建筑工地网络视频监控管理方案.docx

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建筑工地网络视频监控管理方案

网络视频监控系统

技术方案建议书

1.

前言

随着社会经济的发展，如何监管各个地市的建筑施工工地，包括工地的施工管理、质量管理，已经提到建设厅对建筑工地的可视化管理日程上来了。

同时各个县级建筑实验室的可视化管理，对提高建筑材料试验的公正性，对远程网络化监控管理也有非常迫切的需求。

为了更好地监管建设工地的质量和施工管理，建设厅将对各个建设工地以及各个县级实验室进行网络化远程视频管理。

过去，工程现场只能由工程项目经理进行生产管理，各个地市的建工处的建筑工程监督部门需要到工地进行质量和工程监督，非常费人、费时，也非常不方便。

分散的地理位置使得很难对所有的工程项目行使有效的监督、监管。

现在随着网络技术和计算机技术的发展，高速宽带技术已经使得远程视频实时监控得到广泛应用。

建设厅、建工处、开发商、以及施工企业的管理者在办公室、家中任何有宽带接入的地点，即可实时监控工程现场的情况。

本方案采用了国际上先进的基于IP网络的数字安防产品，为使用者提供功能齐全、应用新颖、投资合理的网络视频解决方案。

在本次设计中充分体现出可持续发展的理念，利用网络技术及数字图像处理技术提供多种综合服务功能。

利用网络（LAN）扩展传统模拟CCTV系统和现有的报警系统，利用现有网络（宽带网）建立数字化视频监视系统可以为用户节省费用，并且可以完全达到用户对安全的要求。

2.客户需求分析

2.1.需求情况

●整个网络远程可视化监管系统采用数字方式

●采用专网传输

●前端摄象机1500台，分布在整个江西省各个建筑工地以及县级实验室，采用编码设备，编码格式要求CIF或4CIF。

●中心采用解码设备，上电视墙（9孔）、操作台、控制键盘、客户端等

●存储要求所有摄像机每天24小时录像,保存7天。

2.2.网络环境

网络环境如下：

●前端租用电信运营商的接入，可以采用ADSL（单路视频）或光纤（多路视频或要求4CIF图像质量）

●监控管理中心到租用光纤

●要求其汇聚层交换机支持组播管理

●详细内容请见设备网络机制文档

2.3.远程视频监控系统要求

远程监视、控制、录像文件本地存储，远程调用等

3.设计规范

根据贵方项目的要求和国家有关法规的要求，我们经过认真研究、分析设计本系统方案。

该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点，而且该系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力。

为实现安防系统的可视化管理奠定了基础。

依据、参考的相关规范包括：

●《工业电视系统工程设计规范》GBJll5—87

●《远动设备终端通用技术条件》GB/T16435-1996

●《中华人民共和国安全行业管理规范》

●《软件工程国家标准》

●《中国电气安装工程施工及验收规范》

●《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

●《安全检查防范系统通用图形符号》GA/T74-94

●《社会公共场所安全防范工种设计规范》

●《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92

●公安部、公安厅技防办有关文件规定。

●《中华人民共和国公共行业标准》（GA/T70-94）

●《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

●《电气装置安装工程施工及验收规范》（BGJ232.90.92）

●《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）

●《民用工业建筑电气设计规范》（GJT16-92）

●《电视系统视频指标》（CCTRRECOMMENDATION472-3）

4.设计原则

4.1.标准化

网络视频监控系统就是要实现在网络系统上的图像传输和共享。

本系统采用的产品均遵循网络协议和传输标准的要求。

4.2.可扩展性

由于用户以后的需求会不断发展，监控数量将随之扩大，只要增加前端设备和升级软件，不用添加其他附加设备，以保证用户的投资。

为了适宜未来系统扩展的要求，系统在满足现有功能的基础上预留足够的设备容纳性以便系统扩充之用。

系统中控制部件（软、硬件）采用集中式结构、嵌入式等技术措施，可以方便灵活的进行扩充，充分保证系统在将来的适应性。

灵活的组网方式，方便被监控点的增加。

几个视频监控系统可以作为子系统组成更大的视频监控系统，可按多级组网的方式，形成大规模的监控网络，高一级监控中心能管理和监控低一级监控中心的运行。

4.3.可用性和可靠性

我们的方案在充分考虑用户实际情况的基础上，选用AV1320e-T作为视频服务器，采用了嵌入式的操作系统，减少了其他因素造成故障的可能性。

4.4.易用性

软件使用界面良好，用户安装相应软件（iDVRVer3.0）后就可进行实现监控，完全智能控制，不用单独设置。

系统可以很方便进行软件升级，保证用户投资。

系统采用的软件，包括：

服务器软件和客户端软件，均为客户提供升级服务。

可调节图像质量与带宽占用，系统采用MPEG4硬件编解码，可以根据用户需求调节帧数、分辨率、图像质量等。

带宽可码流，支持64K-2048Kbps的传输码率

多种图像浏览方式，包括单画面、四画面、九画面、十六画面多种浏览方式。

系统建立基于B/S架构（即WEB）的组网技术，可以方便灵活的使用。

4.5.开放式结构

软件可以与第三方系统相融合，可以读取第三方系统的相关数据，也可以为第三方系统提供其需要的相关数据，提供SDK（二次开发包），具有开放式结构。

4.6.可靠性

具有设计独到的视频流量管理功能，保证网络通畅。

实行操作权限管理，保证统一、规范管理。

系统具有自诊断功能。

系统的平均无故障工作时间MTBF>100000小时。

4.7.完善性

●具有强大的视频、音频和数据告警功能

当某台摄像机发生移动侦测报警时，系统可实时启动录像，或驱动云台前往预置位实时监视。

当发生报警时，能把报警信息以短消息形式发送到指定人员手机，或以E-mail方式发送到指定管理员的信箱中。

●功能完善的录像管理体系：

系统可选用手动、移动侦测、告警、定时录像四种录像方式；提供指定周期的滚动删除功能，有效防止存储空间耗尽。

同时可提供分布式网络存储功能，与网络内其他服务器，或IP-SAN紧密结合。

●系统具备完善的控制功能

系统设权限管理，对不同级别的用户给予不同的权限，有效防止越权操作。

4.8.实时性

视频延时小于0.5S。

4.9.良好的硬件平台

系统硬件平台为嵌入式设计，高实现高度一体化、高度工程化，便于施工、安装、调试。

4.10.良好的软件平台

系统的软件操作简便、模块化结构，能应用于Windows2000/NT/XP等操作系统。

5.网络视频服务器的概念

●压缩

使用高速AD转换器将模拟视频信号转换为数字信号；（MPEG4）方式压缩编码

●网络传输

使用标准TCP/IP协议。

●辅助功能

视频服务器配置有DI/DO（报警输入输出）端子，音频输入输出端子。

●解压缩

一种方式是通过专业的软件将图像在普通计算机中显示；另一种方式是通过硬件将图像还原为模拟视频信号在视频监视器上显示。

●嵌入式操作系统

作为实时操作系统（RTOS），嵌入式操作系统可以为CPU提供长时间、连续工作、自恢复功能。

RTOS为设备长时间可靠工作提供了保障。

与Windows不同，RTOS是专门为工业、军事等要求计算机系统具有高度可靠性使用环境开发的操作系统。

6.系统的设计思想

该系统是一个典型的分布式系统。

彼此相对分散。

这个系统结构对于使用传统模拟系统来讲是非常困难的。

解决这个问题需要新建设一个开放式的软件平台和相应的硬件设备，因此，我们推荐使用北京先进视讯科技有限公司专业的网络视频解决方案iDVR系统平台以及AV1320e系列、AV2300系列网络视频服务器，完成多系统、多任务综合处理、分布式、高度安全的网络视频监视系统。

远程安全监视系统的最基本的要素是网络。

随着IP网络的不断扩容，我们利用网络运营商提供的宽带服务完成网络化、数字化、智能化的自助银行远程安全监视与服务系统成为可能。

6.1.网络化结构-“一线多能”

网络化的好处是视频、音频、数据可以在一条网络线缆内同时传输，解决了传统布线一种电缆仅仅能够传输一种信号的问题。

图表1一线多能

前端摄像机直接接入网络视频服务器。

模拟视频信号转换为标准的IP包，通过TCP/IP网络传输数字视频，不再需要经过传统的布线，如光纤、同轴电缆等等。

这个结构可以利用系统已经具备的LAN布线系统极其方便的传输视频信号。

打破了传统布线的点对点方式，有效地节省用户的前期投资以及后期的线路维护工作投资。

即使是需要新敷设线路，其链路所需要的线缆量以及线缆敷设、维护的工作量也较模拟系统小得多。

6.2.网络化结构-方便日后扩展

网络化结构使得日后系统的扩展工作变得极其容易。

我们仅仅需要找到一个信息点（网络接入点）就可以，不必再敷设任何的电缆。

6.3.嵌入式操作系统-免维护

网络视频服务器使用嵌入式操作系统，系统的稳定性能、安全性能极高。

通过网络，用户可以方便的进行远程的管理以及固件的更新。

6.4.分布式结构-系统更加安全

由于每一个设备均以分散的方式安装于远端的摄像机端，即使单个设备发生了故障也仅仅是影响到这个设备，而不至于影响整个系统。

传统的DVR系统实际上还是一个集中控制系统。

所有的摄像机信号必须连接到DVR主机。

一旦DVR主机失效，整个系统就会崩溃。

所以我们说分布式网络化数字视频系统的这些特点是传统的DVR（数字录像机系统）所无法达到的。

6.5.分布式存储-系统更加灵活

iDVR基于B/S（浏览器/服务器）结构，这种结构提供多服务器服务，允许客户根据实际需要灵活的配置存储和管理服务器。

存储服务器（Archiver）可以在目录服务器（Directory）的管理下任意的分配和切换需要存储的摄像机图像。

我们可以理解为存储服务器与摄像机的关系是“软性”关系。

这一点与DVR完全不同。

DVR所能够存储的摄像机图像仅仅是通过物理方式连接过来的图像，不能够试图连接其它摄像机。

所以，iDVR可以为系统提供更多的灵活性。

6.6.分布式存储、分布式观看-更加方便使用

iDVR的客户端可以分散在LAN的任何地点，数量没有限制。

假如不对客户端的权限进行限制的话，那么每一个客户端都可以观看所有网络上的图像。

这一点是DVR系统目前的技术所不能够达到的。

目前的DVR系统同时可登陆的用户数量不会超过5个，在多于这个数量级时，系统的速度会明显下降，表现的现象为：

图像刷新速度下降、丢帧。

图表2分布式系统

iDVR的B/S结构以及多服务器结构有效的解决了这个问题。

6.7.强大的多点组播-更加灵活的网络机制

图表3多点组播

图像存储和图像浏览可以同时进行。

6.8.单元总结

本设计方案的核心部分是iDVR软件。

这个软件基于B/S（浏览器/服务器）结构，运行在Windows2000/XP平台，具有多服务器结构，系统可以管理数千只摄像机。

摄像机与摄像机之间、摄像机与服务器之间、摄像机与用户之间没有地理位置的界限。

7.网络视频管理系统的管理策略

7.1.视频编码器具有智能编码功能

先进视讯公司开发的网络视频编码器产品具有智能编码功能，在视频画面变化率很小的情况下，编码器可以智能识别，可以以较低的帧率（几帧/秒）传输视频图像，这样可以有效地减低网络带宽要求并大量节省网络中心存储的容量。

而当实时视频图像变化率变大后，编码器会自动调整帧率到实时状态（25帧/秒）。

这种编码器的智能功能在晚上有效节约存储空间非常有效。

7.2.N＋1故障备份机制

为了保障系统的稳定、可靠运行，可以设置故障备份服务。

当iDVR服务器中的转发、录像、网关服务出现故障的时候，可以iDVR系统平台服务器采用N+1的备份方式，即：

N台网关服务器用1台备份服务器。

系统机构图如下所示：

图表4N＋1故障备份机制示意图

备份用服务器需要安装网关服务、录像服务、转发服务。

同时需要把前端设备配置界面中：

连接1下的“服务器IP1”设成指向网关的地址；“服务器IP2”设置成备份用服务器的地址。

设备链接服务器的重试次数设为“2”。

设置成功并且设备连接到服务器IP1上之后在录像管理项添加相应录像计划，添加完成之后需要把服务器IP1上的网关服务停止，设备会自动连接到服务器IP2上，连接成功之后再添加相应录像计划；添加成功之后把服务器IP2停止，设备会再回到服务器IP1上；启动停止的录像服务。

录像和网关的备份工作完成。

这时如果前端视频服务器设备与主网关服务器失去连接。

设备会自动连接到备份用服务器，同时录像启动，完成录像的冗余备份工作。

设备会在2分钟左右完成录像的冗余切换工作。

（时间视网络情况而定）。

7.3.系统自愈合能力

故障切换服务保证了系统内的各种应用在出现故障时仍然可以继续工作，在故障排除后，iDVR系统自动（或）手动恢复到故障前的状态。

备份服务器上链接的设备会自动切换到原来的工作服务器上。

7.4.特殊的设备寻址能力

对于一个运行于IP城域网的报警与监控技术系统来讲，其所面临的网络环境要较单一物理网络复杂得多，它可能不仅仅是一个城域网，还有可能是城域网与自建私网的组合。

同时整个系统容纳的视频流的数量是巨大的，集中式的视频流管理和处理机制就会面临动态IP问题、组播问题、设备过路由跨NAT（网络地址转换）问题、视频流管理和转发服务器处理能力问题以及因网络“聚焦效应”带来的网络瓶颈问题等等。

在这种复杂网络环境下，除前面说提到的软件管理平台必须有分布式、多服务（或多中心）、故障服务能力之外，编码设备也需要具有特殊的机制以适应大规模、复杂环境下视频流传输工作。

这个特殊的机制就是“前端编码设备主动寻址”。

目前的网络视频管理平台（软件系统）绝大多数使用被动寻址的方式在管理服务器和编码设备之间建立联系，即服务器要知道前端编码设备（如PC-DVR，嵌入式DVR或网络视频服务器）的IP地址或由DDNS（动态域名解析）提供前端设备的IP地址。

为解决若干编码设备或一群编码设备联网问题，我们需要建立一个中间件-视频流管理和转发服务器（StreamServer）。

这个服务器具有强行“唤醒”能力，完成与每一个编码器强行建立联系的任务，同时负责将视频流按需发送到观看目的地，我们称之为-转发。

拓扑图见下图：

图表5转发服务示意图

通过上面的拓扑图我们可以发现，在编码设备处于动态IP环境时，中间件服务器（StreamServer）是否能够找到编码设备取决于第三方的DDNS服务。

通过上面的理论分析，我们可以得出这样的结论：

这种依赖于“第三方服务的联网方式”的可靠性完全取决于第三方的DDNS服务器的工作状态。

如果这个DDNS服务器服务出现问题，所有的编码设备就全部在系统内消失了。

因此，这种被动式的联网方式不适用于完全部署于IP城域网的城市级别报警与监控技术系统，仅适用于单一物理网络内的联网任务。

当然，除这个主要因素之外，这种联网方式不能部署多服务（多中心）故而不能有效地分散网络“聚焦效应”带来的网络瓶颈问题以及不支持故障服务切换等特殊的管理策略。

解决大型联网系统的关键技术是“主动寻址”服务。

拓扑图见下图：

图表6主动寻址服务示意图

通过上图可以看到，编码设备始终寻找一个固定的IP地址，这个IP地址处有视频流管理服务器（我们称为网关服务、转发服务和目录服务）。

这个IP地址事先保存在每一个编码器程序内，我们称之为远程IP（RemoteIP）。

通过这种机制，我们甩掉了第三方的DDNS服务，系统的可靠性由过去的不可控变为可控。

这种机制对于网络视频来讲具有革命性的意义。

编码器具备这种机制后，很多困扰依赖第三方服务的联网方式中的问题就应迎刃而解了。

如DDNS服务问题、编码设备过NAT问题、多服务（多中心）问题、故障服务问题等等。

图表7设备过NAT（网络地址转换）示意图

图表8网关故障服务示意图

7.5.网络存储服务

在监控中心机房内，原则上拟通过网络存储构架（IP-SAN等）为重点监控点的视频流（4CIF=704x576分辨率或CIF=352*288）提供平均15天（每天24小时录像）的大容量网络存储。

存储空间的管理由平台中央管理中心和专业存储设备制造厂商提供的存储管理系统共同负责。

存储容量可以根据需求进行详细计算。

将适用IP-SAN（存储网络）解决大容量存储带来的图像检索、负载均衡、以及重要图像备份等问题，同时使用生命周期管理（ILM）对存储的图像信息进行使用频率分析，提高存储效率。

存储方案中将采用磁盘存储和磁带存储相结合的方法，在保证存储时间、效率、可靠性前提下有效减少投资。

8.系统可以完成的功能

8.1.网络化图像传输

在园区专网内，任意一个授权用户都可以通过浏览器均可以观看来自现场摄像机的实时图像。

每一个授权用户可以观看的图像在数量理论上没有限制。

8.2.多存储服务器图像记录

图像记录由若干个Archiver（存储服务器）进行管理，利用磁盘阵列设备记录图像。

图像的存储是灵活的、分布式结构。

这一点对于要求长时间、大容量记录场所至关重要。

多个Archiver提供几千支摄像机连续24小时记录要求。

8.3.图像回放

网络内的任意授权用户可以通过Archiver（存储服务器）回放其授权范围内的任意图像。

8.4.图像监视

网络内部的操作员通过显示器以及模拟监视器可以观察所有摄像机的图像。

8.5.虚拟矩阵

系统支持软件方式完成的“虚拟矩阵”（VirtualMatrix）功能。

支持通过AV1320R解码器将来自远端的网络视频信号还原为模拟视频信号，利用模拟监视器（电视墙）来显示所有的远端摄像机的画面。

支持使用软件代替模拟硬件矩阵，完成图像的矩阵切换功能。

当然，也支持点-点的给予硬件的还原。

8.6.图像输出

支持各种格式的图像、图片输出。

图像可以制作为光盘，使用标准的播放软件播放。

8.7.图像远程传输

如网络已经连接到公网，那么公网内部任意授权合法用户均可以登录到iDVR服务器，通过服务器远程观看现场图像（授权范围内）、历史记录图像。

8.8.报警管理

iDVR可以管理AV1320e-T或AV2300e-T编码器的输入节点。

每一个AV1320e-T或AV2300e-T具有3个独立的输入节点。

这三个输入节点可以连接传统的入侵探测器，如门磁、红外运动探测器等入侵检测设备。

这样，通过iDVR的报警管理功能，用户不必再额外安装专门的报警管理系统。

在发生入侵时，iDVR会自动记录现场情况，调用相应的摄像机，以声、光、短信等方式通知值班人员。

iDVR具有同时处理多任务能力，对于多个地方的同时报警情况也可以及时处理。

9.解决方案

9.1.系统结构（前端子系统）

根据网络状况提供的设计方案：

网络拓扑图见下图：

图表9总体结构

说明：

每个监控点，通过AV2300e-T进行编码（4CIF图像质量）或AV1320e-T（CIF图像质量）后，通过IP网络传输到监控中心，进行管理；在授权用户可以通过客户端登陆中心管理服务器来浏览和进行前端摄像机的运镜控制。

实施的方案如上图：

●AV2300e-T/AV1320e-T提供视频压缩、打包。

●AV2300e-TA/AV1320e-TA提供双向的音频对讲，可选。

●AV2300e-T/AV1320e-T的报警输入可以连接报警系统进行联动。

●AV2300e-T/AV1320e-T的继电器输出端子可以控制磁卡门的强行关闭。

9.2.监控中心

拓扑图见下图：

图表10监控中心

监控中心配置iDVR目录服务器（中心管理服务器），将所有监控点建成了一个完全基于网络，功能非常强大的网络视频系统。

实现了园区的联网监控管理。

Archiver提供图像的存储、回放服务。

每一个Archiver服务器可支持多个摄像机图像存储、浏览。

这多个摄像机可以是网络内的任意位置的摄像机，不必按照顺序或区域设置。

在监控中心为了保障系统的正常运转，中心的目录服务器和录像服务器都采用双机热备份方式。

网络内的授权用户都可通过登陆iDVR目录服务器查看各自授权的任意一路图像及录像文件。

整个建设厅远程视频监控系统，通过租用电信运营商的IP网络进行联网，实现了授权客户随时随地上网来浏览图像的要求，若有报警则在监控中心可以对报警点进行声光报警和录像，并可以联动道110指挥中心或直属派出所，能及时地处理报警信息。

所有的模拟摄像机的图像数字化、网络化，并通过TCP/IP协议接入IP网络。

通过强大的服务器以及数据库对网络上的视频流进行管理。

所以我们认为AVinfoiDVR软件非常适合作为本系统的完整、专业的解决方案。

AVinfo的iDVR（Ver3.0）版本软件具有管理几千个视频流的能力，支持多服务器结构，客户端的数量理论上没有限制。

固件（firmware）升级免费并可以通过网络远程进行。

所有的维护、参数设置全部通过网络远程进行。

9.3.系统管理

网络内合法用户可以按照它的级别权限使用IE浏览器，通过登陆Server观看摄像机图像。

系统管理员实现站点管理，设备管理、用户管理等各项管理，包括配置、修改、删除等。

站点管理，自动搜索并显示设备服务器、转发服务器、录像服务器的信息，包括名称、IP地址，可修改站点名称，可删除无效站点。

设备站点下会显示所有曾经出现过的设备，若不再使用某设备，可将其删除。

提供4种用户类型，包括管理员、超级用户、一般用户和浏览用户，分别授予不同的权限范围，同一类型的用户又可以设置更具体的权限，共有64级，以各自的用户名和密码登录。

可以单独为各个用户分配镜头组和电子地图。

设备管理提供编码器、解码器、矩阵及附属设备等的增加、修改、删除及参数配置，以及设置某编码器归属哪个录像站点。

能方便地设置电子地图，布置镜头，并将地图分配给用户。

设备分组将系统中的镜头进行分组管理，便于监控管理。

可将整个组的设备一次性地分配给某个用户，而不必一个个地单独配置。

完善的日志管理，对各个用户的操作进行不可人为修改的记录，以备查询。

由于网络视频系统的传输方式是组播，网络内的编码器在没有客户浏览时并不向网络发送视频流，仅仅发送数量非常小的监听IP包，因此网络内部的码流压力并不是很大。

同时，我们使用了若干个分布式Server以及对应的具有组播管理功能的交换机对组播进行管理，这样有效的降低了各个区域之间的网络压力。

9.4.图像存储

使用多录像服务器（Archiver）。

视频信号即使在压缩之后其数据量也是非常大的。

以1500个摄像机测算。

MPEG4平均码流（CIF格式/25帧/秒数据量）0.5M/s。

7天（每天24小时）1500个摄像机的数据量：

（0.5Mbps/8）x3600（s）x24（h）x7（day）x1500（cam）=56700000MByte≈57TB

MPEG4平均码流（4CIF格式/25帧/秒数据量）2M/s。

7天（每天24小时）1500个摄像机的数据量：

（2Mbps/8）x3600（s）x24（h）x7（day）x1500（cam）=226800000MByte≈226TB

iDVR已经充分的考虑到了这个问题。

iDVR提供多个Archiver以及FOSService（故障切换服务）。

系统可以以分布式结构构建。

系统规划者可以将整个系统划分为若干区域，每一个区域由一个Archiver负责。

这样充分的降低了系统的风险。

图像的存储可以由每一个独立的但彼此相互关联的Archiver负责。

我们可以理解为把一筐鸡蛋分别放置在多个篮子里。

以规避风险。

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