采用百兆網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實現(xiàn)水電站數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

項目背景

某水電站建設(shè)于90 年代中后期，庫容約60 億立方米，裝機(jī)容量超過300 萬KW，是我國在西部地區(qū)的重要能源輸出企業(yè)， 在西部電網(wǎng)中占有重要地位。近年來，由于企業(yè)管理水平提高，原有模擬CCTV 系統(tǒng)應(yīng)用不夠方便，逐漸不能滿足實際應(yīng)用的 需求，亟待為該系統(tǒng)進(jìn)行改造。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)項目的實際情況以及實際的位置分布情況，我們可以將系統(tǒng)簡單的劃分為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)前端以及接入網(wǎng)絡(luò)、中心服務(wù)器 集群、內(nèi)網(wǎng)訪問用戶（包括監(jiān)控中心以及普通客戶端）、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)用戶訪問4 個部分。

其中，內(nèi)網(wǎng)訪問用戶包括距離中心服務(wù)器較遠(yuǎn)的多個用戶，與核心服務(wù)器之間提供 1000M 網(wǎng)絡(luò)連接。另外，設(shè)計系統(tǒng)的外 網(wǎng)訪問按照10 路進(jìn)行預(yù)留。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

在網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建上，將所有攝像機(jī)按照分區(qū)接入，區(qū)域集中匯聚的方式，包括分布于水電站大壩以及水庫上游區(qū)域、壩體以 及各級泄洪洞以及泄洪閘控制設(shè)備間、發(fā)電機(jī)進(jìn)水口以及閘門控制設(shè)備、水輪機(jī)層、勵磁層、發(fā)電機(jī)層、變電站、開關(guān)室等各 個區(qū)域的攝像機(jī)，均按照就近接入?yún)^(qū)域交換機(jī)的原則，采用百兆網(wǎng)絡(luò)將攝像機(jī)連接到附近的接入交換機(jī)；接入層交換機(jī)與核心 交換機(jī)之間采用光纖連接，匯聚到核心交換機(jī)。

部分較遠(yuǎn)、攝像機(jī)較少的區(qū)域的接入交換機(jī)采用二次匯聚的方式，保證了足夠的帶寬和網(wǎng)絡(luò)狀況的良好，如上圖所示。

前端選擇

本系統(tǒng)中的前端攝像機(jī)，包括部署于廣場、出入口、生產(chǎn)區(qū)域以及重點設(shè)備等多種監(jiān)控場景，使用環(huán)境差異大。特別是對 于重點運行設(shè)備的監(jiān)控點位，要求采用高清攝像機(jī)提供清晰的圖像。

英飛拓提供了適應(yīng)不同應(yīng)用環(huán)境、種類豐富的前端設(shè)備供用戶選擇。包括用于場景監(jiān)控 V1700N-M 系列日夜型網(wǎng)絡(luò)快球， 用于固定場景監(jiān)控的V6102-M 系列日夜型網(wǎng)絡(luò)槍機(jī)等。所有攝像機(jī)均支持MPEG4/MJPEG 雙編碼格式，MPEG4 格式支持主副 雙碼流同時輸出，在提供高清晰度圖像的同時，也可以為一些與中心連接速度有限的，例如網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問用戶，在較低帶寬下 提供流暢的圖像。

本次建設(shè)中，系統(tǒng)的部分重點安保部位使用了英飛拓 V6201-M 系列百萬像素網(wǎng)絡(luò)槍機(jī)。該攝像機(jī)支持高清分辨率輸出，提 供了優(yōu)秀的圖像品質(zhì)，受到用戶的好評。

另外，本次所采用的攝像機(jī)均支持 POE 供電，可以為項目施工以帶來很大的便利。

中心架構(gòu)

考慮到系統(tǒng)的前端數(shù)量較多，我們采用了多臺服務(wù)器并行運行的方式，由中心管理服務(wù)器對各個服務(wù)器模塊進(jìn)行統(tǒng)一管理， 實時監(jiān)測服務(wù)器的運行狀況，根據(jù)預(yù)定策略，為用戶給出管理提示以及故障告警，在系統(tǒng)存在管理需求或者出現(xiàn)異常的時候， 可以提供聲光告警，提醒用戶進(jìn)行處理。

考慮到軟件的后端用戶數(shù)量較多，為減少前端設(shè)備的運行壓力，我們?yōu)橛脩粼O(shè)置了單獨的流媒體服務(wù)器，所有客戶端訪問 圖像時均從流媒體服務(wù)器進(jìn)行獲取。在流媒體服務(wù)器出現(xiàn)斷線的情況下，僅具備一定級別的用戶可以通過直接和前端建立連接 以獲取圖像資源。在流媒體服務(wù)器恢復(fù)正常時，用戶自動重新從流媒體服務(wù)器獲取圖像。

常規(guī)數(shù)字系統(tǒng)的存儲構(gòu)架包括前端存儲和中心存儲兩種方式。在設(shè)備前端進(jìn)行存儲可以減小網(wǎng)絡(luò)中實時傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量， 減小網(wǎng)絡(luò)的壓力，但是，存儲數(shù)據(jù)可靠性受環(huán)境影響比較大，并且存儲容量受到較大限制。本系統(tǒng)采用了在數(shù)據(jù)中心采用NVR + IPSAN 的方式作統(tǒng)一存儲，采用RAID5 技術(shù)構(gòu)建的磁盤陣列；為用戶擺脫了存儲容量上的限制，保障了長時間大容量數(shù)據(jù)存儲 的連續(xù)性和可靠性。

由于采用中心存儲的方式，所有前端攝像機(jī)的圖像需要實時傳回數(shù)據(jù)中心，因此，系統(tǒng)的中心平臺管理服務(wù)器、流媒體服 務(wù)器、錄像服務(wù)器均直接接入核心匯聚交換機(jī)，保障足夠的應(yīng)用帶寬。考慮到服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)端口的可靠性，采納了負(fù)載均衡技術(shù)， 提高了服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口的可靠性。

報警聯(lián)動

鑒于應(yīng)用環(huán)境的需要，本次監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)需要與消防報警系統(tǒng)聯(lián)動功能。系統(tǒng)包括部分已經(jīng)建設(shè)的火災(zāi)報警系統(tǒng)，同時需 要為部分新增點位添加紅外行人探測等功能。在消防報警部分發(fā)生報警輸出時，需要將該探頭附近的攝像機(jī)調(diào)出到監(jiān)視器上進(jìn) 行顯示。另外，部分?jǐn)z像機(jī)在觀看時需要聯(lián)動附近的燈光，以提供充足的照明。

英飛拓軟件提供了在數(shù)字前端直接接入開關(guān)量、采用 V2431 接入開關(guān)量、采用RS232 端口接入報警碼、采用TCP/IP 網(wǎng)絡(luò) 接入報警指令等方式，易于集成主流報警設(shè)備，例如HONEYWELL 的VISTA 系列等等。這些報警信號可以直接進(jìn)入V2216 管 理平臺，由CMS 模塊統(tǒng)一進(jìn)行管理，屏蔽前端差異。軟件中采用統(tǒng)一的報警編號規(guī)則，實現(xiàn)視頻聯(lián)動、電子地圖等功能。如下 圖：

用戶原有模擬系統(tǒng)連接采用英飛拓公司的報警接口單元 V2431 實現(xiàn)消防報警到CCTV 系統(tǒng)的接口設(shè)備。V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管 理平臺充分考慮了對用戶歷史投資的保護(hù)，對模擬系統(tǒng)設(shè)備提供了良好的支持。軟件平臺中采用串口將報警接口單元V2431 完 成對火災(zāi)報警信號的統(tǒng)一接入，除此以外，可以采用的方式包括采用串口直接連接到中心管理服務(wù)器，或者將報警主機(jī)信號接 入串口服務(wù)器，再經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紺MS。對于具備網(wǎng)絡(luò)接口的報警主機(jī)，可以直接通過中心管理服務(wù)器通過以太網(wǎng)進(jìn)行接收。 此外，英飛拓還可以根據(jù)用戶需求，進(jìn)行報警接入信號的定制。

其余在新增點位附近有需要接入報警的，可將其開關(guān)量信號就近接入前端攝像機(jī)的IO 口，接入軟件進(jìn)行管理；對于有燈光 聯(lián)動的，將攝像機(jī)的報警輸出連接到相應(yīng)設(shè)備上，通過繼電器即可實現(xiàn)對燈光照明等設(shè)備的控制。系統(tǒng)中對報警信號的響應(yīng)和 處理由中心管理服務(wù)器來完成統(tǒng)一處理。

遠(yuǎn)程瀏覽

系統(tǒng)的另外一個重要功能是實現(xiàn)遠(yuǎn)程用戶瀏覽。除常規(guī)用戶外，部分用戶需要通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程觀看功能。借助于互聯(lián)網(wǎng)， 英飛拓 V2216 系統(tǒng)軟件提供了網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻觀看的支持，用戶可以采用客戶端或者瀏覽器通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程觀看系統(tǒng)內(nèi)的視頻圖 像。

V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺提供了Web 服務(wù)器模塊，根據(jù)系統(tǒng)策略，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)可以獲得與本地用戶相同的權(quán)限。軟件 的用戶漫游功能使得用戶從任意點登陸均可獲得系統(tǒng)內(nèi)同等用戶權(quán)限，包括視頻瀏覽，錄像查看，日志查詢等功能都可以通過 遠(yuǎn)程完成，使系統(tǒng)可以延伸至任意角落。

本系統(tǒng)中，一個分區(qū)域與主區(qū)域之間僅有 10M 帶寬連接。由于帶寬限制，必須對用戶觀看數(shù)量和視頻資源使用采取一定的 策略，以保證具備較高權(quán)限的用戶能訪問圖像資源。

針對有限帶寬下的應(yīng)用，V2216 提供了包括限制用戶實時訪問的視頻數(shù)量，允許高權(quán)限用戶搶占通道等等策略，保證了在 帶寬有限的情況下，高權(quán)限用戶可以優(yōu)先得到視頻圖像。V2216 為特定用戶組設(shè)置了連接數(shù)量限制，限制該組用戶同時觀看的 視頻總數(shù)；同時，還可以為用戶可查看的碼流進(jìn)行限制，對低權(quán)限用戶可以采用僅查看子碼流或者在設(shè)置的上限帶寬臨近的時 候，自動將權(quán)限級別較低的用戶切換到子碼流進(jìn)行顯示；在高權(quán)限用戶訪問帶寬使用較高時，可以搶斷低權(quán)限用戶使用帶寬， 并在低優(yōu)先級的用戶客戶端上進(jìn)行提示；待高權(quán)限用戶釋放掉訪問資源后，低權(quán)限用戶可以自動恢復(fù)連接，以充分保證高權(quán)限 用戶的觀看需求。

錄像管理

另外一個重要的特點是V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺中NVR 模塊對前端錄像功能的深入理解。考慮到錄像的實際需要，一個系 統(tǒng)中不同攝像機(jī)點位的重要性的差異是比較大的，英飛拓為網(wǎng)絡(luò)錄像模塊引入豐富的錄像策略管理。

以該系統(tǒng)為例，需要對常規(guī)點位采用 15 天錄像，對蓄水大壩、發(fā)電機(jī)層、勵磁層以及電廠核心區(qū)域的重要出入口等位置， 需要設(shè)置1 個月甚至更長的錄像時間。V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺的設(shè)計中充分考慮到這一點，用戶可以設(shè)置靈活的錄像策略， 對不同的攝像機(jī)應(yīng)用不同的錄像管理策略，實現(xiàn)對重要通道進(jìn)行長時間錄像的功能，需要修改錄像長度時間時，僅需要修正相 應(yīng)的錄像策略，即可達(dá)到對采用該策略的攝像機(jī)的錄像方式進(jìn)行統(tǒng)一修改。

出于安全考慮，部分?jǐn)z像機(jī)點位需要在部署于異地的服務(wù)器上進(jìn)行重復(fù)錄像。NVR 軟件模塊可以將有需求的點位的錄像文 件在異地進(jìn)行鏡像保存，提供網(wǎng)絡(luò)容錯功能，在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)故障斷開一段時間再次恢復(fù)后，可以自動將本地存儲空間的文件同步 到遠(yuǎn)程存儲空間中，為錄像文件提供了可靠的后備，整個過程僅需要設(shè)置相應(yīng)的錄像策略，無需人工干預(yù)。

NVR 服務(wù)器模塊可以提供再次壓縮功能，對有超長時間保存需求的攝像機(jī)通道的歷史錄像文件進(jìn)行體積壓縮，以達(dá)到節(jié)約 空間，實現(xiàn)超長時間保存的功能。

管理控制

V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺系統(tǒng)繼承了英飛拓矩陣的主要功能特點，用戶可以方便的在電視墻上實現(xiàn)系統(tǒng)巡視、成組切換等 常用功能，通過客戶端，用戶可以遠(yuǎn)程接入管理、觀看和操作系統(tǒng)，便于實現(xiàn)。此外，軟件具備豐富的報警處理與管理機(jī)制， 根據(jù)不同的狀態(tài)輸入，可以觸發(fā)錄像、觸發(fā)圖像報警聯(lián)動以及在指定的客戶端進(jìn)行告警等等一系列靈活的處理過程，更切近用 戶的實際需要。

基于 V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺系統(tǒng)靈活的架構(gòu)，用戶可以根據(jù)需求進(jìn)行合理的配置，以達(dá)到組建巨大前端接入數(shù)量的系統(tǒng)。 通過軟件系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可以為用戶構(gòu)建分布式的超大型數(shù)字視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供更安全、更便捷的視頻應(yīng)用平臺。

本系統(tǒng)建設(shè)完成后，不僅滿足用戶的安全防范需求，同時為用戶的生產(chǎn)管理以及決策提供了輔助支持，為其它后臺圖像應(yīng) 用提供良好的基礎(chǔ)。

V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺介紹

V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺是一套采用模塊化設(shè)計，支持多服務(wù)器并行的大型數(shù)字視頻管理軟件。根據(jù)支持視頻的路數(shù)功能 的不同，分為基礎(chǔ)版，專業(yè)版和企業(yè)版，單中心最大支持9999 路視頻圖像接入，多套軟件之間支持級聯(lián)，以組建更大的數(shù)字視頻系統(tǒng)。

軟件平臺的主要功能模塊由中心管理服務(wù)器模塊 V2216-CMS、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)模塊V2216-SMT、網(wǎng)絡(luò)錄像模塊V2216-NVR 以 及客戶端模塊V2216-LMC 構(gòu)成。

中心管理模塊CMS

中心管理模塊主要完成系統(tǒng)其他所有模塊的管理，負(fù)責(zé)的功能包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置管理、管理其它軟件模塊運行情況、提供 運行狀態(tài)監(jiān)測、協(xié)調(diào)多個軟件模塊的并發(fā)運行，同時對前端點的接入和對后端用戶的訪問及控制權(quán)限的限制。此外，CMS 模塊 可以提供系統(tǒng)整體的運行狀況報告，對其它模塊的管理和運行狀況監(jiān)測。

V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺充分考慮到系統(tǒng)的可靠性要求，系統(tǒng)的CMS 模塊支持采用雙機(jī)冗余熱備方式架設(shè)服務(wù)器，在主服 務(wù)器出現(xiàn)異常的時候，后備服務(wù)器能自動接管服務(wù)，保證系統(tǒng)的不間斷運行。

CMS 可以管理靈活的結(jié)構(gòu)配置，用戶可以根據(jù)需要SMT、NVR 模塊在多臺服務(wù)器上并行運作，組成流媒體服務(wù)器集群或 者錄像服務(wù)器集群，從而構(gòu)建可靠滿足更高應(yīng)用需求的系統(tǒng)。

在軟件的管理上，接入網(wǎng)絡(luò)中的所有數(shù)字設(shè)備均可由管理服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一管理并提供狀態(tài)診斷；軟件體系中采用多級交叉 權(quán)限認(rèn)證，確保了系統(tǒng)的安全性；軟件支持高權(quán)限用戶控制優(yōu)先搶斷，充分保證具備更高優(yōu)先級的用戶可以實時獲取控制權(quán)； 多套軟件平臺之間支持多級、多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)，適應(yīng)范圍廣泛；軟件具備強(qiáng)大的門禁、報警等系統(tǒng)聯(lián)動功能，支持多種報警 信號接入方式，為用戶提供完善的報警管理機(jī)制；除此之外，軟件支持?jǐn)?shù)字視頻和模擬視頻混合統(tǒng)一接入，屏蔽資源差異，為 用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用服務(wù)。

在軟件的操作上，英飛拓數(shù)字軟件提供了良好的人機(jī)界面。除提供標(biāo)準(zhǔn)樹狀目錄供用戶按照區(qū)域篩選圖像外，系統(tǒng)提供了 強(qiáng)大的電子地圖功能，用戶可以通過軟件的電子地圖快速的查找到需要的攝像機(jī)圖像；系統(tǒng)中的所有前端圖像，包括快球、百 萬像素攝像機(jī)等的圖像都可以通過鍵盤在監(jiān)視器上進(jìn)行切換，兼顧了模擬矩陣系統(tǒng)用戶的使用習(xí)慣。

流媒體分發(fā)模塊SMT

SMT 負(fù)責(zé)按照系統(tǒng)配置，通過網(wǎng)絡(luò)把從前端獲取到的視頻流轉(zhuǎn)發(fā)給有合法視頻請求的用戶，根據(jù)實際設(shè)置，包括后臺多個 客戶端用戶對同一個前端的實時圖像訪問、異地錄像備份、遠(yuǎn)程多級聯(lián)網(wǎng)等多種碼流請求，都可以指定為由SMT 服務(wù)器負(fù)責(zé)實 現(xiàn)，以減少攝像機(jī)前端到中心的帶寬占用，確保前端網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不會過大，保障實時圖像瀏覽和錄像。配合CMS 模塊的接入管理， 可以準(zhǔn)確的控制用戶對前端的訪問權(quán)限。

基于SMT服務(wù)器的引入以及多級轉(zhuǎn)發(fā)功能的引入，V2216 網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺的整體承載能力得到了一個量的飛躍：每個SMT 模塊可支持300 路D1 或者1000 路CIF 視頻資源的轉(zhuǎn)發(fā)，單個CMS 模塊可管理100 個SMT 模塊。按此規(guī)模進(jìn)行計算，單套軟 件系統(tǒng)最多可以支持管理到12800 路D1/100000 路CIF 資源的轉(zhuǎn)發(fā)；通過CMS 的聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)可以支持近乎無限路的視頻資源轉(zhuǎn) 發(fā)。

SMT 模塊可以提供軟件模塊的實時運行狀態(tài)給用戶進(jìn)行監(jiān)測，在多臺SMT 服務(wù)器并行協(xié)同運行的情況下，用戶可以指定其 中的一臺或者多臺采用后備冗余方式工作，根據(jù)設(shè)定的冗余策略，正常運行的服務(wù)器由于硬件或者電源等原因出現(xiàn)故障時，其 正在執(zhí)行的工作任務(wù)可以自動的由指定的后備服務(wù)器進(jìn)行接管，由處于后備狀態(tài)的服務(wù)器接替其工作情況。當(dāng)故障服務(wù)器恢復(fù) 正常后，用戶可以根據(jù)設(shè)定自動取消后備服務(wù)器的任務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)錄像模塊NVR

網(wǎng)絡(luò)錄像模塊主要處理錄像資料的存儲寫入、錄像查詢以及錄像文件的生成管理等。NVR 模塊支持定時/移動偵測/事件觸 發(fā)等多種預(yù)定策略。通過為各個NVR 制定錄像策略，可以組合實現(xiàn)用戶的不同錄像需求。 NVR 模塊可以靈活的支持DAS/SAN 等多種存儲方式，與SMT 類似，NVR 的錄像策略也可以被靈活的指定，多臺NVR 可 以協(xié)同運行，支持后備存儲池，在錄像服務(wù)器集群中的某臺NVR 出現(xiàn)故障時，其當(dāng)前服務(wù)可以被后備NVR 所接管，保持錄像 服務(wù)的連續(xù)性，確保不會出現(xiàn)錄像資料丟失。

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