視頻監(jiān)控在校園安防中的設計與實現(xiàn)

劉小勤

引言：本文首先根據(jù)當前現(xiàn)狀，分析了校園監(jiān)控的意義。然后簡單介紹了視頻監(jiān)控的發(fā)展。通過一實例給出了校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。闡述了系統(tǒng)整體解決方案，設計了系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖，并詳細介紹了系統(tǒng)功能。最后指出了系統(tǒng)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(xiàn)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(jiān)控技術目前已發(fā)展到第三代。第一代是以VCR為代表的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，第二代是以DVR為代表的數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，第三代則是以是NVR為核心，基于Web的遠程網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。隨著視頻監(jiān)控技術的發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設趨于成熟，已廣泛應用于各行各業(yè)。

通過建設覆蓋太原市直屬中小學、幼兒園的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用數(shù)字化、網(wǎng)絡化的綜合管理平臺軟件，將視頻監(jiān)控，移動報警，電子地圖，視頻錄像、代理轉發(fā)等功能全部集成，全天候監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)是基于教育城域網(wǎng)進行傳輸?shù)南到y(tǒng)，通過將太原市直屬80所學校以及一個考場的監(jiān)控系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)教育局指揮中心可以隨時監(jiān)看學校的監(jiān)控圖像并且在學校觸發(fā)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(xiàn)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(xiàn)場情況。指揮平臺還可以實現(xiàn)對學校（幼兒園）巡檢指揮和考試集中指揮功能。

系統(tǒng)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(tǒng)整體解決方案

系統(tǒng)總體設計采用分布式架構，將視頻監(jiān)控和報警系統(tǒng)結合，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)報警與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，提高校內(nèi)的安防水平和快速反應能力。系統(tǒng)模式：為學校監(jiān)控中心、教育局指揮中心的二級構架。監(jiān)控中心可實時調(diào)度所轄學校的監(jiān)控圖像。同時公安局110指揮中心與指揮平臺實現(xiàn)對接，公安局也可以實時調(diào)度所轄學校的監(jiān)控圖像。傳輸網(wǎng)絡：學校與指揮中心通過百兆教育城域網(wǎng)連接；各校內(nèi)監(jiān)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(tǒng)：監(jiān)控指揮平臺能夠實現(xiàn)對整個學校監(jiān)控系統(tǒng)的管理、控制、圖像的切換、調(diào)用。指揮中心系統(tǒng)：實現(xiàn)學校的圖像通過數(shù)字解碼矩陣直接上墻顯示。學校校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)：由前端設備、信號傳輸和監(jiān)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(tǒng)、獨立管理（含控制、存儲）的要求來構成。前端系統(tǒng)能獨立完成安防系統(tǒng)的所有基本功能。監(jiān)控室實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)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(jiān)控室建設在學校的安保室。主要由硬盤錄像機、監(jiān)視器、音箱、麥克風、報警按鈕組成。學校的視頻監(jiān)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(wǎng)通過網(wǎng)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(wǎng)IP地址。

三、監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

圖一 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)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(jiān)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(wǎng)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(xiàn)功能疊加。

（一）軟件綜合性能

統(tǒng)一的視頻監(jiān)控管理平臺，可在監(jiān)控終端上瀏覽前端視頻信號，通過統(tǒng)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(yè)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(xié)議標準，便于被上層B/S架構業(yè)務系統(tǒng)集成；使用Oracle9.0的企業(yè)級數(shù)據(jù)庫軟件，采用數(shù)據(jù)庫代理、數(shù)據(jù)庫中間件等數(shù)據(jù)庫訪問技術，保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全可靠；支持SSL協(xié)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(shù)據(jù)庫，保證數(shù)據(jù)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(jù)業(yè)務發(fā)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(tǒng)可靠性；采用模塊化開發(fā)技術，支持設備快速接入，任何插件的修改升級不影響已經(jīng)完成的功能模塊，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。具備自動連接功能，當網(wǎng)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(jiān)控系統(tǒng)并正常工作；安全開放式兼容國內(nèi)外主流品牌的數(shù)字圖像設備，支持主流嵌入式硬盤錄像機、視頻服務器、網(wǎng)絡攝像機等數(shù)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(shù)字等多種模式的圖像采集壓縮、混合顯示、報警聯(lián)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(yè)務交換技術要求，分為接入層、處理層、接口層、業(yè)務層四個功能層面。平臺系統(tǒng)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(xié)議接口，實現(xiàn)了各功能層之間的分離和協(xié)議的開放，使業(yè)務應用獨立于具體接入設備，可以根據(jù)用戶需求特征靈活自定義配置業(yè)務單元模塊，系統(tǒng)運行效率更高。第一層為業(yè)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(yè)務流程的歸納匯總而生成的各種專業(yè)個性化應用模塊工具，是具體業(yè)務最終應用的展現(xiàn)窗口。通過組織業(yè)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(tài)監(jiān)管、重點區(qū)域動態(tài)預警、重點和暫住人口監(jiān)管等業(yè)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(tǒng)、城管執(zhí)法系統(tǒng)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(xié)議接口、HTTP訪問接口和RTSP訪問接口等，便于業(yè)務層進行應用集成和用戶定制配置，支持第三方業(yè)務應用系統(tǒng)的二次開發(fā)。例如接入治安卡口系統(tǒng)、無線車載監(jiān)控系統(tǒng)、三臺合一系統(tǒng)、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)以及辦公協(xié)同系統(tǒng)，實現(xiàn)公安業(yè)務的融合應用。第三層為處理層：是整個系統(tǒng)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(tǒng)管理工具，為業(yè)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(diào)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(fā)、信息存儲檢索、數(shù)字矩陣切換、全網(wǎng)資源管理、GIS地圖定位、系統(tǒng)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(chǎn)品的控制差別，并接入到平臺進行管理，用戶可對系統(tǒng)中的設備及信息資源進行統(tǒng)一組織調(diào)度，無需關注其具體位置和形態(tài)。接入層涉及模塊包括：流媒體接入、模擬矩陣接入、數(shù)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(jù)系統(tǒng)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(wǎng)絡自適應能力，對設備、網(wǎng)絡造成的幀率不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)包丟失等現(xiàn)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(yè)鍵盤，可兼容專業(yè)鍵盤進行PTZ、切換視頻的操作?？煽刂圃婆_轉速，通過拖動標志條，可調(diào)節(jié)云臺轉動速度?？蛇M行預置位設置/調(diào)用、變焦控制，使用放大或縮小按鈕，以達到所需的場景、調(diào)節(jié)光圈，調(diào)節(jié)微焦?？赏ㄟ^界面按鈕控制前端攝像機的外罩雨刷?？赏瑫r選中整個視圖中的錄像啟動或停止錄像?？墒謩訂踊蛲Ｖ馆喲病？蛻舳丝梢噪S時在錄像回放和實時視頻直接切換?？蓪崟r顯示抓圖，便于取證?？蛇M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(xiàn)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(lián)動，可接收第三方軟件系統(tǒng)的報警信息進行報警聯(lián)動。

4.系統(tǒng)管理。精細完善的系統(tǒng)管理框架使海量設備管理更簡單，更穩(wěn)健的設備驅動管理機制，可接入大量基于網(wǎng)絡連接的安防設備。能實現(xiàn)跨服務器對前端設備按照不同的物理區(qū)域或者不同的邏輯區(qū)域進行分組。通過健全的心跳偵測和冗余機制，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。支持對系統(tǒng)配置的批量導出導入，可遠程管理，快速恢復系統(tǒng)正常運行。數(shù)據(jù)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(xiàn)安保系統(tǒng)和業(yè)務管理的聯(lián)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(tǒng)，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(tǒng)和分配保安的權限，而系統(tǒng)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(yè)務聯(lián)動、聯(lián)動視頻、實時視頻檢索、數(shù)據(jù)存儲等功能。

五、結束語

本系統(tǒng)依托原有的教育城域網(wǎng)，采用成熟的視頻監(jiān)控技術，建成了覆蓋太原市直屬學校的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為校園安全提供了有力保證。系統(tǒng)設計接入80所學校，目前已接入76所、1300余個監(jiān)控點，系統(tǒng)運行情況良好，需要注意的是，在系統(tǒng)運行過程中，出現(xiàn)部分學校網(wǎng)絡設備參數(shù)被修改，部分學校的監(jiān)控室搬遷、部分學校由于電壓不穩(wěn)造成設備損壞等情況，導致視頻監(jiān)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(tǒng)的順利運行。

參考文獻

[1]俞海英，葉曉寅.基于校園網(wǎng)絡的全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].中小企業(yè)管理與科技，2010（11）：320，322.

（作者單位：中國聯(lián)通太原市分公司系統(tǒng)集成及數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展中心）