。
1.4.需求理解
根据总体要求，系统主要解决以下问题：
⏹采集系统设计。
视音频数据的采集、数字化压缩。
⏹传输系统设计。
满足系统各类信息的传输要求的网络平台，同时适应各类传输通道。
⏹管理系统设计。
对系统数据的集中管理，包括用户数据、设备数据、操作与报警数据。
⏹存储与回放设计。
集中存储原则，以达到录像资料的完整性；方便的回放、检索方式。
⏹控制系统设计。
远程控制、操作及监控设备参数设置。
⏹显示系统设计。
监视器、VGA显示器、电视墙、大屏幕。
⏹报警信息（报警类型、报警时间地点、报警图像）的本地与网络化处理。
⏹系统安全设计。
完成局域网内微机访问流媒体服务器的身份认证。
支持用户名、密码、IP地址、MAC地址绑定。
防止非法用户进入。
⏹与其他系统的集成。
通过软、硬件接口平滑地集成其他系统。
1.5.技术可行性
技术防范产品的数字化已经实现，产品已走向成熟，网络化的安全防范系统在国内外已大量投入使用，因此，基于核心技术的产品使得本项目的实现是完全可行的，关键是合理运用、科学集成的问题。
涉及到本项目的关键技术如下：
⏹媒体的数字化技术：
国内媒体记录类技防产品早已走向数字化，从早期的MJPEG、MPEG-1、MPEG-4到目前的H.264均是非常成熟的数字化产品。
⏹编解码技术：
国内视频压缩技术的最新代表是采用H.264压缩算法的硬压缩产品，包括板卡和嵌入式设备，这项技术早已形成产品化和规模化。
⏹多媒体通信技术：
实时流媒体传输协议RTP/RTSP已经成熟，前端设备的码流抑制（带宽控制）功能以及QOS管理机制，可以实现安全保卫信息的实时传输，能与其他信息系统合理占用网络资源，发挥网络资源的最大效率。
⏹嵌入式技术：
经过20多年的发展，嵌入式技术已经成熟并在多个领域获得广泛的应用，基于安防领域的系统平台，出现了系列成熟的嵌入式产品。
⏹数据传输技术：
利用现有的光纤技术可以实现大容量、高速度的数据传输。
⏹网络存储技术：
可以提供高性能高安全性的标准平台。
能够方便地实现路由、VPN等低成本高可靠数据存储。
⏹网络安全技术：
利用完善的安全管理策略，及配套硬件设施，可实现例如网络隔离、黑客攻击及入侵防范等安全措施。
第2章
系统总体设计
2.1.媒体的数字化技术
本项目的媒体的数字化技术原理基于海康威视提出的“基于IP的超大规模视频切换矩阵”技术，其技术原理如下：
随着宽带技术的发展，远程集中监控的需要越来越多，规模也越来越大，一种是重建专用网，进行集中监控，其缺点是网络建设费用非常高，实现集中监控的代价很大。
另一种方法技术利用现有的数字网络，对视音频信号进行数字化压缩，将压缩码流组成IP报文，通过TCP/IP协议，把这些IP报文传到监控中心实时解码出视频图像，进行集中监控，这个数字网络可以是VPN，可以是专网，也可以是公网，如PSTN、ISDN、GPRS、CDMA、ADSL、宽带城域网、INTERNET等。
下图是一个典型的应用：
在上述应用框图中，PC管理主机可以通过IP网络，对前端的每一台视频服务器进行配置、管理、控制，可以实时监控每一台视频服务器的视频图像。
如果视频图像的数量太多，整个网络太大，一台管理主机可以同时监控很多台视频服务器的图像，通过PC机的显示器显示视频图像，并通过事先设定的规则切换图像信号。
如15秒切换一次，要求一分钟进行一次循环，以一台PC机能同时进行16路解码计算，一台PC机可以同时监控64路视频图像，两台PC机就可以监控128路视频图像，可以依次类推。
如果在PC机中插入多片视频解码卡，视频解码卡支持AV输出，可以组成电视墙，多台PC机可以组成巨大的电视墙，方便集中监控、管理。
2.1.1.系统要点分析及基本功能的实现
本系统构建于现有网络平台，把网络连接看作一个整体，我们可以理解为：
在网络平台上，前端通过视频服务器接入了N个图像、语音、报警输入，通过网络传输及控制，所有这些保卫信息可以实时（视网络资源而定）地传输到信息管理中心或监控中心，通过网管、电视墙管理、媒体服务器一系列管理设备实施对全网的信息处理和远程管理，从而真正实现了一个典型的“IP矩阵”应用案例。
围绕“IP矩阵”的概念，本系统的重点在于解决以下几个部份：
⏹作为信息处理和传输节点的网络功能（DVS）
⏹三种信息流的控制与处理：
视（音）频流、控制指令流、报警信息流
⏹网络管理与资源控制（网管、代理服务与流媒体服务）
2.1.2.网络带宽管理的重要性及方法
本系统的一大特点是：
监控系统与网络系统集成，视频/数据/语音合一传输，多网点、分布式网络监控。
由于网络带宽有限（<2M），中心需对各监控点现场画面进行实时显示，还要响应客户端（分控桌面级）及IE用户的访问，而访问量具有不确定性，因而带宽的管理尤为重要。
⏹采用压缩比高的最先进压缩算法H.264。
JVT的H.264压缩算法的压缩率较MPEG-4有较大提高，而其技术特点更适合IP网络、无线网络的传输，同时需要长时间录像时，还可以节省存储空间。
下图是JVT的TML8.0（H.264测试版）与MPEG的测试数据。
⏹流媒体服务器转发压缩码流
当现场突发异常事件时，势必造成多个用户同时查看同一现场画面的局面，有限的带宽资源不能满足每一用户需要，影响到突发事件处理能力。
解决的方法是使用流媒体服务，由流媒体服务器响应所有远程用户的访问，获取并转发突发事件所在摄像机图像，解决了多个用户实时浏览同一路图像的问题。
⏹前端系统的码流抑制。
根据图像质量要求、带宽资源、摄像机数、数据流量等现状，利用前端设备的码流抑制及码率自定义功能来适应带宽需求。
2.1.3.系统基本功能的实现
根据需求理解内容，结合IP矩阵技术原理，本项目通过以下各子系统来实现系统所需的功能要求。
2.1.4.前端子系统
视频服务器提供视音频的采集、网传；提供报警信号采集、网传（主动）、本地联动；485串口接解码器，实现授权用户在本地或远程控制PTZ（可进行预置位设置）。
前端设备的核心是我公司自主研发和生产的DS-6004HC嵌入式视频服务器，其主要特性与功能如下：
⏹采用H.264压缩标准。
H.264是国际电联（ITU）与国际标准化组织（ISO）组成的联合专家组（JVT）制定的最新视频压缩标准。
是现在及将来在网络视频监控领域内的主流压缩标准。
⏹不仅支持定码率、变码率，还支持变帧率，根据带宽状况可动态设置码流、图像质量或帧率。
⏹采用国际主流的嵌入式操作系统及嵌入式处理器，保证了设备的稳定性、成熟性，同时拥有国际级的产品服务，紧随国际主流嵌入式技术的发展，产品的升级保持向下兼容，保护用户的投资。
⏹图像分辨率从CIF（352*288）到QCIF（176*144）；支持水印技术防止图像被篡改。
⏹支持多播、点播及IE浏览等方式预览现场图像，监听现场声音，硬实时、多任务系统提供了强大的并发处理功能，编码、网传、报警等进程通过合理的任务调度，实现并发处理，满足高实时性要求。
⏹提供了强大的网络SDK开发包，提供了用户个性化需求的开发平台，且提供了与其他管理信息系统的融合所需要的开发平台。
⏹多区域移动侦测。
H264实现的移动侦测功能，较以往算法在灵敏度和准确率上有很大的突破，最大限度地避免了因移动侦测而导致的误报警。
2.1.5.管理服务器
管理服务器是一个带数据库的管理信息系统。
主要功能说明如下：
⏹创建监控区域、DVS及用户信息，且可被修改、删除。
⏹设置用户权限，采用灵活的菜单级权限设置方式。
⏹认证用户权限，授权用户的所有操作必须经过验证，通过验证才允许操作DVS，否则被拒绝。
操作信息记录到日志中。
⏹对授权用户设置优先权，操作许可以级别优先、时间优先为原则。
⏹对来自报警管理主机的报警信息进行分类，将转发地址下传给报警管理主机。
报警信息记入到日志中。
⏹提供操作日志、报警日志的查询。
巡检和校时。
⏹管理服务器软件的运行环境：
⏹软件环境：
Windows2000server，SQLSERVER；
⏹硬件环境：
CPU/P4，RAM/256MB，HD/40GB以上。
2.1.6.视频监控
授权的网络客户端软件主要功能说明如下：
⏹本地配置功能。
监控点分组管理，播放方式（循环）定义，若配合解码卡选择硬解压，可上电视墙。
⏹远程配置功能。
DVS参数、通道参数、串口参数及报警参数的配置。
⏹1/4/6/8/9/16六种画面分割可选，图像参数可调。
⏹网络报警联动。
声音、文字、现场图像报警提示，报警信息分等级、队列方式管理。
⏹PTZ控制，语音对讲、语音广播。
⏹本地录像与本地回放。
⏹视频监控软件的运行环境：
⏹软件环境：
Windows2000ProfesionalorXP；
⏹硬件环境：
CPU/P4，RAM256MB，HD/，显卡支持缩放。
2.1.7.流媒体服务（可选）
流媒体服务器响应用户对DVR现场实时视频的点播，并对流进行转发。
分布式流媒体服务器与管理中心协同工作，提供在多级架构系统中用户预览前端DVR实时视频的访问请求，使得广域网带宽资源得到最有效的利用，同时用户对流媒体服务的请求采取就近原则，达到快速响应的要求。
流媒体视频转发工作原理示意图：
流媒体服务器响应同级局域网内用户的访问请求，对获取的远程视频通过组播或点播（TCP）方式转发给请求用户。
一级用户经过一个流媒体，二级用户经过二个流媒体，多级用户可穿越多个流媒体服务器，形成一个多级流媒体转发架构。
如果网络是分布式的，可以构建基于分布式网络平台的分布式流媒体系统，提供系统内用户的视频访问请求服务。
2.1.8.域名解析服务DNS
如果视频服务器采用动态ADSL。
IP地址接入公网，那么需要设置域名解析服务器（DNS）来提供域名的解析服务。
DNS使用TCP/IP协议提供主机名到IP地址的解析。
DNS服务器的运行环境：
无特殊要求，需要一个外网固定IP地址。
DNS服务器工作流程如下：
视频服务器与公网连接成功后，将其名称、物理地址、设备序列号和获取的公网IP地址发送到DNS，DNS将该信息上传到管理服务器，管理服务器在注册表中找到该设备，判断IP地址是否更改，若已更改，则刷新。
用户访问视频服务器时，提供要访问的视频服务器名称，管理服务器搜索已注册的所有视频服务器，找到该视频服务器名称和对应的公网IP地址，并提交给用户，用户与视频服务器就可以建立网络连接（对用户是透明的）。
2.1.9.WEB服务
提供用户IE浏览的WEB服务。
由管理服务器指定允许访问的摄像机及操作权限，对权限范围的DVRDVS或摄像机可以进行实时预览、监听声音、云台控制、语音对讲等权限许可的操作。
2.2.网络存储技术
2.2.1.存储技术发展趋势
信息或数据在IT系统中，总是必然处于“计算”、“存储”、“传输”三个状态之一。
这三个方面也正好对应于整个IT技术的三个基础架构单元——计算、存储和网络。
传统上，主机系统既负责数据的计算，也在通过文件系统、数据库系统等手段对数据进行逻辑和物理层面的管理，而存储设备，则是以直连存储（DAS）方式连接在主机系统中。
然而，由于历史发展的原因，各种标准和各种版本的操作系统、文件系统拥挤在用户的系统环境中，使数据被分割成杂乱分散的“数据孤岛”（dataisland），无法在系统间自由流动，自然也就谈不上设备的充分利用和资源共享。
有鉴于此，人们开始寻找存储网络化和智能化的方法，希望通过提高存储自身的数据管理能力，独立于主机系统之外，以网络方式连接主机和存储系统，以设备资源透明的方式为计算提供数据服务。
从而将数据管理的职能，从标准混乱、应用负荷沉重的主机中分离出来。
在网络存储的发展过程中，SAN（存储区域网络）和NAS（网络附加存储）得到了迅速的发展。
NAS是一种直接利用局域网，基于文件的存储架构，存储数据的传输也是基于局域网。
NAS的最大优点是可以很容易实现异构平台的文件共享，NAS的另一个优点在于其扩展性，因为存储单元可以比较容易地加入到网络中。
然而，NAS存储在数据备份或存储过程中会占用网络的带宽，可扩展性有限，并且访问需要经过文件系统格式转换，所以是以文件一级来访问，不适合Block级的应用，尤其是要求使用裸设备的数据库系统。
而SAN存储架构的出现弥补了NAS的不足，为存储系统的发展产生了巨大的推动力。
SAN（StorageAreaNetwork）存储区域网络，是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构，这个网络专用于主机和存储设备之间的访问。
当有数据的存取需求时，数据可以通过存储区域网络在服务器和后台存储设备之间高速传输。
FC光纤通道技术使得存储系统的可升级性、稳定性、可用性和性能都大大加强。
不过，它最大的优势是集中的管理，这就降低了总拥有成本。
光纤通道主要应用在某些重要业务和高性能应用，如数据中心环境。
然而，在过去8年以FC协议为主的SAN存储系统建设中，人们逐渐发现FC协议虽然基本解决了传输速度和扩大容量的问题，却难以完全承担起存储系统独立化的重任。
FCSAN的互操作性仍是实施过程中存在的主要问题。
SAN本身缺乏标准，尤其是在管理上更是如此。
虽然光纤通道（FibreChannel）技术标准的确存在，但各家厂商却有不同的解释，于是，互操作性问题就像沙尘暴一样迎面扑来，让人猝不及防。
这就导致了FC兼容性差、成本高昂、扩展能力差、异构化严重的问题。
在存储以SAN的名义独立走上IT舞台的同时，IP和以太网技术在网络领域突飞猛进，在同样1997-2005的8年中，主流商用协议标准从10M发展到了10G，整整提升了1000倍，行业的发展动力和技术标准的成熟性已无可争辩。
IP技术已经成为整个IT行业中最成熟、最开放、发展最迅速、成本最低、管理最方便的数据通讯方式。
在经历了FCSAN发展的过渡性尝试后，整个行业开始考虑将FC传输技术替代为更加成熟可靠、成本更低的IP技术，以适应广域网数据应用、大规模服务器数据集中、海量数据存储等应用对新一代存储系统的要求，同时为“随需应变”的IT新时代到来，奠定坚实的开放化标准基础。
2003年，以IBM等公司共同发起的iSCSI（InternetSCSI）协议，通过IETF组织的审议，公布为RFC标准。
iSCSI协议实际就是将标准的SCSI存储访问指令，打包到TCP/IP中进行传输。
iSCSI标准一经公布，就以其低成本、高可管理性、天然的跨广域数据传输和管理能力、海量组网能力得到了业界的青睐。
基于iSCSI协议构建的IPSAN存储，已崭露头角，成为新一代存储系统的标准，成为IT新时代围绕IP技术进行的网络与存储融合的标志性技术。
由于iSCSI协议将SCSI数据传输的基础从封闭昂贵的FC协议转移到IP之上，使存储系统突破了长期困扰着存储系统的兼容性、成本和管理性桎梏，使存储网格、广域数据传输、大规模服务器数据集中、远程容灾、高性能交换式存储架构等存储技术脱下昂贵的外衣，成为广大行业客户均能轻松获得的最新存储技术。
随着iSCSI技术的完善，数据块级的存储应用将变得更为普遍，存储资源的通用性、数据共享能力都将大大增强，并且更加易于管理。
随着千兆以太网的普及以及万兆以太网络的成熟，IP存储必然会以其性价比、通用性、无地理限制等优势飞速发展，iSCSI技术将联合SCSI、TCP/IP，共同开创网络存储的新局面！
2.2.2.IPSAN技术优势
目前业界常见的数据存储方式主要包括DAS、NAS、FCSAN和IPSAN。
其中，DAS不属于网络存储，在扩展和性能方面有较大的障碍；NAS主要用于提供文件服务，并且性能太低；FCSAN使用专用网络与协议，管理比较复杂，而且容灾解决方案的距离限制较大。
作为一种新兴的存储技术，IPSAN基于IP网络实现SAN架构，既具备了IP网络简单配置管理的优势，又提供了SAN架构所拥有的强大功能和扩展性。
在没有出现性价比良好的IP解决方案之前，光纤通道一直是SAN的主流。
虽然随着对存储系统需求的剧增，基于光纤通道的SAN也出现了增长，但网络技术的进步也提供了光纤通道的替代技术。
IPSAN于2003年进入存储技术领域。
作为一种SAN技术，它没有FC那样的高昂成本和复杂性。
它基于标准的IP网络基础架构，Ethernet或iSCSI（IPSCSI的简称）协议来执行存储任务。
iSCSI于2003年2月获IETF批准，正式成为一项标准。
部署IPSAN与在服务器上安装iSCSI驱动程序（软件驱动程序）同样简单，并利用现有的Ethernet基础架构，与支持iSCSI的大量存储系统连接。
无需购买专用的服务器适配器或定制构建的交换机，也不必单独布线，更用不着对人员进行IP之外的技术培训，成本更低、复杂性更少！
IPSAN技术有其独特的优点：
●节约大量成本
●加快实施速度
●优化可靠性
●增强扩展能力
IP存储技术的发展已经经过了几个阶段，首先是对SAN的扩展阶段，在这一阶段，IP-
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