智慧农场视频监控设计方案.docx

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智慧农场视频监控设计方案

智慧农场视频监控设计方案

2014年6月

1.项目概述

1.1.项目建设背景

为预防、震慑犯罪，减少财产损失，完善农场安全防范体系、提高农场整体防控能力，创建一个文明、安全、和谐、美丽的农场环境，项目将建设成一套以打击、预防违法犯罪为目的，在周界设立视频监控点，将监控图像实时传输到监控中心和其它相关部门，通过对图像的浏览、记录等方式，使各级机关和其它相关职能部门直观地了解和掌握监控区域的治安动态，有效提高农场治安管理水平的视频监控系统。

1.2.工程建设内容

1，高清视频监控系统

2，LED电视墙显示系统

3，农场周界防范系统

1.3.视频监控系统建设要求

1、前端摄像机的基本要求：

室外高清网络枪型摄像机采用200万像素1080p；

2、系统接入能力要求：

为了避免部署大量的管理服务器硬件,造成运行不稳定、维护困难、占用大量机房空间以及造成大量能耗。

要求平台软件部署最多不超过3台硬件服务器，并可以支持单机平台集成视频管理、数据管理、媒体交换功能于一体，提供易操作的Web客户端。

3、系统架构设计要求：

采用基于iSCSI协议的端到端存储架构方式，以数据块的形式进行存储，有效提高读写效率，不生成文件碎片，提高视频检索效率，能够实现秒级检索、能够实现立即回放基于当前时间前一秒录像的功能；

4、系统开放性要求：

为了保证系统的开放性，根据教育厅要求，系统需满足公安部门需求的GB/T28181-2011国家标准，提供认证证书；

5、管理维护要求：

为方便对系统的管理和维护，要求高清摄像机、编解码器、网络设备、存储设备等IP设备可被管理平台统一配置管理并在管理平台中自动生成网络拓扑图，不依赖于第三方介质，方便直观维护管理；

6、稳定性要求：

为保证监控系统的稳定性和录像完整不丢失，摄像机需支持双码流技术，可同时提供实时流和存储流，实时流不需经过服务器转发而是直接传输至解码端（软件客户端、解码器上墙）、存储流不经服务器转存而直接存储到磁盘阵列中，要求当中心管理服务器宕机或网络断线时不影响正在使用的实时图像和录像存储，既当前监控视频业务不中断（监视墙和客户端的视频监控业务不中断）、当前录像业务不中断；

7、监控管理平台要求：

监控管理平台应具有自愈能力，当意外掉电、网络故障等问题修复后，服务器自动恢复到故障发生前的状态继续运行；平台各管理服务器应支持向NTP服务器进行时钟同步的功能。

8、存储要求：

采用IPSAN网络存储方式，录像保存15到30天，高清图像不低于720P3M码流、1080P4M码流，24小时不间断全实时存储

1.4.系统设计原则

为了达到国内领先的目标，系统设计应该充分考虑系统的合理性、先进性、易维护性、开放性、实用性、可靠性、可扩展性和安全性的原则

合理性原则

为了保证整个系统从设备配置到系统构成的合理性，视频监控系统设计根据本单位的实际状况和建设治安防控系统的具体要求，充分满足用户在使用中的各项功能要求。

为了保证系统的顺利使用以及与已建成系统集成的顺利进行，本系统的建设需要提供开放的软件接口，从而为将来开发出实用而简易的集成软件，完成系统集成打好基础。

先进性原则

当前，计算机及通信技术高速发展，使得系统的设计不但要考虑充分利用当前的最新技术，而且还必须考虑随着技术的进一步发展，能在系统中不断溶入新技术，使系统始终充满活力，始终保持一定的先进性。

各功能组件可根据组网规模灵活选择集中或者分布式部署，VSMC-MD、VSMC-VOD等负荷大的数据面组件支持集群部署，有效支撑不同组网规模的业务负荷，通过增加相应组件数量，在不影响已有业务的同时，可实现组网规模的弹性扩展。

对于几千上万路的大型、超大型视频监控系统，根据组织架构及监控点的物理分布，通过多级多域组网划分，实现业务流和存储的分布式合理部署，高达12级的上下级域组网能力，充分保证了整个监控系统组网架构与用户组织架构、组织权限划分的符合性，并能根据后续组网及业务发展情况持续可扩展。

这一技术路线保证了系统具有先进的设计、完全实时的网络监控功能等诸多特点，采用了先进的数字图像技术，为系统扩展应用打好基础，系统建成后在很长时间内不会被淘汰。

易维护原则

具备完善的日志体系，支持系统报表功能，查询手段丰富。

支持批量配置功能，升级手段丰富，支持并行或串行批量升级模式，支持设备上线自动升级等，从而最大限度减少维护工作量。

上级域对下级域的强可管理性，使得集中维护变得简单。

客户端操作界面根据用户使用习惯优化，符合业务配置和调度习惯，方便易用，降低学习成本。

开放性原则

除自有系列化高标清前端设备外（编解码器、IPC等），本次建设的视频监控平台兼容业界主流厂商的前端设备接入（编解码器、DVR、IPC等），可通过DB33等联网标准，实现与第三方设备、平台的对接，同时对外提供完善的SDK开发包，供对接（模数互控、第三方平台）、二次开发使用。

系统架构设计时就充分考虑了与其它业务系统对接的需求，专用接口模块及资源抽象层的架构设计极大方便后续对行业接口标准的扩充，使得系统具备良好的互联开放性。

实用性原则

系统的建设应以实用性为基本原则。

系统功能必须满足监、控、存、查、管、用的基本要求，硬件和软件平台界面友好、易学易用、使用方便、图像清晰；采用统一的系统标准和通信协议，使整个系统中各个子系统间能互联互控，充分发挥整个系统的功能。

具备干线流量控制功能，避免所需网络带宽超过实际网络带宽，从而各路业务流互相影响的情况发生。

信令和媒体流的智能路由功能，自动解决路径可达性，避免了繁琐的手工配置，并能实现可用路径的负荷分担。

具备组播能力，对于不支持组播的网络，支持组播到单播的转换，从而可以保证业务正常运行的同时，最大限度的节省网络带宽。

支持NAT穿越功能，通过组件在内外网的灵活部署，避免了协议无ALG时的NAT穿越难题。

可靠性原则

本系统的规模无论在网络、系统平台，还是在系统应用方面都具有相当的规模，系统的运行可靠性是主要性能之一。

保证对系统提供24小时不间断服务。

视频监控管理平台在系统架构设计上，控制、管理平面和数据平面分离，避免了大流量媒体流对控制、管理信息的冲击，隔离了各平面故障间的互相影响。

完善的异常处理机制，保证了系统的稳定运行，同时在系统各组件部署方式上，对于负载轻的控制、管理平面组件，可以通过双机方式进行可靠性保证，对于负载重的数据平面组件，可以通过分布式、集群方式进行可靠性保证，不同部署方式同时兼顾了性能、效率和部署成本。

系统各组件可独立升级、扩容，操作过程不会影响已有业务。

采用最适合视频监控业务的iSCSI裸盘存储技术，前端摄像机或者编码器通过iSCSI协议直接将存储码流写入IPSAN存储阵列，满足持续大流量媒体流的长期可靠读写操作。

裸盘存储技术，去除了文件系统的开销，提供更高的存储性能，同时避免了复杂的文件系统处理机制，稳定性更高。

裸盘存储技术完全避免了文件系统的碎片问题，长期运行中系统性能不受影响。

系统的可靠性主要表现在以下几个方面：

前端摄像系统的可靠性

信号传输系统的可靠性

数字编解码系统的可靠性

视频存储系统的可靠性

视频管理服务器的可靠性

网络系统的可靠性

软件系统的可靠性

系统在设计上采用以下容错办法：

后备电源系统

主要设备的备品、备件

RAID5容错机制

可扩展原则

可扩展性原则主要体现在系统横向和纵向的扩展能力上。

在系统横向扩展方面，智能视频监控系统在满足当前视频监控需求的基础上，应该非常方便的扩展容量，可方便实现更大容量的视频监控系统。

在纵向扩展方面，视频监控系统具有良好的兼容性和通用的软硬件接口，用户可在其基础上进行二次功能开发（如图像智能分析等）。

随着系统以后的扩展，用户容量将会不断扩大，新的业务功能的要求将会层出不穷。

这要求系统具备良好的可扩展性，所以在系统建设的初期，首先立足于近期的应用需求进行系统配置，而以系统的可扩展性来保证今后多年内的发展需求。

系统的各个组成部件选用标准的硬件和软件，各个子系统的设计模块化，使系统可以通过模块堆叠的方式进行扩展；各部分、各小系统的接口规范化，从而使软、硬件能够平滑升级或更新，网络节点的增减对网络性能的影响不大。

系统的可扩展性主要表现在以下几个方面：

视频管理系统的可扩展性

视频存储系统的可扩展性

网络系统的可扩展性

数据库系统的可扩展性

外围设备的可扩展性

应用软件系统的可扩展性

安全性原则

整个信息系统安全的问题，是系统建设中一个优先考虑的关键，所以整个系统数据要充分安全，要严格实行操作按级管理，对关键数据实施特殊保护，各种操作要做好记录，便于查找。

由于本系统涉及到对于公共场所的日常实时监控、数据传输量大及使用人员多，故安全性和保密性就显得十分突出和重要。

在考虑系统的安全性和保密性时，除应考虑各种外界干扰外，还需在各个环节提供安全、保密措施。

系统的安全性和保密性可从以下方面加以保证。

网络的安全性

数字图像网络借助于单位数据专网，因此不允许与其他非内部专网进行物理链接。

应用程序级的安全性

对用户接入采用细致的权限控制，通过定义全面的角色，并将用户归属于不同的角色或者角色集合，系统性地进行用户权限控制，支持高达64级控制权限划分。

业务的安全性保障上，通过系统平台与前端设备的通信校验机制，保护系统免受外来设备非法接入与攻击。

系统平台基于Linux操作系统开发，极大降低了病毒攻击的危害。

2.系统设计依据

系统规划设计必须按照国际、国家和本地区的有关标准和规范进行。

本设计将依据和参照以下的设计规范和要求进行：

《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）；

《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）；

《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）；

《安全防范系统通用图形符号》（GA/T74-2000）；

《安全防范系统》（DB33/T334-2001）；

《民用闭路电视监控系统工程技术规范》（GB50198-94）；

《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）；

《音频、视频及类似电子设备安全要求》（GB8898-2001）；

《测量、控制和试验室用电气设备的安全要求》（GB4793-2001）；

《信息技术设备的安全》（GB4943-2001）；

《邮电通信网光纤数据传输系统工程施工及验收技术规范》。

EIA/TIA568A，EIA/TIA569A国际电子工业协会通信线缆、通讯路径和空间标准

ISO/ICE/IS11801结构化布线标准

ISOTCP/IP协议标准

ISO/IEC13818MPEG-2协议标准

ISOIGMP/CGMP协议标准

10BASE-T，100BASE-TX标准IEEE802.3，IEEE802.3U

《中华人民共和国通信行业标准》（YD/T926）

《防盗报警控制器通用技术条件》GB50198-94

《电视系统视频指标》CCTRRECOMMENDATION472-3

《电气指标标准》ELA-422 ELA-485

《电子设备雷击保护导则》GB7450-87 

3.系统总体架构设计

3.1.系统总体设计框架图

4.系统前端设计

对于监控工程来说，前端产品的选型直接关系到整个系统的效果，直接影响到用户的最后使用，前端设备主要包含模拟摄像机/数字摄像机以及音视频编码器、网络数字摄像机IPC、拾音器（如有音频）、立杆、支架护罩、云台、解码器、防雷器（见后续章节整体防雷部分）、机箱等。

4.1.网络数字摄像机IPC选型设计

4.1.1.设计要求简述

监控前端设备包括室外1080P高清红外网络智能球型摄像机、室外1080P/720P高清网络枪式摄像机以及监控立杆、横臂、摄像机电源、监控机箱等设备及材料。

4.1.2.IPC选型

TOPZENIPC2108S系列网络摄像机

TOPZENIPC2008S系列摄像机是支持1080P/720P高清网络摄像机，是专门针对安防监控应用设计的高清晰度百万像素摄像机，采用最新的1/2.7英寸200万像素逐行扫描CMOS传感器，配合增强型彩色滤光片与后端照明技术（BSI），在各种条件下即使是微光环境，也能提供令人惊讶的百万像素高清晰、明亮图像。

24小时的全天候使用设计，具有日夜转换功能，可以满足室内和室外的各种应用。

适用于需要高分辨率、以及全帧率和丰富图像细节的视频监控场合，它可以为平安城市、道路交通、运动场馆、机场等安保监控场所提供高清晰度视频图像和整体的解决方案。

其丰富的接口POE、SPF等，配合同尊TiVS平台更可方便实现大规模、超大规模监控系统组网，双SFP光口款型支持环网自愈保护功能。

TOPZENIPC3008S系列红外一体高速球机

TOPZENIPC3008S-IR系列是基于TI达芬奇平台深度研发的20倍光学变焦红外高速智能网络球形摄像IPC3008S-IR采用200万像素CMOS传感器，可实现1080P@30fps高清实时编码。

视频图像采用标准的H.264压缩算法，图像效果出色，同时支持双码流。

系统基于嵌入式Linux内核，满足长期稳定运行要求。

支持多种实时码流封装打包方式和iSCSI存储码流，自带20倍光学变焦镜头及丰富的外部接口类型。

IPC3008S-IR高清红外激光一体球机，采用激光光源补光，使光源寿命更长，看到的图像更清楚，红外激光作用距离100M，采用意大利进口钢丝齿皮带，长寿命导电滑环，云台水平运动范围为0-360°，垂直运动范围0-180°，可以广泛应用于平安城市、广场、车站、景区、港口、机场、路口、园区等需要高清画质进行大范围日夜全程监控的场所。

4.1.3.性能特点

1.标准通信信令：

支持标准IETFSIP协议（会话初始协议），通过了公安部安全与警用电子产品检测要求。

2.高品质图像：

采用130万/200万CMOS传感器，逐行扫描,提供1080P/720P/30fps全实时高清视频图像，可用标准解码器解码;提供自动白平衡、自动增益控制、自动曝光控制;支持对亮度、对比度、饱和度、色调、锐度、快门、白平衡、图像镜像、背光补偿等图像参数进行调节;支持OSD叠加，支持OSD两组场名交替显示。

3.高清晰音质：

支持G.711μ和G.726音频编码；支持双向语音对讲。

4.丰富的应用场景：

支持室外应用，支持自动日夜转换功能（ICR），支持图像镜像功能

5.丰富的报警功能：

提供视频运动检测（Motion-Detect）、遮挡检测、设备温度、开关量输入及传感联动等多种可选报警联动方式；支持智能报警业务，报警存储、报警联动；提供标准报警接口、双向音频和模拟输出接口。

6.全IP网络传输：

支持多种网络协议：

TCP/IP、RTSP、UDP、HTTP、IGMP、Telnet、ICMP、ARP，SIP、SNMP、FTP、TFTP；支持IP协议的单播（Unicast）、组播（Multicast）传输方式；支持以太网供电（POE）。

7.便捷的维护管理：

支持Web和中心平台配置两种模式，支持本地升级、远程telnet升级。

产品详细技术指标参见产品附录部分

4.1.4.连接说明

音频连接：

拾音器通过同轴电缆将音频信号输入IPC，IPC的音频输出接口通过同轴电缆将音频信号传至音箱、功放等设备

报警连接：

红外等开关量报警设备通过双芯线将报警信号输入IPC的报警输入接口。

报警联动：

IPC通过双芯线将报警输出信号输入警铃等报警联动设备。

维护接口：

提供一个RS485串口用于调试维护设备

USB接口：

提供1个miniUSB2.0接口

存储接口：

提供1个标准SD插槽。

网络连接：

根据产品型号提供多种网络接口，如：

10M/100MBase-Tx自适应以太网电口，百兆SFP双纤光口和千兆SFP双纤光口。

4.2.安装部署设计

立杆是前端监控点的物理支柱，室外环境的恶劣加上各种不可预测的天气情况，要求室外立杆一定要具有良好的牢固度，因此立杆由变径钢管制成

预埋穿线管内径大于Φ50mm，弯曲角度大于120度。

钢管立杆要求安装保护地线，使用规格为40mm×4mm的镀锌扁铜制作。

保护地线可沿穿线地沟敷设，焊接到每个钢管立杆的地脚螺栓上，焊接处应刷沥青防腐，保护接地电阻小于4Ω。

立杆安装应保证杆体垂直，倾斜度不得超过杆体长度的1％。

4.3.户外机箱及稳压电源

前端的户外机箱是保证前端系统安全工作的重要组成部分，机箱中除安装以下设备外，还要求留有空间余量。

专用稳压电源

市电进线和光纤都要引入机箱内

过流过压保护装置和电源防雷保护装置

接线端子

维修开关和插座

接地设备

室外机箱性能要求：

防雨

耐高温

防撬

和立杆统一接地以避雷

前端需要提供可供摄像机及相关设备工作的稳压电源，并要具有过压、过流、抗干扰等功能，具体要求：

使用环境在户外（南方地区户外高温时地面可达到50℃）

选用户外专用型电源，按照户外工作环境设计

电源电压：

50HZ-60HZ、DC24V±10%/AC24V±25%

4.4.供电系统设计

前端的供电方式以就近取电为原则，主要采用两种取电方式，确保监控点正常工作。

从就近的通过路灯控制箱或者楼宇取电，加设控制开关，确保24小时正常供电。

4.5.红外报警系统

主要考虑在农场周界安装6光束红外对射报警探测器，每对探测范围50米，工程共计红外对射报警探测器24对。

系统运行中，前端探测器检测到报警信号时，通过报警线缆将信号传输回摄像机，联动指挥中心大屏并且伴随告警音乐，提醒保安人员采取相应措施。

系统原理图如下

红外对射产品介绍：

红外对射报警探测器

性能特点

抗强光达50，000LUX，内置自动调节强光过滤系统，避免受强光或汽车灯光的影响

独特的光学设计：

光电射束可穿透多层玻璃特殊的抗环境（如雨雪）等能力

全密封防雨（雾）、防尘（虫）等的一体化结构设计使其能在恶劣的环境中正常工作

当遇到浓雾或天气恶劣时探测器会自动增强灵敏度（AGC电路）

采用双元非球面二次聚焦光学透镜实现以及总线控制技术

自动环境识别电路（EDC），可以避免墙壁等反光干扰

模块化的设计便于探测器的添加及层叠

水平/垂直光学角度调整方便，易于校准

具有高水准的抗RFI/EMI能力

独特的数字滤波电路设计

感光余裕度达99% 

内置光学瞄准镜

防雷击电路设计 

C型继电器输出

射束遮断周期可调使其更加灵活适应性更强 

专业抗干扰光学外罩

大功率红外发接收对管，低功耗数字变频处理技术

4.6.前端防雷与接地设计

4.6.1.设备防雷

前端设备有室外和室内安装两种情况，安装在室内的设备一般不会遭受直接雷击，但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害。

而室外的设备则同时需考虑防止直击雷和感应雷。

前端设备如摄像头应置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。

为了施工方便避雷针一般架设在摄像机的支撑杆上，引下线可直接利用金属杆本身或选用Φ8的镀锌圆钢或35mm2铜导线，此时应注意依据GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章、第2.5节、供电、接地与安全防护、第2.5.4条的要求，系统采用专用接地装置时，其接地电阻不得大于4Ω。

为防止电磁感应，沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管屏蔽。

为防止雷电波沿线路侵入前端设备，应在设备前的每条线路上加装合适的避雷器，如电源线（220V或DC24V）、视频线、信号线和云台控制线。

这样做比较麻烦，问题比较多，且要受安装空间的限制，因此可以选择监控摄像机多功能电涌保护器。

比如ASP的产品：

SV-3/220、SV-3/024、SV-2/220、SV-2/024等。

网络/信号系统防感应雷措施主要是在网络/信号线路上安装网络/信号SPD，在雷击发生时将雷电流泄放入地，并且将线路上的瞬间过电压限制到一个安全的水平。

4.6.2.传输线路

传输链路采用自建光缆链路组建独立的安防专网，监控点位光缆链路的接入原则是易于监控人员今后的管理和维护。

监控系统传输网络系统建设独立于其他网络，单独规划建设，通过后端监控系统平台接入网络，设置视频专网统一访问入口。

信号线布线必须屏蔽处理，电源线最好采用埋地布线。

布线必须远离电话或其它电源等线路，以防其它未作防雷的线路上的感应雷对信号线路产生二次感应，标准要求参考国标GB50198-94。

CCTV系统主要是传输信号线和电源线。

室外摄像机的电源可从终端设备处引入，也可从监视点附近的电源引入。

控制信号传输线和报警信号传输线一般选用芯屏蔽软线，架设（或敷设）在前端与终端之间。

GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》的规定，传输部分的线路在城市郊区、乡村敷设时，可采用直埋敷设方式，当条件不允许时，可采用通信管道或架空方式。

采用通信管道或架空方式时，应注意传输线缆与其它线路的最小间距和与其它线路共杆架设的最小垂直间距。

比如与220V交流配电线的最小间距为0.5米，与通讯电缆的最小间距为0.1米，与1～10KV电力线的最小垂直间距为2.5米，与1KV以下电力线的最小垂直间距为1.5米，与广播线的最小垂直间距为1.0米，与通信线的最小垂直间距为0.6米等等。

直埋敷设方式防雷效果较好，而架空线比较容易感应雷击。

为避免首尾端设备损坏，在使用架空线传输时，应在每一支撑杆上做接地处理，架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。

中间放大器输入端的视频信号源和控制信号源均应分别接入合适的防雷器。

传输线埋地敷设也并不能完全阻止雷击设备的发生，统计数据显示雷击造成埋地电缆故障大约占总故障的30％左右，即使雷击比较远的地方，也仍然会有部分雷电流流入电缆。

所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设，保持钢管的电气连通。

对防护电磁干扰和电磁感应非常有效，这主要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应。

如电缆全程穿金属管有困难时，可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入，但埋地长度不得小于15米，在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。

5.监控中心图像显示系统设计

5.1.监控中心 

中心屏显系统：

设置15台46”及以上知名品牌工业级背光板和驱动板拼接屏，在正常情况下，每个监视器上显示一路视频画面，也可显示多画面分割图像。

拼接墙上同时可显示本地图像。

在显示屏幕上方设置等宽的LED屏幕，用于显示文字信息（包括欢迎信息，提示标语，值班信息等）。

控制台：

操作台设置2台双显卡输出高性能PC机，配4台22寸液晶显示器。

5.2.指挥大厅建设

本项目要求对指挥大厅的顶面、墙面、地面、门窗等进行全面装修改造，并在指挥大厅安装LED液晶电视墙、LED电子大屏、监控电脑、会议桌椅等。

6.系统管理平台设计

基于网络传输为基础的IP智能监控管理系统一般包括管理服务器软件、存储管理服务器软件、流媒体服务器软件等各种管理平台服务器软件。

6.1.系统管理平台建设需求分析

作为整个数字安全管理系统的中心和心脏，所有的前端数据都要传输到该处进行分析、处理、存储和转分发。

该部分重点要考虑如下的功能需求：

实时图像点播：

根据需要，可将前端的任一路或者任几路图像调用到显示设备进行直观显示，以了解现场实时情况进行分析处理。

轮切业务：

根据定制的任务，进行自动切换显示，以对切换组内的前端区域进行宏观的观察控制。

支持解码器和客户端的轮切。

远程控制：

根据需要，对前端的一体化摄像机进行旋转、放缩、转速、雨刷、红外、加热、辅助照明等控制，支持监控中心和前端的双向语音和语音广播，通过前端的扬声设备对区域内的有关人员发送语音信息。