廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)、功能及應(yīng)用方案

生產(chǎn)經(jīng)營管理的高效性、實時性直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益和成本控制。當前，工廠的建設(shè)、管理正向著信息化、智能化的方向發(fā)展。通過在企業(yè)內(nèi)部安裝一整套局域網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，安全生產(chǎn)人員可實時監(jiān)控各個設(shè)備的運行狀況，安保人員可實時監(jiān)控廠區(qū)的出入口、道路、重點建筑等重要場所的人員流動情況，企業(yè)相關(guān)部門的領(lǐng)導也可以在辦公室隨時監(jiān)控整個企業(yè)的運作情況。

一、建設(shè)目標及任務(wù)

該廠區(qū)生產(chǎn)車間安裝安防監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是：實現(xiàn)生產(chǎn)車間區(qū)域的安全生產(chǎn)。主要安裝區(qū)域為5個生產(chǎn)車間、1個成品倉庫、1個倉庫過道。其中1、2、3號生產(chǎn)車間、倉庫過道和成品倉庫均在一樓，4號生產(chǎn)車間在二樓，5號生產(chǎn)車間在三樓。1、2、3、4號生產(chǎn)車間均有4條生產(chǎn)線，生產(chǎn)線為雙排坐人，人員較為密集，5號車間為3條生產(chǎn)線。半成品倉庫主要放置準備罐裝的原料。倉庫過道為連接車間和倉庫的區(qū)域。相對重要的區(qū)域為車間的充填室和半成品倉庫。車間的包裝室及倉庫過道為次重要區(qū)域。為確保車間的安全生產(chǎn)，需要對重要區(qū)域（即車間充填室的生產(chǎn)線）進行全方位無死角的監(jiān)控，并其它公共區(qū)域進行巡航掃描。對于次重要區(qū)域則進行巡航掃描。

二、需求分析

工廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)的初步設(shè)計方案要滿足現(xiàn)有資源和網(wǎng)絡(luò)需求的性能;前端監(jiān)控子系統(tǒng)、監(jiān)控中心視頻管理系統(tǒng)的建設(shè)均滿足公安部《關(guān)于開展城市報警與監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)工作的意見》的性能要求，力求系統(tǒng)穩(wěn)定運行、數(shù)據(jù)存儲可靠，視頻數(shù)據(jù)定期歸檔。根據(jù)政府部門要求和企業(yè)內(nèi)部安全生產(chǎn)管理相關(guān)需求，并根據(jù)國家有關(guān)標準，結(jié)合工廠視頻監(jiān)控需求制定出網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能實現(xiàn)以下目標：

1）信息采集功能。前端監(jiān)控系統(tǒng)采集視頻并按照傳輸要求進行壓縮、編碼處理，轉(zhuǎn)換成能夠通過接入網(wǎng)關(guān)，滿足在數(shù)字交換網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒏袷健?/p>

2）信息傳輸功能。對經(jīng)過壓縮、編碼處理的視頻信息，按照工作流程在工廠專網(wǎng)中進行傳輸，根據(jù)安全管理權(quán)限，構(gòu)成各級傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)管理需要，傳輸至上級系統(tǒng)并存儲信息。

3）信息處理功能。各級系統(tǒng)對接收到的視頻信息等，按信息含意和歸屬進行處理，對調(diào)用的存儲信息進行處理。

4）信息存儲和備份功能。監(jiān)控中心服務(wù)器對視頻信息、系統(tǒng)日志，均應(yīng)存儲;存儲和備份的歷史數(shù)據(jù)信息，可在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中依據(jù)權(quán)限回放。

5）系統(tǒng)控制功能。依據(jù)授權(quán)將網(wǎng)絡(luò)用戶發(fā)出的控制命令傳送到前端系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控中心及授權(quán)用戶對前端任意一路監(jiān)控圖像的調(diào)用和控制。

三、設(shè)計思路

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)將保證廠區(qū)各個職能部門人員對職責范圍許可內(nèi)的視頻信息情況及時、準確的了解、掌握，監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)化、科學化、現(xiàn)代化地統(tǒng)一管理，切實滿足公安行業(yè)對于圖像系統(tǒng)的管理和業(yè)務(wù)需求等要求進行該工程建設(shè)。系統(tǒng)依托網(wǎng)絡(luò)，建成覆蓋整個廠區(qū)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，初步統(tǒng)計在生產(chǎn)線上及倉庫等部位架設(shè)XX個監(jiān)控點。設(shè)計方案充分考慮后期的擴容、管理變更等可能的建設(shè)要求，并遵循技術(shù)先進性、架構(gòu)合理性、統(tǒng)一的技術(shù)標準、經(jīng)濟性、實用性、規(guī)范性、可維護性、可管理性、安全性、開放性等原則。

本次設(shè)計思路如下：

1、采用服務(wù)器集群結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)“大容量、多畫面處理、實時錄像和回放、聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控”的目標。

2、便于以后用戶的安裝、操作和今后的維護便利。

3、考慮了各種兼容要求和擴容要求：包括現(xiàn)有數(shù)字設(shè)備的接入、控制及監(jiān)控點后期擴容、系統(tǒng)規(guī)模擴容、臨時授權(quán)用戶遠程監(jiān)控等各種可能擴容方式下對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的兼容和便利性，設(shè)計的系統(tǒng)能夠滿足兼容和平滑擴展的要求。

4、系統(tǒng)設(shè)計對網(wǎng)絡(luò)傳輸路由具有良好的適應(yīng)性，可以在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等各種方式下運行。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源的情況，在不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬下可以靈活設(shè)置編碼格式，獲得不同的圖像質(zhì)量。

5、本次設(shè)計的系統(tǒng)是標準和開放的，系統(tǒng)軟件全部采用通用的主流標準;如系統(tǒng)采用標準的TCP/IP協(xié)議、接口標準通用等;適合生產(chǎn)廠區(qū)安保系統(tǒng)各個標準子系統(tǒng)的集成。

6、系統(tǒng)考慮了操作冗余、數(shù)據(jù)安全和遠程鑒權(quán)等技術(shù)手段，保障系統(tǒng)安全運行和不受外部入侵，完善的身份認證能力，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

7、方案采取實用的原則，不追求高端設(shè)備的堆砌，而是本著實用的原則進行科學的配置建議，以求達到最大的技術(shù)性價比。

四、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控架構(gòu)

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)攝像機和平臺化監(jiān)控系統(tǒng)軟件。本項目采用瑞典AXIS公司的網(wǎng)絡(luò)攝像機及中盛益華的CSVision網(wǎng)絡(luò)視頻管理平臺軟件搭建系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求，結(jié)合實際情況，所有視頻的傳輸、切換主要是由寬動態(tài)高速網(wǎng)絡(luò)球機、高清網(wǎng)絡(luò)攝像機及CSVision網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理平臺軟件來完成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一：

圖一：網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1、監(jiān)控中心配置

生產(chǎn)廠區(qū)監(jiān)控中心放置安裝CSVision視頻管理平臺客戶端及服務(wù)器軟件的PC機、網(wǎng)絡(luò)存儲磁盤陣列等設(shè)備。服務(wù)器負責存儲及轉(zhuǎn)發(fā)前端網(wǎng)絡(luò)攝像機發(fā)送過來的視頻流，單臺視頻管理服務(wù)器支持75路D1（按照2Mb碼流計算）畫質(zhì)圖像的存儲的同時轉(zhuǎn)發(fā)400路視頻流，服務(wù)器系統(tǒng)可以通過級聯(lián)的方式使多臺服務(wù)器級聯(lián)成為一個整體的監(jiān)控系統(tǒng)，方便用戶的使用。

客戶端軟件負責解碼顯示服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的實時視頻或者錄像數(shù)據(jù)，如果有用戶需要查看監(jiān)控圖像，只需要安裝CSVision監(jiān)控平臺客戶端軟件，經(jīng)過中心管理員的授權(quán)后，可通過客戶端登陸到服務(wù)器上實現(xiàn)對整個監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)看?？蛻舳丝梢愿鶕?jù)具體情況增加，只要PC與本網(wǎng)絡(luò)相連即可，中心則無須增加任何設(shè)備。若監(jiān)控點發(fā)生問題，值班人員及時通知事發(fā)地點的值班人員或親自處理。

2、網(wǎng)絡(luò)需求分析

前端監(jiān)控點網(wǎng)絡(luò)帶寬計算：前端鏈路建設(shè)實際上就是前端網(wǎng)絡(luò)攝像機與監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)問題。AXIS高清網(wǎng)絡(luò)攝像機及寬動態(tài)網(wǎng)絡(luò)高速球機需要2Mb帶寬。以監(jiān)控中心最大峰值帶寬計算：監(jiān)控中心也是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)字視頻監(jiān)控會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，傳輸過程中將會帶來數(shù)據(jù)流以及設(shè)備交換壓力，為了達到數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俜€(wěn)定性，采用千兆交換機作為中心的核心交換設(shè)備。

3、存儲空間計算

視頻存儲采取監(jiān)控中心集中存儲的方式，所需磁盤陣列容量的計算方法：網(wǎng)絡(luò)攝像機占用的帶寬約為2M/bps，每一路碼速率（Kb）/8=A（注：除以8是從Bit到Byte的轉(zhuǎn)換，設(shè)備碼速率的單位為Kbit，而磁盤容量最小單位是Byte）;A×3600秒×24小時=B（注：B為每天所需要的存儲空間）;B×網(wǎng)絡(luò)攝像機數(shù)量×錄像需要保存天數(shù)=C（注：C是所有網(wǎng)絡(luò)攝像機需要保存天數(shù)的總計存儲空間）;最后得到的“C”就是最后所需的錄像空間的大小，單位是KB。按照1000KB=1MB，1000MB=1GB，1000GB=1TB轉(zhuǎn)換即可計算出所需的總計存儲空間。

根據(jù)上述計算公式，單路視頻存儲一小時需要約880MB磁盤空間，一天24小時錄像需要約21GB空間。

4、安全體系

本網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計所考慮的安全體系主要包括物理安全、用戶權(quán)限安全、監(jiān)控設(shè)備管理安全、網(wǎng)絡(luò)阻塞等。

1）物理安全。物理安全性主要分設(shè)備自身安全性和網(wǎng)絡(luò)安全性。

2）用戶權(quán)限安全：對于整個系統(tǒng)的用戶安全性，建議采用身份秘密認證系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的用戶進行整個認證。每一級機構(gòu)的用戶只要在自己所屬的監(jiān)控中心開設(shè)帳號、分配權(quán)限即可。以此設(shè)立用戶權(quán)限（可細分為圖像瀏覽、控制、語音等權(quán)限）。

3）監(jiān)控設(shè)備管理安全：所有前端監(jiān)控的信息和權(quán)限由設(shè)備管理服務(wù)器管理，設(shè)備管理服務(wù)器的權(quán)限由目錄服務(wù)器管理，形成一個統(tǒng)一管理機制。所有的設(shè)備登陸必須經(jīng)過用戶認證才能夠登陸。

4）網(wǎng)絡(luò)阻塞：生產(chǎn)廠區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案采用分布式的多服務(wù)器群的設(shè)計理念，利用流媒體技術(shù)，完成視頻信號的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，避免客戶端直接訪問前端網(wǎng)絡(luò)攝像機，降低網(wǎng)絡(luò)流量，避免了大流量數(shù)據(jù)造成網(wǎng)絡(luò)阻塞的問題，同時由于這種結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)在部分子系統(tǒng)出故障時整個系統(tǒng)不會癱瘓，仍然能正常運行。在有限帶寬下處理大流量數(shù)據(jù)主要采用以下技術(shù)避免網(wǎng)絡(luò)堵塞：基于發(fā)端的速率控制，抽幀策略，打包策略，訪問策略。

5、監(jiān)控平臺主要功能

該系統(tǒng)是基于分布式多級架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，支持AXIS全系列網(wǎng)絡(luò)攝像機的接入。單服務(wù)器系統(tǒng)同時支持75路D1畫質(zhì)（或者150路CIF畫質(zhì)）視頻實時存儲、不低于400路圖像轉(zhuǎn)發(fā)、2000個監(jiān)控點的管理。系統(tǒng)支持多服務(wù)器的級聯(lián)擴展，可實現(xiàn)瀏覽、錄像及管理通道的無限擴展，更能滿足客戶全方位監(jiān)控的要求。主要功能包括：圖像瀏覽與控制，多級電子地圖，音視頻存儲及查閱，時間條回放，基于錄像文件的快照搜索，書簽，雙向語音功能，防區(qū)聯(lián)動報警，門禁集成，用戶管理，日志管理功能等。

6、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺架構(gòu)

CSVision網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一套采用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及多媒體信息壓縮、解壓技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)字圖形監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)控的視頻、音頻、告警、控制信號可傳至網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一個節(jié)點，用戶可以利用計算機網(wǎng)絡(luò)在不同地點同時監(jiān)視、控制遠程某一或某些場所，同時具有動態(tài)感知、視頻存儲、告警管理等功能。

圖五：網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺框架圖

作為一個通用化視頻監(jiān)控平臺，CSVision系統(tǒng)由設(shè)備控制模塊，媒體控制模塊，連接管理模塊，客戶端管理模塊，服務(wù)器管理模塊，系統(tǒng)診斷模塊組成（如圖五）。

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