跨校区多模式混合制校园视频监控系统的设计 - 安防知识网

随着科技的发展和人才的培养，学校的规模也正在逐渐的扩大。同时，校园的不安全因素也在时刻困扰着教师及学生。因此加强学校的安全防范意识逐渐成为当前的重要课题。

“跨校区多模式混合制校园视频监控系统”是一种“以实用为基础，集教学、训练和创新活动为一体”的系统，除了能够将两个地理位置相距甚远的校区组成一个整体的视频监控系统，保证校区的技术防范外；还为“安全防范系统”及其相关课程的教学、培训和科研创新提供全新的孵化器类的环境。

问题的提出
随着国家高等教育的扩大招生，各高等院校相继扩大校园或合并其它院校，使得许多学校具有多个校区，从而使得学校的安全防范问题更加严峻。并且，由于平安城市建设的需要，也必须将校区安全防范纳入城市安全防范体系之中，以作为和谐社会建设的一个重要组成部分。

本学院的两个校区分别位于市区的两个城郊镇，地处城乡结合部，其中一个校区与居民区互相参杂没有形成独立的封闭的校园区，时有治安案件发生。因此，必须对全部室外公共活动场所、校区主要交通信道、建筑物内重要部位及防护场所等实施防盗报警、视频监控、定时巡更等技术防范措施以提高校园的安全性。

按照学校的要求，该系统要建设成实用与实训相结合的项目。平时学校的保卫处使用该系统进行学校的校区安防视频监控；另一方面还可以用于分属两个校区的智能物业管理专业和楼宇智能化工程技术专业的实训。

由于上述的需要，建立本系统能够为这两个专业的教师提供设计实训内容的软件和硬件环境；同时，还能够为这两个专业开展一体化教学研究，以及教学改革与课程设计提供一个优越的平台和环境。此外，两个专业的教师还可以根据这个软硬件环境和平台，开展一些视频监控系统组成以及元器件与部件的研究、创新的环境和支持。

方案规划设计思路
根据学校的要求，跨校区多模式混合制校园视频监控系统必须在每个校区都分别设有用于实用的监控中心和用于实训和研究的管理中心。为了达到这种设计要求，我们使用了下列方法。

1.分布式控制
为满足学校两个校区在地理位置上的分布式监控需求，建立的两个校区的管理中心和监控中心组成的网络系统必须是分布式结构的，监控内的用户向监控系统的资源提出控制要求时，能够依据系统设置的权限，进行资源分配。

2.集中网络管理
系统内所有视频管理主机，都在网络视频管理平台系统的管理之下，地理上都可以在不同地方，但必须使用软件实现远程诊断和管理。配置的软件采用Windows操作平台和图形界面，使用中文的菜单和在线帮助，方便用户操作和阅读。

3.图像数字化压缩传输
将图像数字化，以便可以直接在各种现存网络上运行，在远程及主干传输上，不像传统的监控系统需要专门布线建立专门的传输信道。经过数字化压缩后，每一路图像占用的带宽比模拟视频要小得多，可以更加充分地利用现有带宽。此外，必要时还可以直接利用各种图像处理软件对图像进行加工，转存和处理。

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4.大容量实时直播
在有限网络资源环境下，多个用户可同时在线观看系统内任意网点的实时视频资料。在有权限的情况下，一个校区的管理人员可以调出另一个校区的某个监控点位的实时图像；一个校区的管理人员也可以将某个监控点位的图像送到另一个校区。

5.操作方式灵活简便
因为采用网络传输视频图像，同时因为图像数据的海量趋势，必须让系统授权用户可以直接在电脑上利用图形化界面软件对各设备进行操作。特别是需要进行各种控制和处理，这就要求操作界面必须使对视频监控系统的各项操作更加简单易行。这种操作可以在监控中心利用控制键盘进行，也可以在管理中心进行操作管理。

6.分布式大容量存储
由于地理的分布、数据的海量，要求系统的录像存储设备可分布在不同地点的不同设备上（客户端主机、集中录像服务器），确保资料的完整保存。有权限的用户可以按照时间、视频源、告警联动等等条件检索录像资料；或者自定义条件，进行检索录像资料。因此，采用数字化的录像做到“所看即所录”，使得回放清晰度和实时调看时完全一样，录像资料的可利用性高。

7.系统结构灵活
由于计算机网络的拓扑结构是灵活多样的，因此基于网络的视频也同样具备结构灵活的特点。不再像传统的视频监控系统那样，必须设定成星型拓扑。在网络的任何一个节点上都可以随意的增加视频工作站和服务器，对模拟信号进行汇聚。而增加一个分控不再需要像传统的监控系统一样需要重新布线，只需要在网络所遍及的地方相关的电脑上安装软件即可实现对前端图像的调阅和控制。

8.易于和其它系统集成
数字化后的图像可以直接在电脑上操作和管理，可以通过软件接口很方便的和其它相应系统集成。形成各种联动。

系统组织与结构设计
根据校区的分布和建筑物的布局，在设计时将学院分为两个校区管理分中心，采用两种控制管理区域类型。

1.摄像点的设备配置主要原则
·完成校区监控而不是建筑内监控，也就是说所有建筑的外部轮廓都要求处在摄像机的监控之下，所有建筑的进出口也要处于摄像机的监控之下；
·建筑中的主要入口有选择地设置固定焦距半球式摄像机或一体化快球；
·在建筑外墙上设置云台摄像机或者全方位一体化快球对宿舍形成立体化外围交叉监控以防止治安案件的发生；
·对于从建筑上看去的死角，远离建筑外墙设置云台摄像机或者全方位一体化快球对建筑物形成立体化外围交叉监控以防止治安案件的发生；
·其它容易发生治安案件的地点设置固定焦距半球式摄像机。其中重点地区包括：南关岭校区的汽车实训楼、保密室。夏家河子校区的三产实训楼、保密室、网络中心等。

2.总摄像机点数
经统计，南关岭校区的监控点数为45个；其中，低照度摄像机7台，半球摄像机24台，云台摄像机4台，一体化快球摄像机12台。夏家河子校区的监控点数为62台；其中，低照度摄像机2台，半球摄像机20台，云台摄像机7台，一体化快球33台。同时，为了满足：“以实用为基础，集教学、训练和创新活动为一体”这个主题。在体育馆的2点，采用全数字式 IP 摄像头。

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3.系统的组成
·整个系统由两个各自独立的子系统加上一个集中监控系统组成。各自独立的子系统（二级监控系统）由前端图像采集部分、二级传输部分、二级控制部分组成；集中监控系统（一级监控系统）由一级传输部分和一级控制部分组成。该系统组成后，一级监控系统的监控中心可以接入2个二级监控系统，并监控这两个子系统；
·该系统的两个各自独立的子系统设置一个分控中心和一个监控室。南关岭校区监控系统的分控中心设在南关岭校区的实训楼楼宇智能化实训室，监控室设在门卫室安放电视幕墙和操作键盘及全部主设备。夏家河子校区监控系统的分控中心设在夏家河子校区新建实训楼三楼的物业管理实训室，监控室设在接待中心安放电视幕墙和操作键盘及全部主设备；
·各个分控中心和监控室可以给予不同的权限，可以通过分控控制台实现全部或部分的功能操作，如控制、显示、启动报警、启动录像等等；
·该系统总控中心设置在夏家河子校区，作为该系统的一个集中监控管理中心，安装管理服务器和流媒体服务器，以及监控软件。可以通过总控控制台实现全部的功能操作，如控制、显示、启动报警、启动录像等等。

4.系统的结构
南关岭校区监控系统采用传统模拟视频监控系统，即矩阵主机+数字录像机的方式。将各个大楼的所有摄像机通过模拟信号基带传输，一直传送到分控中心的矩阵主机上。在分控中心选用嵌入式网络硬盘录像机作为视频服务器，便于与总控中心进行数字图像交换。见图1所示。

夏家河子校区监控系统采用数字电视监控系统，在每栋楼的机房设置一台嵌入式网络硬盘录像机，连接本楼内所有摄像机并将视频信号转化成数字信号，数字化后的所有监控图像数据在专用的视频局域网中传输。监控中心采用模拟兼数字的监控方式，设置模拟监视墙，通过图像解码器，还原网络上的数字图像，满足大屏幕监控的要求，控制键盘通过管理服务器连接在网络上，能够切换前端任意一路摄像机图像到监视墙上，而数字监控，可采用一台多媒体工作站，利用电子地图直观地监视前端每路图像。见图2所示。

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夏家河子总控中心要增加管理服务器和流媒体服务器，设备和功能将在此次设计和工程中完成，一旦条件成熟将进入实施阶段。届时，可以根据管理模式，组成不同规模的其它的专业性监控中心，如校园保安监控中心、宿舍保安监控中心、教务管理监控中心等，所有中心可以设置在网络的任何部位，通过系统的权限控制及优先级别，满足不同的管理要求。见图3所示。

系统的功能设计和配置
a.功能设计要求
·管理人员可以在控制中心通过显示器对各控点进行全方位监控，保证全校区的安全，防范事故发生并提早发现隐患；
·记录各重要区域的图像，中心可以随意弹出前端相关摄像点的图像，方便管理人员及时掌握现场情况。可任意选择需监视的图像，可迅速实现图像的切换；
·使用RTOS实时操作系统作为管理平台，系统软件使用内部FLASH存储，与硬盘分离设计，比基于Windows系列的系统相比，更稳定、更可靠、更安全；
·系统使用遥控器或控制面板进行操作，全中文彩色菜单式界面，简单、明了；
·系统采用H.263视频压缩技术，使画面无论是在显示还是在录像回放都能达到实时效果；录像回放更可逐帧回放或快速回放，并通过选择时间、日期、摄像点来进行检索；
·录像时任意设定需要录像的时间段、摄像点以及录像的压缩比和质量；具有“动态感知”功能，对屏幕划分区域，并设定感知的灵敏度，来确定需要录像的区域，以节省硬盘空间；
·画面的亮度、色彩、对比度、灰度可以独立调节；
·系统具有视频移动报警(Motion Detector)功能，可以设置多个视频移动检测区域，对相应前端场景进行移动检测，当检测到视频的变化时即产生报警信号，提醒保安人员进行相应处理；
·报警联动：视频监控系统和防盗报警系统联动，当防盗报警系统的探测器探测到有非法穿越发生时，数字硬盘录像机收到报警信号，全屏幕弹出报警发生区域的摄像机图像，并开始录像，同时打开报警警号，提醒保安人员处理；
·视频监控系统主要对周界、各出入口、电梯间、楼梯间、走廊等重要区域设置监控点进行实时而全面的监控、管理和记录，以强化技术管理，减少人为管理的不便和失误，提高学院管理的效率和水平；
·全部选用彩色摄像机，大范围监控区域采用智能一体化快球，消晰度不低于470线，当照度不够时还可彩色转黑白；
·其它区域选用定焦距、定方向的半球型彩色摄象机。清晰度不低于480线；
·电梯在轿箱内安装彩色低照度摄像机，广角镜头，清晰度不低于480线；
·视频图像采用模拟传输，传输到控制室后采用数字方式，录像机采用8路-24路嵌入式数字硬盘录像机，可以预制工作表、针对每路图像设置多种定时工作模式，支持光盘数据备份，连续录像记录保持至少为15天；
·嵌入式硬盘录像机选用国内技术成熟、使用可靠、耐用的产品。

b.硬件配置设计
为保证监控中心控制室的正常、安全、可靠运行和工作，监控中心控制室应根据普通计算机房的技术要求，相应增设架空防静电活动地板，装有空调，保证室内温度为15-24℃，相对温度为40%-70%，控制台及电视墙与建筑结构连接固定、抗震。

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1、南关岭校区
分控中心：64路输入、8路输出的视频矩阵控制系统带键盘；视频分配处理设备与硬盘录像机；安放操作设备的操作台；监控系统软件、操作电脑；UPS供电及系统配电设备；设备安装机柜及配线机柜。

监控室：8台21寸纯平彩色监视器组成电视墙；监控系统软件、操作电脑。

2、夏家河子校区
分控中心：系统处理设备与硬盘录像机；安放操作设备的操作台；监控系统软件、操作电脑；UPS供电及系统配电设备；设备安装机柜及配线机柜。

监控室：16台21寸纯平彩色监视器组成电视墙；监控系统软件、操作电脑。

3、夏家河子总控中心
增加管理服务器；流媒体服务器；系统软件；安放操作设备的操作台；UPS供电及系统配电设备；设备安装机柜及配线机柜。

系统设计选型
A.前端摄像机设备选型
1、总体原则
使用国际知名品牌，以便提供的设备是稳定、可靠的，技术先进并经国家公安部认证的。为保持系统的实训、实用、教研多模式，前端摄像机设备尽量使用不同品牌的不同种类。部分摄像机采用一体化设计，部分摄像机采用镜头独立的分体式摄像机，并通过计算监控距离选择镜头。

2、楼梯口、楼内走道摄像机选型
这类场所均为室内环境，物景大多为反射光线，且照度均匀，因此在这些应用场所选用普通半球型彩色摄像机。

基本选用：1/3"CCD；信噪比大于50分贝；自动追踪白平衡；数字信号处理；可适应多种光照条件背光补偿；可提供水平330线的分辨能力。

3、主要大厅应用场合摄像机选型
安装在室内，摄像机机头方向对准门口外，选用智能型高速快球摄像机。基本选用：1/4"CCD，数字式，480线，信噪比大于52分贝，一体式彩色高速快球，内置高速云台，水平360度连续旋转（最大速度240度/秒），垂直90度旋转（最大速度150度/秒），22倍光学变焦及10倍电子放大，焦距3.6mm-79.2mm，128个预置点。

4、周界道路、广场等场合摄像机选型
在需要进行全方位、多位置监控，采用日夜型一体化球机加球型云台防护罩。其它为彩色转黑白低照度一体化摄像机。

日夜型一体化球机加球型云台防护罩选用：经济型光学变焦高速智能球型摄像机；1/4" CCD，DIS数字图像稳定处理，彩色480线，信噪比大于50分贝，一体式彩色/黑白、内置高速云台， 32倍光学及10倍电子变焦，焦距3.6mm-115mm，128个预置点，可设定3个（每个30秒）学习路径，水平方位指示，防抖动功能，动态检测报警；
彩色转黑白低照度一体化摄像机基本选用：1/4"CCD，彩色480线、日/夜(彩色/黑白)转换，信噪比大于52分贝，内置22倍光学变焦镜头及10倍电子放大，DSP数字信号处理，背光补偿，自动追踪白平衡/手动，自动光圈，自动聚焦/手动，焦距3.6mm-79.2mm。

B.传输器材与设备选型
所有室内摄像机、监视器均采用视频电缆传输，室外摄像机均安装在专用的摄像机高杆上，当传输距离超过500米时，采用两端加装光端机的方式光缆传输。所有室外安装摄像机，视频、控制、电源均需要考虑防雷措施。

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南关岭校区的前端设备集中在保安监控室取电，由220VAC传输到前端，在摄像机附近经过变换送出交流24VAC供给前端设备。夏家河子校区的前端设备分别在本建筑物的配电间取点，220VAC供电到前端设备后，在就近变压为24VAC为摄像机供电。

铜缆包括视频电缆、控制电缆、供电电缆，光缆包括室外多模光缆，光端机使用单路视频/多路视频复用、视频/数据复用等类型。分控制中心到总控制中心通过计算机网络系统联网，图像传输采用数字方式，在分控制中心将矩阵的输出经过图像编码器，数字化后接入宽带网络，在总控制中心则采用解码器，将网络传输的图像数字信号，还原成模拟信号，接入监视墙。

C.控制主机部分选型
1、视频矩阵
运用高集成化的设计，在中等到大规模视频监控系统安装过程中减少机架空间。采用模块化设计，插板式结构，方便设备维护和扩展。自动巡检（自动纠错）功能使系统运行更加安全、可靠。系统的切换控制部分和系统控制部分均为双系统，可自动倒换。丰富的OSD迭加功能。自动视频信号丢失报警功能。自动视频增益控制功能，能在0.3v-2.5Vp-p之间自动调整到标准1Vp-p。具有丰富的可选模块。视频输入：16-1024路。控制接口：RS-232/485。

2、嵌入式硬盘录像机
视频压缩标准：H.264；视频处理芯片：DSP处理器；主CPU：嵌入式MPU处理器；嵌入式操作系统。

实时监视图像分辨率：PAL：704×576（D1）；NTSC：704×480（D1）。回放分辨率（特别说明的除外）：PAL： QCIF、CIF、2CIF、DCIF、D1；视频输入：1-16路（NTSC，PAL制式自动识别），BNC（电平：1.0Vp-p，阻抗：75Ω）。视频输出：1路（NTSC，PAL可选），BNC（电平：1.0Vp-p，阻抗：75Ω），可切换，支持1/4/9/16画面分割。视频帧率：PAL：1/16—25帧/秒可调；NTSC：1/16—30帧/秒可调。码流类型：可选择单一视频流或复合流，自定义。

3、硬盘录像机控制键盘
可以控制多台硬盘录像机设备；支持两种通讯方式：网络接口和RS485总线接口；用户管理分为管理员级和操作员级；有键盘锁功能；通过控制菜单，可以实现DVR设备配置、图像播放、手动录像、云台操作、画面预览等功能；通过系统配置菜单，可以设置键盘的IP地址、键盘ID号、键盘的通讯模式、键盘的密码管理等；可以控制多台DVR，也可同时控制不同的DVR；通过摇杆可方便地控制云台；可接收DVR的报警信息，支持4个报警输出口。

D.嵌入式网络硬盘录像机
1、基本功能
采用嵌入式实时多任务操作系统（RTOS）和嵌入式处理器，完全脱离PC平台，系统调度效率高，代码是固化在FLASH中的，系统更加稳定可靠；采用H.264硬件压缩技术，压缩比高，且处理非常灵活；多级用户权限管理，保证系统安全；
支持一个RS-485接口，可以控制云台；支持一个RS-232C接口，支持MODEM连接；支持16个开关量输入和4个开关量的输出，支持本地报警和网络报警联动；前面板按键操作，全中文下拉式菜单管理，使用非常方便；采用19英寸标准机箱，安装方便。

2、压缩处理功能
·支持多达16路视频信号，每路皆可实时每秒25帧CIF分辨率的PAL制式独立硬件压缩，视频压缩采用H.264压缩技术，不仅支持变码率，而且支持变帧率，在设定视频图像质量的同时，也可限定视频图像的压缩码流；
·以支持多达8路音频信号，每路音频信号实时压缩，音频压缩标准采用G.729，压缩码率为8Kbps；视频和音频信号压缩后生成复合的MPEG-4码流，也可设置不用音频；
·支持定时录像、手动录像、动态侦测录像、报警录像四种录像模式；持多种分辨率，从FULL D1（704×576）到QCIF（176×144）；
·支持视频画面实时预览和视频信号切换；支持硬盘文件回放；支持多区域移动检测；
·支持OSD，日期和时间的位置、灰度可以设置，日期和时间自动增加；
·支持透明LOGO或非透明LOGO，LOGO的位置可以在视频图像中的任何位置，特别适合于集中监控或部分图像需要遮挡的应用；支持水印（WATER-MASK）技术。

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3、网络功能
·支持一个10M/100M兼容的以太网端口；支持一个RS-232C串口，可以支持MODEM的拨入和拨出；支持TCP/IP协议，可以通过应用软件或浏览器设置参数、实时浏览视频和音频信号、查看视频服务器状态，可以通过网络报警，可以通过网络存储压缩码流；
·通过网络控制云台的旋转和控制摄像头的相关参数，如光圈大小、焦距远近等；
·具备码流抑制功能，能精确控制传输图像对网络带宽的占用；可以通过网络独立浏览任何一路或多路视频信号及音频信号；可以通过网络实现远程升级；
·RS-232C串口和RS-485接口皆支持网络透明信道连接，PC管理主机可以通过网络硬盘录像机的透明信道控制串行设备；支持网络电话，管理主机和网络硬盘录像机之间可以通IP电话；具备WEB SERVER功能，可以通过浏览器访问。

4、存储功能
视频服务器可以支持八个IDE硬盘，每个IDE硬盘的容量可达160GB；硬盘文件系统同DOS兼容，可以在PC平台上操作；八个硬盘上文件可以循环记录；管理主机可以通过网络下载硬盘上的文件，也可以通过网络播放网络硬盘录像机上记录的文件；管理主机也可以通过网络实时记录视频压缩码流；件记录有四种模式：定时录像、手动录像、移动检测录像、报警录像；件切换时不丢失任何视频信号。

E.网络视频管理平台
1、技术特点
嵌入式系统，高稳定性，满足工业级应用的需要。在网络视频管理平台之间实现互连互控。多用户操作系统，可远程维护。自由上下电，意外重启后始终保持文件系统的一致性，不会造成系统启动失败。抵抗病毒与非法入侵。
从网络收取编码数据进行存储，可以同时收取不同编码格式的码流。用户管理：用户，用户组的管理。摄像机／监视器／编解码器／矩阵路由等各种资源对象的权限控制。内容检索：输入一幅或多幅图像，在实时视频或录像资料内寻找相似的片段。

2、功能模块
·直播模块：在网络环境支持下，可进行10M直播码流约20个用户（每个用户占用为500Kbps带宽）同时在线观看实时视频资料；
·点播模块：对录像资料进行在线播放或下载播放，可同时回放10M 点播码流；
·存储模块：可同时录制100M网络码流，并对录像资料进行集中存储、管理；
·WEB访问模块：通过WEB浏览器实时观看实时图像，并可进行进行点播、云镜控制；
·动态IP模块：客户端可以通过此模块寻找并控制设置为动态IP方式的设备；
·矩阵模块：将不同型号的多个矩阵相互级联，使每一个网络用户可通过网络控制、实现矩阵的各项功能；
·键盘模块：支持键盘操作，通过控制键盘实现对系统的各项管理、操作（如切换、云镜控制等）。

F.多媒体客户终端
·使用户界面更简单易懂，软件在装有WINDOWS的标准PC机上运行。通过网络,PC直接和系统通讯。可音视频实时同步显示每个画面；可对每个画面设置亮度、对比度、色彩、饱和度；通过网络可进行云台及摄像机远程控制；
·可以1、4、6、9、10、13、16多种画面分割形式或画面切换显示，满屏显示和时间、日期、信道标识显示；支持远程配置和管理，可以改变图像制式、编码图像分辨率、带宽、码流格式等参数；支持IP协议的单播(Unicast)、组播(Multicast)、多个单播(Multiple Unicast)等传输方式；支持多种录像方式（手动、定时、报警、移动录像）；
·用户管理；进行报警联动；进行双向对讲等；多路同时回放检索；根据对种条件检索内容；抓拍、打印、备份等功能。

G.系统管理员软件
系统管理员软件是完成对网络编码器、网络解码器等服务器的设置功能。包含：修改IP地址；设置日期时间；设置组播地址范围；进行软件升级；进行用户管理（定义权限）；设置视频丢失替代图像；定义编码器、解码器间、矩阵间的相互关系；查找报警控制器；显示版本信息；高级参数设置等功能。

结论
“跨校区多模式混合制校园监控系统”重点解决了学校在安全防范与监控上的薄弱现象；解决了学校在教学时没有实际可操作的系统作为理论教学的辅助工具的状态；解决了学生在实训时没有实际动手机会的状态；解决了师生对于本领域的高新技术只在书上见过，没有在实际接触过的状态；解决了教师对于高新技术产品的应用停留在听别人讲，自己没有做过，自己没有新的创新式的使用的和创新式的系统的状态。