基于校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要：校園監(jiān)控系統(tǒng)對高校的安全保衛(wèi)工作意義重大，在校園局域網(wǎng)普及度較高的今天，構建一個容量大、質量高、可靠性高、成本低、監(jiān)控方式靈活且易于擴展的校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)成為可能。結合校園安防工作特點，以校園網(wǎng)資源作為后臺，通過系統(tǒng)邏輯分析、設備功能分析，設計基于校園網(wǎng)的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)總體方案，經(jīng)過設備選用，實現(xiàn)在基本設備系統(tǒng)支撐下，系統(tǒng)規(guī)模可以根據(jù)學校經(jīng)濟能力逐步擴展的校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，滿足了校園安全防范與管理工作需要。

關鍵詞：校園網(wǎng)；數(shù)字視頻；監(jiān)控系統(tǒng)；校園安防

Digital Video Monitoring ystem Based on Campus Network

WANG Qinxue，U Yanjie，YANG Xikun

(Xi′an hiyou University，Xi′an，71006，China)

Abstract：Campus monitoring system is of great significance to security work in campus，with the higher popularity of campus LAN today，it is possible to construct a large capacity，high quality and reliability，low cost，flexible monitoring and easy expanding digital monitoring system for campus networkCombining with the characteristics of campus security work，taking campus network resources as background，making system logic analysis and equipment functional analysis，the overall program for digital monitoring system based on campus network is designed，and after equipment selection，by support of basic equipment system，the campus network digital monitoring system is realized，which scale can be successive expended according to the economic capacity of colleges and universities to meet the needs of campus security prevention and management

Keywords：campus network;digital video;monitoring system;campus security prevention

1 引 言

高校作為社會的一個重要組成部分，安全穩(wěn)定與否直接關系到社會的穩(wěn)定，校園安全防范單靠人防、物防已經(jīng)不能滿足高校快速發(fā)展的需要，為了確保校園安全，提高安全防范的管理水平，必須建立校園監(jiān)控系統(tǒng)。隨著計算機技術與網(wǎng)絡技術的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)正朝著視頻的數(shù)字化、監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和管理的智能化方向發(fā)展，遠程異地監(jiān)控已成為可能。充分利用校園網(wǎng)資源，建立基于校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以大大減少建設工作量，提高系統(tǒng)使用的方便性，做到實時監(jiān)視可視區(qū)域，快速控制現(xiàn)場，減少各類案件的發(fā)生，便于管理者及時應對、處理突發(fā)事件。

2 系統(tǒng)設計思想

建立校園安全防范監(jiān)控系統(tǒng)，在滿足安全防范需要的同時，必須充分利用學校的現(xiàn)有資源，從而提高資源的利用率，降低建設成本。

21 系統(tǒng)設計方向

校園面積大、治安環(huán)境錯綜復雜、為了加強學校安全防范整體力量，有效保護學校財產安全，監(jiān)控公共場合秩序，維護公共安全，必須建立一個既有利于大家生活、學習，又能夠對校園安全進行實時監(jiān)控的校園安全防范監(jiān)控系統(tǒng)。教育部校園網(wǎng)工程使得高校利用校園局域網(wǎng)絡構建一個大容量、高質量、監(jiān)控方式靈活、可靠性高和具有易于擴展的校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)成為可能。基于網(wǎng)絡的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)：一是能利用現(xiàn)有校園局域網(wǎng)進行圖像的傳輸，降低系統(tǒng)建設成本；二是適合跨校區(qū)遠程實時傳輸，在信號傳輸中，數(shù)字信號抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響；三是便于靈活增減監(jiān)控點。

22 系統(tǒng)設計目標

利用學校已有校園網(wǎng)資源，采用智能化、網(wǎng)絡化和信息化等技術手段，滿足系統(tǒng)的實用性、先進性、開放性、安全性和經(jīng)濟性的要求，真正實現(xiàn)信息共享、資源共享的科學管理目標；以多元信息采集、傳輸、監(jiān)控、記錄、管理以及一體化集成等高新技術，構建安全防范監(jiān)控系統(tǒng)。

23 系統(tǒng)覆蓋范圍

數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)是對校園的全方位監(jiān)控，一是對學校教學樓、實驗樓、計算機樓、體育館、圖書館、停車場、學生宿舍樓、行政樓的出入口和重點防火、防盜部位安裝攝像機；二是對學生經(jīng)常性集中的場所如食堂、運動場所、廣場安裝攝像機；三是對學校主干道、各大門口和家屬區(qū)各樓出口安裝攝像機；四是對南校區(qū)大門、宿舍樓、綜合樓、主要路口安裝攝像機。

3 系統(tǒng)設計總體方案

以校園網(wǎng)資源作為監(jiān)控信息的傳送與管理平臺，將分散在校園各個建筑物的視頻監(jiān)控單元網(wǎng)絡在一起，并且利用媒體服務器、計算機系統(tǒng)等設備對監(jiān)控單元所提供的視頻進行管理、對監(jiān)控環(huán)境進行跟蹤監(jiān)視。基于校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由：媒體服務器、存儲監(jiān)控數(shù)字視頻信息的磁盤陣列、數(shù)字視頻管理與播放軟件、專用VLAN、視頻服務器、環(huán)境監(jiān)控點視頻采集系統(tǒng)、監(jiān)控中心服務器與顯示屏、報警系統(tǒng)等部分組成。其系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構見圖1。

通過環(huán)境監(jiān)控點攝像機獲取環(huán)境視頻信號，視頻服務器將視頻信號轉換成數(shù)字視頻信號本地儲存并通過校園網(wǎng)及時傳送到設在網(wǎng)絡中心的媒體服務器，媒體服務器對數(shù)字視頻信息進行管理，并存儲在磁盤陣列上，監(jiān)控中的監(jiān)控服務器從媒體服務器上獲取數(shù)字視頻信息并以多畫面的形式在電視屏幕或顯示器上即時播放，對需要跟蹤的監(jiān)控點，通過監(jiān)控服務器與該點視頻服務器建立直接連接，對云臺和攝像機進行跟蹤控制和數(shù)字視頻播放。

4 系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

基于校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)無需為監(jiān)控系統(tǒng)建設專門的信號傳送網(wǎng)絡，信號傳輸主要通過校園網(wǎng)，安裝運行后，能夠在監(jiān)控中心實時顯示所有10~18個環(huán)境監(jiān)控點場景的視頻，監(jiān)視效果完全能滿足要求。同時在監(jiān)控中心通過發(fā)出指令控制前端設備，使得安裝在室外的一體化高速智能球攝像機，可任意迅速定位及連續(xù)追蹤掃描，實現(xiàn)真正意義上的全方位、無盲點監(jiān)視。系統(tǒng)在對目標范圍實時監(jiān)控的同時，可對圖像進行數(shù)字化壓縮及前后端混合式存儲；如果需要還可以根據(jù)報警信號的發(fā)生自動的實時記錄現(xiàn)場情況，事后可從系統(tǒng)數(shù)據(jù)中查詢相應的資料。跨校區(qū)遠程實時監(jiān)控，擁有訪問權限的用戶可以通過校園網(wǎng)，在本地安裝了監(jiān)控軟件的計算機上，觀看所管轄防區(qū)的監(jiān)控畫面并進行控制。監(jiān)控系統(tǒng)擴展僅需增加云臺、攝像頭和視頻服務器，無需對整個系統(tǒng)設備進行更換或擴展。在日常維護和使用校園網(wǎng)數(shù)字安防監(jiān)控系統(tǒng)時，一旦出現(xiàn)問題，用戶只需對局部進行更換或者維修，能保證長期不間斷使用。

本系統(tǒng)設計從校園實際出發(fā)，采用成熟、先進的技術和設備，較好地滿足了校園安全防范、安全管理中的宏觀動態(tài)監(jiān)控、微觀取證等工作需求，通過校園網(wǎng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以保障學校財產、師生的人身安全以及家庭財產安全不受侵犯，同時也將校園人防、物防、技防有機結合形成立體式的防控體系，使學校的高效管理和安全保衛(wèi)工作上新臺階。

41 網(wǎng)管中心設計

網(wǎng)管中心設于學校信息中心內。網(wǎng)管中心增加媒體服務器、磁盤陣列和網(wǎng)絡視頻管理軟件。媒體服務器占用1U機架和1個主交換機1 000 Mb/s端口；磁盤陣列占用4U機架，安裝10塊146 GB硬盤，提供1 460 GB硬盤空間；媒體服務器采用IBMx336；磁盤陣列選擇IBM EP400，它采用UItra320CI技術，擁有14個超簿DD槽位，可以容納最大2TB的存儲量，為了提高可靠性， EXP400支持DD和自身風扇的PFA（預測性故障分析）；EXP400有內置的LED指示器，能夠預先對故障、溫度超標和其他異常發(fā)出警告。

媒體服務器連接到1 000 Mb/s校園局域網(wǎng)主交換機的端口上，可充分利用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)帶寬，以保證多路高清晰（D1格式）數(shù)字視頻圖像的并發(fā)傳輸，需占用1個主交換機端口。磁盤陣列通過CI接口與媒體服務器相連，為多路實時視頻數(shù)據(jù)存儲提供便捷條件，可提供1 460 GB的存儲空間；視頻瀏覽方式采用D1模式，分辨率704×76，視頻圖像存儲采用MPEG-4標準，每小時每路視頻須保存200 MB的數(shù)據(jù)，為了節(jié)省存儲空間，可采用移動偵測方式進行數(shù)據(jù)存儲，剔除靜止畫面。

42 監(jiān)控中心設計

監(jiān)控中心與網(wǎng)管中心分離，通過校園網(wǎng)與信息中心的主交換機交換數(shù)據(jù)。采用D1視頻模式，分辨率704×76，畫面分割通過媒體服務器實現(xiàn)，一路視頻圖像占有12 kb/s左右的數(shù)據(jù)寬帶，為保證多路路高清晰數(shù)字視頻圖的實時性，通過1 000 Mb/s帶寬的光纜直接接入網(wǎng)絡住交換機。監(jiān)控中心安裝有2塊42英寸等離子顯示屏，分別由2臺IBM＠server206系列8482管理，每屏進行9畫面分割顯示最多可以同時顯示18個環(huán)境監(jiān)控點的視頻圖像。另設管理電腦一臺，可單獨顯示、跟蹤一路視頻監(jiān)控圖像。

43 網(wǎng)絡接入設計

寬帶接入，監(jiān)控視頻圖像可通過校園網(wǎng)在各個樓宇設置的交換機接入，由于是單路視頻，有12 kb/s的數(shù)據(jù)帶寬夠用了。為保證信號質量，視頻服務器安裝在就近的樓層配線房。路端環(huán)境監(jiān)控點監(jiān)控球的模擬視頻信號，經(jīng)視頻服務器調制成MPEG-4標準的數(shù)字視頻流。通過樓層交換機接入校園網(wǎng)，通過校園內區(qū)域交換機與主交換機相連，占用交換機的1個端口。媒體服務器占用一個1 000 Mb/s端口和主交換機下相連，監(jiān)控中心交換機通過光纜和主交換機相連，以保證監(jiān)控信號的實時性。為保證系統(tǒng)的健壯性，所有監(jiān)控設備劃分在一個專用的VLAN內。

無線接入，在校園內出現(xiàn)樓房或布控點無樓層交換機時，則監(jiān)控數(shù)字視頻流通過BreezeNE無線網(wǎng)接入校園網(wǎng)。客戶端網(wǎng)橋定向接入基站，基站全向收發(fā)客戶端網(wǎng)橋的信息，空間通信速率達11 Mb/s。每臺基站可同時與3臺客戶端網(wǎng)橋對接，實現(xiàn)Full D1模式的實時監(jiān)控圖像傳輸。基站安裝點選擇與客戶端網(wǎng)橋相互可視。天線安裝于建筑物頂端，方向對準基站網(wǎng)橋。防雷借用建筑防雷設施，如高度不夠，則在防雷網(wǎng)上焊接避雷針。客戶端網(wǎng)橋采用奧維通U-6-BD，空間通信速率達11 Mb/s，傳送距離可達10 km。基站網(wǎng)橋采用奧維通AU-120-VL，可同時接收3路客戶端網(wǎng)橋發(fā)來的Full D1模式的實時監(jiān)控圖像信息。室內單元提供電源和數(shù)據(jù)到室外單元帶有接口和遠端射頻子系統(tǒng)，這種設計可減少使用昂貴的射頻電纜，并使網(wǎng)橋可使用距離更長，F(xiàn)CC標準可超過2 m，EI可達成10 km。在室內單元和室外單元間的電纜可達90 m，在實際應用中，最長可將87 km兩端的校園連接起來。

44 數(shù)字監(jiān)控設計

模擬視頻信號的采集，視頻信號的采集設備是監(jiān)控系統(tǒng)的前沿部分，是整個系統(tǒng)的“眼睛”，它將監(jiān)視的內容變?yōu)橐曨l信號，傳送到就近的視頻服務器上，攝像部分的好壞及它產生的圖像信號質量將影響整個系統(tǒng)的質量。前端設備室外安裝采用一體化高速智能球形彩色攝像機，其配置了自帶變焦鏡頭的高性能數(shù)字信號處理（DP）攝像機，內置云臺和數(shù)字解碼器，可任意迅速定位及連續(xù)追蹤掃描，有效獲取監(jiān)視現(xiàn)場圖像，強光保護，自動翻轉使球體至底部時進行180°旋轉，可兼容AD，Philips，Vicon，DM等通訊協(xié)議，可設置64個預置位，每個預置位帶有20個字符標志，內置高清晰彩色22倍光學變焦，8倍電子變焦鏡頭攝像機，0 s快門速度，7個報警輸入，內部具有浪涌保護和雷電保護，變速旋轉水平MAX：20°/s，垂直MAX：100°/s，自帶移動探測功能；室內安裝固定槍式攝像機，安裝地點位于大樓入口處，主要監(jiān)控人員進出大門的情況，在光線不理想的情況下彩色黑白自動轉換，以達到較好的采集效果，采用有防水外殼，防暴設計， 480線/420線可選，01Lux，1/3″ ONY CCD，配置3~8 mm自動光圈手動變焦鏡頭，電源：DC12 V。

視頻信號的數(shù)字化，現(xiàn)場監(jiān)控設備，各類模擬攝像機采集的模擬視頻信號，數(shù)字轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號，經(jīng)過視頻服務器12 h循環(huán)存儲和及時按照D1模式轉換為數(shù)字視頻流接入以太網(wǎng)，通過網(wǎng)絡傳輸至后端媒體服務器和監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心安裝有解碼服務器，將數(shù)字信號還原為模擬視頻信號并按序輪切到監(jiān)控中心的顯示器上。并且視頻服務器，后端媒體服務器雙重保存數(shù)字視頻信號，以防網(wǎng)絡不通造成監(jiān)控信息的丟失。

4 視頻播放與監(jiān)控軟件

網(wǎng)絡視頻管理軟件安裝于媒體服務器上，負責管理網(wǎng)絡中所有的視頻服務器，主要完成設備管理、設置網(wǎng)絡和視頻、設置PZ、錄像設置、錄像空間管理、錄像文件播放功能、定義云臺控制協(xié)議功能、視頻丟失報警與報警處理功能、建立日志和提供數(shù)據(jù)存儲、瀏覽、畫面分割等工作；視頻服務器具有IE瀏覽功能，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控軟件安裝在監(jiān)控中心的監(jiān)控服務器或授權用戶的計算機上實現(xiàn)校園環(huán)境全部監(jiān)控點的實時監(jiān)控，提供實時圖像播放、環(huán)境監(jiān)控攝像機控制、圖像抓拍等功能；攝像機控制采用圖形化控制界面，利用鼠標控制云臺、燈光、攝像頭動作。

結 語

校園網(wǎng)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)適宜于校園安全監(jiān)控使用，具有建設成本相對低廉、使用方便、擴展靈活等的優(yōu)點；但該系統(tǒng)對網(wǎng)絡的依賴度很高，所以校園網(wǎng)必須是一個健壯的網(wǎng)絡。

參 考 文 獻

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［9］黃俊校園監(jiān)控問題調查［J］安防科技，2004（4）：48-0

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作者簡介 王勤學 1963年出生，西安石油大學高級工程師。

胡艷杰 1970年出生，西安石油大學工程師。

楊西坤 1968年出生，西安石油大學工程師