基于校園網的數字視頻監控系統

摘 要：校園監控系統對高校的安全保衛工作意義重大，在校園局域網普及度較高的今天，構建一個容量大、質量高、可靠性高、成本低、監控方式靈活且易于擴展的校園網數字監控系統成為可能。結合校園安防工作特點，以校園網資源作為后臺，通過系統邏輯分析、設備功能分析，設計基于校園網的數字監控系統總體方案，經過設備選用，實現在基本設備系統支撐下，系統規模可以根據學校經濟能力逐步擴展的校園網數字監控系統，滿足了校園安全防范與管理工作需要。

關鍵詞：校園網；數字視頻；監控系統；校園安防

Digital Video Monitoring ystem Based on Campus Network

WANG Qinxue，U Yanjie，YANG Xikun

(Xi′an hiyou University，Xi′an，71006，China)

Abstract：Campus monitoring system is of great significance to security work in campus，with the higher popularity of campus LAN today，it is possible to construct a large capacity，high quality and reliability，low cost，flexible monitoring and easy expanding digital monitoring system for campus networkCombining with the characteristics of campus security work，taking campus network resources as background，making system logic analysis and equipment functional analysis，the overall program for digital monitoring system based on campus network is designed，and after equipment selection，by support of basic equipment system，the campus network digital monitoring system is realized，which scale can be successive expended according to the economic capacity of colleges and universities to meet the needs of campus security prevention and management

Keywords：campus network;digital video;monitoring system;campus security prevention

1 引 言

高校作為社會的一個重要組成部分，安全穩定與否直接關系到社會的穩定，校園安全防范單靠人防、物防已經不能滿足高校快速發展的需要，為了確保校園安全，提高安全防范的管理水平，必須建立校園監控系統。隨著計算機技術與網絡技術的發展，監控系統正朝著視頻的數字化、監控系統的網絡化和管理的智能化方向發展，遠程異地監控已成為可能。充分利用校園網資源，建立基于校園網數字監控系統可以大大減少建設工作量，提高系統使用的方便性，做到實時監視可視區域，快速控制現場，減少各類案件的發生，便于管理者及時應對、處理突發事件。

2 系統設計思想

建立校園安全防范監控系統，在滿足安全防范需要的同時，必須充分利用學校的現有資源，從而提高資源的利用率，降低建設成本。

21 系統設計方向

校園面積大、治安環境錯綜復雜、為了加強學校安全防范整體力量，有效保護學校財產安全，監控公共場合秩序，維護公共安全，必須建立一個既有利于大家生活、學習，又能夠對校園安全進行實時監控的校園安全防范監控系統。教育部校園網工程使得高校利用校園局域網絡構建一個大容量、高質量、監控方式靈活、可靠性高和具有易于擴展的校園網數字監控系統成為可能。基于網絡的數字監控系統：一是能利用現有校園局域網進行圖像的傳輸，降低系統建設成本；二是適合跨校區遠程實時傳輸，在信號傳輸中，數字信號抗干擾能力強，不易受傳輸線路信號衰減的影響；三是便于靈活增減監控點。

22 系統設計目標

利用學校已有校園網資源，采用智能化、網絡化和信息化等技術手段，滿足系統的實用性、先進性、開放性、安全性和經濟性的要求，真正實現信息共享、資源共享的科學管理目標；以多元信息采集、傳輸、監控、記錄、管理以及一體化集成等高新技術，構建安全防范監控系統。

23 系統覆蓋范圍

數字監控系統是對校園的全方位監控，一是對學校教學樓、實驗樓、計算機樓、體育館、圖書館、停車場、學生宿舍樓、行政樓的出入口和重點防火、防盜部位安裝攝像機；二是對學生經常性集中的場所如食堂、運動場所、廣場安裝攝像機；三是對學校主干道、各大門口和家屬區各樓出口安裝攝像機；四是對南校區大門、宿舍樓、綜合樓、主要路口安裝攝像機。

3 系統設計總體方案

以校園網資源作為監控信息的傳送與管理平臺，將分散在校園各個建筑物的視頻監控單元網絡在一起，并且利用媒體服務器、計算機系統等設備對監控單元所提供的視頻進行管理、對監控環境進行跟蹤監視。基于校園網的數字視頻監控系統主要由：媒體服務器、存儲監控數字視頻信息的磁盤陣列、數字視頻管理與播放軟件、專用VLAN、視頻服務器、環境監控點視頻采集系統、監控中心服務器與顯示屏、報警系統等部分組成。其系統網絡拓撲結構見圖1。

通過環境監控點攝像機獲取環境視頻信號，視頻服務器將視頻信號轉換成數字視頻信號本地儲存并通過校園網及時傳送到設在網絡中心的媒體服務器，媒體服務器對數字視頻信息進行管理，并存儲在磁盤陣列上，監控中的監控服務器從媒體服務器上獲取數字視頻信息并以多畫面的形式在電視屏幕或顯示器上即時播放，對需要跟蹤的監控點，通過監控服務器與該點視頻服務器建立直接連接，對云臺和攝像機進行跟蹤控制和數字視頻播放。

4 系統功能與實現

基于校園網的數字視頻監控系統無需為監控系統建設專門的信號傳送網絡，信號傳輸主要通過校園網，安裝運行后，能夠在監控中心實時顯示所有10~18個環境監控點場景的視頻，監視效果完全能滿足要求。同時在監控中心通過發出指令控制前端設備，使得安裝在室外的一體化高速智能球攝像機，可任意迅速定位及連續追蹤掃描，實現真正意義上的全方位、無盲點監視。系統在對目標范圍實時監控的同時，可對圖像進行數字化壓縮及前后端混合式存儲；如果需要還可以根據報警信號的發生自動的實時記錄現場情況，事后可從系統數據中查詢相應的資料。跨校區遠程實時監控，擁有訪問權限的用戶可以通過校園網，在本地安裝了監控軟件的計算機上，觀看所管轄防區的監控畫面并進行控制。監控系統擴展僅需增加云臺、攝像頭和視頻服務器，無需對整個系統設備進行更換或擴展。在日常維護和使用校園網數字安防監控系統時，一旦出現問題，用戶只需對局部進行更換或者維修，能保證長期不間斷使用。

本系統設計從校園實際出發，采用成熟、先進的技術和設備，較好地滿足了校園安全防范、安全管理中的宏觀動態監控、微觀取證等工作需求，通過校園網數字監控系統不僅可以保障學校財產、師生的人身安全以及家庭財產安全不受侵犯，同時也將校園人防、物防、技防有機結合形成立體式的防控體系，使學校的高效管理和安全保衛工作上新臺階。

41 網管中心設計

網管中心設于學校信息中心內。網管中心增加媒體服務器、磁盤陣列和網絡視頻管理軟件。媒體服務器占用1U機架和1個主交換機1 000 Mb/s端口；磁盤陣列占用4U機架，安裝10塊146 GB硬盤，提供1 460 GB硬盤空間；媒體服務器采用IBMx336；磁盤陣列選擇IBM EP400，它采用UItra320CI技術，擁有14個超簿DD槽位，可以容納最大2TB的存儲量，為了提高可靠性， EXP400支持DD和自身風扇的PFA（預測性故障分析）；EXP400有內置的LED指示器，能夠預先對故障、溫度超標和其他異常發出警告。

媒體服務器連接到1 000 Mb/s校園局域網主交換機的端口上，可充分利用網絡數據帶寬，以保證多路高清晰（D1格式）數字視頻圖像的并發傳輸，需占用1個主交換機端口。磁盤陣列通過CI接口與媒體服務器相連，為多路實時視頻數據存儲提供便捷條件，可提供1 460 GB的存儲空間；視頻瀏覽方式采用D1模式，分辨率704×76，視頻圖像存儲采用MPEG-4標準，每小時每路視頻須保存200 MB的數據，為了節省存儲空間，可采用移動偵測方式進行數據存儲，剔除靜止畫面。

42 監控中心設計

監控中心與網管中心分離，通過校園網與信息中心的主交換機交換數據。采用D1視頻模式，分辨率704×76，畫面分割通過媒體服務器實現，一路視頻圖像占有12 kb/s左右的數據寬帶，為保證多路路高清晰數字視頻圖的實時性，通過1 000 Mb/s帶寬的光纜直接接入網絡住交換機。監控中心安裝有2塊42英寸等離子顯示屏，分別由2臺IBM＠server206系列8482管理，每屏進行9畫面分割顯示最多可以同時顯示18個環境監控點的視頻圖像。另設管理電腦一臺，可單獨顯示、跟蹤一路視頻監控圖像。

43 網絡接入設計

寬帶接入，監控視頻圖像可通過校園網在各個樓宇設置的交換機接入，由于是單路視頻，有12 kb/s的數據帶寬夠用了。為保證信號質量，視頻服務器安裝在就近的樓層配線房。路端環境監控點監控球的模擬視頻信號，經視頻服務器調制成MPEG-4標準的數字視頻流。通過樓層交換機接入校園網，通過校園內區域交換機與主交換機相連，占用交換機的1個端口。媒體服務器占用一個1 000 Mb/s端口和主交換機下相連，監控中心交換機通過光纜和主交換機相連，以保證監控信號的實時性。為保證系統的健壯性，所有監控設備劃分在一個專用的VLAN內。

無線接入，在校園內出現樓房或布控點無樓層交換機時，則監控數字視頻流通過BreezeNE無線網接入校園網。客戶端網橋定向接入基站，基站全向收發客戶端網橋的信息，空間通信速率達11 Mb/s。每臺基站可同時與3臺客戶端網橋對接，實現Full D1模式的實時監控圖像傳輸。基站安裝點選擇與客戶端網橋相互可視。天線安裝于建筑物頂端，方向對準基站網橋。防雷借用建筑防雷設施，如高度不夠，則在防雷網上焊接避雷針。客戶端網橋采用奧維通U-6-BD，空間通信速率達11 Mb/s，傳送距離可達10 km。基站網橋采用奧維通AU-120-VL，可同時接收3路客戶端網橋發來的Full D1模式的實時監控圖像信息。室內單元提供電源和數據到室外單元帶有接口和遠端射頻子系統，這種設計可減少使用昂貴的射頻電纜，并使網橋可使用距離更長，FCC標準可超過2 m，EI可達成10 km。在室內單元和室外單元間的電纜可達90 m，在實際應用中，最長可將87 km兩端的校園連接起來。

44 數字監控設計

模擬視頻信號的采集，視頻信號的采集設備是監控系統的前沿部分，是整個系統的“眼睛”，它將監視的內容變為視頻信號，傳送到就近的視頻服務器上，攝像部分的好壞及它產生的圖像信號質量將影響整個系統的質量。前端設備室外安裝采用一體化高速智能球形彩色攝像機，其配置了自帶變焦鏡頭的高性能數字信號處理（DP）攝像機，內置云臺和數字解碼器，可任意迅速定位及連續追蹤掃描，有效獲取監視現場圖像，強光保護，自動翻轉使球體至底部時進行180°旋轉，可兼容AD，Philips，Vicon，DM等通訊協議，可設置64個預置位，每個預置位帶有20個字符標志，內置高清晰彩色22倍光學變焦，8倍電子變焦鏡頭攝像機，0 s快門速度，7個報警輸入，內部具有浪涌保護和雷電保護，變速旋轉水平MAX：20°/s，垂直MAX：100°/s，自帶移動探測功能；室內安裝固定槍式攝像機，安裝地點位于大樓入口處，主要監控人員進出大門的情況，在光線不理想的情況下彩色黑白自動轉換，以達到較好的采集效果，采用有防水外殼，防暴設計， 480線/420線可選，01Lux，1/3″ ONY CCD，配置3~8 mm自動光圈手動變焦鏡頭，電源：DC12 V。

視頻信號的數字化，現場監控設備，各類模擬攝像機采集的模擬視頻信號，數字轉換器將模擬信號轉換為數字信號，經過視頻服務器12 h循環存儲和及時按照D1模式轉換為數字視頻流接入以太網，通過網絡傳輸至后端媒體服務器和監控中心。在監控中心安裝有解碼服務器，將數字信號還原為模擬視頻信號并按序輪切到監控中心的顯示器上。并且視頻服務器，后端媒體服務器雙重保存數字視頻信號，以防網絡不通造成監控信息的丟失。

4 視頻播放與監控軟件

網絡視頻管理軟件安裝于媒體服務器上，負責管理網絡中所有的視頻服務器，主要完成設備管理、設置網絡和視頻、設置PZ、錄像設置、錄像空間管理、錄像文件播放功能、定義云臺控制協議功能、視頻丟失報警與報警處理功能、建立日志和提供數據存儲、瀏覽、畫面分割等工作；視頻服務器具有IE瀏覽功能，網絡視頻監控軟件安裝在監控中心的監控服務器或授權用戶的計算機上實現校園環境全部監控點的實時監控，提供實時圖像播放、環境監控攝像機控制、圖像抓拍等功能；攝像機控制采用圖形化控制界面，利用鼠標控制云臺、燈光、攝像頭動作。

結 語

校園網的數字視頻監控系統適宜于校園安全監控使用，具有建設成本相對低廉、使用方便、擴展靈活等的優點；但該系統對網絡的依賴度很高，所以校園網必須是一個健壯的網絡。

參 考 文 獻

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［3］陳龍電視監控與安全防范系統［M］北京:科學出版社，1998

［4］韓照波智能校園安全監控系統的研究［J］安防科技，2007(3):66-68

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［6］趙萬平，盧清，李春生基于NMP的校園網絡監控系統的設計與實現［J］陜西理工學院學報：自然科學版，2006，22（4）：63-6

［7］焦麗江基于校園網絡的集散式數字視頻監控系統［J］大眾科技，2006（2）：4-

［8］余金昌基于校園網的遠程數字視頻監控系統設計［J］有線電視技術，200，12（11）：9-62

［9］黃俊校園監控問題調查［J］安防科技，2004（4）：48-0

［10］李躍忠校園安全防范電視監控系統設計與實現 ［J］電視技術，2003（12）：7-76

作者簡介 王勤學 1963年出生，西安石油大學高級工程師。

胡艷杰 1970年出生，西安石油大學工程師。

楊西坤 1968年出生，西安石油大學工程師