高速公路施工现场高清监控系统解决方案.docx

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高速公路施工现场高清监控系统解决方案

高速公路施工现场高清智能视频监控系统

（XXX高速公路XX段）

解

决

方

案

第一章　工程概述及需求分析

一、工程概述

XXX高速公路XX段在河北省2020年高速公路网布局规划“五纵、六横、七条线”中是河北省最主要南北交通干线，是河北省中南部地区联系首都北京，进而沟通东北、华北和华中地区重要高速通道，在国家及河北省路网中具有十分显要地位，是全国最繁忙交通通道之一。

本项目为原XX段改扩建，其主体工程包括：

将原有4车道改为8车道扩建路段，共185.843公里；新建8车道高速公路，共38.835公里；路基全宽42米，设计车速120公里/小时。

全线设服务区7处，其中新设4处，改扩建3处；收费站15处，其中新建5处，原位重建6处，改建2处，移位改建2处。

根据XX高速公路XX段改扩建筹建处要求，结合XXX高速公路XX段实际情况，新建高清网络视频监控平台，实现对前端统一管理和维护，实现报警联动功能，结合既有人防和技防实现对XXX高速公路XX段高效管理。

二、需求分析

1．监控目标

主要在重点位置设置视频监控，详细数量如下：

✧特大桥：

5座

✧互通：

15个

✧枢纽互通：

5个

✧预制场：

11个

改扩建段：

4预制场（4个预制标）

新建段：

7个预制场（路基标3个预制场、特大桥标段4个预制场）

✧拌和站：

35个

改扩建段：

26个拌和站

新建段：

9个拌和站

2．监控技术需求

1）特大桥

✧监控点位要求：

每特大桥配置不少于2台摄像机，实现对桥面交通情况和桥下两侧施工情况监控，摄像机安装高度不低于15米，投标方可根据环境情况增加监控点。

✧摄像机性能：

采用网络球形摄像机，图像采集分辨率不应低于1920×1080（1080P），光学变倍20倍，数字变10倍，红外80米。

2）预制场

✧监控点位要求：

每预制场配置不少于2台摄像机，实现对预制场内作业情况监控，摄像机安装高度不低于15米，投标方可根据环境情况增加监控点。

✧摄像机性能：

采用网络球形摄像机，图像采集分辨率不应低于1920×1080（1080P），光学变倍20倍，数字变10倍，红外80米。

✧每预制场需要装1套人数统计系统，通过RFID技术，实现对预制场工作人员工种、数量实时统计，并在监控中心实时显示及记录。

3）拌和站

✧监控点位要求：

每拌和站配置不少于1台摄像机，实现对预制场内作业情况监控，摄像机安装高度不低于15米，投标方可根据环境情况增加监控点。

✧摄像机性能：

采用网络球形摄像机，图像采集分辨率不应低于704×576（4CIF），光学变倍18倍，数字变倍12倍，红外60米。

4）互通及枢纽互通

✧监控点位要求：

每互通及枢纽互通配置不少于1台摄像机，实现对预制场内作业情况监控，摄像机安装高度不低于15米，投标方可根据环境情况增加监控点。

✧摄像机性能：

采用网络球形摄像机，图像采集分辨率不应低于704×576（4CIF），光学变倍18倍，数字变倍12倍，红外80米。

5）监控点传输要求：

摄像机至现场项目部采用有线光缆或54Mbps无线传输。

6）监控点供电要求：

采用施工本地供电，并敷设相应供电电缆。

7）监控点防雷及接地要求：

各监控点要考虑防雷及接地措施。

8）其他要求：

各投标方根据上述要求自行配置所需要传输设备以及其他附属设备，满足系统运行要求。

9）现场项目部要求：

✧各现场项目部是传输汇接点，采用网络硬盘录像机（NVR），负责接入附近互通、枢纽互通、拌和站、预制场及特大桥视频数据，并上传至监控。

✧传输要求：

各项目部至监控中心，至少提供8M带宽。

✧供电要求：

采用项目部本地供电。

✧录像存储时间：

不少于30天。

✧网络硬盘录像机（NVR）：

至少接入16路标清或8路高清720p，或4路1080p实时网络视频，报警输入至少16路报警输出至少4路。

✧各现场项目部所在地需配置机柜、交换机及防雷及接地等设备，满足系统运行要求。

✧其他要求：

各投标方根据现场项目部及监控点地理位置关系、自行进行网路规划、并具备一定冗余，对于所需要设备种类及数量要满足上述要求。

10）监控中心要求：

✧监控中心实现对所有监控点接入、管理及备份存储，具有WEB浏览功能、手机浏览功能、电子地图功能、触摸屏智能控制功能、智能沙盘功能、权限管理及及现有信息管理系统对接功能等。

✧监控中心位于筹建处办公楼二楼会议室，将原二楼会议室及东侧房间隔断拆除后进行扩建，投标方应充分考虑监控中心美观、实用及装修费用；

✧监控中心需安装3×3，46寸，6.7mm，450cd/㎡液晶拼接屏一套及相应高清解码器；配置1.5×4.5米沙盘一套；须配置2台主监控计算机、1套一体触摸屏、1台防火墙及相应服务器、备份存储服务器、交换机、机柜等配套设备。

✧传输要求：

监控中心至少提供100M带宽接口及1个外网固定IP地址。

✧供电要求：

监控中心采用不间断电源供电。

✧各投标方根据监控中心规模及前端监控点配置自行进行网路规划，存储规划、配备及本系统规模相当服务器，对于所需要设备种类及数量要满足上述要求。

3．安装及调试需求

1）投标方应负责视频设备安装、调试。

2）设备安装及调试应按照获得批准设计图纸、施工方案（投标方提供）进行施工。

3）投标方所作各项工作均应符合有关规程规范规定及获得批准设计图纸及施工方案要求。

4）在安装过程中设备和所用材料，应符合国家和行业现行技术标准，产品应有合格证、设备应有铭牌和说明书。

5）投标方在安装施工中应遵守以下规程规范并遵守现行有关安全技术规程规定和有关标准要求。

第二章　

设计原则及依据

一、设计原则

　　目前基于IP寻址多媒体通信技术发展势头强劲，监控设备数字化、网络化发展已经普遍展开，网络数字监控系统建设已成为发展趋势，电视监控子系统将顺应这一历史潮流，采用全数字网络化电视监控系统解决方案。

博世全数字网络监控系统是一套灵活、便于使用、分布式网络视频监控系统。

其设计原则主要体现在以下几个方面：

1．统一性

　　平台网络视频监控系统在制定规范要求下统一设计，规范建设，统一管理，以确保整个系统各种软件、硬件均符合规范，保证业务、功能、界面、内容高度统一化和标准化，从而达到监管规范化和管理高效性。

系统具有专业管理终端，进行系统设备和用户集中、统一管理，实施对所有远端设备控制、设置，保证系统高效、有序、可靠地发挥其管理职能。

2．先进性、成熟性

　　采用国际最新科技成果，从而保证整个系统在技术上处于领先地位，系统在建成后一段时间内不会因技术落后而大规模调整，并能够通过升级保持系统先进性，延长其生命周期，同时又要保证先进技术是稳定、成熟。

3．实用性

　　充分利用运营商现有通信和网络资源，结合运营商实际业务需求和现有业务系统情况，建成有特色网络视频监控平台。

在设备选型时，主要依据需求实际情况，结合目前市场上占有率高各类产品，选择具有最优性能价格比和扩充能力产品。

4．安全可靠性

　　平台网络视频监控系统从数据、网络、应用多方面考虑安全性问题，实现专用系统。

系统软件采用独立模块化设计模式，支持各模块分布到不同服务器上，当某些模块发生故障时不影响其他模块工作。

系统应用软件要能够连续长时间不间断工作，并能在不影响系统运转情况下做到模块在线测试、更新、加载。

采用高可靠性产品和技术，充分考虑整个系统运行安全策略和机制。

系统要具有较强容错能力和良好恢复能力，主要设备采用双机或负载均衡工作方式，保证系统稳定运行。

系统采取全面安全保护措施，防止雷击、过载、断电和人为破坏，具有高度安全性和保密性。

5．兼容性

　　平台网络视频监控系统按照规范提供及其他系统之间通信接口，符合开放标准和协议，以方便整合异构系统及前端设备至统一平台，实现统一监管。

　　在产品设计上，整个系统软硬件设备设计符合高新技术潮流，媒体数字化、压缩、解压、传输等关键设备均处于国际领先技术水平。

在满足现期功能前提下，系统设计具有前瞻性，在今后较长一段时间内保持一定技术先进性。

6．合理性

　　根据用户网络情况，量身设计监控系统结构，使监控系统达到最优性能；监控系统结构及用户管理机构相吻合，方便系统管理及维护。

同时，在系统设计时，充分考虑系统容量及功能扩充，方便系统扩容及平滑升级。

7．经济性

　　在满足系统功能及性能要求前提下，尽量降低系统建设成本，采用经济实用技术和设备，利用现有设备和资源，综合考虑系统建设、升级和维护费用。

8．规范性

　　控制协议、编解码协议、接口协议、媒体文件格式、传输协议等符合相关国家标准、行业标准和公安部颁布技术规范。

9．可维护

管理系统操作简单，实用性高，具有易操作、易维护特点，系统具有专业管理维护终端，方便系统维护。

并且，系统具备自检、故障诊断及故障弱化功能，在出现故障时，能得到及时、快速维护。

二、设计依据

本安全防范系统设计完全符合中华人民共和国公安部有关条例和规范，包括但不限于下列：

✧《安全防范工程程序及要求》（GA/T75-94）

✧《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）

✧《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367-2001）

✧《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》（GB/T28181-2011）

✧《中华人民共和国公安部行业标准》（GA70-94）

✧《工业电视系统工程设计规范》（GBJ115-87）

✧《建筑及建筑群综合布线工程设计规范》（GB/T50311-2000）

✧《彩色电视图像质量主观评价方法》（GB7401-1987）

✧《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）

✧《计算机信息系统安全》（GA216.1－1999）

✧《计算机软件开发规范》（GB8566-88）

✧《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）

✧《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）

✧《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）

✧《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》（GA/T670-2006）

✧《河北省高速公路XX改扩建项目视频监控方案规划书》

第三章　

系统平台设计

一、组网方案

1.系统组网架构

结合XXX高速公路XX段实际情况,选用黄河数字平台网络视频监控系统，平台具有高度灵活性和可扩展性，其组网方式可根据用户数量多少灵活定制，可分为集中式和分散式两种结构。

分散式系统主要适合大型视频网络监控系统，其监控点一般在100点以上；集中式系统主要适合中小型视频网络监控系统，其监控点一般在100点以下，当集中式系统监控点数量增加到100点以上时，可考虑将集中式系统升级为分散系统。

本方案系统则采用集中式平台系统；如下图《高速公路施工现场视频监控系统网络结构图》所示：

平台网络监控系统从架构理论上划分为三级，一级平台为核心层主要负责整个系统管理、信令调度、日志、数据备份等管理；二级平台（分控中心）为汇聚层主要处理前端视频流转发、数据备份等管理；基础层为设备接入层，主要负责图像采集传输；在这里为了方便定义、理解，我们将一级平台称为“管理平台”，二级及以下平台称之为“业务平台”。

2.集中式平台系统

集中式系统主要适合中小型网络视频监控系统，其主要特点为系统中设一个中心服务平台和多个视频采集点。

中心服务平台负责全网业务管理、业务统计、业务分析、数据备份等，它数据获取途径是直接从视频采集收集数据；视频采集点负责采集现场数据，包括视频数据、烟感数据、门磁数据等开关量数据，并将这些数据上传至中心服务平台服务器。

由于集中式监控系统直接从视频采集点采集数据，既全网数据中心是所有采集点数据集散地，当采集点多达一定程度时，全网数据中心将形成瓶颈（包括网络瓶颈和服务器瓶颈），影响数据传输速率，此时只有通过建设区域管理中心，将集中式系统过度到分散式系统来解决瓶颈问题。

其网络结构图如下：

集中式系统组网架构示意图

3.网络性能要求

要在IP承载网络上开展实时网络视频监控业务，承载网络本身必须对端到端通信服务质量QoS提供保障。

网络视频监控业务QoS实现要求IP承载网络在承载端到端网络视频监控视音频IP包码流时，做到延迟小、抖动低、丢包率低。

其中对网络视频监控业务QoS影响最重要指标是丢包率。

对于平台网络视频监控系统，要求IP承载网络端到端通信网络延迟、延时抖动、丢包率指标应达到下表中要求。

承载协议

丢包率上限

网络延时上限

延时抖动上限

TCP

1/100

200ms

50ms

UDP

1/1000

500ms

100ms

业务网络设备能够对网络时延、抖动、包错序、丢包等问题采取策略进行恢复和补偿，可调整数据流量，以适应网络带宽变化。

承载网络端到端通信网络延迟、延时抖动、丢包率指标要限定在一定范围。

承载网络能够采取一定策略保障QoS，例如采用专网承载、DiffServ或MPLS策略等。

承载网络和业务系统相互配合，共同保证QoS。

承载网络能将网络状态报告给业务系统；业务系统能够根据承载网络状态对承载网络进行相应控制。

平台网络视频监控系统网络性能图

带宽A＝一级平台客户端请求视频并发数×384Kbps＋下辖二级平台数量×100Kbps

带宽B＝二级客户端请求视频并发数×384Kbps＋下辖三级平台数×100kbps

带宽C＝并发视频流数×384Kbps＋100kbps管理带宽

带宽D＝前端设备所带镜头数×384Kbps

以上384Kbps为一路CIF格式、10~25FPS全实时图像参考码率，采用其他格式或帧率图像，其码率作相应调整。

根据系统组网方式，由运营商提供网络接入业务，各级平台向运营商按照业务应用模式，提出相应带宽需求。

对于不同分级平台，对带宽要求也有所不同。

首先，一级平台带宽要求A由两部分组成，一是一级平台客户端请求视频并发带宽需求，这根据一级平台同时有多少客户端浏览多少视频流而定；二是管理所有二级平台带宽需求，这根据下辖二级平台数量而定，每个二级平台管理信息带宽要求在100kbps以内。

第二，二级平台带宽要求B也由两部分组成，一是本平台客户端请求视频流并发带宽需求，这根据本平台同时有多少客户端浏览多少视频流而定；二是管理三级平台带宽需求，这根据下辖三级平台数量而定，每个三级平台管理带宽要求在100kbps以内。

第三，三级平台带宽要求C也由两部分组成，一是本平台并发转发和存储视频流需要带宽，这包括前端设备送上来存储视频流和需要分发到本平台、其上层二级平台和一级平台请求客户端视频流；二是向上级管理平台发送管理信息带宽，该管理带宽要求在100kbps之内。

第四，前端设备接入带宽需求D由每台前端设备所带镜头数决定。

二、系统设计

本次高速公路施工现场网络视频监控系统系统主要包括设备端、客户端以及中心服务平台（包括功能服务器组、接入服务器组、流媒体服务器组和AAA服务器），各部分均接入IP网络，通过网络交互。

如下：

平台网络视频监控系统物理结构图

平台网络视频监控系统逻辑结构图

系统在逻辑上包含平台管理、业务管理、设备端接入、客户端接入、控制服务、告警服务、调度、录像管理及转发服务器、存储服务器、设备端、客户端和AAA等部分。

1．中心服务平台

平台网络视频监控系统实行多级平台分层结构，具体为：

基础业务平台和管理业务平台或管理业务平台上层平台管理平台。

所有平台形成统一管理，相互兼容，资源共享系统。

以下以三层平台结构为例介绍中心服务平台组成和功能。

一级平台为管理平台，是汇总指挥平台，是中枢部分，其基本功能为辅助重大事件活动指挥处置。

由用户接入模块、业务管理模块、告警管理模块和AAA服务器和用户CA认证中心组成。

二级平台主要是管理平台，也可以包含业务平台，是枢纽部分，其基本功能为指挥、协调、监督。

根据平台应用要求分为两种平台结构：

第一种，当管理要求需要下设平台时，平台只承担用户管理及部分业务功能，由业务管理、告警、客户端接入、AAA等服务器模块组成；第二种，当管理要求不需要下设平台时，平台承担设备管理、视音频转发等基本功能，由业务管理、平台管理、调度、录像、告警、控制、设备端接入、客户端接入、转发、存储、AAA等服务器模块组成。

三级平台为业务平台，是视频监控系统基础部分，承担设备和视频、录像信息管理，由业务管理、平台管理、调度、录像、告警、控制、设备端接入、客户端接入、转发、存储、AAA等服务器模块组成。

平台网络视频监控系统采用多目录平台结构可实现下级平台独立于上级平台独立工作，当上级平台出现故障或上下级平台间通信中断时，不会影响下级平台正常工作。

平台网络视频监控系统中心服务平台结构图

1）一级平台中心服务平台

A、平台模块及功能　　　　　　　

一级平台功能模块（管理平台）

目录服务器是平台网络视频监控系统管理平台，其平台组成模块包含：

用户接入模块：

用户接入控制；

业务管理服务器：

主要管理本平台用户权限、分组、用户信息。

告警服务器：

接受本平台用户设备告警设置和本级告警信号处理。

AAA服务器：

用户认证、用户授权管理

各模块详细功能如下：

v用户接入模块

接收客户端子系统接入认证请求，通过Radius协议通知AAA模块进行认证授权，AAA模块将认证授权信息通知客户端应用服务器，客户端应用模块通知客户端子系统，在客户端子系统形成新用户界面；

用户请求重定向功能，将接收到视频请求及控制请求转发给下级平台，最终到达业务平台进行处理；

接收告警服务器发出告警信息，并提交给客户端子系统做告警处理；

监视客户端子系统退出情况并产生退出消息，将请求和消息转发给平台其他模块。

v业务管理模块

业务管理子系统主要实现对本平台中用户进行管理，以及对用户权限进行分配等操作

接收用户接入模块转发增加用户、修改用户资料、删除用户等用户管理操作请求，并作相应处理；

用户接入模块转发用户及角色关联管理，完成授权设置操作；

v告警服务模块

接受来自下级平台告警信息，客户端告警等报警方式通知相关人员；

将告警信息分发给本平台用户接入模块，用户接入模块最终转发给本平台客户端子系统指定用户。

将触发前端告警设备控制信息发送给下级平台，最终到达业务平台进行处理。

vAAA服务模块

用户使用监控平台提供各项业务服务时候需要首先对其身份作出验证和鉴权。

用户通过身份认证及授权后，可以使用视频监管系统提供服务。

对用户授权时需要从下级平台中获取角色对应权限，

B、系统用户授权

用户登录到视频监控系统中后，系统提供给用户使用界面，通过使用界面，用户可以对监控点设备进行管理和配置、实时查看可监控点视频图像、控制对各监控点视频图像录像日程安排、管理、查看和检索保存在硬盘中视频文件。

系统具有完善权限管理系统，数据库中记录了各个用户对各监控点使用权限，权限管理系统根据这些数据对用户使用权限进行管理，并对用户使用界面进行定制，使用户只能管理和使用具有相应权限监控点设备和视频文件，而不会随意管理和查看其它监控点设备和视频文件，保障系统安全性。

管理平台不包括设备管理功能。

因此，在系统中引入角色概念，“角色”是在整个系统平台（包括一、二、三级平台）具有相同职能用户统称，而对于不同级别同一角色用户，其设备授权范围不同。

处于一级平台相同角色用户，拥有二级、三级平台中所有该角色设备权限。

管理平台用户权限通过角色从下属管理平台、业务平台授权中继承获得。

角色设备授权首先在业务平台实现，在管理平台中，对用户绑定角色，用户自动继承该管理平台下属业务平台相应角色设备授权。

本管理平台也支持“用户权限映射”如将A用户权限映射给B用户，那么B用户就具备了A用户所属权限。

C、视频调用

视频存储、调度和转发功能只在进行直接管理设备业务平台上实现，一级平台视频（实时和录像）请求转到相应业务平台进行处理和响应，客户端接收从业务平台分发来视频，一级平台不提供转发功能。

D、存储

平台网络视频监控系统存储实现包括前端存储和中心存储。

前端存储通过前端设备存储介质实现，中心存储通过系统业务平台存储子系统实现。

保存在前端存储和中心存储录像数据都可通过系统客户端实现查询和回放调用。

管理平台不设置存储模块和管理前端设备，因此一级平台用户对存储管理通过业务平台实现。

管理平台将存储策略和录像查询和调用向对应下级平台转发，直至到达设置存储服务器和管理设备业务平台，由业务平台应用生效。

平台网络视频监控系统存储数据流图

E、设备控制

及存储实现原理相同，管理平台不管理前端设备，因此一级平台用户对设备控制通过下级业务平台实现，由业务平台操作前端设备完成。

引入云台控制优先级，高优先级用户可优先获得云台控制权限，当高优先级用户在使用云台时，可将对云台控制权限锁定，在高优先级用户释放该权限后，低优先级用户才可获得云台控制权限；当低优先级用户在使用云台时，高优先级用户请求该权限，低优先级用户将失去对云台控制权限。

平台网络视频监控系统控制数据流图

F、设备管理

设备管理主要实现设备远程管理配置以及设备生成、删除等，远程管理配置结合图像视频，通过平台客户端软件实现，设备生成、删除等功能通过平台管理客户端实现。

设备性能管理由网管系统实现，通过网管系统实现对平台设备及前端设备进行管理，实现中心平台服务进程故障告警，前端设备网络故障告警、前端编码器故障告警，前端硬盘、CPU使用率、内存使用率告警功能等功能。

设备管理只业务平台中实现，提供给业务平台管理员操作，不提供给一级平台所有用户包括其管理员，明确设备管理责任归属。

G、告警和联动

前端设备收集到告警信息，发送到对应业务平台，业务平台开始处理和向上传递，各级平台收到告警消息后，根据策略，发送给本平台客户端或上级平台，实现向上逐级过滤传递。

2）二级平台中心服务平台

A、平台模块及功能

二级平台（业务平台）

二级平台为视频管理平台

v录像服务器：

实现录像策略管理、录像信息管理。

v告警服务模块：

接收、处理系统报警指令并按需联动。

v控制信令转发：

处理、转发系统各种控制信令。

v流媒体服务组：

转发实时视频和录像视频服务。

v转发服务器。

B、系统用户授权

及一级平台相同，参见一级平台中心平台部分描述。

C、视频调用

平台网络视频监控系统分为平台、设备端、客户端三个部分，设备端采集视频进行数字化编码，通过通信网络传送到平台，由平台中视频分发服务器将视频发送到相应客户端及存储服务器，客户端请求录像视频，同样由存储模块提供给视频分发服务器发送到相应客户端。

采用视频分发方式，降低了监控前端需要承受数据传输压力，可降低监控前端线路接入带宽，从平台实现上为用户减低了前端建设费用。

当二级平台为结构二平台（业务平台）时，二局平台视频分发服务器承担视频分发责任，如下图所示：

平台网络视频监控系统典型视频请求响应图

D、存储

平台网络视频监控系统存储实现包括前端存储和中心存储。

前端存储通过前端设备存储介质实现，中心存储通过系统业务平台存储子系统实现。

保存在前端存储和中心存储录像数据都可通过系统客户端实现查询和回放调用。

E、设备控制

如平台相应管理用户也具备权限，此用户就可进行对相关联设备进行控制；

F、设备管理

如对前端设备进行网络参数调节、色采调节等设置；

G、告警和联动

二级平台收到告警消息后，根据策略，发送给本平台客户端或一级平台，实现向上逐级过滤传递。

二级平台收到设备告警联动信息，结构一二级平台由平台控制服务器发送到设备端执行，结构一二级台将信息向下级业务平台发送，由业务平台发送到设备端。

H、功能实现

　　　三级平台是系统基础平台，视频分发、存储、设备控制、设备管理、设备告警联动等功能由本平台相应模块实现。

3）存储

系统支持