某電網調度中心大樓視頻監控系統

文│ 浙大網新系統工程有限公司 張 祺 呂慶輝

1 概述

隨著社會經濟的發展和高新技術的日新月異，以閉路電視監控及防盜/周界報警為主的視頻監控系統日益成為智能建筑工程不可缺少的組成部分，是現代建筑內加強管理和安全防范的重要工具。本文將針對電網調度中心大樓設計視頻監控系統。

電網調度中心大樓內部有許多重要場所，使其對安全防范的要求較高。本文將根據不同防范區域的防護要求，本著因地制宜、積極穩妥、注重實效、嚴格要求及保密的原則，著眼于實際，為切實提高工作效率、創造安全環境、實現“科技管理”的目標而設計視頻監控系統。

從電網調度中心大樓的實際需求出發，通過嚴謹的設計和施工，建立起高效、全方位、全天候、立體化的綜合安防網絡，使整個建筑區域處在嚴密監控之中，可使安全管理人員能通過高科技手段，實時掌握區域內部及附近的人流、物流的動態變化，隨時記錄、調用有關信息，進行有針對性的管理，同時還可通過系統掌握信息與其他智能化相關系統聯動，實現確保整個大樓的安全和正常運轉的作用。

2 需求分析

2.1 工程特點分析

電網調度中心大樓包括辦公、會議等多應用。作為一幢新建綜合性大樓，建立先進的視頻監控系統，對于改善安防條件、提高安防水平、提高工作效率、提升現代化的辦公形象都有著重要的意義。

電網調度中心大樓綜合防范分為三個防范區域。

（1）第一層區域為室外區域，安防的重點包括大樓各出入口、室外機動車/非機動車停車場及室外道路等區域。以采用具備全天候監控能力的室外一體化球機監控較為適宜。

（2）第二層區域為地下層區域，重點為地下停車區及其出入口、地下層電梯廳及消防前室、建筑單體之間的連廊等位置。

（3）第三層區域為建筑物的地上部分，重點應管理各單體的主要出入口、大廳、電梯廳、通道或走廊、電梯轎廂等位置。

上述三層防范區域中，第一區域和第二區域為重點防范區域。

2.2 技術應用分析

對于電網調度中心大樓視頻監控系統的建設，不應該對各個子系統進行簡單地堆砌，而是應當在滿足各子系統功能的基礎上，尋求內部各安防子系統間，以及與外部其他智能化系統的完美結合。

系統建設的最基本目的之一即是應用，為了更有益于用戶的實際應用，應結合當前的新產品和新技術，建設實現集中管理、監控網絡化、視頻數字化的視頻監控系統：

（1）集中管理：整個系統在消防監控中心實施對所有前端設備的操作及功能設置，保證系統集中管理和高效、方便、可靠的運行。

（2）監控網絡化：監控系統通過設置安全的數字化監控系統，結合先進的計算機多媒體技術，可以實現視頻信號的數字網絡傳輸，同時通過與防盜報警等子系統的聯動和系統集成，可以實現多網點、立體、分布式網絡監控及報警處理。

（3）視頻數字化：系統采用基于網絡傳輸和數字硬盤錄像等先進的數據壓縮、復用技術，實現視頻、音頻、數據等基于LAN、WAN、Internet的數字化傳輸。

所設計的視頻監控系統既要結合國內外統一的標準和規范，又要在設計上具備超前的理念，使用戶幾年甚至十幾年內都能得到良好的應用。

3 系統設計

3.1 總體設計

目前基于IP尋址的多媒體通信技術發展勢頭強勁，監控設備的數字化、網絡化發展已經普遍展開，網絡數字監控系統的建設已成為發展趨勢，本電網調度中心大樓電視監控子系統的選擇順應這一歷史潮流——采用全數字網絡監控系統，系統有效合理地利用網絡帶寬，功能強大的集中或分布式控制使用戶可以按照自己的方式配置系統。一臺服務器帶一個軟件應用程序，就可以運行整個系統，可以生成高質量圖像，并可以在世界任何地方對這些圖像進行訪問、監控、記錄和打印，可以設置每個系統管理員的許可等級。記錄內容不存放在攝像機的位置，從而減少因偷盜、火災等而造成重大損失的可能。系統容易添加攝像機，無需進行復雜的布線。服務器可以充分適應未來對處理器的速度、硬盤的容量等進行的升級。所有攝像機都通過簡單、高效率的以太網連接到網絡，利用已有的網絡基礎設施，從而節省時間和資金。

基于本項目的設計要求，應以全數字傳輸方式組建數字視頻監控系統。以總控制中心為中心，各個監控點的設備就近接入信息點，連接到控制中心，并在中心實現視頻的統一管理、錄像、報警處理等功能。同時通過中心向分控中心輸送圖像，各用戶依據權限享有不同的視頻監控管理權力。

系統還可以實現與紅外對射、報警主機、門禁系統及其他子系統聯動報警的功能，并提供系統集成接口。

3.2 設計原則

（1）采用數字IP網絡化技術構建視頻監控系統。

（2）視頻采集系統采用D1（704×576）網絡攝像機，基于網絡技術，監控視頻可以方便地通過IP網絡實現遠距離傳輸，并提供QoS的網絡服務類型選擇，提供專業的遠程視頻服務。利用通用的計算機技術、流媒體技術、視頻編解碼技術，為實現現場視頻的采集、傳輸、保存、回放、資料管理等提供方便。

（3）采用以太網傳輸方式實現監控音視頻、控制信息的傳輸。由于監控項目的復雜性，特別是本項目情況復雜，樓層多，占地面積大，各種強弱電線纜多，為了取得良好的抗干擾效果，確保圖像清晰，強弱電線纜走線必須分開，并采用屏蔽線纜或金屬套管。數字監控系統采用以太網傳輸方式，所有攝像信號就近傳輸至弱電井并通過TCP/IP方式直接接入監控專網，與中心監控系統相連接。

（4）監控中心系統采用數字化存儲和數字矩陣控制方式，存儲監控錄像到硬盤，通過智能安防中心管理系統，可以實現成百上千路的監控視頻同時接入，同時具備計劃錄像、事件觸發錄像、報警預錄像、手動錄像等功能，監控客戶端工作站可實現錄像的檢索和回放，電子地圖和虛擬云臺控制等功能。

3.3 總體架構

系統總體架構設計如圖1所示。

前端是監控現場的攝像機、安防管理服務器、安防平臺服務器、擴展存儲單元、UPS電源等設備；后端設置一個監控中心，配一面電視墻（含10塊大屏），并配一個監控客戶端工作站和電視墻服務器；給總值班室、車庫、調度、自動化、通信、信息、動力系統值班室、門衛總管等監控點各配置一臺監控客戶端工作站。

（1）安防管理服務器用于對整個視頻監控平臺進行管理，標配不含顯示器。

（2）安防平臺服務器用于實現設備接入、流媒體的轉發和存儲。

圖1

（3）擴展存儲單元為錄像存儲提供額外的存儲空間。

（4）電視墻服務器，解碼D1全幀率視頻圖像上墻。

（5）監控客戶端工作站安裝監控客戶端工作站軟件，具備實時監看、檢索回放、電子地圖、系統管理、電視墻控制等功能。

3.4 前端設備設計

針對本項目的實際要求和后期可擴展性，本系統前端攝像機選擇采用最新開發的ExwavaPRO逐行掃描CCD技術，所有攝像機均具有DEPA智能技術，具有智能移動探測和智能目標探測功能，提供每秒30幀的768×576高清圖像，支持MPEG4/JPEG雙碼流、PoE等高新技術。

系統基于數字系統建立，未來可在網絡信息點處任意增加擴展本系列的監控攝像機，而無需重新布線。

本設計的監控區域主要為電梯轎廂、大堂、電梯廳、公共走廊、避難層、室外和主要出入口區域。

3.5 傳輸線路設計

IP攝像機均采用6類非屏蔽雙絞線進行網絡傳輸。系統采用集中供電方式，攝像機電源由監控中心機房集中供電。在樓層弱電間設置電源箱，監控報警配電箱電源由UPS機房引到相應各弱電井的UPS配電箱，經配電箱內電源適配器變壓（整流）后引出至各安防點。

3.6 網絡帶寬設計

視頻流的傳輸方式有其特殊性，且占用帶寬比較大，因此在傳輸控制方面應做如下設計。

（1）在安防監控室放置千兆核心交換機和匯聚層交換機。

（2）前端的全數字監控攝像機通過6類非屏蔽雙絞線上連至樓層的匯聚層交換機，攝像機由機房統一集中供電。

（3）各樓層匯聚層交換機通過1000M單模光纖接口上連至監控室的核心層交換機。

（4）所有服務器及存儲設備均通過1000M接口直接接入核心交換機。

系統中的主要設備是網絡攝像機、存儲服務器（磁盤陣列）、管理服務器及工作站，在系統中，網絡中傳輸的主要是上行的視頻流，一般為UDP，下行的控制命令一般為TCP。主要碼流來源于從網絡攝像機到存儲服務器的視頻存儲流及工作站實時監視視頻流。

3.7 系統中的智能設計

智能安防中心系統的智能功能架構，分為前端和后端。

前端由具有DEPA智能功能的攝像機對實時視頻流進行智能分析，給出視頻圖像的視頻特征信息，傳遞給后端智能安防中心系統。

后端的智能安防中心系統對具有DEPA智能功能的攝像機傳遞來的視頻圖像的視頻特征信息進行識別，識別出是哪一類報警事件，并根據識別的結果進行報警。

下面分別對前端攝像機的DEPA智能功能和后端管理平臺的智能功能進行介紹。

3.7.1 前端攝像機的智能功能

（1）功能原理

DEPA（Distributed Enhanced Processing Architecture）即分布式增強型圖像處理結構。DEPA 將傳統的處理任務分為兩個獨立的部分完成，攝像機執行前端的處理，而監控錄像機或管理軟件負責后端的處理。如圖2所示。

前端處理（攝像機）：把目標與環境干擾分開，提取移動或固定的目標，把目標信息打包，并作為分開的數據流發送。

圖2

后端處理（監控管理軟件）：接收從攝像機發送過來的目標數據，并記錄篩選與錄像機中預設條件相符的目標，產生報警并顯示相關信息。

基于15幀來分析變化，面對諸如影子、樹葉、水波等各種環境干擾時，DEPA技術可以有效消除環境的干擾。如圖3所示。

圖3

（2）應用策略

①事件檢測與行為分析：對視頻進行周界監測與異常行為分析，用于檢測、分類、跟蹤和記錄過往行人、車輛及其他可疑物體，能夠判斷是否有行人及車輛在禁區內發生長時間徘徊、停留、逆行等行為。

②高級視頻移動偵測：在復雜的天氣環境（例如雨雪、大霧、大風等）中能精確地偵測和識別單個物體或多個物體的運動情況，包括運動方向、運動特征等。

③物體追蹤：偵測到移動物體之后，根據物體的運動情況，自動發送PTZ控制指令，使攝像機能夠自動跟蹤物體，在物體超出該攝像機監控范圍之后，自動通知物體所在區域的攝像機繼續進行追蹤。

④非法滯留：當一個物體（如箱子、包裹、車輛、人等）在敏感區域停留的時間過長，或超過了預定義的時間長度就產生報警。

⑤人數統計：統計穿越入口或指定區域的人或物體的數量，可用于為業主計算某天出入其大樓人員的數量等調查。

⑥人群控制：識別人群的整體運動特征，包括速度、方向等，用以避免形成擁塞，或者及時發現異常情況。

⑦鏡頭保護：用于固定攝像頭監控場所，如出現攝像頭被遮擋、攝像頭被移動、攝像頭模糊或其他類似情況則及時通知維護人員。

（3）應用優勢

①高可靠性：圖像在壓縮之前進行處理，對目標數據進行有效記錄，減少誤報警。

②高性能：實時的動作過濾，基于動作事件的錄像查找，充分利用了處理資源。

③高性價比：低網絡帶寬需求，減少額外的設備、軟件投資。

3.7.2 后端管理平臺的智能功能

智能安防中心管理系統中的智能功能，基于前端攝像機的DEPA智能技術提供。前端攝像機的DEPA智能完成目標提取，把目標與環境干擾分開，提取移動或固定的目標，把目標信息打包，并作為分開的數據流發送。智能安防中心管理系統接收從攝像機發送過來的目標數據，并記錄篩選與錄像機中預設條件相符的目標，產生報警，提供操作界面，并顯示相關信息。

4 結束語

隨著社會經濟的發展，對于安全防范的要求日益提高，視頻監控系統日益成為智能建筑不可缺少的組成部分，數字化及智能化技術的應用為系統帶來了更好的擴展性及更廣闊的應用，使其成為了現代建筑內加強管理和安全防范的重要工具。