基于復雜校園環境的IP視頻監控規劃與設計研究

蒲飛

摘要：視頻監控系統目前運用相當廣泛，針對學校校園的復雜環境以及事件多發的情況，文章通過對傳統模擬視頻監控和IP視頻監控對比的方法，采用系統性、可靠、智能化的IP視頻監控設計方案解決傳統模擬視頻監控無法滿足的問題。實現了IP視頻監控系統對校園的安全防范，突發事件的及時響應，為事件的事后取證提供了保障。同時，闡述了智能化的視頻監控技術，為學校的管理提供了便利。

關鍵詞：復雜校園環境；IP視頻監控；設計方案

1現有校園環境分析與對策

校園是學生學習和生活的地方，校園安全必須高度重視。而校園安全的涵蓋面比較廣，包括學生事故、校園事故和消防事故等諸多方面，為加強校園安全，可以從管理上著手，嚴格學校安全管理職責，從領導層到老師和學生，培養安全意識；從技術上，可以采用視頻監控技術，針對校園內部人流密集區域進行監控，以便及時發現異常情況。

校園內部采用視頻監控，主要是為了保障師生的教學與生活，保證人身安全和財產安全，維護安全、和諧的校園環境。校園監控的重點區域一般是宿舍、辦公樓、圖書館和教學樓等地方，同時在人流量比較密集的地方以及出入口等處安放監控設備，通過及時瀏覽和查看視頻的方式，可以及時了解校內治安狀況，發現異常情況并及時處理。

校園內部采用視頻監控，同時可以有效預防和打擊犯罪。目前針對校園師生的犯罪行為主要有故意傷害、偷盜和尋釁滋事等行為，不僅侵害師生人身和財產安全，同時也擾亂了正常的教學行為。通過采用視頻監控，可以有效震懾犯罪分子，預防和減少犯罪行為的發生。因此，學校必須加強相應的安全監控。

傳統的模擬監控系統存在著監視效果較差、圖片不清晰、響應速度慢及網絡構架不清晰等不足，導致管理和維護困難，監管花費較大人力、物力，同時對監控系統后期擴展也存在難以擴充等問題，根本無法滿足現有校園環境的需求。采用最新的IP視頻監控系統，針對校園內的不同環境，規劃和設計監控系統，滿足現有復雜校園環境的需求。

2視頻監控簡介與設計目的

“IP是Internt Protocol（因特網之間互聯的協議）的縮寫，網絡之間互聯的協議是為計算機網絡相互連接進行通信而設計的協議”，視頻監控系統經歷了三代的發展，第一代是“傳統模擬閉路視頻監控”，后來發展成“模擬一數字”監控，目前比較流行的是“IP視頻監控系統”。IP視頻監控主要是監控設備內置WEB服務器，具備以太網端口，可以生成主流格式的視頻文件，具備強大的兼容性和可擴充性。以傳統模擬視頻監控（見圖1）為例，與IP視頻監控性能對比如下（見表1）。

通過對比可知，模擬監控與IP監控之間存在相當大的差別，在數據走向、網絡拓撲結構、網絡布線、擴展性等方面，IP視頻監控均優于傳統的模擬視頻監控。

結合校園環境的設計需求總結如下：

數字化監控系統平臺位于總監控中心，平臺負責接入學校各樓宇內的攝像機，攝像機采集數據通過平臺展示，可進行控制管理。上級主管單位、學校領導以及各職能管理部門用戶經過授權后，具有使用網絡視頻監控系統的權限，根據角色及角色權限登錄，查看和操作前端攝像機采集圖像，目前常用的B/S結構，查看和操作人機界面簡單方便，根據用戶操作需求，可將圖像界面切換，實現對監控的管理。

“數字化網絡視頻監控系統需具備多級管理體系，整個系統基于網絡構建，通過網絡傳輸的方式構建出一張可全校園內全網監控，校園內全網管理的網絡視頻監控網”，校園IP視頻監控進行統一網絡構架，提供24小時監控服務，保證安全、穩定運行。

對校園圍墻、主要出入口、學生人數集中區域、校舍及其他重要控制區域安裝視頻監控點。

監控圖像存儲采用集中存儲方式（監控中心），一級監控點位存儲不少于30天，二級監控點位存儲時間不少于15天，三級監控點位存儲不少于7天。

管理平臺設計支持C/S，B/S架構，能統一管理，方便操作。

視頻監控可與其他數字安防（如門禁、報警）等系統融合。

系統具備電子地圖、報警聯動等功能，并能與110報警系統對接。

實現以監控中心為總控、各個校區門衛為分控的分級分權管理體系。

3校園IP視頻監控系統設計過程

3.1校園IP視頻監控設計原則

3.1.1合理性原則

為了保證整個系統從設備配置到系統構成的合理性，監控設計需根據本單位的實際狀況和教育廳校園安全視頻網絡監控系統工程的具體要求，充分滿足用戶在使用中的各項功能要求。為了保證系統的應用，系統提供開放的軟件接口，接受SDK封裝接入。

3.1.2先進原則

計算機技術的發展與更新速度很快，監控系統在設計上充分考慮目前現有新技術，同時關注技術發展趨勢，考慮系統的升級和未來新技術的融合的可操作性，使系統具備一定超前性。

3.1.3實用原則

校園IP視頻監控設計必須以實用為原則，滿足監控、存儲、查詢、管理和使用等基本要求，硬件管理和軟件交互界面簡單易學，使用方便，同時保證圖像的清晰度。系統數據庫采用統一標準，利用通信協議，實現各子系統之間的數據交換，最大化地發揮系統功能。

3.1.4可靠原則

校園IP視頻監控系統設計的關鍵是保證系統功能的安全、可靠運行，同時具備數據容災等特性。主要從硬件和軟件兩方面排除系統的不穩定因素，在問題出現的前期予以阻止，在突發異常情況下，能及時恢復重要數據和系統運行。

系統的可靠性主要關注點如下：

（1）前置攝像設備和軟件。

（2）視頻傳輸網絡。

（3）后臺顯示和控制軟件。

（4）視頻存儲軟件。

（5）視頻存儲、管理服務器。

（6）網絡系統。

（7）軟件系統。

針對以上關注點，可從以下幾方面著手，保證系統的運行：

（1）采用后備電源。

（2）核心設備冗余機制和數據備份。

（3）RAID 5容錯機制。

（4）硬盤MTBF≥10萬小時。

3.1.5安全保密原則

（1）網絡的安全性；（2）軟件系統的安全性；（3）應用程序級的安全性。

3.2校園IP視頻監控設計的功能特點

前置設備采用畫質高、通訊快的視頻監控設備，采用數字化信息技術，進行數據傳輸；通過視頻數據的采集，進行數據傳輸，利用角色權限對監控內容進行提取、查詢、拷貝等操作。實現對校園內各路口、主要道路、目標群體、重點單位、學校大門主要進出口區域等目標進行監控。通過采集的視頻監控信息，及時掌握學校范圍內的實時動態，把握治安情況，達到預防和及時處理的目的，以此打造平安校園。系統具備以下功能。

3.2.1數據采集功能

通過視頻監控設備，對每個監控范圍進行實時數據采集，采用先進的壓縮技術，對視頻、音頻信息進行預處理。對校內布控的每個監控點，保證攝像機運行正常，實時、準確地采集圖像信息，對于光照不足或晚間數據采集，利用補光設備解決照度不足的問題，可附加拾音器、紅外探測等外設。

3.2.2信息傳輸功能

視頻監控系統包括各種數據：視頻信息、報警信息及控制指令等，采用有線傳輸和無線傳輸結合的方式，保證數據傳輸的安全可靠性。將前置設備采集的信息傳輸到控制平臺，實現管理操作。信息傳輸過程中，不僅要保證傳輸質量，同時也要考慮傳輸速度，“傳輸具有全系統帶寬管理和流量控制能力，支持大賬戶量的并發接入，保證在大量圖像訪問情況下系統仍能正常運行”。

3.2.3角色權限管理

通過權限設置可以實現：不同用戶角色擁有不同的操作權限。通過對上級部門管理員、總監控中心管理員和其他操作人員權限設定，實現對不同區域、不同操作權限的限制。

3.2.4信息存儲和備份功能

信息的存儲主要包括監控視頻、報警音頻和系統日志等信息，采用規定格式進行統一存儲；對系統存儲的數據進行安全備份，防止由于突然情況而導致的重要數據丟失。數據按照要求進行分類，針對角色的不同設定數據訪問權限。對部分重要圖片、視頻進行備份或者永久存儲，并且提供在線備份和離線存檔多種保存方式。存儲的歷史視頻數據支持防篡改處理，采用數字水印技術，滿足取證舉證需求。

3.2.5信息控制功能

系統依據授權將網絡賬戶發出的控制命令傳送到前端監控設備，實現對視頻信息的調用和控制操作，主要的控制方式有以下幾種：

（1）利用系統功能，對視頻進行常用操作（如查詢、播放等），可對視頻信息進行復制、加工（如字幕添加等）。

（2）對數據進行去燥，提取視頻幀信息等。

（3）采用其他視頻編輯工具對視頻信息進行處理，如壓縮、圖像融合、數據幀提取、圖片分割和特征提取等處理。

3.2.6報警信息處理

本系統可以同時處理多項任務，同一時間在校內多個地方出現異常情況可以及時應對。每個IP監控設備，均包含2個獨立輸入節點。2個輸入節點可連接傳統入侵探測器，通過傳統報警設備（如紅外運動探測器、門磁）等，利用軟件管理，自動記錄現場情況，當出現異常情況時，及時報警通知相應安保人員。

3.2.7快速布控

當監控人員發現異常情況時，及時通知安保人員進行快速布控，利用監控視頻，追蹤案發現場、周邊情況，提高突發情況控制能力和破案效率，保證學生和老師等人員、財物的安全。

3.3學校內部網絡架構設計

校園網絡采網絡構用常用的扁平化架。主要包括接入層、匯聚層和核心層，另外涵蓋服務器與存儲網絡。

寬帶接入層主要由匯聚層和接入層設備構成。

接入層：（1）采用具有路由功能的路由器進行外網接入，保證網絡安全、應用安全和接入安全，為系統安全可靠運行提供硬件保障。（2）在客戶端接入層，采用二層交換機和無線AP等接入設備，滿足PC機和移動終端等不同設備的網絡接入。

匯聚層主要是二層透傳和VLAN隔離功能，使用匯聚交換機，采用QinQ技術，可有效地擴展VLAN數目，解決網絡VLAN ID資源問題。

核心層主要是實現內網和外網之間的快速傳輸，采用高帶寬的三層交換機，在構架上提供冗余鏈路，保證整個網絡的冗余能力，提供可靠和高速的傳輸功能。核心層對整個網絡構架起到了至關重要的作用，必須滿足冗余、高效、可靠、容錯和低延時等性能。

扁平化網絡構架設計主要是將網絡劃分為寬帶接入層和業務接入層。在業務接入板塊，采用獨立的交換機，將用戶設備接入核心層。采用獨立防火墻對業務系統進行隔離，保證業務系統的安全性與可靠性。

網絡構架設計模型如圖2所示：采用A，B雙平面的組網方法，A，B平面既可以作主備平面，也可以走負載分擔的方式。

3.4監控存儲設計部分

校園IP監控存儲系統旨在建設一個“可行的、先進的、成熟的、高可靠、高可用、易維護、高安全、高開放、高性能、靈活可擴展、易管理的存儲平臺，保證各監控應用系統高質量地提供連續穩定不間斷的服務”。

校園監控存儲系統設計中，作為核心基礎設施的存儲系統，應當達到以下主要目標：

（1）要求在連續寫環境下實現隨機讀的快速處理。

（2）存儲系統要求可靠性高，穩定性強，支持7x24小時不間斷工作。

（3）采用高性能、高可靠性、成熟的存儲架構，同時滿足視頻數據存儲空間需求。

（4）系統方案設計適用于多臺主機和存儲系統連接，并且確保無單點故障。

（5）系統可管理性強，管理方式簡單，易操作，斷電后可自動重啟。

（6）實現監控中心核心業務的連續可用性和數據保護以及設備級的快速災難恢復。

（7）數據實現統一管理，針對重要的視頻數據可進行快速備份恢復及數據歸檔和遷移管理。

（8）支持在海量視頻數據中的在線快速讀取所需視頻錄像。

（9）尋求性價比最佳的存儲產品，降低總實施成本。

視頻監控的存儲將采用集中存儲備份的方式進行，前端攝像點采用網絡攝像機系列，但不能進行全天24小時長時間存儲，因此編碼后的數據在本系統中采用集中存儲的方式。監控中心集中了前端所有的圖像網絡信號，要求7x24小時，30天實時存儲數據。網絡球機和網絡攝像機最好要求1080p。

存儲是為監控的需求而量身設計，必須考慮視頻數據大、監控時間長和24小時不間斷等要素，提供比較可靠、擴展性高和易于管理的存儲系統。保證系統的操作和維護具備可擴展性。即將建設的存儲系統應遵循以下原則：

（1）可用性。為了保證各監控應用系統高質量地提供連續、穩定、不間斷的服務，因此其高可用性是本方案設計的基礎2_--，應綜合考慮存儲系統的7x24小時高可訪問性、單點故障和系統負載等因素。

（2）擴展性。必須結合實際需求，對校園監控點增加的情況，可隨時擴展容量，滿足系統不斷發展和升級要求。

（3）高可靠性和穩定性。作為所有的視頻監控數據集中存儲系統，必然要求系統支持高可靠性和穩定性。主要關注冗余容錯與故障恢復等方面。

（4）可維護性。為了有效、快捷的管理與維護，高校監控存儲系統必須滿足：系統易于維護；系統應能夠通過遠程對設備進行管理和維護；系統可前期進行故障預測與定位；故障維護必須響應及時。

（5）開放性和兼容性。后期的功能擴展要求存儲系統必須要求有好的開放性以及兼容性，滿足互連；同時提供如標準的API接口等；并按照國內外相關的技術標準與規范。

（6）安全性與管理便利性。高校監控作為治安管理監控的重要組成部分，應保證系統安全可靠，提供多種管理界面，如LED，WEB，RS232，中文圖形化界面及CLI等多種方式。同時提供多樣的預警、報警方式。

3.5校園監控中心設計

校園監控中心需要有以下內容：

（1）系統服務器，利用N臺服務器建立一級數字視頻共享平臺：符合數字視頻共享平臺技術要求，軟件功能模塊主要有：設備管理、電子地圖、抓拍管理、輪巡管理、巡航管理、設備控制、多畫面顯示、報警聯動、音頻配置語音對講、錄像、存儲策略、錄像資料查詢、回放、權限分配機制，B/S網絡瀏覽功能。

（2）電視墻由采用NxM超窄邊液晶拼接大屏。

（3）監控中心設M席位監控平臺，解碼服務器N臺，存儲服務器M臺，客戶端M臺，共需配電腦主機N臺。

（4）存儲系統設計，對7x24小時實時圖像監控進行錄像存儲，要求保存天數15天。

（5）M臺UPS電源設計，8小時后備時間，純在線式，使中心數字平臺服務器設備能穩定可靠運行。

3.6校園分控中心

分控室設立校區門衛值班室，值班人員通過分控主機可以調閱授權范圍內的視頻圖像的監控功能，有一定的操作權限，可通過網絡和主控室平臺進行連接制，并且可實時調用本地存儲，同時也可實時監看本地視頻圖像信息。

3.7系統劃分

監控系統與外部監控中心相連，按層次劃分為學校總監控中心和校區分控中心。

主要包括校內和校外兩方面的互聯。校內分總監控中心和小區分控中心；校外主要是上一層管理機構監控中心，從底層監控點到中監控中心實現互聯。遇到突發情況，可以實時協作，共同處理。

3.8軟件平臺

3.8.1平臺結構設計

校園IP視頻監控系統劃分為4層，具體層次劃分如圖3所示。

3.8.2整體結構拓撲設計

根據系統層次劃分，結合學校的實際情況，校園IP視頻監控系統整體拓撲結構設計如圖4所示。

4結語

本文針對復雜校園環境的監控所面臨的挑戰，采用最新的IP視頻監控規劃和設計整個校園的監控系統，解決了傳統模擬視頻監控系統的監視效果較差、響應慢及管理困難等問題。通過使用IP視頻監控系統，可以實時掌握校園內部治安狀態，及時應對突發情況，利用該系統，通過調度、指揮、處置，起到預防、控制和精確打擊犯罪行為的作用，搭建良好的校園治安環境，保障學生、老師的人身和財產安全。IP視頻監控特別適用于有著完整網絡架構的校園，如各個綜合性大學，使用IP視頻監控嫁接在學校內部網絡，能夠較好地體現監控的意義。而且，IP視頻監控系統同時能夠結合其他報警系統、門禁系統、巡更系統等系統，對學校的管理進行統籌規劃。