根据科学家预测，随着温室效应不断加剧，到本世纪末，全球升温范围将在1.1℃度到6.4℃度之间。从最新的温室气体排放速度看，地球气候已经朝着升温6℃到7℃的方向发展，大大超出了升温2℃的地球生态警戒线，似乎在宣告地球正处在毁灭性气候混乱状态的边缘。为此，全球各国正在一同联手致力于节能减排。大量二氧化碳的排放，是造成极端天气的元凶;而电能的消耗，则是二氧化碳排放的主要诱因，因此有效地节约电能，就可以减少二氧化碳的排放，是保护环境的必要措施。据不完全统计，目前国内建有约200多万个各类风险等级的安防系统，每年新建和改建的各类安防系统超过了几十万个，全国现拥有数千家报警运营服务企业，入网总用户达数百万户。监控系统数量规模之大，能耗点位之多，对安防系统节能建设提出了新的需求。根据《中国安防行业“十二五”发展规划》的参考数据，2015年行业总产值将达到5000亿元。按20%的年复合增长率估算，视频监控系统产值将突破1000亿元，占安防电子系统的份额超过50%，成为其规模最大且最具增长潜力的细分领域。迅速发展的安防行业，其能耗对气候和环境的影响将越来越明显。

　　建设安防监控系统的目的是准确记录监控场景，及时准确地报告所监控区域内的异常事件，确保被监控场所内的人、财、物的安全。从设计角度来看，优先考虑的是检测准确、图像清晰、报警无误、存储及传输可靠。节能环保所考虑的是社会和经济效益，通过一系列措施来实现节能环保，从而带来可观的经济效益和社会效益。

　　节能环保的建设目标对安防监控产品及其系统提出更高的要求。如电子元件和芯片的低功耗指标、电源转换效率、算法的运算量等;对安防工程实施，如布线方式、辅材、供电方式等提出新的要求。

　　中国安防行业“十二五”发展规划中指出，我国安防产业将坚持走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型产业集约化发展道路，把增长方式转变到速度与结构、质量、效益相统一的增长方式上来，实现节约发展、低碳发展和可持续发展。

　　安防行业第一次将“节能环保”写入五年发展规划，足以证明“节能环保”势在必行。政府大力推动和扶持环保节能产业发展，使得处于迅速发展阶段的安防行业遇到前所未有的机遇和挑战。在国务院印发的《“十二五”节能减排综合性工作方案》中重点提出了推行政府绿色采购，逐步提高节能环保产品的比重。随着安防应用在金融、能源、交通、政府等领域不断深入，对于背靠“平安建设”成长起来的安防企业来说，能够提供节能环保型的安防产品和安防工程的企业必将受到重视，会获得长远发展的机遇。那么，节能环保会给安防视频监控企业带来哪些机遇和挑战?现代安防视频监控行业又如何去实现节能环保的目标?如何实现将节能环保和建设新型安防监控系统有机结合起来?等等是本文尝试探讨的问题。

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　　节能需求促进新商机

　　从辩证角度来看，节能环保不仅对安防视频监控系统提出了高要求，可能会增加成本，同时也会给监控系统带来新的技术革新和新的商机。当前的安防视频监控系统正在从传统的模拟视频向数字化、高清化、智能化的视频监控系统发展。安防视频监控系统包括摄像机、安防传感器、传输设备、存储设备、解码器、显示设备、服务器，安装工程及运维服务等。传统的视频监控系统以模拟摄像机为监控探头，模拟视频通过同轴电缆传输至DVR存储，需要经过编码及存储等环节，对传输介质的要求较高，传输距离有限。传统的视频监控系统要实现节能环保目标，其技术上会遇到如下挑战：(1)模拟摄像机如采用多颗大功率红外LED，其效率低。(2)每个摄像机要求提供视频和电源两对电缆线，视频信号易受噪声干扰，传输距离短，须配置视频分配器、编码器或DVR设备等。(3)模拟摄像机不具备视频智能分析功能，对视频信号没有选择性，模拟信号全部传送给编码器或DVR处理，导致运算量和存储量的资源浪费。传统模拟监控系统在能量损耗和材料损耗方面都存在较大问题，不符合节能环保的要求。近十年来，安防技术迅猛发展，新技术不断涌现，不断出现的低功耗芯片和应用方案、高效的视频处理算法、EPON等无源传输技术、以及新材料、新工艺的应用使得新一代视频产品更好地满足节能环保要求。日益普及的云技术也是帮助实现节能环保的利器，云服务供应商提供较高级的IT设备方案，如虚拟化技术、服务器、大型存储硬件等，让多家客户一同共享使用。安防监控中心的数据中心通常依赖于独立的机房、独立的服务器和储存设备等，如利用云服务供应商的数据中心，能减少硬件配件、降低管理资源，一方面节省了设备开支，另一方面有利于降低空调、服务器等带来的能耗和材料消耗。节能环保对视频监控系统提出更高的要求，迫使企业向数字高清、智能化监控系统转型。对掌握核心技术的安防企业而言，无疑是个巨大的商机。

　　新技术推动节能环保

　　节能从“芯”开始

　　技术革新为安防监控系统降低能耗、提升效率奠定了可靠的基础。作为安防产品的核心，安防芯片及其应用架构是影响安防产品功耗的关键因素。安防芯片按功能可分为三类，(1)DVR/NVR芯片，比如海思半导体的Hi3515，Hi3520应用于嵌入式DVR产品和嵌入式NVR产品，这类芯片是市场规模最大的一类芯片，占据了主压缩芯片数量的60%左右;(2)IPC芯片，应用于网络摄像机产品，侧重于高清压缩、智能化和ISP处理;(3)其它辅助芯片，用于智能化和ISP业务，以DSP和FPGA为主，主要用于模拟摄像机和智能分析产品。芯片及系统架构的技术进步不仅带动了摄像机、存储设备、服务器等性能的大幅提升，也大幅降低了设备功耗及减小了设备的尺寸。以海思DVR芯片Hi3520 和Hi3520A为例，Hi3520是去年的DVR主流芯片，其CPU内核是ARM 1176，工作频率可达600MHz，其实时编码或解码的总性能达到 8路D1，768 pin的FPGA封装，面积为 27mm x 27 mm; Hi3520A的内核是ARM CortexA9，最大频率可达930MHz,实时编解码性能与3520相当，并集成了智能分析加速引擎，可支持运动侦测、视频诊断等智能分析应用，芯片自带两个SATA接口，支持DDR3接口，尺寸为 19mm x 19 mm。ARM Cortex-A9处理器是首款结合了Cortex应用级架构和用于可扩展性能的多处理能力的ARM处理器，在不到ARM11一半功耗的情况下，可提高基于ARM11处理器多达至三倍的性能增益。相比Hi3520的DVR方案，基于Hi3520A芯片的DVR在功耗、集成度、电路板面积等指标上都具有优势。上方的Hi3520A主板面积比Hi3520主板缩减了1/3，不仅实现了节能和节省材料的目的，成本上也更具优势。

　　传感器对监控探头节能功不可没

　　CMOS摄像机尤其是CMOS高清网络摄像机市场份额的提升，不仅大幅降低摄像机价格，有助于普及网络摄像机，而且摄像机的功耗和体积也不断减小，更有利于节能环保。影响摄像机功耗的主要因素有光学模组、微处理器芯片、补光组件等。光学模组按成像原理分为CCD和CMOS两类。CCD与CMOS光电转换的原理相同，主要的差别在于信号的读出过程不同;由于CCD仅有一个(或少数几个)输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好;而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，独立进行电荷-电压的转换，其输出信号的一致性较差。CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像素元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，因此CMOS芯片功耗比CCD要低许多。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这是CMOS相对CCD的固有劣势。由于CMOS相对较低的制造成本和其先天的技术可塑性，新的CMOS器件不断推陈出新，高动态范围CMOS器件业已出现，消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要，使摄像机接近且超过CCD的成像质量。相对于CCD，CMOS展现出蓬勃的活力，其市场份额不断提升。以模拟摄像机为例，镁光139芯片与索尼同清晰度芯片的对比应用，清晰度和色彩还原度并无明显差异，但芯片价格及功耗却低了不少。2012年秋季，镁光139芯片强势进入国内CMOS摄像机领域，短时间内便占据了半壁江山。镁光139芯片的上市，这让原本遭受PC1089 CMOS市场冲击的CCD压力倍增，CMOS大行其道，导致CCD厂家大量减产。

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　　补光技术让能耗“绿”起来

　　摄像机补光光源是前端摄像机主要的能耗点，采取新型的LED光源可以有效提高夜视摄像机的能源效率。在夜视监控领域，如果不采取补光配合监控，监控画面的效果会完全得不到保障，这样那就失去了监控的意义。目前较为主流的做法是采用红外补光，即采用大功率的红外LED光源(俗称“点阵式红外灯”)或者采用激光光源进行同步补光，使得画面的清晰度和亮度得到保证。近几年，红外高清球机和激光球机的普及，极大改善了过去球机在夜间超低照度环境下看不清的应用问题，许多高速球厂商也不遗余力地大量推出红外高清球机产品。目前大量使用的红外LED补光技术已经历了三代发展，在红外补光能量转换效率以及使用寿命上，取得显著进展。第三代点阵式红外灯光源，采用特殊的封装技术将光源18个月内的光衰控制在10%以内，电光转化效能较第一代、第二代使用的三元晶片高出50%以上，降低了功耗，使用寿命是激光红外与传统红外的5倍以上，散热性能良好。第三代“点阵式红外光源”出色地解决了第一代传统红外LED和第二代阵列式红外灯热量过大和亮度不足的问题，避免了传统红外LED灯在使用三个月后便出现光衰减的现象产生，而且大幅缩小了产品的体积。在相同发光功率下，单颗点阵式红外光源相当于40颗传统∮8 LED灯的光亮度，其发光功率好比传统红外LED灯的5倍光亮度。第三代红外光源既有第二代体积小，散热处理好，寿命长的优势，又解决了因偏心现象而不够亮的缺点，价格更接近或低于传统LED。目前主流的高清摄像机基本都采用了第三代红外补光技术，如宇视的HIC24系列高清红外一体机筒型网络摄像机，采用第三代点阵式红外LED方案，相比传统方案体积缩小，散热加快，使用寿命超过6万小时。

　　共享运维更利于节能

　　存储设备是影响监控系统成本的关键因素，也是监控系统中主要的能耗节点。普通PC硬盘的运行功耗一般为14.5瓦左右，监控专用硬盘的运行功耗一般为8瓦左右，在数字硬盘录像机中，如果安装8片硬盘，那普通PC硬盘的运行总功耗为14.5W×8=116W，DVR专用硬盘的运行总功耗为8W×8=64W。DVR专用硬盘运行功耗仅相当于普通PC硬盘功耗55%，低的运行功耗不仅对电源系统有重要意义，而且对数字硬盘录像机系统的散热也有重要的意义，运行功耗中大概75%会转变为热能。如果采用普通PC硬盘，在数字硬盘录像机这么小的空间内有这么高的发热源，为了保障合理的硬盘工作温度(0～60℃)，必须对硬盘系统进行有效的散热。作为高清网络监控的存储介质，采用硬盘数量多，存储工作压力较大，选择监控专用硬盘可以有效降低能耗并提升设备可靠性能。对于中小型规模的监控应用，DVR其主选的存储设备还是DVR/NVR，对于大型的监控系统，目前运用最广的是SAN存储，发展方向将会是基于云存储架构的高清海量视频监控系统。云技术能带给用户应用上的方便性，无可估计的计算能力和海量的存储能力，云技术可以极大地降低网络高清视频监控在部署过程中的成本，包括管理成本、维护成本和运营成本，其中运营成本就包括能耗和租用空间的费用。高清监控需要传输带宽更大、容量要求更高，监控存储服务器产品必须具备更高的容量和性能;存储技术需要与监控应用更紧密的结合，能够针对特定的应用进行设计。

　　高清海量存储部署的背后必然是大量的能源消耗、高昂的使用成本，从节能环保角度考虑，大型监控存储系统的低功耗设计必然是重点之一。 云存储系统采用分布式可扩展的系统结构，选用超低功耗存储服务器，集中供电、集中散热，可以实现系统超高密度和超低功耗的优化。通过存储云中多台服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，提高了系统的可靠性、可用性和存取效率。如南京云创开发的基于Intel Atom的64位低功耗硬件存储平台，可提供总存储容量高达1824TB，单存储节点峰值功耗低于0.15KW，比传统云存储产品节能3倍，其空间密度和能耗指标远胜于传统存储产品。云技术将从信息处理、存储、发布等方面给视频监控系统带来一场新的技术变革，为建设节能环保型的新型视频监控系统提供了坚实的技术基础。

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　　节能之路，源远流长

　　安防系统的节能环保主要体现在两个方面，一是产品的低功耗，二是系统部署服务过程中的低材料消耗和低环境污染。从市场规模来说，安防服务略大于安防产品，安防服务包括集成方案设计、安防工程实施、运行维护等。安防服务中除安防监控产品设计和部署外，与节能环保直接相关的还有电源、空调、机房新风、灯光照明等。对于电源的建议，尽可能选择集中供电模式，在配电柜端选用高效率的电源适配模块和良好的散热方案。对于网络摄像机，尽量通过PoE供电，不仅节省一对电源电缆，更有利的是节省电能。有实验数据表明，在25Ω的电缆上进行电能传输时，PoE技术在同步的四对线中使用同IEEE802.3at兼容技术可以将传输效率提升至94%。在IEEE802.3at-2009Type2系统的24端口(每端口传输功率达25.5W)中，能够有超过50W的电能得到节省。对于机房环境维护，改变原来要求空调长期可靠不间断地工作来维持机房内室温的方法，安装节能通风过滤系统，通过检测室内外的温湿度的变化，利用室外低温空气给机房设备散热，动态控制空调的运行来达到节能目的，并大幅度降低电能消耗和运行成本，延长空调使用寿命。

　　与安防视频监控系统密切相关的还有照明系统，统计数据表明，在电能消耗上，照明能耗占到整个建筑电量能耗的25%~35%。选择LED光源照明，根据不同时间不同环境的光照度对光源进行合理管理，就能够实现节能。对原有模拟监控系统改造升级为高清数字监控系统中，原监控系统已在建筑物内敷设了大量的同轴电缆、控制线和电源线，进行二次布线组建网络十分困难。有些情况下，这些线缆还远未到使用寿命，考虑到二次利用这些大量的铜材，缩短项目的建设周期、减少建设成本以及人员成本，特别是考虑到节能减排和减少环境污染，可以选择通过模拟电缆来传输高清视频信号的方案。可供选择的有HD-SDI、同轴电缆安全链路(SLOC)和大华的HDCVI方案。

　　我国政府大力推动和扶持节能环保产业发展，使得处于迅速发展阶段的安防行业节能创新得到了前所未有的机遇。现代安防产业正在不断地增加对节能降耗技术和产品的研发投入，并已在很多应用中开始了对节能环保型安防产品和安防工程的实践。安防企业无论是产品供应商、系统集成商、还是工程商和客户，都可以通过技术创新、方案革新、工程和运维优化等方式逐步达成节能环保目标，为创建人类美好的未来做出一份贡献。