基于网络的变电站IP视频监控系统解决方案.doc

基于网络的变电站数字ip视频监控系统解决方案二零一一年九月目录一、视频监控发展简介21视频监控发展史21.1模拟视频监控系统21.2数字视频监控系统21.3网络视频监控系统32真正的网络视频监控系统43网络视频监控系统给你带来的好处54网络视频监控系统集成商的选择8二、项目概述9三、项目需求分析9四、方案详细设计101.前端信号采集处理子系统102.网络信号传输子系统111)固定公网ip112)固定私网ip123)电信运营商133.管理中心子系统131)软件系统结构与特点142)平台体系结构153)系统组成15五、主要设备描述161.视频服务器162.一体化摄像机183.室外中型云台(带护罩及解码器)20一、 视频监控发展简介1 视频监控发展史视频监控系统发展了短短二十几年的时间，从最早的模拟监控到前些年火热的数字监控再到现在方兴未艾的网络监控，发生了翻天覆地的变化。在ip技术逐步统一全球的今天，我们有必要重新认识视频监控系统的发展。从技术的角度出发，视频监控系统的发展划分为：第一代：模拟视频监控系统（cctv）；第二代：基于“pc多媒体卡”的数字视频监控系统（dvr）；第三代：基于“智能视频监控管理软件芯片及的嵌入式视频编码器”的网络视频监控系统（nvs）。1.1 模拟视频监控系统视频监控系统是随着电视和摄像机的出现发展壮大起来的。最早期的产品，多以摄像机与监视器（电视）一对一监视系统为主，开始了视频监控系统的先河。在构建视频监控系统的实践中，为了避免对监视器极大的浪费，出现采用简单硬件电路方式的视频切换器。随着新技术革命的兴起，微处理器进一步普及和发展，出现了以微处理器为核心的矩阵切换控制系统。模拟视频监控技术在矩阵切换器的基础上有了极大的发展。各方面的技术堪称经典，甚至达到完善的境界。在九十年代，伴随着计算机多媒体技术的萌芽及发展，模拟视频监控系统利用矩阵切换器外挂计算机的方式，实现了对监控系统的多媒体控制，使模拟视频监控系统有了良好的人机界面，初步显示出了数字视频监控系统的雏形。1.2 数字视频监控系统九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了数字化时代。数字视频监控系统以本地局域以太网为依托，以数字视频的压缩、存储和播放为核心，以单机管理软件为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视，先后相继出现了上百种数字硬盘录像机产品。1.3 网络视频监控系统网络视频监控系统是随着计算机技术、多媒体技术、数字图像压缩技术以及网络应用的飞速发展，迎应模拟cctv监控系统和数字视频监控系统的弊端与时代发展的需求而产生的。它的工作方式不同于模拟cctv监控系统和数字视频监控系统，完全支持网络化操作，但也支持模拟cctv监控系统的工作模式，支持从模拟系统升级到网络化系统，从而保证用户前期投资不出现浪费。网络视频监控系统一经出现就以它先进的理念和强大的功能，弥补了模拟cctv系统和数字视频监控系统的不足，并得到了相关行业的广泛关注。网络视频监控系统利用标准的lan/man/wan/internet作为传输视频、音频和数据的中枢链路，与模拟视频监控系统和数字视频监控系统不同的是，利用这些在大多数企业已经广泛使用的计算机网络，嵌入式视频前端可以方便地布置在网络地任何地方，而且，视频图像可以灵活地在网络上的任何地点被接收，而不是像从前那样只能在本地看到图像，利用网络技术，现场视频图像可以被发送到任何地方。系统具有强大地灵活性和扩展性。网络视频监控系统使用开放的标准协议和网络进行通信，这让系统具有广泛的兼容性和很高的集成性，不同厂家的设备都可以在一个系统中使用，这就为用户降低了设备投资上的风险和系统升级的便利。网络视频编码器（video encoder）和网络摄像机（network camera）在现场通过视频服务器对模拟视频压缩编码，或者采用网络摄像机，它们的输出即为ip信号并直接上网传输，在强大地智能监控管理软件的支持下，监控端利用pc机运行浏览器就可以进行监视与控制。优点： 现场不需pc机支持；可全天24小时运行，系统稳定性高；基于web的系统管理，配置方便；强大的权限管理和保密功能，保证视频数据的安全传输；高端产品能够方便地实现大屏幕显示；兼容模拟视频监控系统；充分利用网络资源和功能，组网方式灵活；构建大系统，实现远程监控优势明显。缺点： 目前成本相对较高2 真正的网络视频监控系统网络视频监控系统是一种革命性的技术，它采用计算机网络和互联网通信中标准的ip协议形成视频流，在有线或者无线的网络中传送，网络有多大，你就能在多大的范围内观看和录制视频图像，并且还能把它与其他网络应用集成为一个整体系统。网络视频监控系统使用标准的局域网/城域网/广域网/互联网作为传送图像、声音和数据信息的核心线路，不需要采用复杂的模拟视频电缆将摄像机同监视器相连，而且克服了数字视频监控系统的缺陷，能为用户带来最大化的利益。网络视频监控系统正在迅速地占领大范围、高质量的安全视频监控领域，这种技术也将很快渗透到中、低端市场。大多数企业的计算机网络已经发挥了众多功能，网络视频监控技术利用同样的基础结构扩展本地和远程视频监控。图像可直接送入计算机网络，与网络应用集成，让用户能在很远的地方装好摄像机，并通过网络/互联网观看、存储、分析现场视频。网络视频监控系统将计算机技术、多媒体技术、网络技术与监控技术有机地结合起来。它能将监控系统和计算机网络系统连接起来，使两个相互独立的系统开始走向融合，实现真正的三网合一（数据、语音和图像），在理念和方式上取得了重大突破。利用计算机网络技术，将封装成ip包的监控信息传送到网络上，与现有的信息管理系统融为一体，使网络中的每一台多媒体计算机上均可实现对监控信息的管理和调用，提高管理水平和管理效率。网络视频监控系统的出现已经超出了传统监控的范畴，在其基础上增加了管理的概念。它事实上已经成为现代化管理的一个有力工具。网络视频监控系统正在替代传统的模拟cctv系统和数字dvr系统，并且在更多、更大的范围内创建并激发全新的行业应用模式。3 网络视频监控系统给你带来的好处n 让你实现高质量远程视频监控模拟视频信号的衰减很严重，传输距离不能超过500m，否则必须采用光纤传输。而且，图像质量受环境干扰影响大。网络视频监控系统之所以能够提供稳定的、高质量的视频图像，并不是因为视频编码器能够做到无损压缩或者增强视频信号，而是因为封装成ip包的视频信号通过计算机网络的传输能做到无衰减，无论传输多远，并且不受环境干扰的影响。n 让你的监控没有盲点模拟视频监控系统只能通过有线电缆和光纤传输，数字dvr系统通常只能在局域网范围内实现点对点传输。而网络视频监控系统通过网络，可以将摄像头和编码器安装到网络可以通达的任何地方。目前的网络技术可以支持各种传输线路，如以太网、光纤、有线电缆、专线、adsl、isdn、无线局域网、gprs/cdma、3g、微波、卫星等。n 让你在任何地方实施监控通过网络视频监控系统，你可以在网络的任何一点实施，甚至在全世界范围实施远程监控。与模拟系统只限于用特定监视器和控制键盘访问的方式不同，网络系统使用“用户名”和“口令”控制对视频信息的访问。只要你上网，不论是专网（如企业网）还是互联网（internet），就能观看和管理来自摄像机的图像。另外，为了方便和提高安全性，图像还能储存在离线的地方。n 让你的监控系统更可靠网络视频监控系统的前端采用嵌入式视频编码器或一体化网络摄像机，是专门为监控设计的专用系统，其系统内核、结构、功耗、体积、性能指标等均按工业标准设计生产，具备视频处理、网络通信、自动控制（包括报警联动）等强大功能，即插即用，无需专人现场维护，具有极高的可靠性，与pc多媒体卡的数字dvr系统有本质区别。传输线路可以方便地实现冗余网络，智能管理服务器可以冗余备份，不像模拟视频监控系统的点对点结构。也可以方便地实现多监控中心和分布式监控。n 让你的监控信息更安全充分利用网络安全技术（防火墙、vpn）、加密技术、实时时钟、权限管理、分布式存储、分布式监控等技术，充分保护你的监控信息不被越权监视、窃取、篡改、破坏。n 让你的录像时间不受限制，扩容简便网络视频监控系统支持分布式网络存储，扩容极其简便。可以根据需要随时扩容，不需要一次性投资大容量存储设备。存储设备可以分布在网络的任何地方，可以灵活地制定存储备份策略。n 让你方便地发送视频录像模拟系统存在的一个最大的问题，就是缺少发送视频图像的有效途径。其图像只能在录像带或打印好的图片上看到。而这两种方式都需要物理性的传送。也就是航空邮件、邮递员等来把信息从一个地点送到另一个地点。在网络视频监控环境下，全部图像都被处理成数据文件，既包括视频图像，也包括视频图片。数据文件能够很容易的通过e-mail发给无数的收件人，也能在几秒钟之内发送给内部的web服务器。这种发送的发送丝毫不会降低图像的质量。n 让你更充分地利用现有网络利用计算机网络传送视频，不必安装专用的有线电缆和光纤。此外，可以选择以太网电源。这是一种基于lan结构将数据与电源集成的技术，通过双绞线就能向网络摄像机和其它以太网设备供应持续稳定的电源。而且，把“以太网电源”同不间断电源设备相连，你的网络视频监控系统甚至在断电的时候都能继续工作为危急时刻系统供电问题提供了最佳的解决办法。n 为你提供更多产品和功能的选择网络视频技术有能力提供高水平的集成性，可以集成其他的功能和服务，使系统持续可发展。采用公认的标准协议和信息网络，能够使系统中大量产品的集成变得很容易。转换成网络技术，就意味着向一个在将来也会持久使用的系统进行投资。n 让你的系统能够持续平滑升级和扩展网络系统既灵活又具有充分的可升级性，以满足用户的变更需求和扩容需求。监控前端和监控工作站的增加即插即用。与大部分模拟系统不同，网络视频监控系统在不需要大多数工作重做或更换不同的系统元件的情况下，就能扩展。也不像数字dvr系统受网络层连接限制或管理限制。n 让你可以降低对系统的整体投资成本与“同等”的模拟视频摄像机相比，网络摄像机或网络视频编码器+模拟摄像机显得更贵一些。但综合考虑专用线路、安装、管理、维护等成本，以及考虑网络系统强大的搜索、定位及视频传送而带来的操作人员效率的提高，网络视频监控系统可以降低整体投资成本。此外，如果使用以电网电源，额外的成本就被完全节省下来，因为不需要为摄像机提供本地电源。此外，安装或重装摄像机时，使用以太网电源不需要使用专门的电工。4 网络视频监控系统集成商的选择 1、 任何一个设计方案的最根本前提是用户的需求，而先进、成熟的技术，可靠、灵活的应用，技术发展的趋势和良好的性能/价格比是设计方案的最基本依据。应该在不失先进性、成熟性、可靠性、可扩展性的基础上，充分考虑用户的需求，照顾长远利益，最大限度地保护用户投资。2、 数字监控系统正日益受到人们的广泛重视和应用，其产品的种类和档次也越来越多。本着高水准、高质量，提高产品的性能价格比的要求，在设计上充分体现当前数字化趋势，同时还需考虑到今后用户的使用、维护、保养的方便性。3、 网络监控系统不需要采用复杂的模拟视频电缆布线将摄像机同监控平台相连，图像质量完全不受环境干扰影响。分布式结构可以灵活的对视频进行组网，并且设备安装便利即插即用，根据需求还可以非常方便的随时添加或移除设备，系统具有无限的扩展性 。如采用高集成度的网络快球更可以大大节省施工周期，且克服了数字视频监控系统的一些缺陷，能为用户带来最大化的利益。 4、 xxxx公司拥有集成化系统中的多项产品、或系统中大多项数产品的直接代理；所选产品均具备授权文件及质量鉴定书。5、 xxxx公司不但具备供货能力、施工资质,而且具备培训、开发维护等技术支持能力；6、 xxxx公司具备丰富的工程经验、较好的工程业绩。在正式施工前,具备实施方案的各子系统及其集成模拟安装、测试及演示手段,保证具备各子系统以及系统集成的技术实力,做到业主放心；7、 xxxx公司拥有cctv系统产品的专家，具备一定的科技实力,具有技术领先性,能掌握技术前沿的硬件、软件,保证系统的升级换代能力。8、 xxxx公司具备现场各类机电设备的调试指导能力,保证弱电、强电系统的统一配合开通。9、 xxxx公司具备独立测试、集成系统的能力,保证系统的具体技术参数和总体质量。10、 系统集成商首先要熟悉各子系统产品，这种熟悉不能纸上谈兵，应该有实际的工程经验，能真正了解技术细节。从而能正确提出信息集成所需要的各项工作任务。该项目是一项中型的综合性系统工程，需要相应的技术专家对众多产品作评估和把握，需要一套行之有效的技术管理和施工管理的作业方法，在这样的工程中，实际的现场经验具有头等重要的意义。同时，系统集成商能面对现场的需要解决各种各样的实际应用问题，去满足综合管理方面的需要。应倾注全力向业主提供一套完整、全面的、最佳的整体解决方案，是对系统集成商的基本尺度和要求，而不应只关注于推销某种弱电产品，只有这样作为弱电系统总承包者，他的做法才会客观和公正，他才能得到众多供货厂家的支持，也才会得到业主的信赖和委托。二、 项目概述现有多个变电站分布在不同地区，要实现每个变电站将现场的视频信息统一集中管理。因此，根据本项目的结构特点，采用第三代ip技术的视频监控系统能够最佳满足用户集中化实时视频监控的需求。三、 项目需求分析 变电站多数情况下平时无人值守，且所有设备都必须能适应环境的变化。 变电站通常安装有重要且贵重的设备，它运作的正常与否直接关系到企业或整个行业或地区供电正常情况。 监视系统、报警系统、远程控制系统可以要有机的联动结合，从而提高无人值守或者少人值守变电站人员和设备的安全性及便利性。 变电站必须把现场的视频画面、人员进出情况、特定环境的报警信号等数据及时的传回监控中心。 所有视频数据、环境数据必须远程传输，并且对数据的记录存储要尽量的全面、细致。 变电站一般都有自己的专用网络，带宽资源比较充足；若没有专线，通过adsl专线或者3g网络的方式也能够解决传输问题。 系统的管理采用分级权限，不同的人员具有不同的使用权限。四、 方案详细设计xxxx公司设计的基于网络的变电站ip视频监控系统由三大部分组成： 第一部分：前端综合监控设备（场内重点设备监控、出入口监控、周界监控等）； 第二部分：网络传输部分（宽带网络、无线网络、行业用户专网）； 第三部分：管理中心软件平台服务器、监控终端、远程终端等。1. 前端信号采集处理子系统“模拟摄像机+视频服务器”与“网络摄像机”原理图对比如下：以上两种方式均可以实现有模拟监控向网络数字监控的转化，即经过数字芯片处理后的图像就可以直接接入网络。本项目建议采用如下图的基本设计方案：方案描述：前端采用模拟摄像机通过一根视频线与视频服务器的bnc输入的in口相连；另一根控制线与视频服务器的rs-485接口相连。视频服务器后端一方面通过视频线bnc输出out接口与dvr相连，同时控制线也接入dvr，实现变电站本地监控和录像；另一方面通过视频服务器rj45接口的网线（已将视频信号和控制信号结合到一起转换为网络信号）与交换机相连，即可通过internet与外网连接。2. 网络信号传输子系统1) 固定公网ip该方式下只需租赁一个固定公网ip地址，借助路由器的端口映射功能，将对外的不同端口指向内部的不同监控设备。远程客户端以ip：port方式访问所有监控设备。因为监控设备涉及两个端口，一个是http访问端口（默认80），另一个是数据交互端口（默认8000）。映射方式如下图：2) 固定私网ip若用户建有vpn网络，整个网络即便有部分穿越公网，但对于上层应用是透明的，监控设备可参照局域网配置方式。如下图所示：动态ip指终端以拨号的方式随机接入电信运营商的网络，并从dhcp池内随机获取一个公网ip地址，因为该ip地址随拨号而自动变更，导致远程客户端无法通过ip地址对设备进行寻址。为了解决动态ip寻址问题，xxxx提供的编码设备支持动态域名解析服务（ddns）。3) 电信运营商通过3g设备也可以将数字视频信号转换成cdma1x或3g的电信标准信号传输，cdma1x无线接入理论速率153.6kbps，目前在大部分地区1路cdma1x信道实际宽带为80kbps，对于视频监控中的一些应用（如视频、图片的传播等）显然会有些力不从心。cdma1x ip路由器的突出特点是支持多wan口接入和负载均衡功能。通过捆绑多个cdma1x信道增加带宽是cdma1x ip路由器在cdma1x无线网络视频监控方面的一大优势。采用xxxx提供的cdma1x ip路由器配合多wan口宽带路由器，通过负载均衡可捆绑1至n个cdma1x信道，形成n*80kbps的数据传输带宽。使用多条cdma1x，相当于将总出口带宽拓宽到原来的多倍（具体看捆绑几个cdma1x信道）。事实上，对于一般的视频监控系统的信息传输，捆绑3个cdma1x信道就可以达到240kbps的总数据带宽，完全可以满足采用mpeg-4/h.264视频压缩格式的视频信息实时传输的要求，将现场视频信息实时传送到监控中心。3. 管理中心子系统管理中心配备的软件/硬件系统应包含：cms综合管理系统服务器软件；监控管理中心主控/分控软件；web服务器软件；流媒体转发服务器软件；网络数字矩阵软件；网络存储服务器软件；报警/日志服务器软件。监控管理中心示意图1) 软件系统结构与特点综合监控联网管理平台软件 (以下简称 cms)是专门针对大型网络环境下分散监控场所不同种类数字图象设备、安防报警设备集中监控管理的专用平台软件,是一种面向业务应用服务的、全数字化、基于网络和高度集中管理的安防管理平台软件，以满足行业客户高可靠性、复杂性和灵活性的视频与安防监控业务管理需求为主要目的，适用于大型网络视频监控环境下对不限路数的pc架构dvr、嵌入式dvr、dvs、ip摄像机和报警设备的设备配置、报警关联策略、自定义任务、电子地图、流媒体转发、集中存储、网络数字矩阵等的集中监控与安防管理。采用了web service、web2.0、o/r mapping、aop、ldap、sso等先进技术和架构，软件更加稳定、安全、开放，能够满足当前银行、社会治安、交通、通信、电力、校园、铁路等多个行业的跨区域大中型网络视频与安防监控领域的各种需求和未来集成到行业大信息管理系统中的需求。之所以在国内提出视频与安防管理平台软件,是因为该平台软件除了具备中心管理所有基本安防管理功能外,更是大量采用了诸如web service、web2.0、o/r mapping、aop、ldap、sso等大量在it领域已经被证明成熟可靠的先进技术和架构，和已往的安防软件相比,系统更加稳定、安全、健壮、开放，最主要的是在当前网络监控客户需求快速变化的市场环境中,可以快速的结合行业客户业务需求定制扩展系统功能.是it软件开发先进技术和传统安防管理软件的有机结合。2) 平台体系结构软件平台体系结构分为三个层次，最低下一层是硬件抽象层，目的是给不同的dvr和其他设备提供相应设备类的统一接口，为系统整体管理、配置、检索所有的设备提供统一的标准；上面一层是平台，平台部分包括两部分，一部分是基本的服务，另一部分是基于这些服务的设计工具。最上面一层是构架在平台之上的应用，这些应用使用平台的基本服务一致、可靠、高效、灵活地完成功能，而平台提供的工具可以让用户自定义、自创建、自组合很多和用户特定业务相关的业务功能和流程。3) 系统组成cms综合管理平台包括应用服务类软件、c/s客户端和现场pc架构硬盘录像机软件、嵌入式主机以及网络视频编码设备，每个规格软件基本描述如下： 系统管理服务器软件：基于web service标准，实现统一身份认证和权限控制、组织与角色管理维护、设备集中配置与维护管理、结合任务计划执行和调度、报警处理规则管理、报警获取与分发管理、电子地图集中配置管理、设备巡检和日志管理等功能。 web服务器软件:基于web service标准, 为前端监控设备提供统一远程监视查询b/s访问界面。 流媒体服务器软件:用于监控中心多客户端复用相同现场图像的流媒体转发管理和现场流媒体带宽限制管理,限制管理的策略包括路数、用户优先级和事件优先级等。 网络存储管理服务器软件:用于分散加集中存储的环境下按照管理中心软件设定的计划、策略执行高可靠性的图像集中存储、备份、检索和回放管理。 报警转发软件：在中心监控管理软件设置下，统一快速接收现场设备报警信息并转发给指定的中心监控管理软件客户端，可以接入为后台运行的应用服务软件。为所有系统管理的监控设备提供报警接收转发服务和短消息报警、邮件报警等远程报警服务，可以接入短消息报警模块。 网络数字矩阵软件:主要用于实现控制数字矩阵控制主机内置解码卡的任意分组轮循输出、手动切换输出和报警联动输出等功能，支持对其它标准客户端软解码vga输出的协同控制。五、 主要设备描述1. 视频服务器产品概述产品类型：视频服务器，dvs。视频压缩标准：h.264。视频处理芯片：davinci处理器。功能特点基于最新ti davinci处理器平台开发，集成度更高；采用h.264视频压缩技术，压缩比高，且处理非常灵活；支持完整的tcp/ip协议簇，支持视频、音频、报警、语音数据、串行数据通过tcp/ip网络传输；支持pppoe、dhcp协议；内置web预览功能，可进行ie访问；支持云台与电动镜头的控制，支持多种解码器协议，可进行预置位、巡航、轨迹的设置与调用；rs-232接口支持网络透明通道连接；支持双向双工语音对讲、单向语言广播；具有报警输入、移动侦测报警、遮挡报警、报警联动输出等报警功能；支持水印技术；硬件接口1dc 12v电源输入接口；2ethernet网络接口（同utp网络接口）；3alarm out报警输出接口；4alarm in 报警输入接口；5rs-232串行接口，rs-485串行接口； 6vin视频输入、ain音频输入接口；7line in语音输入接口；8aout语音输出接口。6100hc6100hf视频压缩标准h.264回放分辨率qcif/cifqcif/cif/2cif/dcif/4cif视频输入路数1/2/41/2视频输入接口bnc（电平：1.0vp-p，阻抗：75），支持pal、ntsc制视频帧率pal：1/16-25帧/秒，ntsc：1/16-30帧/秒码流类型视频流/复合流压缩输出码率32k-2m可调，也可自定义。（上限8m，单位：bps）音频输入路数1/2/41/2音频输入接口bnc（电平：2vp-p，阻抗：1k）音频输出1路（线性电平，阻抗：600）音频压缩标准og