网络摄像机城市道路监控系统设计方案

一、系统概述：
本项目为某城市城区道路监控系统，为了进一步加强城市主要道路交通的安全管理，以及监视各路口的交通情况，实施科技强警战略，充分发挥城市报警与监控系统在社会治安打防管控工作中的重要作用，提高社会治安防控体系的技术支撑能力，根据用户提出的建设需求，特定制出一套完整的网络摄像机城市道路监控系统方案。
城市道路监控系统的主要目标是适应动态交通状况的变化，充分利用采集到的交通路口和重要场所的信息，获得最优化的交通控制解决方案，把城市道路监控系统的建设落实、到位，以便合理地调配警力，更好地解决城市交通管理以及安全管理方面的难题。
二、设计原则和依据
本项目方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则。并综合考虑施工、维护及操作因素，并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。
1、先进性：以先进、成熟的网络监控技术进行组网，支持图像和数据的实况传输及多路多点随时随地监控。
2、标准化和开放性：网络协议采用符合ISO及其他标准，如：TCP/IP、HTTP 等标准通讯协议，采用遵从国际和国家标准的网络设备。
3、可靠性和可用性：选用高效可靠的监控模块和编码、解码技术，充分考虑监控系统在运行时的应变能力和纠错能力，采取硬件防死机技术、断网缓存处理等手段确保整个监控系统的稳定与可靠。
4、安全性和保密性：采用嵌入式LINUX作为操作系统，防止病毒入侵；采用用户权限设定来增强系统保密性和安全级别，减少人为因素影响。
5、可管理性：系统利用图形化的管理界面、简洁的操作方式以及合理的网络规划策略，提供强大的网络管理以及监控功能。一体化的网络管理使网络日常的维护和操作变得直观，便捷和高效。
6、实用性和经济性：从实用性和经济性出发，着眼于近期目标和长期的发展趋势，选用适合于客户的监控方式，利用有限的投资构造一个性能最佳的网络监控系统。
7、灵活性和兼容性：系统设备应具备可靠性强、方便扩展和可平滑升级等特点
三、项目需求　
该城市道路沿线情况各异,各路段的交通量与交通运行状况也各不相同。而道路监控系统需要处在野外高温/低温、潮湿、电磁、灰尘、振动等复杂的环境条件下不间断、长时间地稳定运行，商用 PC机显然难以适应如此条件，要想确保监控系统切实履行自己的管制功能，只能选用工控机进行系统控制。
对于城市道路上的交通流是否平滑,交通是否畅通,是否出现交通拥堵,是否出现交通异常状况,这些信息往往是运营管理者最想直接了解的信息。如何及时、直观地了解高速公路沿线各路段的交通运行实况,成为高速公路运营管理者的迫切需求。安创对此成功推出了AC-N98XX系列百万像素高清网络摄像机产品,为助力城市道路全程视频监控项目提供最佳的解决方案。
四、 监控方案介绍
根据以上设计思路分析，本套视频监控系统主要分为以下几个部分：
l  前端视频采集部分
l  视频及控制信号的传输部分
l  各派出所本地存储部分
l  公安分局控制中心二级备份存储
l  中央监控管理平台
l  公安分局控制中心大屏幕显示部分
4.1、前端视频采集部分：
根据用户提出的建设需求，共设计安装560个监控点，用于监看各个道路口的交通情况；其中有380个监控点采用动点安装；180个监控点采用定点安装。
以下是监控点的具体安装位置以及设备选型和数量（略）
由于道路监控的特殊性，要求监看范围广，图像清晰度高，可以分辨出各车辆的类型及车牌号码，为了满足此要求，全部选用安创/Kingvee百万像素的高清网络摄像机，有效像素130万，支持1280x960的分辨率输出，为彩色转黑白，属于高清晰、低照度网络摄像机，一改以往模拟时代的产品清晰度不够高，放大后出现马赛克的问题，完全可以满足道路监控的需求。
安创网络摄像机内置高灵敏度、高信噪比SONY百万像素CCD传感器，选用嵌入式Linux操作系统，具有优化的H.264 Main Profile@Level 3压缩算法，对CCD采集到的视频信号进行压缩处理，直接以网络数字信号输出，具备图像清晰流畅，视频的存储占用空间小，实时性好等优势。
网络摄像机支持TCP/IP，UDP等网络协议，可以直接设置静态IP地址，使用RJ45接口与网络相连。提供RS232、RS485接口，可供解码器和变量采集模块使用，提供开关量输入输出接口，可接入各种探头以及紧急按钮等报警装置。
根据各个监控点的实际需求情况，产品最终选型为：
安创网络枪机AC-N9800/CM
安创网络高速球AC-N9803/CM
两款摄像机，所有的定点选用网络枪机，所有的动点选用网络高速球。
总之，摄像机就相当于整个监控系统的眼睛，它被安装到合适的位置，用于实时采集现场的图像，通过传输部分传回到监控室，再进行存储或切换上墙显示等。
4.2、视频及控制信号的传输部分：
由于前端各点均为网络摄像机，摄像机输出的直接为数字信号，通过网络可以直接传输，所以说视频及控制信号的传输部分实际就是一个大型的局域网组建部分。
前端各点都是百万像素网络摄像机，采集到的视频占用资源比较大，为了保证视频信号的流畅以及传输质量，这就需要在各个监控点到就近派出所以及公安分局之间铺设一条千兆的局域网络。
作为城市的道路监控，主要监看各个到路口以及人行道等部位，各监控点距离派出所或公安分局都比较远，需要铺设光缆到各个监控点，然后接入各个网络摄像机，以保证网络的稳定性和足够的带宽。要严格安装以上要求规范施工，保证其故障间隔达到10年，使用寿命达到25年。
为了节约成本，各个监控点到就近派出所之间采用光缆+光纤收发器模式组成千兆的局域网；另外在各个派出所和公安分局各放置一台48口的带光纤模块的千兆交换机，通过光缆直连，这样可以保证公安分局与各派出所之间数据调用畅通。
以下是网络结构的连接示意图：

所有前端摄像机的供电部分采取就近取电原则，在各个监控点旁边都放置一各防水箱，用来放置各个摄像机的电源模块，以及光缆的终端盒、光纤收发器等设备。
另外考虑到各个摄像机的安全问题，为了避免遭受雷击，在摄像机的供电部分都增加一个电源防雷模块，另外在立杆的同时，增加防雷装置，从而保证了摄像机长期安全稳定的运行。
4.3、各派出所本地存储部分：
    各个监控点均为安创Kingvee百万像素网络摄像机，采集到的视频占用资源比较大，本身自带的存储功能不能满足用户的需求，需要通过存储设备集中存储。为了减轻公安分局控制中心通信传输线路负担，实时的视频图像及抓拍图片实行就近存储（以就近的派出所为主），根据用户的要求，视频资料的保存时间需要在15天左右。
    另外，为了方便对网络磁盘阵列及前端视频进行管理，各个派出所分别配置一台存储管理服务器，具有一定权限的人员，可以通过此服务器，管理各磁盘阵列或辖区内各个监控点的视频图像，也可以回放及下载存储的视频资料等。当遇到确认有警情发生的视频资料时，还可以实时存储或备份存储到公安分局的专用磁盘阵列，以防止此类重要的视频资料被自动覆盖。
同时，这台存储管理服务器还可以作为网络视频管理平台上的一个客户端使用，具有一定权限的人员可以登录目录服务器，查看各个监控点的实时画面，并且可以控制云台的上下左右以及镜头的远近灯。
各派出所网络磁盘阵列存储系统图如下:

4.4、公安分局控制中心二级备份存储部分：
所有的视频信号传回到就近的派出所存储之后，还要实现各个派出所的视频资源共享，在各个派出所到公安分局之间铺设一条光缆，两端分别选用带光模块的千兆交换机，就相当于各个派出所和公安分局组成一个大的千兆局域网。
为了防止各个派出所因系统出错，或者人为的更改或删除以及误操作等原因，造成视频资料丢失，设计在公安分局的控制中心设置一套备份存储系统，从而保证视频资料的安全性，完整性。
控制中心的二级备份分为两部分：一是将所有前端各个监控点的视频资料除了在各个派出所存储外，还全部传输到公安分局的控制中心进行备份存储，存储时间和各个派出所一样，控制中心的磁盘空间为各派出所磁盘空间之和，即5台16盘位的磁盘阵列。
另外一部分备份存储为具有警情案件的视频资料专用存储，其视频资料的来源为各值班人员发现具有警情案件的实时图像，或者录像资料，通过转存的方式备份过来。这部分存储业设计采用一台16盘位的磁盘阵列，按具有警情案件的视频资料占全部视频资料的3%来估算，此台网络磁盘阵列可以保存具有警情案件的视频资料3个月以上。同样，如果运行当中，感觉空间不够用的话，随时可以增加磁盘阵列，不会影响到其它系统。
为了保证警情案件视频资料的安全性，本台磁盘阵列不设置自动覆盖功能，采取磁盘空间满时，以声音方式报警，以提醒值班人员。而且对此磁盘阵列的操作采取专人管理，包括对视频资料的回放、导出以及删除等操作。
4.5、中央监控管理平台部分
网络环境搭建起来之后，要实现对前端各个设备以及各个用户的权限管理，还需要一套管理平台软件为基础，这套管理平台软件就是整套网络视频监控的核心。
  它主要分为以下几个模块：
l   目录服务器软件
l   应用服务器软件
l   客户端软件
4.5.1目录服务器软件：
目录服务器软件应用于多服务器监控网络系统，综合管理系统中所有的应用服务器、客户端和视频设备，为所有使用和访问监控网络系统的用户提供统一的入口。它的系统服务包括：系统中所有设备的索引，系统中所有数据的索引，系统中所有客户端的权限和接入，系统中各个层级电子地图的管理，以及扩展的数据转发和录像功能。
它实际上也是整套系统的一个认证服务器，任何人员或设备只有通过认证之后，才能接入到系统，从而保证了系统的安全性。
4.5.2应用服务器软件：
应用服务器软件安装于网络监控管理系统的服务器端，配置和管理整个网络监控系统的各个设备参数以及客户端的各种信息。
它包括配置管理服务器、流媒体转发服务器、报警服务器、电子地图服务器等多个模块，可以根据实际需要进行选择。
4.5.3客户端软件：
客户端软件是网络监控管理系统配套的客户端工具，可作为监控网络的分控端应用程序，与应用服务器程序配合，可以监视和控制网络监控管理系统管理的所有设备。
客户端并不局限于控制中心，任何一台网络内的PC机器都可以安装客户端软件，具有相应权限的人员通过安装客户端软件的PC机，通过目录服务器进行验证后，便可以进行相应的操作了。
4.6、公安分局控制中心大屏幕显示部分：
为了更加方便直观的了解城市各个道路口的现场情况，还特别设计了一套大屏幕切换系统，通过网络管理平台软件，可以自由的将各个前端的视频图像切换到大屏幕显示。
根据现场的实际情况和尺寸，设计采用7x3的一套拼接屏，即长度采用7块屏，高度采用3块屏，共计21块屏。本套拼接屏配合拼接控制器，可以显示21路视频图像，或者在任意多块屏上显示一路图像，甚至可以利用叠加技术，使得多路图像出现叠加效果，输出控制方便。
根据客户需求及产品的使用寿命等多方面分析，设计选用46寸的液晶屏为拼接单元，其单屏尺寸为1025.7mm(宽)×579.8mm(高)，单元厚度为450mm，按7x3的格式拼起来的整屏尺寸为1025.7mm(宽)×7×579.8mm(高)×3=7179.9mm (宽) ×1739.4mm (高)。
底座设计高度为600mm，在拼接屏上部设计一条和拼接屏同宽度，高300mm的LED屏，这样整面拼接墙的高度约为2650mm。
单块液晶屏的分辨率可以达到1366x768以上，背光灯的寿命可达到50000小时，体积轻薄，各块屏的色彩一致，当多屏组合显示一个画面的时候，效果最好。但是由于液晶屏的背光部分在屏幕的侧面，导致拼接接缝最小可以做到6.7mm。
所有前端传回的百万像素高清网络视频信号，均可通过数字矩阵服务器和配套的高清解码器，还原为高清的RGB视频信号，接入到拼接控制器，通过拼接控制器，可以单屏、拼接或叠加显示到21个拼接单元组成的电视墙上。