水泥加工厂视频监控方案.docx
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水泥加工厂视频监控方案
水泥加工厂
视频监控解决方案
成都华迈通信技术有限公司
2013-12
版权声明
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第一章、概述
1.项目背景
随着21世纪的到来，特别是近年来现代高科技和信息技术（IT）正在由传统工厂走向智能化工厂，进而走进各地大厂区，国家也将建设智能化工厂列入国家重点的发展方向，因此也就必然促使智能化技术在智能化工厂建设方面的发展。
近年来，随着我国经济的迅速发展，工厂现代化智能化水平有了显著的提高，尤其是老工业基地的发展环境不断改善，人们在解决了生产问题后，日益关心的是生产是否安全，人们在工业生产时，安全性是考察工厂管理水平是否完善的一个重要条件。
尤其是那些重点区域安全死角等，往往是安全生产容易发生重大事故的地方，近年来由于经济发展工厂建设生产规模不断扩大，为了更好解决生活与生产安全的问题以及环境保护等问题，靠工厂员工规范以及保安等人防为主的防范措施已满足不了人们的要求。
利用安全防范技术进行安全防范首先对安全隐患容易发生的地方实施全方位24小时实时安全监控，将安全隐患扼杀在萌芽状态。
如工厂的安防系统、门窗的开关报警器能及重点区域气体泄露报警探测等可以及时准去的确定安全隐患发生的时间地点及危害程度可以及时的采取相应的措施。
以保护工厂员工的人身财产安全。
工厂网络视频监控系统对生产线、无人值守区域、原料区成品区装车出库区、排污口、各主要路口、重点区域气体检测等进行全方位的监控，系统具有电视上墙图形自动切换功能、定点显示功能和多画面显示功能，系统可用长时间录相机录制所有图像以观看或备查。
为了满足市场产品需求,监控产品从最初的模拟黑白、模拟彩色、模拟高清到今天也迈入百万高清全数字系列，百万高清全数字系列产品从根本上改变原来模拟高清监控产品所存在的缺陷和管理平台的不足，更多的在成本的控制及系统的结构上为用户进行简化，整个系统简单明了，用户可以在维修、维护上省时省力，每台摄像机就相当一台数码照相机，接上电脑靠软件就可以对图像进行处理，住宅小区的智能管理是利用现代建筑技术及现代计算机、通信、控制等高新技术，把物业管理、安全防范、信息服务（远程监控、远程管理）等系统集成在一起，并通过传输网络接驳至监控管理中心，为业主提供一个安全、舒适、便利的现代生活环境。
2.项目简介
本水泥厂座落于西安市长安区，总占地300万平方米，目前已建设区域近150万平方米，建筑面积已达230万平方米，入住人口超过1万人。
精益求精、追求完满的工厂领导注意到：
视频监控管理系统作为工厂安全防范管理系统的核心组成部分，其技术的先进性、操作使用的简便性以及系统的稳定性，直接关系到是否能为安全生产营造一个安全、舒适、祥和的生活环境。
因此，从系统应用的实际需求出发，在综合比较分析国内监控市场上各种监控模式及解决方案的基础上，工厂相关部门主管领导决定在工厂视频监控系统中采用基于工厂局域网络的全数字高清网络视频监控管理系统。
3.项目目标
基于招标文件技术要求和设计原则，“视频监控系统”设计提出以下总体目标：
1）图像监控（包括电视墙）
2）全网内设备的远程状态监控及集中管理功能
3）海量资料存储及检索
4）全网内报警信息管理
5）语音对讲系统
6）报警与视频监控联动
第二章、系统设计
1.设计原则
为了满足系统的要求，达到对监控点进行全方位的监控以及对安防信息的及时反应，在一定范围内联动警示设备，通知有关人员做出反应，采取措施，并对相关设备进行集中监控、集中维护和集中管理。
网络视频监控系统设计遵循以下原则：
（1）标准化；
系统软件、硬件均采用标准化设计，提供开放的接口。
（2）先进性；
系统在国内率先采用平台式管理方式为核心的视频监控系统，采用专用视频压缩芯片，图像清晰，图像采用自主优化的H.264图像压缩方式，视频压缩效率高。
标准分辨率640×480像素，最高达1280×720像素，并可自定义。
带有音频接口，支持音视频同时传输监控。
（3）可靠性；
采用实时操作系统和专用的硬件结构，保证系统整体的稳定，尤其适合在无人、少人维护的环境中运行。
（4）经济性；
基于H.264压缩标准设计独有的视频编码算法，针对监控画面进行特别优化，以1M码流完成HD720p图像编码（市面其他高清网络摄像机至少3M）,有效地降低网络带宽压力和存储空间（硬盘个数）。
（5）扩展性；
系统采用网络接入方式，在扩展性上面体现出极大的优势。
当有监控点新增时，可以直接在新增点位“复制”原点位模式接入系统，并且增加的监控点位对后端管理不会存在影响。
（6）实用性；
系统支持用户的网络监控需求，可多用户多画面实时监控、远程控制、集中录像、可连接多种报警设备、报警可定时布防撤防等功能，完全满足用户的监控要求。
系统不仅仅是在监控室里面使用，更可以在网络上的电脑、手机上面使用观看。
基于网络化平台管理，解决了使用者的地域限制，给领导查看工作带来了极大的便利。
（7）灵活性；
系统组网灵活，适合在局域网、广域网和无线网络中使用；多个视频监控系统可以作为子系统组成更大的视频监控系统。
2.设计依据
《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000
《智能建筑工程质量验收规范》GB50339-2003
《建筑智能化系统工程实施及验收规范》DB32/366-99
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《中国人民共和国公共安全行业标准》GA/T70-94
《中国人民共和国公共安全行业标准》GA/T75-94
《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94
《安全防范系统验收细则》GA308-2001
《安全防范系统通用图形符号》GA/T74-2000
《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
《电子计算机场地通用规范》GB/T2887-2000
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《工业电视系统工程设计规范》GBJ115-87
《电视监控工程程序与要求》GA/T75-94
《民用闭路电视监控系统工程技术规范》GB50198-94
《中华人民共和国公安部行业标准》GA27-92
3.系统总体设计
3.1综述
本系统设计方案的技术要点、功能和产品选型均满足《建设项目技术规范书》，并依照系统建设的相关标准进行设计。
3.2硬件部分
本系统由前端摄像机、高清网络硬盘录像机（NVR）、应用客户端（电脑）、光口核心交换机、普通交换机、开关电源集中供电设备、UPS不间断电源等组成。
高清网络摄像机
针对监控场所的不同，选择红外网络高清枪机、红外网络高清高速球、红外高清半球，采用数字接入。
NVR
将前端所有高清网络摄像机音视频集中存储。
应用客户端
用于对监控系统的日常操作端，登陆管理服务器，获取相关设备信息，完成预览、控制、回放、接警、处警等操作。
显示设备
可由普通显示器、大屏幕液晶电视、拼接电视墙组成（按照需要选择），连接NVR，显示视频画面
3.3软件部分
由于监控系统组网结构日渐复杂，覆盖范围也变广，需要软件平台进行统一管理。
平台的物理载体是管理服务器、控制端（客户端软件）。
软件平台能实现设备管理、图像预览、云镜控制、录像及回放、用户及权限管理、接警处警等功能。
与其它系统融合（扩展功能，可选）
系统间融合通常包括门禁、报警、视频监控、中心指挥系统的相互融合。
据用户需求开放平台相应API函数接口，提供相关产品SDK开发包，以便用户根据需要进行系统间互联互通的开发工作。
4.系统详细设计
4.1需求分析
按照实际需求规划配置132台摄像机，厂房内人员生产线、无人值守区域（包括视频监控和气体泄漏探测联动报警），原料区、成品区、装车出库区、工厂排污区等重要地点进行视频图像监控。
1.对本期工程采用基于TCP/IP网络来实现对前端全数字化的高清网络视频集中监控、管理模式。
2.系统前端摄像机视频图像通过小区内部局域网实时传输至监控中心，传输及控制延迟时间低于一秒钟；
3.由于工厂内部局域网室外多模光纤为线路主干、超五类双绞线为分支的综合布线方案，虽整个系统实际需要传输的图像多达132路，但也能保证图像质量的稳定实时（即最低达到720P（1280*720）分辨率，25帧/秒/路的图像质量效果），每路数字化压缩后的图像所占用带宽不超过1M。
4.小区内部部分前端摄像机和监控中心距离较远，要完全避免因传输距离原因而出现视频信号衰减的问题，通过光纤传输即能最大程度地保障监控图像的稳定性和清晰度；通过对集中监控管理平台的二次开发即可实现集成与监控报警联动、周界、门禁等其它子系统联动报警功能。
5.系统监控中心通过电脑实现高度智能化控制管理，包括前端摄像机云台镜头控制图片抓拍、电子地图。
6.移动侦测断线自动重新录象等功能，提供实时、定时、报警触发、随时启停等多种录像模式以及对录像资料的智能化快速回放查询；
7.系统网内的主控管理电脑可以任意调用视频图像的录像资料，网络视频集中监控管理平台软件产品能够提供设备二次开发技术支持，以方便系统后期功能扩容；
4.2系统结构原理图
4.3前端图像采集
作为监控系统的视频源头，摄像机对整套监控系统起着至关重要的作用。
对摄像机的基本要求是：
图像清晰真实、适应复杂环境、安装调试简便。
1）图像真实清晰——摄像机种类很多，其本源是内部核心部件“图像传感器+数字处理芯片”，针对不同的行业有完全不同的优化方案。
比如：
广播电视系统的图像处理偏艳丽，这是符合观众的视觉需求。
相对而言，视频监控系统对图像的要求是真实还原，尤其是图像的色彩应与现场一致，比如：
人的肤色、衣着颜色、车辆颜色等。
其次，图像清晰度主要取决于图像传感器线数，线数越高，图像解析力越高，能获取更多的图像细节。
此外镜头倍数也将影响用户捕获图像的景深，广角取景能获取全景概况，长焦取景能获取人脸面部特征，因此，用户对图像要求与使用场景密切相关。
当然，在特殊场景下还需要特殊功能进行匹配，比如：
超低照度、逆光等等。
2）适应复杂环境——与硬盘录像机、交换机所处环境不同，摄像机一般都置于风吹日晒的环境下，天气变化都会影响摄像机的工作。
耐高温、抗雷击、防水防尘等应达到相关指标，摄像机应该能在恶劣环境下正常工作。
室外摄像机护罩内应该有加热、除湿等装置，防水防尘级别应该达到IP66，内部电路应该具备防浪涌保护设计。
3）安装调试简便——摄像机多安装于难以摘取的位置，因此使用过程中的再度调试是较麻烦的，增加维护成本。
比如：
摄像机安装倒像。
摄像机应该提供OSD操作菜单供用户远程调试及参数修改。
此外，建议为摄像机由UPS集中供电以保证电源洁净，防止串扰。
4.3.1摄像机点位配置
本系统包括监控点共132个。
其中包括32个红外室外网络高清枪机、20个网络高清半球、20个网络高清高速球、60个网络室内红外高清枪机。
本次设计所有网络高清高速球、网络半球机和网络枪机都采用红外设备，夜间不需要单独补光。
室外球机采用立杆方式安装和室内球机采用支架式安装，室外安装二合一网络防雷器进行防雷。
具体位置
使用器材
数量
排污口，无人值守重点区域
网络室外红外高清枪机
32支
水泥厂公共区域
网络高清高速球
20支
原料区，成品区，装车出库区
室内网络半球
20支
生产线
网络室内红外高清枪机
60支
合计
网络高清高速球
20支
网络室外红外高清枪机
32支
网络半球高清摄像机
20支
网络室内红外高清枪机
60支
4.3.2摄像机特点
高解析度、高色彩还原度
受PAL制扫描方式的限制，实际有效水平像素×垂直方向的水平扫描线＝1280*720/130万像素。
色彩还原度分为色调（决定色彩性质）和饱和度（决定色彩浓淡），与景物光照条件和色温密切相关。
我们的摄像机通过“自动电子快门”或者“自动光圈”来自动调节通光量以保证景物照度处于衡稳状态，通过“自动白平衡”来自动调节红、绿、蓝三基色信号电压（即色温）以保证图像不出现偏色现象。
真正的超低照度
我们的低照度摄像机采用1/3英寸低照度感光器，在过去微小镜片技术上进行改良，优化镜片形状全面提升光利用率，以物理方式提升感光度，信噪比提高。
而普通摄像机采用提高放大器放大倍数来提高感光度，会使噪声也提高，信噪比降低。
我们的超低照度摄像机采用1/3英寸低照度感光器，它能利用其它传感器未能有效利用的近红外线光，将感光范围从可见光扩大到近红外光，在黑暗环境下也可得到高亮度的图像，使感光器的灵敏度进一步提高，适应更低的照度环境。
同时在硅晶板深层中做光电变换时，漏电流SMEAR成分也可被收集到传感器内，噪声大幅降低，超低照度下图像的信噪比得以保证。
若用户的照度环境连星光级都达不到，应该采用红外摄像机。
我们提供的红外摄像枪机最远可达50米，高速球更能达到120米，第三代点阵式红外灯，灯使用寿命长达5年。
优化的背光补偿、超宽动态技术
开间监控环境中，摄像机的安装应尽量避免逆光装置，但某些情况下很难做到，为此我们提供两种解决逆光环境下解决办法。
普通要求下（比如：
道路监控），开启背光补偿功能。
常规背光补偿技术是对整体画面进行处理，虽然前景图像清晰可见，但是背景因曝光时间过长导致过渡曝光呈白茫茫一片。
防止背景图像出现过度曝光。
但画面整体感官有层次感，显得不够柔和，只能满足普通成像要求。
高要求下，建议使用超宽动态技术。
我们的超宽动态摄像机对同一副图像进行两次曝光，采用两组AGC电路分别对长时间曝光和短时间曝光的信号进行处理使其最佳化，再利用数字处理技术对两幅图像中质量较好的部分加以合成，形成一副整体质量更优的图像。
高可靠性
影响摄像机使用寿命的主要原因是高温。
我们的摄像机采用低功耗设计，机体功耗小于2W，适应的工作温度最高达60摄氏度，而电子器件能工作的最低温度达到-20摄氏度。
防水摄像机其防水等级为国际标准IP66，在恒定湿度测试下达到93%Rh，能适应绝大多数室外环境。
我们整机平均无故障时间达到20000小时。
便利安装调试
对高速球的基本要求除应具备摄像机的固有特征外，还符合：
图像平稳清楚、功能应用多样、安装使用便利。
1）图像平稳清楚——与固定摄像机不同，高速球在使用过程中会因转动而产生机械振动，要求高速球应该具备防抖功能，使图像不会在转动过程中产生抖动。
高速球的监控范围应是360°无盲区，并支持带限位功能提高有效性。
转动速度应该能适应变焦倍数，否则高倍变焦场景下，高速转动将无法捕获目标。
2）功能应用多样——从用户操作中统计，录像回放占据约80%的时间，因此用户实时操控高速球的时间并不多。
高速球自身应该具备一些辅助全景监控的功能，如设定多个预置点并配置巡航路径，高速球沿路径持续巡航。
若用户不需要巡航，但有一个最主要的监控点，高速球应在一段不受控时间之后自动恢复到该监控点。
若高速球以外断电，在重新上电后应该能恢复到断电前的状态，包括水平/垂直位置和镜头倍数。
3）安装使用便利——由于高速球安装位置多样，应该支持常见的安装方式，比如：
墙角装、柱装、吊装等等。
与摄像机类似，整机应该耐高温、抗雷击、防水防尘等。
4.3.2高速球特点
基于以太网控制，同时支持模拟接入
网络高速球配置了一个以太网口，可通过网络方式直接控制。
同时网络高速球也兼具模拟高速球的所有功能，可通过模拟方式进行控制。
IE图像浏览
内置WEB视频服务器，具备网络图像传输和控制功能。
精密电机、一体机芯
整机包含云台系统、摄像机系统、通讯系统和护罩。
采用精密微分步进电机实现高速球的准确快速的旋转、定位，受控灵敏、运转平稳、任何速度下图像无抖动。
采用优秀的一体机芯，核心是自动聚焦达到秒级。
主控CPU确保云台受控时能同步送出图像，并实现白平衡、快门、光圈、变焦、对焦等功能实现控制。
多角度操作、比例变倍、自动反转
我们在高速球设计时充分考虑如何提高用户的操控手感和人眼捕获图像的易接受性。
除了传统水平方向、垂直方向的运动以外，加入斜向运动，加快捕获目标的速度并将受跟踪目标始终保持在图像中部。
当处于变倍场景下对目标进行跟踪时，高速球的运动速度自动与倍数成反比，以防止过快运动丢失目标。
目标从高速球下方穿过，由于要实现无盲点监控，高速球将以秒内速度作水平翻转，以保证目标在画面中处于正立姿态。
自动巡航、守望功能
考虑到高速球多用于全景监控，在非人为控制时可选择自动巡航。
我们的高速球支持保存4条巡航路径，支持256个预置点，用户可根据需要随意调整预置点间的切换速度，每个预置点的停留时间可独立设定。
我们在设计时考虑开发模式路径，即高速球记忆用户的一段时间控制操作，此后按该操作进行巡航，因为该路径可能是用户比较重点关注的场景。
当然，某些场景的非受控监控是关注某个角度的场景，比如：
道路监控。
当高速球在非受控达设定时间时，比如30秒，高速球会自动归位至设定的预置点，亦可作用于自动巡航。
断电重启续传
作为高速球的另一个重要功能便是断电重启续传。
高速球遭遇意外断电，重新上电之后，自动连接监控软件管理客户端。
安装维护简单、鼠标操作
支持目前市面上壁装、墙角装、柱装、吊装、吸顶装、嵌入式安装等安装方式。
与摄像机一样，提供OSD功能菜单，供维护人员远程调试使用。
可靠性方面与摄像机基本相似。
在使用过程中，传统控制方式为键盘控制或鼠标点击图形按钮，而华迈的高速球支持鼠标对图像进行直接操作。
例如：
鼠标点击图像某一点，即可将该点移至屏幕中心；除此之外，包括鼠标拖动实现方向控制，场景放大缩小等等。
4.3.3高清摄像机
本项目推荐使用华迈百万高清网络摄像机（枪机、半球），具有以下优势：
多种高清画质
支持720p25帧全实时画质，输出码流为1M。
高清CMOS成像清晰，信噪比高。
高清镜头
与普通镜头不同，高清镜头的物理解析力可达到130万像素，确保图像传感器获得光信号是干洁的，无色散、无色串扰等。
高效的编码算法
基于H.264压缩标准设计独有的视频编码算法，针对监控画面进行特别优化，以1M码流完成HD720p图像编码（市面其他高清网络摄像机至少3M）。
支持变码流技术，确保长期运行时，平均码流将小于实际设定码流值，有效地降低网络带宽压力和存储空间。
报警输入输出
每部高清摄像机提供1路报警输入/输出接口，利于用户在某些需要的环境下就近接入报警信息点。
不依赖网络的条件下可联动报警点的本地报警输出。
也可借助监控网络将报警信息上传至监控平台，在平台上产生相关的联动。
4.4传输系统
传输系统包括模拟传输系统和数字传输网络。
前者指各监控点的摄像机与全数字工控主机之间的互联，由于IP监控的兴起，这部分的问题往往容易被忽视；后者指“网络摄像机——交换设备——监控中心”途径IP网络的传输过程。
本着提升监控系统水平的原则，以客观的角度阐述监控系统对传输系统的要求，以帮助用户充分利用现有设备、节约投资。
本系统全部采用数字网络传输系统。
随着联网监控需求的兴起，模拟系统联网的局限性凸显出来，基于IP网的联网监控成为主流趋势。
与模拟传输系统相比，IP网络受干扰的可能性较小，因此IP网综合布线在此不再累述，请参见工程商的综合布线文档。
下文将描述网络视频监控系统对网络提出的要求，以及部分与用户息息相关的网络技术对网络视频监控的影响。
带宽和吞吐量
对网络视频监控而言，带宽是最基本的要求，带宽表示运输数据的电路容量，通常以比特/秒来表示。
考虑IP包涉及包头包尾开销，按25%计算，单路720P画质按1024Kbps÷0.75=1.25Mbps预留带宽。
除带宽量化要求以外，IP网采用包交换的固有缺陷是逻辑链路、带宽争用，网络下载等业务占据大量网络带宽，网络流量突然增大导致关键数据无法及时传输，交换机的交换能力不能保障正常通讯，视频监控数据包大量丢失，视频图像出现马赛克、画面停顿。
我们建议用户将监控系统与业务系统物理隔离或者逻辑隔离，交换设备应具备带宽管理等QoS策略，确保为监控系统提供可靠的网络链路和带宽。
可避免突发流量导致的监控画面失真、设备掉线、马赛克画面、响应迟缓、帧丢失等等。
但是用户似乎忽视了一个问题，在带宽保证的前提下，传输质量不一定就高，根源就是交换设备的吞吐量，指单位时间内无错误传送的数据量，单位是分组/秒（pps）。
典型模型如下：
实际测试环境下，当负载超过容量（带宽）时，吞吐量下降，TCP包重传次数加大，网络节点出现拥塞，丢包率上升，恶性循环，因此在选择交换设备时，吞吐量依旧是一个需要注意的参数。
网络延迟和时间抖动
数据包延迟不一致，将导致图像与声音不同步。
而数据流的包丢失和包失序将导致图像与声音抖动。
当丢包率为1%时，图像可能出现“发虚”现象，声音开始出现停顿；当达到2%~3%丢包率时或200ms的时间抖动将导致视频信号无法传输。
上述问题是用户在使用过程经常受困的，造成“延迟”的因素有：
设备延迟：
编码设备的编码延迟、交换设备的交换延迟、解码设备的解码延迟。
发送延迟：
编码设备将数字数据放到传输线上的所需时间。
传播延迟：
信号在电缆或光纤中传输延迟，其传输速度约为真空中传播速度的2/3。
可以看出，仅仅标称某一部分的延迟很小并不能完全决定整体延迟，因此，我们愿意配合用户调节编码延迟、解码延迟，而用户自身应注意交换设备及交换链路的延迟。
但减小延迟在网络拥塞时将损失视频流畅性，因而建议用户根据自身具体使用要求进行多方面同步调节，以达到理想要求，迷信“优秀的网络设备无所不能”并非可选之举，实事求是的态度和为用户着想的理念更容易赢得尊重。
网络设计及规划
一个良好的网络设计和长期规划将对持续的视频监控系统产生深远影响。
网络至下而上建设应该是具备层次化的，能清晰明了地辨别接入层设备、会聚层设备、核心层设备。
网络平面应该是折叠式的，分支与分支之间的建设是相同的，以便维护人员到任何一个点都能迅速开展配置维护工作。
网络核心层部分应该是具备冗余的，以防止断链后服务器停止响应。
出于安全考虑，网络设计是应该没有后门的，以防止恶意侵袭。
网络规模是可扩展的，新入设备只影响与其挂接的交换设备，规模扩展至2~3倍，核心设备是无需变更的。
网传性能
我们建议用户选用STP屏蔽双绞线连接交换设备。
随着视频监控网络化的日益广泛，我们在不断革新网络传输性能，并且研发工程师还在不断优化视频传输码流，我们的应对策略是：
本次方案中，因摄像机点位分散，NVR本地录像性价比太低，依仗华迈产品独有的编码技术，码流仅为其他厂家的30%，网络带宽完全没有压力，故将NVR设置在监控中心，降低成本并方便管理。
选择这样的策略是出于现阶段录像对监控系统重要性是首要的，而且我们相信用户能很好的接受这样的策略。
4.5监控中心
监控中心作为整个系统的核心，担负着整个系统的协调、监管职责。
只有保证总监控中心内所有的设备7*24小时不间断运行，才可以保证网络视频监控系统的质量，也同时可以用户建立网络化视频监控的需要。
具体配置参考3.2硬件部分，3.3软件部分。
数量等可以根据需求详细描述
4.5.1存储系统
本方案中存储系统采用多台NVR集中监控存储系统。
4.5.1．1存储容量计算
通过存储卡进行视频文件存储，因存储卡的耐用时间不长，建议使
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