【毕业学位论文】（Word原稿）智能安防集成监控指挥平台的设计与实现-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 硕 士 专 业 学 位 论 文 智能安防集成监控指挥平台的设计与实现 文作者 指导教师 申请学位 培养单位 学科专业 研究方向 答辩委员会主席 评 阅 人 南开大学研究生院 二一三年九月 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在著作权法规定范围内的学位论文使用 权，即： (1)学位获得者必须按规定提交学位论文 (包括纸质印刷本及电子版 )，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库； (2)为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务； (3)根据教育部有关规定，南开大学向教育部指定单位提交公开的学位论文； (4)学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所及其万方数据电子出版社和中国学术期刊 (光盘 )电子出版社提交规定范 围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至 校图书馆网站： 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生 院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 年 月 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 智能安防集成监控指挥平台的设计与实现 姓 名 学号 答辩日期 论文类别 博士 学历硕士 硕士专业学位 高校教师 同等学力硕士 院 /系 /所 软件学院 专业 软件工程 联系电话 通信地址 (邮编 )： 备注： 是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写 (一式两份 )签字后交校图书馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 非公开学位论文标注说明 (本页表中填写内容须打印 ) 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本说明为空白。 论文题目 申请密级 限制 ( 2年 ) 秘密 ( 10 年 ) 机密 ( 20 年 ) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 南开大学学位评定委员会办公室盖章 (有效 ) 注： 限制 2年 (可少于 2年 );秘密 10年 (可少于 10 年 );机密 20年 (可少于 20年 ) 中文摘要 智能安防集成监控指挥平台通过对子系统的集成，为用户提供了一个统一的应用平台，提供视频监控、门禁管理、巡更管理、实时警报、电网监测等功能。平台能够保证个安防子系统的数据一致性，实现资源、任务的统一调度，提供点面结合的综合管理功能，提供高质量的安防服务。 本文研究了智能安防集成的相关理论和技术，对现有安防系统存在的问题进行分析，重点对安防子系统集成的可扩充性、设备联动策略、资源访问控制策略、指挥控制方式等进行研究和设 计，提出了一种智能安防系统的体系结构。该结构采用本体语言进行设备描述，利用协议处理中间件进行各种信号、协议、命令的翻译和转换，并对联动策略进行定义。同时结合数据挖掘技术，对安防数据中隐含的异常事件行为进行的诊断和分析，提升系统运行的可靠性。 基于上述方法，设计实现了一个安防监控集成系统，该系统通过统一界面实现了视频监控、对讲、报警等安防子系统的无缝集成，并能够按照预定的联动策略处理器分析设备信号并驱动不同安防子系统做出响应； 本文的主要研究工作包括 设计了 智能安防集成系统的体系结构，给出了各模块的具体功能，并 实现了一个子系统集成的原型系统；提出了基于本体的统一设备描述语言 ( on 基于 括抽象设备报警信号标记和命令标记；设计了联动管理的策略实现，描述了设备、事件、联动响应动作之间的映射关系。系统依据这些映射关系，当设备对应的响应事件发生时，不同的设备依据映射执行相对应的联动响应动作；定义了设备接入的描述文件及接入方法；利用关联规则分析技术对不确定的异常信息进行智能化分析，达到了对 异常行为进行诊断、对异常信号进行智能研判、以及操作异常的智能分析功能。 关键词： 安防监控 智能集成 联动策略 设备接入 异常分析 is on of by a It of of to in on on of to it of it to of A on It a it to to in in is of of it is on on of It It to is is of It to on of 录 录 中文摘要 . I . 录 . 1 章 绪论 . 1 研究的目的与意义 . 研究目的 . 研究意义 .研究的现状及问题 . 安防系统发展概述 . 国内外研究现状 . 目前存在的问题 . 课题研究内容与成果 .论文的组织结构 . 2 章 智能安防集成系统需求分析 . 9 总体建设目标 .功能性需求 .非功能性需求 . 3 章 智能安防集成系统的总体设计 . 13 系统设计原则 .网络拓扑结构 .系统体系结构 . 事件驱动架构简述 . 系统总体结构 .软件功能设计 .软件系统框架 . 架的特点 . 架工作流程分析 . 4 章 安防集成系统的关键技术 . 26 目录 V 基于本体的设备描述 语言 .频监控设计 . 视频监控部署结构 . 监控码率设计 . 视频存储及网络带宽设计 . 视频播放接口设计 . 视频上墙编程接口设计 .动管理设计 .备接入 .常数据分析与检测 . 5 章 安防 监控集成平台的实现 . 47 频监控的实现 . 视频实时监控 . 视频检索 . 视频抓拍及录像下载 .动管理的实现 . 联动策略管理 . 定义事件源 . 视频联动配置 .备接入 . 设备接入 主界面 . 视频子系统接入 . 门禁子系统接入 . 6 章 总结与展望 . 66 文总结 .究展望 .考文献 . 69 第 一 章 绪论 1 第 1 章 绪论 研究的目的与意义 研究目 的 随着国民经济的 快速 发展和 人民收入水平 的提高， 我国的安防产业迎来了春天，近年来，每年以 20速度快速成长 1。其原因，一方面是由于政府为了实现社会的健康有序发展，保障居民安居乐业，公安、金融等部门推动多项重大安防工程的实施，拉动了需求；另一方面是由于民用市场的繁荣发展，随着收入的增加，企业和个人的 安全防范意识 也随之 提高 ，安防产品已经走入了社会的各个角落，应用领域日益宽广。 在政府层面，公安部实施的“ 3111”工程 2极大的推动平安城市建设，在实施过程中，公安部成立了多个标准技术委员会，编制了 安防行业标准体系，共编制发布安防标准 117项，截止到 2010 年 2月，继续有效的标准有 110项，其中国标 38 项，行标 72 项，有效地指导了安防产业的有序发展。铁道部 2008年 11月铁道部印发了铁路综合视频监控系统技术规范（试行） 3， 2012年 ,公安部印发了安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求 4（ 28181）国家标准，对视频监控网络系统的信通信协议、互连结构及其协议接口等做了明确要求，有效指导相关监控网络系统的设计开发。 安防监控产品逐渐迈向数字化和网络化，安防行业在需求 规模扩大的同时，对安防软件智能化、集约化的要求也日益突显，设计简洁的组织架构、实现高效的跨区域联网监控，并实现智能化管理是安防行业的新趋势和新需求。 因此，设计提出一种基于软件系统集成的安防集成监控平台方案，实现安防信息的集约化管理，符合市场需求，具有现实意义。本文将提出一个智能安防集成监控指挥平台的设计方案，方案包含智能安防集成系统的体系结构，以及各模块的具体功能。依据该方案给出集成安防平台的一个原型系统，平台通过统一界面实现了视频监控、对讲、报警等安防子系统的无缝集成，能够按照预定的联动策略处理器分析设 备信号并驱动不同安防子系统做出响应。 第 一 章 绪论 2 研究意义 随着全社会安全 保障 意识的增强以及国家对信息网络产业的战略性扶持，基于信息网络技术的智能化监控指挥集成平台将迎来重大的发展机遇，将会带来巨大经济和社会效益。 近年来，为了 满足治安管理、应急指挥等需求， 各省市广泛展开了平安城市项目的建设，平安城市的建设促进了安防软件市场增长 5。除了平安城市外，金融电信监控、交通监控、煤矿安全、医院、学校、政府机关、企业生产、办公楼宇、社区街道等等，都对安防管理、应用软件的产生需求，形成了广阔的市场。 由于安防系统 行业应用具有多样性和差异性的特征，不同行业的业务特点和系统基础架构差异很大，比如法庭审判监控系统、学校监考系统、城市社会治安监控系统、环境监控系统等，都属于安防系统，但它们对信息的采集方式、对系统功能需求都有较大差异。安防系统的用户需求也发生了演进，已经不再是传统的单一监控功能，而是将包括监控、门禁、报警等功能整合在一个平台上。为满足多行业、多类型的用户需求，新型的安防软件既要具备传统的行业核心流程系统，也要具有灵活配置的能力。同时，智能化是安防系统发展的新趋势 6。通过借助 智能分析技术 ， 对门禁、音频、视 频、 警报 等监控 数据 进行分析， 出 现异常时 ，采取 自动报警 或通知 相关人员 的 方式对风险进行处理， 提高安全防护的时效性 。 易于集成、智能管理已成为行业发展的新要求。 本文 针对目前 安防行业的新要求 ， 提出了 集成化 、智能化 的技术 解决 方案，充分 考虑 了 多种设备， 以及 各种设备子系统 的灵活 接入 ，设计了 自动化、方便的接入接口， 大大降低了 使 设备 接入 门槛 。 本文提出了一种智能安防系统的体系结构，基于数据挖掘技术，实现对异常事件行为的诊断和分析，充分满足市场的需求。该方案的提出和实现，既能通过推广产品化的安防监控集成系统，实现经济效益；对相关 行业也有一定的促进作用，拉动地方就业实现社会效益。 第 一 章 绪论 3 研究的现状及问题 安防系统发展概述 2010 年上海世界博览会开幕，作为中国自奥运后会最受瞩目的项目之一，世博会的安全受到了广泛的关注，大量的安防产品被应用在世博会的安防系统中，成功的保障了上海世博会的安全运行，很好的展示当前安防的最新产品和发展趋势。从上海世博会的安保系统应用来看，目前的安防平台发展存在着以下几种趋势： 首先是传统的视频监控设备厂家在加大了智能化行为分析的应用，并提供设备层面上和其他安防产品的联动。例如，当发现有可疑 的行为时，可以驱动相关联的安防系统提高安全等级，乃至发出报警等，反过来，安防产品和视频监控设备关联也成为一种必要的标准，这是一种设备间的联动，这方面的代表如国内的海康、大华等公司。 其次是独立的平台供应商逐渐发展起来。涉足安防领域的厂家增多，产品的种类也日益丰富，由于缺乏行业的标准，不同厂家的产品兼容性问题日益突出，导致基于产品的集成方式应用面日益狭窄，随着用户对于安防产品应用的不断深入，集成更多的安防产品，乃至第三方的管理系统等都成了基本的需要，而这方面是设备集成商无法估计的，这就提供了独立平台供应商的发 展基础。在这方面例如广州的睿捷，它基于 发的睿捷远景监控套件软件（ ，实现智能化网络视频联动的监控管理，这套软件目前核心依然是基于视频监控为主的集成，类似的有天津的天地伟业。 作为独立的平台供应商的代表，安赛尔 (全球 频监控管理软件平台领域的领导厂商，拥有全球领先的技术与产品。安赛尔 (件产品的整体特点：性能稳定，功能丰富，操作简便。安赛尔（ 组件（ 供对事件、目标和运动状态的自动检测与分析。 能化的事件过滤功能，使少量的操作人员就能够方便地监控到更多的区域和站点；这样，在提高监控系统整体效率和安全性的同时，还大大地降低了操作和运营成本。 在两种市场模式中，由于传统上轻视软件的思想影响，加上国内安防领域第 一 章 绪论 4 应用尚处于以视频监控为主的初级应用，基于设备厂商提供的软件暂时处于主导地位，但业内普遍认为，有独立平台供应商引领安防系统集成的趋势很快就会出现。 从全球安防行业发展总体来看， 010年后高清视频、智能视频分析将成为热点，同时 金三立认为安防市场的热点包括三个方面：第一是数字高清网络摄像机将成为重点监控区的实施主流；第二个趋势是智能分析开始在一些重要应用领域步入实用；第三个趋势就是远程联网监控系统的应用将大幅飙升。 在标准研发方面， 这是一个全球开放性论坛，致力于网路设备通讯标准化，并确保安防市场网络产品的兼容性。 开始主要针对网 络视频产品的标准化，如今已经扩大其标准协议的范围，纳入门禁控制系统，主要是为门禁设备之间的通讯，建立一个全球性的网络接口标准，并确保网络视频产品和门禁系统之间的互通性。体安防互通联盟于2008 年 8 月成立，旨在为安防系统的硬软件平台制定统一的接口标准。通过统一的网络接口实现不同安防系统的兼容性。目前思科、通用电器、霍尼韦尔、松下知名厂商均以加入了 伴随安防行业的日益高科技化和 ，也吸引了一大批 司，如传统 头纷纷加入 7。随着一些大型企业对于人事、财务、办公系统等数据资源的整合，安防系统可能成为整个后台 也是许多 总体而言，安防软件有两个主要发展方向： 1）技术多元化，更丰富的技术会被用于安防系统的建设，如：即生物视觉、 线通信等，多种新技术的融入，将进一步改善安防系统的资源调度和管理方式，提高系统效率； 2）跨平台集成，安防系统应用领域扩大，和业务系统集成对接成为一种趋势，安防系统将不在孤立 建设，而是将安全防护、监控警报与业务应用结合起来集成建设，实现与业务紧耦合的安防管理，产生更大的价值链条。 第 一 章 绪论 5 国内外研究现状 网络技术的迅猛发展及人们安防意识的不断加强使得安防系统的发展与研究变得越来越重要，国内外的许多公司都纷纷投入到该领域的研究开发中。例如，微软公司在 2000 年投资 以色列的 讯公司 , 司 专注于安防系统的开发与设计； 住宅中提供智能的安防功能；全球领先智能系统和解决方案公司 分析、 络、录制和管理等技术，通过对网络数据的采集，分析和相关性研究，实现对威胁事件的自动监测、即时验证、事件解决和高效调查等监控解决方案 8。霍尼韦尔公司则在解决方案的分布式体系架构、冗余及备份，智能视频分析及与报警系统无缝集成等方面尤其独特的优点 9。国内的 司从网络监控的整体架构角度，提出了融合网络、存储、视频编解码和软件管理四部分功能的监控系统设计方案 10。 这些厂商在多年安防项目建设积累的宝贵经验基础上，依据其自身的技术优势，开发了许多具有实际应用价值的安防创新产品。其解决方 案涉及行业安防、城市安防、交通楼宇等。然后， 面对市场需求，流媒体服务器、网络存储服务器、设备接入服务器、代理服务器、 务器、 警处理服务器 等新的软件形态 10层出不穷， 加之没有 统一可行的行业标准， 造成 各厂商之间甚至厂商自己的产品 标准 不 兼容，信息不能共享 ，无法 有效集成为大规模、智能化的 监控系统 。很多以产品为主的厂商，其解决方案在开发性和兼容性方面略显不足。 国内外许多高等院校及研究单位也在该领域不断加大研究力度，安防监控领域的相关问题成为研究的热点和重点。文献 11提出了基于 构 的安防监控集成管理系统，研究使用 术集成短信系统和视频监控系统，重点实现系统的数据读取、存储、用户管理和通知等核心流程。文献 12提出了基于多信息源的智能安防监控系统的设计与实现，设计了一个基于事件规则的管理模型，支持警情消息过滤、事件关联判决 ,警情分级处理等事件管理机制。文献 13主要专注于高校智能安防报警系统的可行性及其实现方法研究。重点研究高校智能安防报警系统的系统分析与设计 ,主要解决安防报警系统的组成、网络体系结构、服务器与客户端的选择、现场总线类型以及通信协议规定等，并应用与集美大学安防报警系统中。文献 14提出安防监控系统的集成软件设计，第 一 章 绪论 6 提出基于第三代安防监控标准的多媒体视频监控系统集成软件的设计，并应用与南京市高淳看守所的内部监控和管理。文献 15设计了一套具备无线感知功能的监狱安防监控集成系统，采用基于 室内无线定位技术设计了一套室内安防无线定位系统。 这些研究多关注于特定行业的安防监控系统的研究方案与技术实施，在 部队、监狱、银行、校园等 领域安防监控系统的研究方面尤其独特特征及优势。然而 ,大多数 解决方案中各安防系统都是相互独立的 ,操作管理复杂， 缺乏一个统 一 集成 平台对 各监控程序所提供的服务进行 全局 管理。因此 ,如何能够在 统一用户界面下的 支持灵活接入 各个不同 监控 子系统 ，合理 调用数据、分析数据 ，执行系统联动响应及智能研判能力，提升 监控效率及分析能力 ,成为目前应解决的重要问题 。 目前存在的问题 早期的软件产品功能单一、而且并没有网络化的应用；随着设备的 现了网络化安防系统和早期的联网监控系统，伴随着城市监控报警系统和远程监控系统应用范围和规模的不断扩大，安防产品的应用已经到了民用、政府、商务等社会各个领域，规模也由单个设备向集成化、网络化过渡。 以社区和家庭为单位的安全防范成为新的增长点，集成化和智能化成为明显趋势。但是，由于行业的标准滞后、无序竞争、缺乏核心技术等因素给安防领域带来了一系列问题 16。 （ 1）信息孤岛现象严重。多数安防系统各自单机独立运行，内外信息互不相通，安防信息散布于各个信息孤岛，没有充分地运用网络技术实现系统集成，形成整体综合防范能力。 （ 2）缺乏综合报警功能。由于没有一个报警标准，不同的安防监控系统在报警形式上面手段单一。另外，对于不同种类的报警没有区别，在实践中，往往需要投入较多的监控人员关注不同的系统运行状况，但实际 效果较差，可能导致监控人员漏掉需要的报警信息。 （ 3）安防平台功能简单，其联动性、实时性弱 1。目前大部分实施单位的门禁、报警等系统都是独立部署，当出现警情，门禁和报警系统会进行信息采集和捕捉，但这些信息不能实时的提交给所有相关安保人员。如果警情处理需第 一 章 绪论 7 跨业务部门，且涉众较多，不能及时的大范围告知，可能会错过防范的第一时间，使损失扩大。 （ 4）缺乏整体规划和统一的建设标准 17。系统功能不统一、不规范，行业缺乏公认的建设规范，也没有标准的底层接口和中间件，产生了大量的重复建设和不兼容问题。 （ 5）缺乏平台 本身的智能化应用能力。当前，在安防领域中的人工智能技术主要集中在视频监控领域。但对平台本身所聚集的大量数据中所蕴含的信息却缺乏重视。 （ 6）缺乏个性化（行业化）的深入应用。系统集成的个性化问题不单指安防子系统的集成，而且还要有第三方管理系统的集成。 （ 7）电子地图功能单一，并不具备行业特点。 课题研究内容与成果 本文研究了智能安防集成的相关理论和技术，对现有安防系统存在的问题进行分析，重点对安防子系统集成的可扩充性、设备联动策略、资源访问控制策略、指挥控制方式等进行研究和设计，提出了一种智能安 防系统的体系结构。该结构采用本体语言进行设备描述，利用协议处理中间件进行各种信号、协议、命令的翻译和转换，并对联动策略进行定义。同时采用数据挖掘技术，实现对异常事件行为的诊断和分析，提升系统运行的可靠性。 基于上述方法，设计实现了一个安防监控集成系统，该系统通过统一界面实现了视屏监控、对讲、报警等安防子系统的无缝集成，并能够按照预定的联动策略处理器分析设备信号并驱动不同安防子系统做出响应； 本文的主要研究工作如下： （ 1）提出了基于本体的统一设备描述语言 (on ，基于 现多种安防设备的协议表达方法，包括抽象设备报警信号标记和命令标记。 （ 2）设计了智能安防集成系统的体系结构，给出了各模块的具体功能，并实现了一个子系统集成的原型系统。 （ 3）设计了联动策略，描述了 设备 、 事件 、 策略及命令集合之间的映射关系。 当设备对应的 报警 事件发生时，系统会根据映射关系，为不同的设备 执行第 一 章 绪论 8 策略对应的命令集合，完成响应动作 ；定义了设备接入的描述文件及接入方法； （ 4）利用关联规则分析技术对不确定的异常信息进行智能化分析，达到了对异 常行为进行诊断、对异常信号进行智能研判、以及操作异常的智能分析功能。 论文的组织结构 第一章 介绍了系统开发的目的与意义，国内外研究现状及目前存在的问题。 第二章 对智能安防集成系统进行了需求分析，介绍其总体建设目标、功能性需求及其系统设计原则。 第三章 介绍了智能安防集成系统的总体设计方案，给出了各业务逻辑模块的重要组件以及各模块实现的主要功能。 第四章 研究了智能安防集成系统实现中的关键技术。详细讨论基于 动管理的实现以及基于关联规则的异常行为研判方法。 第五章 实现了监控集中管理平台，具体描述了视频实时监控系统、联动策略管理及设备接入等功能的具体实现。 第六章 总结论文，提出改进原型系统的进一步工作。 第二章 智能安防集成系统需求分析 9 第 2 章 智能安防集成系统需求分析 总体建设目标 安防监控系统是提高公共场所管理水平，维护良好治安的重要工具。到目前为止，安防系统还处于整体较为落后的水平，各子系统独立运行，信息不能共享，不能进行系统联动，无法承担应急指挥功能 。因此，安防集成平台的建设应能够灵活进行内部系统的集成，灵活接入报警系统、视频监控系统、周界控制系统、门禁控制系统、灯光照明系统 等多种安防子系统，通过一个统一的管理平台实现信号、策略、资源的共享与联动使用，在此之上提供各种增值应用，提高联动效率。如图 智能化安防集中监控系统应能够实现： （ 1）集成管理：将多个安防子系统的状态及报警信息都整合到平台中，安防人员只需操作安防业务平台即可处理所有纳入本系统平台的安防报警，不必操作多个业务平台，为建立一套完整的安防管理模式打下了基础。 （ 2）基于策略的报警管理：平台应能够可靠接收来自个安防子系统发送的各种信号，能够进行信号解析，确定优先级，识别高优先级报警信号并按照 预设策略做出响应。 （ 3）应用智能分析技术，将数据挖掘技术应用于发现系统中存在的信号、操作、命令等多个维度的异常状态。 对 讲 监 听 与 报 告 系 统周 界 控 制 系 统门 禁 控 制 系 统报 警 系 统巡 视 管 理 系 统会 见 管 理 系 统公 共 广 播 系 统车 位 引 导 系 统灯 光 照 明 系 统视 频 监 控 系 统信 号策 略 资 源共 享图 安防集中监控平台 第二章 智能安防集成系统需求分析 10 （ 4）全面实时的系统网管能力。将系统范围内的安防监控设备的运行状态实时呈现给管理员，从而保证安防系统的稳定可靠运行。 （ 5）采用 E 开发技术，实现跨平台的应用，能够支持像电力、银行等在 面的 B/S 应用，避免了大规模应用下的 C/级维护及使用上的问题。 功能性需求 本质上安防监控指挥系统