某公園監(jiān)控設(shè)計(jì)探討

劉國壯, 陸 林

(中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司, 廣東 東莞 523000)

0 引 言

大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),全面貫徹綠色發(fā)展的理念,是黨的十九大提出的重要指示。城市公園作為城市生態(tài)文明建設(shè)的重要載體,優(yōu)化公園建設(shè),對(duì)于提升人民幸福感、促進(jìn)城市綠色發(fā)展等方面具有重要意義。

目前,許多公園在完善數(shù)字化設(shè)施,游園的便捷性、幸福感等方面有很大提升空間。通過增設(shè)視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、綜合燈桿、趣味互動(dòng)智能設(shè)備,可以讓各種數(shù)字化設(shè)施與公園里的山水景觀、人文特色融合起來,提升游園的人性化和安全性[1]。本文著重介紹了某公園在視頻安防監(jiān)控等方面的弱電設(shè)計(jì)。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于珠海,為城市休閑公園項(xiàng)目,總占地面積約為19 272 m2,該公園主要由中央廣場、親水平臺(tái)、籃球場、羽毛球場、乒乓球場、雨水花園、公廁等組成。公園平面效果圖如圖1所示。

圖1 公園平面效果圖

2 視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

景區(qū)內(nèi)的安全管理是園區(qū)管理極其重要的環(huán)節(jié),穩(wěn)定可靠的視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)景點(diǎn)安全、科學(xué)、有效的管理。在重要出入口、道路、主要景點(diǎn)、游客集中地段、事故多發(fā)地段布防高清帶客流量統(tǒng)計(jì)分析攝像機(jī),實(shí)現(xiàn)全天候、全方位24 h監(jiān)控及人流記錄,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)督和安全管理[2]。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)分別由前端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)構(gòu)成,整個(gè)系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控架構(gòu)。前端系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)各類監(jiān)控信號(hào)的采集工作,設(shè)備主要為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),可將圖像模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào);傳輸系統(tǒng)為攝像機(jī)的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的路徑,其介質(zhì)可以采用網(wǎng)線、光纖或無線網(wǎng)絡(luò),傳輸系統(tǒng)還包括交換機(jī)等設(shè)備。控制系統(tǒng)主要包括三維網(wǎng)絡(luò)鍵盤、解碼器、網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存錄像機(jī)及集中管理平臺(tái),用于對(duì)圖像信號(hào)的分配切換、存儲(chǔ)、處理、還原。顯示系統(tǒng)配置監(jiān)視大屏或液晶監(jiān)視器。

2.2 系統(tǒng)要求

系統(tǒng)要求如下。

(1) 攝像頭需實(shí)現(xiàn)各種遙控信號(hào),包括:鏡頭控制變焦、聚集、光圈;錄像控制定點(diǎn)錄像、時(shí)序錄像;防護(hù)量控制:雨刷、除霜、風(fēng)扇、加熱。

(2) 對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)序、定點(diǎn)切換、編程。

(3) 察看和記錄圖像,應(yīng)有字符區(qū)分并作時(shí)間(年、月、日)的顯示。

(4) 實(shí)現(xiàn)同步切換:電源同步或外同步。

(5) 接收安全防范系統(tǒng)中各子系統(tǒng)信號(hào),根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)控制聯(lián)動(dòng)或系統(tǒng)集成。

(6) 內(nèi)外通信聯(lián)系。

(7) 安保監(jiān)視電視系統(tǒng)與安全報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)時(shí),應(yīng)能自動(dòng)切換、顯示、記錄報(bào)警部位的圖像信號(hào)及報(bào)警時(shí)間。

(8) 電源控制:攝像機(jī)應(yīng)由安?？刂剖乙龑＞€統(tǒng)一供電,并由安保控制室操作通、斷。對(duì)離安?？刂剖逸^遠(yuǎn)的攝像機(jī)統(tǒng)一供電,確有困難時(shí)也可就近解決,若系統(tǒng)采用電源同步方式的,則必須與安?？刂剖覟橥嗟目煽侩娫?。

2.3 設(shè)備選擇

攝像頭圖像分辨率須達(dá)到1 080 P,即200萬像素(1 920×1 080像素)。攝像頭的像素是由相機(jī)里的光電傳感器上的光敏元件數(shù)目所決定的,一個(gè)光敏元件就對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。因此像素越大,意味著光敏元件越多。目前市場上使用的光電傳感器主要有CCD和CMOS兩種。由于CMOS傳感器具有低成本、低功耗、高整合度的優(yōu)勢(shì),故一般選擇CMOS光電傳感器攝像頭。

為滿足夜間使用需求,所有網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)應(yīng)支持全彩夜視功能。攝像頭樣式具有槍機(jī)和球機(jī)之分。槍機(jī)的特點(diǎn)是能夠提供較長的焦距,適合用于長距離室外監(jiān)控。球機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊輕便,安裝方便,而且擁有360°無死角的全景視野,監(jiān)控范圍廣。公園具有范圍廣、距離長的特點(diǎn),攝像頭應(yīng)根據(jù)公園的不同位置選擇樣式,槍機(jī)適合于公園狹長的道路,而球機(jī)適合于較為寬闊的地方,如籃球場、廣場等。

監(jiān)控?cái)z像頭的焦距決定了監(jiān)控畫面的大小和有效可視距離,也就是監(jiān)控的范圍。鏡頭效果對(duì)比圖如圖2所示,為某一品牌槍機(jī)鏡頭效果對(duì)比圖。由圖2可知,鏡頭焦距越大,看得越遠(yuǎn),視角范圍越小;焦距越小,看得越近,視角范圍越大。用于道路、出入口監(jiān)控可選擇8 mm焦距;用于廣場等開闊區(qū)域適合焦距為4 mm及以下的攝像頭,亦可選用變焦鏡頭。

圖2 鏡頭效果對(duì)比圖

監(jiān)控?cái)z像頭電源供應(yīng)有3種,即DC 12 V供電、POE供電、光伏供電。視頻信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控室的方式主要有全段網(wǎng)線傳輸、網(wǎng)線加光纖傳輸和無線傳輸。其中,全段網(wǎng)線傳輸方式配置簡單,但傳輸距離限制在約100 m,網(wǎng)線傳輸超過該距離會(huì)出現(xiàn)掉數(shù)據(jù)包,形成圖像失真、延遲卡頓等情況;網(wǎng)線加光纖傳輸需增加光纖收發(fā)器等設(shè)備,但傳輸距離遠(yuǎn),數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。無線傳輸方式要求攝像頭及錄像機(jī)具備無線發(fā)射及接收功能,或攝像頭帶流量卡,將視頻信號(hào)傳輸?shù)皆贫恕?/p>

200萬像素的攝像頭,如果是H.264編碼,碼流約4 Mb/s;如果是H.265編碼,碼流約2 Mb/s;如果是Smart265編碼,碼流約1.4 Mb/s。攝像機(jī)的碼流分為主碼流和子碼流,主碼流是用來高清預(yù)覽和錄像存儲(chǔ),子碼流是用來多畫面預(yù)覽、遠(yuǎn)程預(yù)覽等。碼流越大,所需的存儲(chǔ)空間也就越大,相同大小的硬盤錄像時(shí)長也變得越短。本工程攝像頭碼流采用Smart265編碼類型,智能Smart265編碼相對(duì)于普通的H.264編碼,解析效率提高75%,可節(jié)省大量帶寬及存儲(chǔ)成本。全段網(wǎng)線傳輸示意圖如圖3所示。網(wǎng)線加光纖傳輸示意圖如圖4所示。無線傳輸示意圖如圖5所示。

圖3 全段網(wǎng)線傳輸示意圖

圖4 網(wǎng)線加光纖傳輸示意圖

圖5 無線傳輸示意圖

2.4 工程設(shè)計(jì)

根據(jù)該公園的特點(diǎn),監(jiān)控應(yīng)能覆蓋游客主要活動(dòng)區(qū)域,綠化帶、水面等人員稀少的位置不在監(jiān)控范圍內(nèi)。監(jiān)控設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則,故提出如下視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)方案[3]。

2.4.1 前端系統(tǒng)

從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮,攝像機(jī)選擇固定焦距的槍機(jī)。道路攝像機(jī)選擇6 mm焦距槍機(jī),共17個(gè),拍攝距離約為20 m,拍攝角度約為54°。攝像頭平面布置圖如圖6所示。圖6中扇形為拍攝范圍,寬闊區(qū)域如籃球場、出入口、廣場等選擇4 mm焦距槍機(jī),共28個(gè),虛線框中的扇形為拍攝范圍,拍攝距離約為12 m,拍攝角度約為86°。攝像機(jī)均立桿安裝,離地3.5 m,與庭院燈合桿建設(shè)。

圖6 攝像頭平面布置圖

2.4.2 傳輸系統(tǒng)

根據(jù)該公園攝像頭平面布置情況,POE傳輸監(jiān)控系統(tǒng)如圖7所示;光纖傳輸監(jiān)控系統(tǒng)如圖8所示;無線傳輸監(jiān)控系統(tǒng)如圖9所示。

圖7 POE傳輸監(jiān)控系統(tǒng)

圖9 無線傳輸監(jiān)控系統(tǒng)

POE傳輸監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)線來布設(shè)交換機(jī)和攝像機(jī)間的網(wǎng)絡(luò)通道,在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí),為攝像頭設(shè)備提供直流供電。用1根網(wǎng)線傳輸數(shù)據(jù)和電力,實(shí)現(xiàn)一線兩用,最大限度地降低成本。以本工程為例,在管理房設(shè)置1臺(tái)核心交換機(jī),并在全園區(qū)分布設(shè)置5臺(tái)2光口16電口的POE交換機(jī),其中核心交換機(jī)和POE交換機(jī)之間采用4芯單模光纖連通,另需為POE交換機(jī)提供220 V

電源供電。POE交換機(jī)放置于視頻監(jiān)控匯聚箱內(nèi),內(nèi)含防雷、供電等配件。POE交換機(jī)與周邊攝像頭則采用CAT6網(wǎng)線連接。

由于POE傳輸范圍僅100 m,長距離傳輸視頻信號(hào)需通過光纖。光纖傳輸監(jiān)控系統(tǒng)是采用光纖介質(zhì)來傳輸視頻數(shù)據(jù)的。本工程在管理房設(shè)置1臺(tái)核心交換機(jī),并在離管理房半徑300 m遠(yuǎn)不同方向,設(shè)置兩臺(tái)24光口2電口的接入交換機(jī)。接入交換機(jī)與核心交換機(jī)通過光纖連通,攝像機(jī)通過光纖直接與接入交換機(jī)和核心交換機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的光纖傳輸,且須另外布設(shè)電線為攝像機(jī)供電。

POE傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)在于無須再為攝像機(jī)另外設(shè)置電源線,接線簡單。但POE方式信號(hào)傳輸距離短,超過約100 m會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象,故需在攝像機(jī)附近位置設(shè)置POE交換機(jī)。光纖傳輸可遠(yuǎn)距離設(shè)置攝像機(jī),最長可達(dá)2 000 m,傳輸距離遠(yuǎn),信號(hào)傳輸穩(wěn)定,但需要單獨(dú)為攝像機(jī)提供布設(shè)電線管,且攝像機(jī)桿需設(shè)置抱桿機(jī)箱,增加工程造價(jià)。

另外,公園監(jiān)控系統(tǒng)還可采用無線傳輸模式,攝像頭供電采用太陽能供電。在前端網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)各用1臺(tái)無線網(wǎng)橋作為發(fā)射。監(jiān)控中心用無線網(wǎng)橋來接收。接收端收到信號(hào)通過交換機(jī)把信號(hào)集中后再用數(shù)字矩陣或者硬盤錄像機(jī)(NVR)存儲(chǔ)顯示。無線傳輸適用于比較分散,范圍廣、距離遠(yuǎn)、布線比較困難的公園景點(diǎn),以及為了保存完好,不能布線施工的歷史文化景區(qū)。無線傳輸劣勢(shì)在于需確保發(fā)射跟接收之間空曠、無遮擋,如果有遮擋則需要將信號(hào)中轉(zhuǎn)回監(jiān)控中心,且供電不穩(wěn)定,太陽能供電系統(tǒng)最少要保證在陰雨天,能給每一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的前端所有設(shè)備提供24 h的電力。一些景區(qū)位于城市環(huán)境干擾較嚴(yán)重區(qū)域,要求無線監(jiān)控設(shè)備具有強(qiáng)抗干擾能力[4]。

本工程的公園布線方便,且有樹木遮擋,故采用有線傳輸方式傳輸信號(hào)更合適。從節(jié)約工程造價(jià)考慮,選擇POE傳輸方案。

2.4.3 監(jiān)控管理控制系統(tǒng)

由于本次系統(tǒng)建設(shè)只覆蓋公園本地監(jiān)控資源,因此只采用集中管理的方式,通過后端建設(shè)視頻瀏覽管理終端和存儲(chǔ)終端就可以完成高清視頻監(jiān)控資源的集中管理。

視頻瀏覽管理終端由1臺(tái)集中管理控制服務(wù)器(安裝管理控制軟件模塊)組成,能夠同時(shí)支持16路CIF畫面,8畫面高清1 080 P圖像解碼預(yù)覽、滿足全范圍信息收集顯示、具有快速響應(yīng)等功能。

200萬攝像機(jī)采用Smart265編碼類型,按復(fù)雜場景計(jì)算,碼流為1.4 Mb/s。

200萬攝像頭全天24 h的錄像容量大約是15 GB。按照儲(chǔ)存15 d,總中心負(fù)責(zé)整個(gè)公園的45路視圖像的存儲(chǔ),本項(xiàng)目需要的總的存儲(chǔ)容量為10 125 GB,約等于10 TB。

因此,存儲(chǔ)終端為兩臺(tái)32路網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī),每臺(tái)帶8 TB監(jiān)控專用硬盤。

3 結(jié) 語

為提高公園景觀形象,減少林立的桿件,本工程以照明燈桿為基礎(chǔ),整合公園監(jiān)控以及公共廣播,形成多桿合一的桿件型式,從而達(dá)到資源節(jié)約、景觀提升的效果。

本工程從前段系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、管理控制系統(tǒng)方面對(duì)本公園的監(jiān)控進(jìn)行選型設(shè)計(jì),可為公園監(jiān)控設(shè)計(jì)人員提供參考。