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楼宇智能监控系统论文
内容摘要
这些年来，随着社会的发展，人们生活水平的提高，普通的楼宇已经不能满足人们对舒适、财产、人身安全的需求。
为适应形势的发展需求，楼宇采用现代化安防技术和舒适控制系统是目前发展的必然趋势。
智能楼宇监控系统的出现将从根本上改善这个问题。
指纹门禁系统是智能楼宇出入管理的一个重要措施，它可以通过所采集的住户指纹信息来对出入门禁的人进行核对，以确保住户的人身财产安全。
视频监控系统现多采用数字信号处理技术，根据监控点的不同选择不同的监控设备，并通过数字硬盘录像机（DVR）对监控区域进行录制。
可视对讲系统是对门禁系统的更进一步完善，住户可以通过该系统对探访者进行视频认证，从而为住户人身财产安全提供更好的保证。
WebCTRL系统的运用，使得楼宇的舒适性能够满足生产和生活要求。
智能楼宇监控技术的运用，对于改善人们的居住环境，促进和谐社会的可持续发展也具有重要意义。
关键词：
智能监控识别技术
楼宇智能监控系统
一、绪论
（一）选题的目的与意义
楼宇的智能监控，是指以建筑为平台，以集中监视、集中控制、集中管理为目的，将各种监控设备与系统通过组合或集成，构成一个综合性安防技术防范控制系统。
视频监控系统是安防系统的主要部分，也是智能化系统的重要组成部分。
与传统楼宇监控系统相比，现代监控系统多应用传感器识别技术及先进的网络通信技术。
这种系统将更合理、更高效、更快捷的为人们提供舒适的工作和生活环境，为人们人身财产安全提供更好的保障。
推广智能楼宇技术，对于改善人们居住环境和工作环境，促进可持续发展具有重要意义。
（二）智能楼宇监控技术的发展趋势
现在智能楼宇系统集成的发展主要分为两种趋势：
将安防系统、楼宇自控、消防系统的数据整合，交由统一平台进行管理；还有一种将楼宇自控、安防、消防、信息设备系统、信息化应用系统集成起来，形成IBMS系统，一个平台控制5个系统。
后者集成的系统较多，一般适用于银行、企业等特殊要求的建筑物中。
由于系统集成具有节能、高效的特点，逐渐成为大型公共建筑中不可或缺的一部分。
二、监控系统的原理及构成
（一）监控系统概述
目前，监控系统在智能楼宇中起着至关重要的作用。
监控系统涉及电学、通信学、信息学、光学、物理学等多个学科和领域，是比较复杂的一个综合性技术。
本章仅就有关应用问题进行简要介绍。
一般监控系统组成原理如图1所示。
图1系统组成原理图
（二）监控系统结构
智能楼宇监控系统是针对独立楼宇的安全防范技术，主要通过门禁监控和视频监控来确保住户的人身财产安全，同时通过住户自我监督防范来确保整个楼宇的安全。
其基本结构如图2所示。
图2监控系统结构图
（三）门禁系统
门禁系统是新型现代化安全管理系统，它综合了各类自动识别技术和现代安全管理措施为一体，它涉及电子学、机械学、光学、计算机技术、通信技术等诸多技术。
它是解决楼宇出入口实现安防管理的有效措施。
其结构图如图3。
图3门禁系统结构图
1、密码识别技术
密码识别：
通过检验输入密码是否正确来识别进出权限。
这类产品又分两类：
一类是普通型，一类是乱序键盘型（键盘上的数字不固定，不定期自动变化）。
2、卡片识别技术
卡片识别：
通过读卡或读卡加密码方式来识别进出权限，按卡片种类又分为磁卡、射频卡。
3、生物识别技术
生物识别：
通过检验人员生物特征等方式来识别进出。
有指纹型，虹膜型，面部识别型。
（四）视频监控系统
视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。
视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于许多场合。
其结构图如图4所示。
图4视频监控系统结构图
1、视频监控设备的现状
数字监控录像系统通常分为两类：
一类是基于PC机组合的计算机多媒体工作方式；另一类是嵌入式数字监控录像系统。
（1）计算机多媒体方式的数字监控录像系统
数字视频压缩编码技术日益成熟，计算机的普及化，为基于PC机的多媒体监控创造了条件。
其优越性主要表现在：
①PC机的多媒体监控主机综合了视频矩阵、图像分割器、录像机等的众多功能，使系统结构大为简化。
②由于采用计算机网络技术，数字多媒体远程网络监控不受距离限制；
③由于采用大容量磁盘阵列存盘器或光盘存储器，可以节省大量的磁带介质，同时有利于系统实现多媒体信息查询。
（2）嵌入方式的视频监控系统
嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积等综合性严格要求的专用计算机系统，亦即为监控系统量体裁衣的专用计算机系统。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。
嵌入式操作系统是一种实时的，支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等，嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依靠性、软件固态化及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。
嵌入式系统的优缺点：
①系统为专用系统，所以系统小，指令精简，处理速度快；
②系统数据置于ROM/FLASHMEMORY，调用速度快，不会被改变，稳定性好；
③系统处理实时性好，性能稳定；
④文件管理系统更适合于大量的视频数据；
该类系统目前四路以上机型还较为少见，在网络功能、音视频同步等方面也难令人满意。
2、视频监控设备的发展
前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，其两个特点就是数字化和网络化。
（1）数字化
视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。
（2）网络化
视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。
集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。
组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。
3、视频监控系统基本功能要求
（1）视频监控系统（cctv）应提供独立的网络数据库和独立的网络发布系统支
持通过基于TCP/IP的局域网，或者通过Internent从远程通过登录综合安防理
系统的Web页面对系统监控和管理；
（2）较强的扩容性，要求有足够的设计冗余；
（3）将强的兼容性，可兼容第三方产品；
（4）产品成熟，稳定性高，适应7×24小时工作；
（5）安全性高：
系统应具备符合国家规范的防雷接地装置，系统提供多级权限管理，每级权限允许注册多个操作员，每级操作员的操作权限由高级管理员授权；（6）具有高度稳定的软硬件系统结构，保证系统稳定地运行；
（7）单机可以设置任意多层的监视界面，开设任意需要的监视窗口，窗口大小和位置可调，监视内容可根据需要随时调整，可设置各画面的名称和系统编号，并叠加在录像和显示画面上，以满足举证要求。
（五）可视对讲系统
智能楼宇可视对讲系统主要应用于楼宇内住户与外来访客之间提供双向通话，同时通过摄像头为住户显示访客的图像，为住户是否让访客进入做出判断。
其系统结构图如图5所示。
图5可视对讲系统结构图
1、可视对讲系统各部分的主要作用
可视对讲系统各部分的主要作用如下：
管理机：
可以与楼内任一住户分机通话，也可以与门口机通话，可以进行全局广播或局部广播，发布各种服务信息等。
门口机：
摄录访客的图像和声音，并通过相应的信号线分配传输至住户分机或管理机。
住户分机：
可以显示门口机传送来的声音和图像，进行远程控制开锁等。
2、可视对讲系统的工作原理
智能楼宇可视对讲系统的工作过程如下：
来访者在门口机上按下住户房号，此时相应的住户分机振铃提醒住户，住户可以摘机与来访者通话，也可以通过住户分机上的显示器观察来访者，经确认后，住户可以按开锁键开启楼门上的电控锁使其进入。
来访者与住户的通话是公开的，管理人员可以在一旁监听。
当住户遇到紧急情况需要援助时，可以按求救键，呼叫管理中心，管理机在振铃提示的同时显示求助者的楼层与房号，管理人员摘机后还可以与之通话。
3、可视对讲系统的主要功能
智能楼宇可视对讲系统可以实现以下具体功能：
（1）互联组网
系统采用标准总线结构，不同类型的住户分机和不同楼宇单元的管理机都可以通过总线互联组网。
系统模块组合灵活，便于扩充，能满足住户不同需求。
（2）多路内部通讯
系统能使住户与管理中心、住户与住户之间相互呼叫和通话，亦可以实现门口机与住户分机之问的可视对讲功能，管理机还能同时接收楼字内所有住户的报警求助。
（3）保安防盗
系统中保安防盗可以采用两种方式：
一种是住户分机自身具有多路防区的报警功能；一种是专用的住户多路防区报警系统。
它们都具有延时防区和24小时紧急防区，可以外接门窗监控、火警监控、瓦斯监控以及安全报警等报警设施，也可向管理中心的电脑报警。
管理中心的电脑能记录报警的地点、房号等。
（4）远程控制开锁
一般在楼门处安装有摄像头，每个住户室内配置一个可视对讲住户分机。
当来访者在门口机上按下住户房号时，门口机即把该房号的编码送入信号控制线，并开启声讯连接，被选中的住户分机与声讯线接通产生呼叫信号，门口机接收到住户分机发出的回铃响应，门口机与该选中的住户分机之间即可进行双向通话，同时住户分机上的显示屏开启，住户通过住户分机的屏幕，可以看来访者的图像，通过图像决定是否开门。
三、WebCTRL系统概述和结构
（一）WebCTRL系统概述
1、结合高新IT技术，全功能互联网平台运做
WebCTRL是一个从最初开始就使用大量的Web技术设计而成的产品，因此任何支持Web标准的浏览器都可作为系统的操作和管理界面（如MicrosoftInternetExplorer），而使用的浏览器是和一般你上网所使用的是相同的，不需要再安装任何额外的插件。
所谓的“全功能”应该是包括操作者管理，权限管理，系统监视，参数修正，趋势图，使用图形界面的日程管理、内存下载、图形程序逻辑、树枝结构浏览，控制器管理，系统组态管理等等功能。
2、具备同时多通讯协议支持
WebCTRL是一个用于楼宇自控的系统，具有支持多种标准及私有通讯协议的能力。
可支持如BACnet、MODBUS、SNMP、XML/SOAP、及各种不同私有通讯协议等，而且这些通讯是可同时运作于系统内。
3、采用标准上位机资料共享接口
越来越多的案例显示，楼宇控制集成系统信息有需要和其它“企业大型主机”或“被批准第三方”的信息系统达成信息分享。
WebCTRL带有XML/SOAP接口，一种用来将一台计算机系统传送信息到另一台计算机系统的开放式标准通讯协议。
同时WebCTRL也可作为OPCServer或OPCClient共享数据。
4、最佳化的能源管理
开利的WebCTRL系统采用了比其它系统更有效率的能源管理模式，使用独特的冷及热源连接功能，上层的空调设备的负载变化可依据下层设备的负载变化进行实时的连锁控制，如此某些下层设备开启后其相对应的上层空调设备可依逻辑判定进行启停控制，在加/卸载的操作上可一致而自动的比例调节各级空调设备，快速地反应负载的变化，达到最佳化的能源管理。
5、精确可靠的控制实现
舒适的空调环境在于精确而可靠的控制实现，而正确的控制程序编程是其成功的要点。
WebCTRL系统的图形化编程工具——EIKON-LogicBuilder软件，创造了一个把复杂的程序设计简化了的环境，也免除了对复杂的计算机程序代码了解的必要性。
全方位及多功能的程序功能模块（Microblocks）库在编译出简易有层次性的控制程序上提供了很大的弹性，且控制程序可做完全的仿真测试。
使程序编成更具模块化、更直观、更不易出错。
6、组织化的功能管理及显示
WebCTRL系统具备强大及完善的功能如操作者管理、具有结构化的警报设定及管理、结构化的日程管理、群组管理、趋势图管理、设备状态及控制参数的管理、图形化程序的动态显示及独特的热敏楼层平面图等。
具备组织化的功能管理及显示，使这些功能可被更正确地使用，并增加判断的精确性，减少设备误操作，针对日常管理具备了其必要性及优越性。
（二）WebCTRL系统结构
我们考虑为本项目保留足够的技术先进性、开放性和升级能力，因此采用了开利公司最先进的基于开放国际标准BACnet技术的WebCTRL，结构示意如图6：
图6开放国际标准BACnet技术的WebCTRL示意图
整个项目楼宇内机电设备众多，楼宇自控设备分部广泛，我方采用分散控制的方式，为各个设备配置相应的现场控制设备，通过网络线将他们连接起来。
这种分布式集散控制方式的两层网络结构，管理层建立在以太网络上，采用BACnet/IP方式，控制层则采用BACnet/ARCnet156总线方式，支持对等通讯，并允许在线增减设备，其灵活的结构为系统实施和维护带来最大的便利。
管理层网络建立在以太网的物理链路中，通过标准TCP/IP通讯协议10/100Mbps高速通讯。
在管理层面上，主要设备即为BAS服务器（WebCTRLServer）、管理工作站（InternetExplorer）、现场便携终端、网关路由器等，以太网为它们提供了高速通讯，以及与其他第三方系统集成提供通道。
同时通过宽带接入可联接远程控制站或控制器网络通讯，提供远程网络诊断、维护服务。
控制层网络采用开放标准通讯协议BACnet运行于ARCnet156或MS/TP网络架构基础上，使用单对双绞线AWG22总线结构，通讯速度高达156Kbps，为大量的数据通讯提供了硬件条件。
通过中继设备，同时还支持自由拓扑结构，易于在网络中添加或减少设备，为组网实施和今后升级改造提供了最大的便利。
M/ME、SE、ZN及RC等系列直接数字控制器（DDC）接于此网络上支持对等（Peer-to-Peer）通讯模式。
在系统的两层结构中，无论是管理层还是控制层，均具有同层资源共享功能（PeertoPeer）。
在系统主机发生故障时，所有网关路由器仍保持通讯和数据的交换，而如果网关路由器掉线，其控制网络的全部现场控制器之间亦能保持点对点无主从的方式进行直接通讯，从而保障系统不间断的可靠运行。
另外，WebCTRL系统架构是面向IBMS集成的强大平台，本身为B/S架构，它可以提供BACnet/IP、OPC、ODBC、XML/SOAP等开放手段，可以完成向下读取消防、安防、照明、配电等系统的数据，将之汇总整合，提供整体化的管理平台。
四、智能楼宇监控系统的设计实例
某住宅小区一15层楼宇，一层3户，户型如图7所示：
图7设计实例图
（一）实例需求分析
1、每层楼设置两个监控点
2、楼宇门口安装高清摄像头进行全天录制
3、电梯内选择半球型摄像头
4、门禁系统采用指纹开锁系统
5、可视对讲机完成可视对讲系统
（二）设备原理
1、指纹门禁系统原理
图8设计实例图
（1）指纹的特征
指纹的纹路由脊线（Ridge）和谷线（Valleys）构成。
通常定义指纹的两类特征来进行指纹的识别：
总体特征和局部特征。
（2）指纹识别的性能指标
评价一个指纹识别系统的优劣，主要有以下几项指标：
①拒识率与误识率：
FRR又称拒真率，指将相同的指纹误认为是不同的指纹，而加以拒绝的出错概率。
②拒登率：
ERR是用来描述指纹设备的适应性，指指纹设备不能登录及处理的指纹的概率，其过高将会严重影响设备的使用范围。
③速度：
指纹识别系统的工作速度主要由采集时间、图像处理时间、比对时间和平均识别速度几项指标构成。
④“一对一”与“一对多”：
指纹识别系统有两种典型的工作方式：
认证和识别。
2、视频监控系统原理
该楼宇视频监控系统原理如图4.3所示，楼宇监控摄像头包括门禁摄像头、过道摄像头、电梯摄像头3种。
门禁采用高清摄像头进行全天候录制，电梯摄像头进行全天候监控，当电梯内有意外情况时管理员将电梯摄像头链接到录制状态，过道监控摄像头进行切换监控。
通过各个监控点的综合应用，完成楼宇的监控。
图9视频监控实例图
3、可视对讲系统原理
可视对讲实例图如图4.4所示，该可视对讲系统由门口机、控制器、住户机、管理机及门磁开关组成。
访客可以在门口机选择被访住户楼层及房号信息，住户听到来电时打开住户机，来访者图像信息随即显示在住户机上，住户可以选择开门与否。
当访客不在家时，来访者可以直接在门口机呼叫管理员。
该系统将自动记录时间及被呼叫住户信息。
图10可视对讲实例图
（三）设备的选择
1、指纹门禁系统设备的选择
项目产品
威尔迪AC2100指纹门禁
处理器
32BitRISCCPU32位处理器
指纹容量
3,000个指纹模板（1,500个指纹）
事件日志数量
30,000事件日志
支持卡类型
ID卡（EM/HID/MOTO/STAR等）IC卡（Mafare1）
指纹模板可以存储在卡上的非接触存储卡
操作模式
指纹、智能卡、智能卡+指纹
屏幕显示
128×64图形显示LCD
通讯接口
RS-485,RS-232,韦根输入和输出,USB
指纹传感器
500dpi光学传感器带活体指纹检测功能
指纹验证时间
<0.5秒
指纹匹配时间
<1秒
FRR拒真率/认假率FAR
0.1%/0.0001%
电源供应
直流电12V~24V
工作环境
-20~50°/低于90%RH（非冷凝）
外形尺寸
92.3（W）×170（H）×39.5（D）毫米
2、视频监控系统设备的选择
（1）禁高清摄像头的选择
PDB系列红外防水一体机
技术参数：
型号
PDB-N342S
PDB-N350S
PDB-N352S
传感器
1/3"SonySuperHADCCD
DSP型号
Sony
解析度
420 TV线
500 TV线
520 TV线
最低照度
0.8LUX F1.2
0.5LUX F1.2
0.5LUX F1.2
扫描频率
PAL：
625lines,50fields/sec
有效像素
537（H）x597（V）
795（H）x596（V）
795（H）x596（V）
电子快门
1/50~1/120,000秒
同步模式
内同步
白平衡
ATW/AWCswitchable
增益控制
AGCON/OFFswitchable
背光补偿
ON/OFFswitchable
信噪比
48dB（AGC开）
伽玛校正
0.45
视频输出
Composite1.0Vp-pat75ohm
音频输出
镜头规格
BoardLensmount1
工作温度
-10to50ºC
工作湿度
within85%RH
工作电源
DC12V±1V/180mA
重量
0.54KG
（2）监控点1、2设备选择
枪式摄像头（品牌：
维视Veise型号：
DF-2012）
型号
DF-2012
影像传感器
1/3"LGB/WCCD
清晰度
420TV线
像素
NTSC：
510（H）×494（V）；
PAL：
500（H）×582（V）
扫描方式
NTSC：
525Lines,60Field/Sec；
PAL：
625Lines50Field/Sec
同步方式
内同步
伽玛校正
0.45
视频输出
1.0Vp-p75欧姆
信噪比
≥48dB（AGCOff）
电子快门
On：
NTSC：
1/60-1/100,000Sec
PAL：
1/50,1/100,000Sec
Off：
NTSC：
1/60SecPAL：
1/50Sec
光圈驱动方式
视频/直流
操作温/湿度
-10℃～+50℃RH95%Max
存储温/湿度
-20℃～+60℃RH95%Max
增益控制
自动
镜头
C/CSLens
白平衡
自动
最低照度
1Lux（F:
2.0）
背光补偿
开/关
电源
DC12V±10%400mA
尺寸
55（W）x110（D）x50（H）mm
净重
450克
（3）电梯内摄像头的选择
型号USC-BS06-02
影响传感器1/3"Sony Super HAD CCD
像素PAL：
752（H）×582（V）
NTSC：
768（H）×494（V）
水平解析度480TVL
最低照度0.5 Lux
信号制式PAL/NTSC
扫描方式2：
1隔行扫描
信噪比≧50dB
扫描系统2：
1Interlace
伽马校正0.45
自动白平衡自动
自动增益控制自动
曝光模式电子曝光EE
同步方式内同步
电子快门1/50（1/60）—1/100,000 sec.
电源DC 12V
功耗2W
工作温度-20°C~+60°C
净重590g
3、可视对讲系统设备的选择
（1）主机的选择
DF2000AT/5系列豪华不锈钢主机用来安装在各单元出入口，主要完成与本单元楼上分机的通讯和控制单元门电锁的开启，与HY-2000系列门口主机控制器连接使用，通过主机控制器实现联网，同时在分机与管理机、分机与分机的通讯过程中又起到中转的作用。
可内置读卡器,可方便实现刷卡开锁和小区一卡通。
技术参数：
◇数码管显示：
4位静态
◇呼叫号码：
4位
◇通话时限：
60秒
◇工作电压：
DC13V±5%
◇环境湿度：
45%～95%
◇环境温度：
-30℃～+55℃
◇摄像头工作电流：
230±20mA
◇摄像头：
1/3″CCD摄像头
◇清晰度：
380电视线
◇扫描频率：
15625Hz 50Hz
◇最低照度：
0.2Lux
◇视频输出：
1Vp-p75Ω
◇音频输出不失真功率：
≥100mW
◇频率响应：
300～3400Hz±3dB
◇主机工作电流：
静态150mA；动态650mA（含摄像头）
◇安装开口尺寸：
395×156×35mm（长×宽×厚）
（2）住户机的选择
10.1寸数字屏；配备数字摄像头；双色功能按键；精密喇叭网纹；标准USB接口；全中文菜单，触摸操作；
2）管理机的选择
DF2000-2系列铝款管理机采用液晶点阵全中文显示：
技术参数：
◇显示：
液晶16点阵繁体中文显示
◇存贮容量：
500条报警信息
◇报警警笛时间：
不少于5分钟
◇管理楼栋数：
99栋（6位系统中）
◇接收边界报警的个数：
99个
◇系统编码位数：
6位/8位
◇连接分机数量：
99×99×99台
◇系统总线：
4线
◇显示器：
4＂黑白/液晶彩色显示器
◇视频信号：
1Vp-p75Ω
◇音频输出不失真功率：
＞5mW
◇频率响应：
300～3400KHz±3dB
◇工作电压：
DC13V±5%
◇工作电流：
＜600mA（含显示器）
◇环境温度：
-10℃～55℃
◇环境湿度：
45%～95%
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