基于數(shù)字化視頻監(jiān)控技術的校園監(jiān)管系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

楊振風

一、引言

（一）視頻監(jiān)控技術的發(fā)展

隨著數(shù)字圖像處理技術、IP網(wǎng)絡技術、人工智能技術的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控模式已從傳統(tǒng)的模擬、模數(shù)混合監(jiān)控逐步向全數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的方向發(fā)展。視頻監(jiān)控逐漸從本地分散管理向遠程集中式管理方向發(fā)展，從單一管理方式到多終端混合管理，圖像分辨率從CIF、D1、WD1格式向數(shù)字電視中的高分辨率格式發(fā)展，從普通的視頻查看發(fā)展到各種豐富的智能化應用?；跀?shù)字化視頻監(jiān)控技術的智慧校園正在以一種高標準、高要求方式進入我們視野。

（二）中職學校學生與教學監(jiān)管現(xiàn)狀

中職學校的學生是一個特殊的群體，正處于青春發(fā)育期，活潑好動，自尊心強且行為易沖動。近年來中職學校規(guī)模不斷擴大，招生對象比較寬泛，進校學生道德水平、文化素養(yǎng)差異較大。校園常出現(xiàn)學生安全事件或安全隱患苗頭，學生之間小事發(fā)生口角繼而引起爭執(zhí)，過激玩耍造成意外傷害時有發(fā)生。學生監(jiān)管部門傳統(tǒng)的管理模式難以適應新時代校園安全管理需求。

多樣化的課堂教學是中職學校教育教學工作的特色，它直接關系到學生學習知識和技能的成效。然而，目前中職學校教學存在諸多問題：教師只顧自己上課，無暇顧及學生在臺下玩手機、看小說、打瞌睡等現(xiàn)象；實訓操作課主要特點是課堂開放化、學生自主化學習，教師卻常難以掌控全班實訓情況；教學督導部門人力巡課費時費力，且教師教學質(zhì)量評價難以做到客觀公正。中職學校要培養(yǎng)高素質(zhì)的技能型專業(yè)技術人才，就必須努力提高課堂教學質(zhì)量。

二、校園監(jiān)管系統(tǒng)方案及技術要求

校園監(jiān)管系統(tǒng)是利用最新的數(shù)字化視頻監(jiān)控技術，對高清攝像機采集的校園動態(tài)信號進行壓縮、傳輸、存儲和轉發(fā)，結合豐富的智能化功能，達到最大限度地掌握校園動態(tài)情況。校園內(nèi)所有高清視頻信號統(tǒng)一傳輸?shù)綄W校中心機房，再將信號分發(fā)到相關部門。通過對圖像的瀏覽、報警記錄的查看、人臉識別、遠程實時語音對講等方式，有效提升相關部門學生監(jiān)管和教學監(jiān)管效率。

（一）監(jiān)管系統(tǒng)要求

高標準校園監(jiān)管系統(tǒng)是以維護教育教學管理安全為目的，運用視頻監(jiān)控技術、計算機多媒體技術、網(wǎng)絡通訊技術結合教育教學管理辦法建設成的一套綜合性業(yè)務應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)設備全IP化，在全校范圍內(nèi)實現(xiàn)互聯(lián)、互通和互控。該系統(tǒng)嚴格按照相關數(shù)字化網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范標準的要求進行設計和建設。

（二）網(wǎng)絡拓撲圖

充分利用學校現(xiàn)有資源，建設一套用于傳輸監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的高標準專用網(wǎng)絡，要求與其他網(wǎng)絡物理隔離，專網(wǎng)專用。在中心機房把該網(wǎng)絡接入到學?，F(xiàn)有的局域網(wǎng)，實現(xiàn)互聯(lián)互通。

（三）監(jiān)控前端

監(jiān)控前端包括網(wǎng)絡紅外槍機、網(wǎng)絡紅外半球、智能高速云臺槍機，根據(jù)所處的環(huán)境，安裝相應的槍機。要求所有高清攝像頭不低于400萬像素CMOS鏡頭，視頻壓縮采用主流H.264/H.264H/MJPEG標準。圖像采用高碼率、低碼率和超低碼率三種碼率傳輸，支持碼率動態(tài)調(diào)整，信噪比不小于56dB，RJ45網(wǎng)口輸出。支持數(shù)字降噪、強光抑制、寬動態(tài)、背光補償、自動增益等視頻增強功能。支持對視頻圖像的亮度、對比度、飽和度、銳度、GAMMA等視頻調(diào)節(jié)。支持場景變更、熱度圖、區(qū)域入侵、越界入侵、物品遺留/消失等智能報警功能。支持智能紅外補光功能，并且不低于50米。

所有攝像頭采用POE交換機遠程供電。保障POE交換機的傳輸距離，就看POE供電的輸出電壓，在標準之內(nèi)（44-57V DC）盡量高，POE交換機端口輸出電壓必須符合IEEE802.3af/at標準，自適應供電功率。采用超五類網(wǎng)線或者六類線傳輸數(shù)據(jù)信號，長距離100米網(wǎng)線傳輸數(shù)據(jù)包丟包率不高于0.3%

（四）主干網(wǎng)絡

主干網(wǎng)絡包含路由器、防火墻、核心交換機、匯聚交換機等高性能設備。兩臺核心交換機采用VRRP協(xié)議“雙機熱備”工作方式，主要是做默認網(wǎng)關的路由冗余，當主鏈路失效自動切換到副鏈路上。

核心交換機根據(jù)學校大樓布局、接入交換機數(shù)量、高清攝像頭的分布和數(shù)量等因素合理劃分VLAN。VLAN網(wǎng)關不得同現(xiàn)有校園網(wǎng)網(wǎng)關重復，每個VLAN下面分配合理的槍機數(shù)量，避免過多主機造成線路擁塞，同時也便于后續(xù)增加槍機。核心交換機與路由器采用雙路靜態(tài)路由方式連接。線路中間增加防火墻，防止受到外網(wǎng)黑客、病毒、惡意軟件等攻擊，并能有效隔離廣播風暴。路由器設置NAT地址轉換，校園局域網(wǎng)甚至外網(wǎng)可連接監(jiān)控主機。

（五）監(jiān)控中心

監(jiān)控中心包含監(jiān)控主機、磁盤陣列式存儲服務器、高清解碼器、電視墻等。主要設備全部接入核心交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間快速可靠傳輸。監(jiān)控主機是整個系統(tǒng)的核心，聯(lián)接信號輸入、信號輸出以及遠程管理。兩臺存儲服務器通過做RAID實現(xiàn)冗余備份，設置冗余網(wǎng)卡接上核心交換機冗余端口。解碼器通過HDMI高清口與電視墻上4K工業(yè)級顯示器連接。

（六）監(jiān)控專網(wǎng)連接校園局域網(wǎng)

監(jiān)控專網(wǎng)通過路由器連接校園網(wǎng)核心交換機，路由器WAN口設置校園局域網(wǎng)分配的靜態(tài)TP，核心交換機添加靜態(tài)路由表，目的地址為監(jiān)控專網(wǎng)劃分的VLAN網(wǎng)段，下一跳地址即為路由器的WAN口靜態(tài)TP。

出口防火墻通過公網(wǎng)IP地址映射到監(jiān)控專網(wǎng)路由器，路由器二次NAT映射到監(jiān)控主機。通過二次映射不僅可以通過Internet連接監(jiān)控主機，還可以隱藏監(jiān)控主機的地址。通過兩道防火墻以及IPS網(wǎng)絡入侵防御系統(tǒng)等多重保護，避免受到黑客或者病毒攻擊，保護主機和儲存服務器的安全。

三、功能模塊

實時預覽和錄像回放是監(jiān)控的基本功能。根據(jù)中職學校學生特點、課堂教學模式、學校管理方式等因素，定制特色功能，充分發(fā)揮該系統(tǒng)作用。

（一）多終端網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外登陸

桌面計算機可通過瀏覽器登陸監(jiān)控主機管理和查看視頻，亦可安裝客戶端后通過client/server方式登陸。平板電腦、智能手機安裝APP程序后同樣可以管理和查看視頻。任意終端可通過校園局域網(wǎng)有線網(wǎng)絡或者無線網(wǎng)登陸監(jiān)控主機。如果在校園局域網(wǎng)外，PC端和移動端則切換到公網(wǎng)TP登陸。

（二）賬號分級管理

為充分發(fā)揮監(jiān)管系統(tǒng)的效益，又能保護校園內(nèi)師生的隱私。學生監(jiān)管部門分配公共區(qū)域攝像頭的權限，教學監(jiān)管部門則分配教室在上課時段的權限。安保部門主要分配出入卡口、圍墻等區(qū)域權限。校領導則分配大部分區(qū)域的攝像頭的權限。而可能涉及隱私的區(qū)域如圖書館、閱覽室、會議室等則不開放，僅供事后調(diào)查取證時查看。

（三）課室語音對講

遠端高清攝像頭帶有語音輸入和輸出接口。在課室中間位置安裝拾音器并通過音頻線接入到高清攝像頭音頻輸入口，就可以采集聲音。攝像頭音頻輸出口通過音頻線連接到課室多媒體講臺的音箱輸入口，即可實現(xiàn)音頻輸出。完成物理接線后，在監(jiān)控主機平臺進行相應設置，不論PC端還是移動端登陸，通過客戶端程序?qū)崿F(xiàn)與遠端教室實現(xiàn)語音對講。

（四）異常報警

異常報警包括系統(tǒng)故障報警和觸發(fā)預案報警。系統(tǒng)報警包括：視頻異常、RAID降級、存儲故障、主機過熱等，報警方式通過郵件、短信或者直接上墻的方式通知系統(tǒng)管理員。觸發(fā)預案報警包括：火災警情、物品搬移、斗毆檢測、穿越圍欄等。此類報警通過上述方式通知相關部門。

（五）人臉識別與考勤管理

教室高清攝像頭開啟人臉識別功能，同時在監(jiān)控主機平臺設定本班級人數(shù)，復用全局設定的上下課時間，系統(tǒng)自動統(tǒng)計考勤數(shù)據(jù)。通過郵件，短信或者彈出框等方式告知教學監(jiān)管部門。

四、結語

最近幾年全數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的視頻監(jiān)控發(fā)展非常迅猛，結合人工智能領域生物特征識別，衍生了非常豐富的功能。除了在上述中職學校監(jiān)管系統(tǒng)列出的常用功能之外，還預留了智能跟蹤、訪客管理、行為分析、主從跟蹤等智能化功能。搭建基于數(shù)字化視頻監(jiān)控技術的校園監(jiān)管系統(tǒng)，將有效提高學校管理水平和校園整體防控能力，創(chuàng)造更加文明、安全、和諧、美麗的校園環(huán)境。

責任編輯 朱守鋰