網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在城市綜合管廊的應(yīng)用

王 亮

(中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司 第十設(shè)計研究院， 天津 300074)

1 概述

視頻監(jiān)控近年來呈現(xiàn)一些明顯的變化趨勢，例如，視頻監(jiān)控從模擬階段到數(shù)字階段的歷史性轉(zhuǎn)折；標(biāo)準(zhǔn)更加開放；高清視頻在安防領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響；智能化日益突出，并不斷迅猛發(fā)展。這些變化推動視頻監(jiān)控系統(tǒng)向更加成熟的階段邁進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)將計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與監(jiān)控技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，將監(jiān)控系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接起來，使兩個相互獨(dú)立的系統(tǒng)走向融合，在理念和方式上取得了突破[1]。

城市綜合管廊(以下簡稱管廊)為地下集約化隧道，集電力、通信、燃?xì)狻⒔o水、中水、污水等專業(yè)管線于一體。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱監(jiān)控系統(tǒng))作為管廊安全防范系統(tǒng)的一個重要組成部分，發(fā)揮著強(qiáng)大的功能。

2 監(jiān)控系統(tǒng)組成要素

監(jiān)控系統(tǒng)由前端攝像機(jī)、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、儲存設(shè)備組成。前端攝像機(jī)位于管廊內(nèi)部，通過傳輸介質(zhì)將視頻數(shù)據(jù)匯總至設(shè)備間(管廊內(nèi)用于安裝現(xiàn)場機(jī)柜的場所)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，再傳輸至管廊設(shè)備間內(nèi)的儲存設(shè)備或者管廊外遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的儲存設(shè)備。

2.1 前端攝像機(jī)

前端攝像機(jī)選用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，安裝在管廊現(xiàn)場。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是傳統(tǒng)攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn)品，它可以將影像通過網(wǎng)絡(luò)傳至任何一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)，且遠(yuǎn)端的瀏覽者不需用任何專業(yè)軟件，只要標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器(例如Microsoft IE)即可監(jiān)視其影像。前端攝像機(jī)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場的圖像，其核心部件為圖像傳感器，分為CCD和CMOS兩種模式。CCD是電荷耦合器件，是一種用電荷量表示信號大小，用耦合方式傳輸信號的探測元件；CMOS是利用硅和鍺這兩種元素做成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)圖像儲存的功能。CMOS非常省電，耗電量約為CCD的30%，但處理快速變換的影像時，對暗電流(在沒有光照射的狀態(tài)下，在感光元件中流動的電流)的抑制不佳，畫面上易出現(xiàn)雜點(diǎn)。因此，注重圖像質(zhì)量時一般選擇CCD傳感器，注重功耗和成本時選擇CMOS傳感器。管廊中出于安防考慮，更傾向于保障圖像質(zhì)量，采用CCD傳感器居多。

2.2 傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)采用超五類網(wǎng)線或者單模光纖，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)和控制信號的傳輸。對于管廊，在前端攝像機(jī)距網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)距離小于80 m時，可采用超五類網(wǎng)線，反之，采用單模光纖。

2.3 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

本文中，安裝在現(xiàn)場設(shè)備間或監(jiān)控中心，用于現(xiàn)場設(shè)備間內(nèi)前端攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)之間、不同設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)之間、設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)與監(jiān)控中心的視頻工作站之間的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)稱為聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)；安裝在監(jiān)控中心，用于監(jiān)控中心視頻數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)稱為核心交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)主要用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，能夠提供更多的網(wǎng)絡(luò)接口用于設(shè)備連接、數(shù)據(jù)交換，具有結(jié)構(gòu)簡單、高度靈活、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)。常用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)有8口、16口、24口等規(guī)格。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)可支持光纖環(huán)網(wǎng)。

2.4 儲存設(shè)備

儲存設(shè)備一般安裝在管廊現(xiàn)場，但如果采用集中儲存的方式，也可安裝在監(jiān)控中心。儲存設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)(NVR)或磁盤陣列(IP-SAN)，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的本地儲存或遠(yuǎn)程儲存。網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)最主要的功能是通過網(wǎng)絡(luò)接收前端攝像機(jī)傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)，并進(jìn)行儲存、管理，其容量擴(kuò)展量有限且運(yùn)行穩(wěn)定性不高，主要用于中小規(guī)模的視頻數(shù)據(jù)儲存；磁盤陣列是安全數(shù)據(jù)儲存的設(shè)備，用于數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)備份等，主要用于大規(guī)模的視頻數(shù)據(jù)儲存。

3 技術(shù)優(yōu)勢

① 24 h全天候監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)自動將視頻數(shù)據(jù)儲存，連續(xù)記錄任意時間段內(nèi)的各監(jiān)控區(qū)域圖像。

② 儲存功能，支持圖像回放。監(jiān)控系統(tǒng)可儲存較長時間段的視頻數(shù)據(jù)，對于管廊，一般會儲存30 d左右的視頻數(shù)據(jù)，用于回放查看。尤其當(dāng)管廊內(nèi)發(fā)生事故(例如火災(zāi))后，通過監(jiān)控系統(tǒng)的回放，可以分析事故的原因，確定事故責(zé)任，預(yù)防類似事故的出現(xiàn)。

③ 入侵檢測功能。監(jiān)控系統(tǒng)的前端攝像機(jī)能夠支持移動偵測，管廊內(nèi)除正常巡檢的時間段外，無移動的人員或物體，監(jiān)控系統(tǒng)可通過采集的不同時間段的畫面進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)可疑人員或物體，及時向監(jiān)控中心發(fā)出報警，提示管廊運(yùn)行人員有異常情況。

④ 聯(lián)動功能。管廊中包含多種檢測裝置(例如入侵檢測、火災(zāi)檢測、天然氣泄漏檢測等)，當(dāng)這些裝置發(fā)現(xiàn)異常時，均可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的方案聯(lián)動監(jiān)控系統(tǒng)的前端攝像機(jī)，及時將實時畫面反饋到監(jiān)控中心，便于運(yùn)行人員直觀地了解現(xiàn)場情況，有針對性地采取措施。例如，當(dāng)入侵檢測裝置發(fā)出報警時，可聯(lián)動其附近的攝像機(jī)轉(zhuǎn)動，將鏡頭對準(zhǔn)發(fā)生入侵的位置。

4 應(yīng)用方案

監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)管廊內(nèi)前端攝像機(jī)的數(shù)量，選擇不同的應(yīng)用方案，保證監(jiān)控系統(tǒng)布局合理，經(jīng)濟(jì)高效。

4.1 簡約型方案

當(dāng)管廊主體長度較短，防火分區(qū)(一般長度為200 m左右)數(shù)量較少，前端攝像機(jī)數(shù)量較少時，由單臺網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)即可完成數(shù)據(jù)儲存。現(xiàn)場前端攝像機(jī)通過超五類網(wǎng)線或者單模光纖連接到現(xiàn)場設(shè)備間內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)可采用星型網(wǎng)絡(luò)。簡約型方案現(xiàn)場配置見圖1。網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)亦與聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)相連，視頻數(shù)據(jù)由現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)儲存，通過單模光纖上傳至監(jiān)控中心。

監(jiān)控中心設(shè)置視頻工作站、核心交換機(jī)，視頻數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，通過視頻工作站配套的顯示器查看現(xiàn)場視頻圖像。簡約型方案網(wǎng)絡(luò)見圖2。前端攝像機(jī)支持“移動偵測”功能，當(dāng)畫面出現(xiàn)異常時，例如在午夜有人員在管廊內(nèi)活動，可通過網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)向監(jiān)控中心值班人員報警。

圖1 簡約型方案現(xiàn)場配置

圖2 簡約型方案網(wǎng)絡(luò)

鑒于此方案前端攝像機(jī)數(shù)量較少，對于管廊內(nèi)的電力艙室，可采用圖像型火焰探測器替代網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)作為前端攝像機(jī)，既可以采集艙室內(nèi)的圖像，輸出至網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，又可以作為火焰探測器進(jìn)行電氣火災(zāi)檢測，當(dāng)其檢測到火情時可向監(jiān)控中心發(fā)出火災(zāi)報警，由火焰探測器輸出開關(guān)量聯(lián)動管廊內(nèi)的自動滅火系統(tǒng)。

本方案的特點(diǎn)是監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，配置靈活，視頻數(shù)據(jù)本地儲存，網(wǎng)絡(luò)通信量小，但監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模受網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)容量限制，沒有擴(kuò)展能力，僅適合小型監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2 集中型方案

當(dāng)管廊主體較長，防火分區(qū)較多時，每兩個防火分區(qū)設(shè)有一個設(shè)備間，每個設(shè)備間僅設(shè)置一套聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)用于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，不設(shè)置網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)。現(xiàn)場前端攝像機(jī)采用星型網(wǎng)絡(luò)連接到設(shè)備間內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)，匯總后與其他聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心。集中型方案現(xiàn)場配置見圖3。

各個設(shè)備間的聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)與監(jiān)控中心的聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)通過光纖環(huán)網(wǎng)互聯(lián)(不必采用星型網(wǎng)絡(luò)一對一將光纖引至監(jiān)控中心)，再與監(jiān)控中心的核心交換機(jī)相連，視頻數(shù)據(jù)通過監(jiān)控中心的磁盤陣列集中儲存，通過監(jiān)控中心的大屏幕進(jìn)行顯示。集中型方案網(wǎng)絡(luò)見圖4。

圖3 集中型方案現(xiàn)場配置

圖4 集中型方案網(wǎng)絡(luò)

磁盤陣列可采用Windows、Linux、Solaris等操作系統(tǒng)，支持RAID技術(shù)(RAID0、1、5、6、10、50等)、支持多種協(xié)議(例如視頻流協(xié)議/ NFS / CIFS / FTP / HTTP / AFP / RTSP等)、熱插拔硬盤、冗余熱備電源等，可靠性高，儲存容量大。視頻顯示采用大屏幕系統(tǒng)，一般為“拼接墻”，屏幕可采用DLP、等離子、液晶等，典型的屏幕數(shù)量有2×2、2×4、3×3、4×8等，視頻數(shù)據(jù)通過大屏幕控制器按需要在指定的屏幕區(qū)域顯示。

本方案的特點(diǎn)是監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，前端攝像機(jī)通過現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)，無需本地儲存數(shù)據(jù)，擴(kuò)展時僅需增加前端攝像機(jī)和現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)即可，儲存設(shè)備位于監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)安全性高，易于維護(hù)。但本方案網(wǎng)絡(luò)通信量大[2]，監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)模受此限制不能過大，否則會導(dǎo)致成本過高，且容易影響圖像傳輸?shù)馁|(zhì)量(例如出現(xiàn)圖像卡頓、丟失等)，故適合中型監(jiān)控系統(tǒng)。

4.3 分布型方案

當(dāng)管廊主體較長，防火分區(qū)較多時，可采用簡約型方案的監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場配置(詳見圖1)，通過增加網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)的數(shù)量來進(jìn)行擴(kuò)展，每兩個防火分區(qū)設(shè)有一個設(shè)備間，每個設(shè)備間設(shè)置一套網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)用于數(shù)據(jù)本地儲存和一套聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)用于數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。當(dāng)現(xiàn)場視頻監(jiān)控點(diǎn)比較多時，需要單獨(dú)建設(shè)專用的視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)。位于管廊現(xiàn)場設(shè)備間的聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)將視頻數(shù)據(jù)集中后，通過光纖環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控中心的聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)，再連接至監(jiān)控中心的核心交換機(jī)，將視頻數(shù)據(jù)上傳，最終在監(jiān)控中心的大屏幕上顯示現(xiàn)場畫面。分布型方案網(wǎng)絡(luò)見圖5。視頻數(shù)據(jù)儲存在現(xiàn)場的各個網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)中，分散了風(fēng)險，即使單個網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)發(fā)生故障，也不會影響其他區(qū)域的視頻數(shù)據(jù)儲存。

圖5 分布型方案網(wǎng)絡(luò)

本方案的特點(diǎn)：既具有簡約型方案的優(yōu)點(diǎn)，同時又解決了網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)的容量限制問題，擴(kuò)展簡單，只需成套增加現(xiàn)場設(shè)備即可，適合監(jiān)控系統(tǒng)分期建設(shè)；采用光纖環(huán)網(wǎng)連接各套聯(lián)網(wǎng)交換機(jī)，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性；監(jiān)控中心根據(jù)需要對視頻數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程調(diào)用，網(wǎng)絡(luò)通信量小；視頻數(shù)據(jù)儲存為分布式結(jié)構(gòu)，每個設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)儲存自己控制范圍內(nèi)的視頻數(shù)據(jù)，個別儲存設(shè)備的損壞不會對整個監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生致命的影響，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，適合中型或大型監(jiān)控系統(tǒng)。

5 結(jié)語

隨著城市綜合管廊的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在其中的應(yīng)用會越來越多，技術(shù)方面將會更加成熟，并與管廊內(nèi)的其他檢測系統(tǒng)產(chǎn)生更多的交集。城市綜合管廊包含多個檢測系統(tǒng)，例如人員通道的出入口控制裝置、入侵探測報警裝置、電力艙室的火災(zāi)檢測系統(tǒng)、天然氣艙室的氣體泄漏檢測系統(tǒng)等，當(dāng)它們中任意一個檢測到異常時，都可以聯(lián)動網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將圖像在監(jiān)控中心顯示，針對不同情況，由運(yùn)行人員啟動相應(yīng)處理方案。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)互相補(bǔ)充，從日常監(jiān)測到重點(diǎn)檢查，從前期預(yù)防到后期入侵處理，全方位覆蓋，形成一個統(tǒng)一整體，有效地保障城市綜合管廊內(nèi)設(shè)備和管線的安全運(yùn)行。