視頻監控在校園安防中的設計與實現

劉小勤

引言：本文首先根據當前現狀，分析了校園監控的意義。然后簡單介紹了視頻監控的發展。通過一實例給出了校園視頻監控系統的設計與實現。闡述了系統整體解決方案，設計了系統網絡拓撲圖，并詳細介紹了系統功能。最后指出了系統運行中需注意的問題。

校園安全，是全社會共同關注的一個永恒的話題。頻繁出現的校園安全事件，使得各界人士都意識到校園安防的重要性和迫切性。特別是中小學、幼兒園，由于學生年齡相對較小，防范意識和防范能力相對較弱，校園安全問題就顯得尤為突出。因此，通過安防手段，強化校園安全，就成為教育部門的必然選擇。

視頻監控技術目前已發展到第三代。第一代是以VCR為代表的傳統監控系統，第二代是以DVR為代表的數字監控系統，第三代則是以是NVR為核心，基于Web的遠程網絡視頻監控系統。隨著視頻監控技術的發展，視頻監控系統的建設趨于成熟，已廣泛應用于各行各業。

通過建設覆蓋太原市直屬中小學、幼兒園的視頻監控系統，采用數字化、網絡化的綜合管理平臺軟件，將視頻監控，移動報警，電子地圖，視頻錄像、代理轉發等功能全部集成，全天候監控校園的主要活動場所，達到充分保障校園安全的目的。

一、概述

太原市直屬學校視頻監控系統是基于教育城域網進行傳輸的系統，通過將太原市直屬80所學校以及一個考場的監控系統進行聯網，實現教育局指揮中心可以隨時監看學校的監控圖像并且在學校觸發報警按鈕報警的情況下，在指揮中心大屏幕的電子地圖上及時彈出告警信息及圖像，同時可以實現指揮中心與每個學校進行語音雙向對講以便于及時溝通，了解現場情況。指揮平臺還可以實現對學校（幼兒園）巡檢指揮和考試集中指揮功能。

系統共安裝87臺紅外智能高速球、871臺50米紅外一體攝像機、393臺25米紅外一體攝像機、41臺半球攝像機、130臺嵌入式硬盤錄像機。

二、系統整體解決方案

系統總體設計采用分布式架構，將視頻監控和報警系統結合，實現系統內報警與視頻監控系統的聯動，提高校內的安防水平和快速反應能力。系統模式：為學校監控中心、教育局指揮中心的二級構架。監控中心可實時調度所轄學校的監控圖像。同時公安局110指揮中心與指揮平臺實現對接，公安局也可以實時調度所轄學校的監控圖像。傳輸網絡：學校與指揮中心通過百兆教育城域網連接；各校內監控設備與前端點之間采用視頻直連方式連接。指揮平臺系統：監控指揮平臺能夠實現對整個學校監控系統的管理、控制、圖像的切換、調用。指揮中心系統：實現學校的圖像通過數字解碼矩陣直接上墻顯示。學校校園視頻監控系統：由前端設備、信號傳輸和監控室三部分組成。前端采取圖像集中編碼的方法，按自成系統、獨立管理（含控制、存儲）的要求來構成。前端系統能獨立完成安防系統的所有基本功能。監控室實現對監控系統統一管理和控制，并負責視頻圖像的存儲記錄以及雙向對講、報警功能。監控室建設在學校的安保室。主要由硬盤錄像機、監視器、音箱、麥克風、報警按鈕組成。學校的視頻監控圖像通過視頻電纜或者光纖進行傳輸。主要由視頻電纜、光纖、光端機組成。學校信息中心的教育城域網通過網線或者光纖與保安室的硬盤錄像機進行連接，每個硬盤錄像機分配1個教育城域網IP地址。

三、監控系統網絡拓撲圖

圖一 監控系統網絡拓撲圖

四、平臺軟件功能介紹

該軟件平臺主要由綜合管理單元、監控控制單元、流媒體單元、存儲管理單元、認證管理單元、GIS單元、告警管理單元、Web服務單元、存儲單元、網絡單元、操作單元和顯示單元等軟硬件構成。實際功能單元可通過多臺服務器，以服務器集群掛載方式實現功能疊加。

（一）軟件綜合性能

統一的視頻監控管理平臺，可在監控終端上瀏覽前端視頻信號，通過統一界面控制所有的攝像機、硬盤錄像機、視頻服務器等設備；采用中間件組件復用技術，在J2EE三層體系結構基礎上構建的面向業務的四層體系架構模式，可確保新需求的增加無需改變軟件核心模塊；采用B/S和C/S相結合的架構，支持SOA面向服務體系架構，WEB服務基于Web2.0技術和XML協議標準，便于被上層B/S架構業務系統集成；使用Oracle9.0的企業級數據庫軟件，采用數據庫代理、數據庫中間件等數據庫訪問技術，保證數據庫系統安全可靠；支持SSL協議等加密方式進行傳輸，保證身份認證的安全性；通過中間件服務器訪問數據庫，保證數據庫訪問的安全性，有效防止DOS攻擊；各服務模塊可安裝在通用服務器硬件設備，支持分布式部署方式，可以根據業務發展要求分批部署，靈活擴充；支持熱備或互備方式，防止單點故障，提升系統可靠性；采用模塊化開發技術，支持設備快速接入，任何插件的修改升級不影響已經完成的功能模塊，保證系統穩定性。具備自動連接功能，當網絡中斷后再復通，管理平臺中的所有設備能夠自動連接到監控系統并正常工作；安全開放式兼容國內外主流品牌的數字圖像設備，支持主流嵌入式硬盤錄像機、視頻服務器、網絡攝像機等數字編解碼設備以及磁盤陣列等集中存儲設備；支持標清/高清、模擬/數字等多種模式的圖像采集壓縮、混合顯示、報警聯動、前端控制、存儲回放、遠程管理等；支持擴展GIS地圖定位、移動終端接入、智能視頻分析等功能，構建一套完善的綜合管理應用平臺。

（二）平臺整體架構

視頻綜合管理平臺遵循多層體系結構模型和多業務交換技術要求，分為接入層、處理層、接口層、業務層四個功能層面。平臺系統總體架構如下圖所示：

圖二 視頻綜合管理平臺架構圖

視頻綜合管理平臺是松耦合可伸縮的分布式平臺，各個功能層面之間采用標準通用協議接口，實現了各功能層之間的分離和協議的開放，使業務應用獨立于具體接入設備，可以根據用戶需求特征靈活自定義配置業務單元模塊，系統運行效率更高。第一層為業務層：是面向于用戶實際操作的客戶端，通過對安全管理具體業務流程的歸納匯總而生成的各種專業個性化應用模塊工具，是具體業務最終應用的展現窗口。通過組織業務模塊可以支持不同的應用，例如為公安機關社會治安管理工作中的接處警、案件偵破、動態監管、重點區域動態預警、重點和暫住人口監管等業務提供完整的處置流程和輔助工具，并可擴展用于交通指揮系統、城管執法系統等。第二層為接口層：將處理層進行多種應用接口的封裝，包括WebService接口、SIP協議接口、HTTP訪問接口和RTSP訪問接口等，便于業務層進行應用集成和用戶定制配置，支持第三方業務應用系統的二次開發。例如接入治安卡口系統、無線車載監控系統、三臺合一系統、單兵作戰系統以及辦公協同系統，實現公安業務的融合應用。第三層為處理層：是整個系統平臺的核心中樞，基于開放高效的中間件應用服務、智能檢索引擎和系統管理工具，為業務層提供基礎服務、管理策略和方法手段，同時按照所需服務來管理、組織和調度各類設備和信息資源。處理層涉及模塊包括：前端動作控制、視頻流轉發、信息存儲檢索、數字矩陣切換、全網資源管理、GIS地圖定位、系統運行保障、設備時鐘同步等。

第四層是接入層：將各類安防硬件設備與信息資源進行歸納抽象，屏蔽掉不同類產品的控制差別，并接入到平臺進行管理，用戶可對系統中的設備及信息資源進行統一組織調度，無需關注其具體位置和形態。接入層涉及模塊包括：流媒體接入、模擬矩陣接入、數字矩陣接入、報警設備接入、通訊設備接入等。

（三）平臺功能介紹

1.視頻顯示。支持主流顯示技術和顯示接口，支持高清視頻解碼。支持實時顯示、回放顯示、報警視頻顯示、本地顯示、遠程顯示、多點同時顯示、固定顯示、自動輪巡顯示、手動切換顯示，根據系統處理能力均衡顯示。采用私有處理線程隊列技術，在多路顯示時減低線程切換的開銷。增強的網絡自適應能力，對設備、網絡造成的幀率不穩定、數據包丟失等現象，進行智能修正。

2.實時視頻控制。支持遠程實時控制，支持快捷鍵切換顯示視頻，支持PC鍵盤，可通過鍵盤鼠標進行PTZ、切換視頻的操作。配備專業鍵盤，可兼容專業鍵盤進行PTZ、切換視頻的操作。可控制云臺轉速，通過拖動標志條，可調節云臺轉動速度。可進行預置位設置/調用、變焦控制，使用放大或縮小按鈕，以達到所需的場景、調節光圈，調節微焦。可通過界面按鈕控制前端攝像機的外罩雨刷。可同時選中整個視圖中的錄像啟動或停止錄像。可手動啟動或停止輪巡。客戶端可以隨時在錄像回放和實時視頻直接切換。可實時顯示抓圖，便于取證。可進行錄像回放控制，快速回放，慢速回放，單幀前進，單幀倒退，進度條定位回放，可隨意通過鼠標拖拽時間軸，輕易實現不同速率的錄像正放和倒放，回放過程可進行抓圖。

3.報警類型。支持移動偵測報警、視頻丟失報警、錄像故障報警、設備I/O報警等，可通過第三方硬件設備的報警信息進行報警聯動，可接收第三方軟件系統的報警信息進行報警聯動。

4.系統管理。精細完善的系統管理框架使海量設備管理更簡單，更穩健的設備驅動管理機制，可接入大量基于網絡連接的安防設備。能實現跨服務器對前端設備按照不同的物理區域或者不同的邏輯區域進行分組。通過健全的心跳偵測和冗余機制，保障系統的穩定工作。支持對系統配置的批量導出導入，可遠程管理，快速恢復系統正常運行。數據可跨服務器共享，如設備列表、聲音文件、視圖、地圖、用戶權限、錄像索引等。細致的用戶權限集中管理真正實現安保系統和業務管理的聯系性。通過角色對用戶權限進行設定，每個角色的權限可細致到對每臺設備的不同操作進行授權。允許多個不同角色的用戶同時登錄系統，各司其職，如保安有權查看實時畫面和錄像，IT人員可以配置系統和分配保安的權限，而系統管理原有權訪問所有功能。

此外，還具有操作控制、設備管理、權限管理、業務聯動、聯動視頻、實時視頻檢索、數據存儲等功能。

五、結束語

本系統依托原有的教育城域網，采用成熟的視頻監控技術，建成了覆蓋太原市直屬學校的視頻監控系統，為校園安全提供了有力保證。系統設計接入80所學校，目前已接入76所、1300余個監控點，系統運行情況良好，需要注意的是，在系統運行過程中，出現部分學校網絡設備參數被修改，部分學校的監控室搬遷、部分學校由于電壓不穩造成設備損壞等情況，導致視頻監控無法正常使用，應通過建立嚴格的運行維護制度，確保系統的順利運行。

參考文獻

[1]俞海英，葉曉寅.基于校園網絡的全數字視頻監控系統設計與實現[J].中小企業管理與科技，2010（11）：320，322.

（作者單位：中國聯通太原市分公司系統集成及數據業務發展中心）