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南京市“数字化工地”大型网络监控系统分析

针对南京市建筑、地产行业特点,及党中央、国务院近年采取的一系列重大措施加强安全生产工作,目前上级监管部门主要通过现场检查来督促建筑工地保证安全生产环境的情况,远距离监控是提高行业科学管理的必要手段。
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  【安防知识网】项目建设背景

  针对南京市建筑、地产行业特点,及党中央、国务院近年采取的一系列重大措施加强安全生产工作,目前上级监管部门主要通过现场检查来督促建筑工地保证安全生产环境的情况,远距离监控是提高行业科学管理的必要手段。

  传统的远距离视频监控,其图像一般采用专门的光缆或微波进行传输,较容易受到地形和线路的限制,且使用费用较高,因此阻碍了其推广应用。而将远程视频监控和报警联网系统以及宽带服务体系有机结合起来,做到既可以进行远距离监控、图像传输、联网报警,又具备智能调控、方便快捷的历史资料查询及海量数据保存的功能,同时大幅度降低使用费用,最终能够将安防技术提高到一个新的水平,从而达到更加有效地预防和打击犯罪的目的。

  系统设计目标

  “数字化工地”大型网络监控系统建设旨在通过对施工现场实施实时视频监控,以进一步加强安全生产和质量监管,其总体目标是:设置监控指挥中心,实现对施工现场实时综合监管和指挥;工作人员通过办公电脑实现对所监管工地的实时录像资料回放检查;兼具语音、网络会议功能;该系统主要由视频采集、网络传输和监管平台三部分有机集成。

  系统设计原则

  系统在整体设计上充分考虑行业特点,将监视、录像、报警、控制、实时监管、回放以及远程管理等有效地融为一体,不仅大大提高了安防等级,同时切实将监控从安防提高到了科学管理的高度。[nextpage]

  本系统设计原则是:安全性、可靠性、先进性、实用性、开放性、兼容性。

  ·可扩充性和兼容性原则:各子系统的软件、硬件采用模块化设计,提供开放式接口,可以完全兼容第三方系统,系统软件每个功能模块都能被单独调用,方便系统将来改造、扩容、升级。系统的各功能模块之间的通信采用标准通信协议(如TCP/IP),数据交换采用XML格式,而非专有技术;

  ·有效保护投资原则:系统在设计时,充分利用现有资源,有效保护投资;

  ·可靠性原则:系统中的主要设备(程控交换机、数据库服务器、主干网络交换机等)的主要部件(CPU、电源、存储等部件)采用冗余备份设置,最大限度地降低宕机的可能性;系统采用热插拔技术,如数字程控交换机的板卡等部件、服务器的硬盘等均可热插拔,确保在更换系统部件时,不影响系统的运行;系统软件采用组件技术进行模块化设计,通过通用接口的定义和调用进行数据交换,实现各子系统之间进行数据交换时,不因其它子系统故障而影响接处警和辅助决策等子系统的正常工作;

  ·安全性原则:系统采用硬件防火墙技术保证当公安内部网受病毒攻击时,指挥中心网络能与“内部网”物理隔离;采用防病毒软件和入侵检测软件,有效防止指挥中心网络受到病毒攻击和黑客入侵;·开放性原则:系统采用开放性设计,在数据通讯协议、数据标准、数据库系统、应用界面开发、接口设计等方面严格遵守开放性设计,针对该项目同时提供应用系统的源代码,为建工局提供一个开放的系统,方便系统将来改造、扩容、升级。

  系统组成部分

  根据设计原则,本系统包括:远程监控系统;大屏幕拼接系统;通信网络系统;控制中心辅助系统,包括显示系统、不间断电源系统、防雷保护系统及装修等(根据现场实际定)。

  远程监控系统

  该系统在各个建筑工地安装摄像机采集现场视频信号,通过INTERNET传送上级监管部门,把各场点监控进行统一管理,实现“足不出户”即可随时查看建筑工地的具体情况。通过技术手段提高上级监管部门、发展商、工程项目监理等对建筑工地的生产过程、环境的监控力度。[nextpage]

  系统方案结构

  如图1所示,本解决方案包含以下几个组成部分:

  ·前端监控设备:包括快球、带云台红外一体化机、嵌入式硬盘录像机、数字电路,可完成网点视/音频图像摄取,图像信号接入站场内部LAN网络,子网内可以连接少量供主管人员调看的分控客户端;

  ·网络监控管理中心(数字矩阵):下属所有网点图像、报警信息通过专网传输至管理中心集中处理,任意切换到电视墙。所有站场的录像资料定时上传回管理中心的存储服务器集中存储。该系统包括管理中心主机、控制键盘、电视墙、视频存储组件、视频转发服务组件等设备;

  ·视频存储系统(可选备份服务器):站场本地的存储系统根据前端要求存储录像资料,管理中心系统要求保存15天的录像资料(发生事故安全的资料)。由于数据量较大,一般的PC硬盘无法满足存储要求,故选用HP存储服务器,另出于对数据存储稳定性的考虑,采用SCSI结构的硬盘,共计14路;

  ·分控客户端系统:系统通过视频转发服务器可支持任意多个分控客户端。该应用可通过专用客户端软件实现,也可以采用IE浏览方式,通过互联网实时浏览监控现场;

  ·光纤专网:系统主干网租用电信的光纤,每个现场工地分配10M带宽;管理中心分配1000M带宽;

  ·各区分控中心:各区分管的分控中心可通过1000M专网光纤网接入南京总控中心,用户可方便地进行管理,总控中心可以实时监控各地现场工地。

图1  南京市建筑施工现场远程视频监控系统图

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  数字电路:采用运营商宽带网

  录像部分:摄像机采集的视频信号通过视频传输线路进入DVR。开机后DVR根据设定参数,每天定时自动开关机,并自动进入相应的录像状态。当某些画面侦测到移动变化时,相应的图像自动放大弹出,并有语音提示。当有传感报警信号时,DVR主机自动弹出电子地图、通过语音输出防区号及类型、并联动相应的外围设备(警灯、警号等)。同时自动将移动侦测信息和报警信息自动上传至网络管理中心端。

  云镜控制:通过DVR主机、管理中心、客户端(局域网或广域网)来实现本地或远程控制云镜。DVR主机和管理中心可以设置、调用云台的预置点和花式巡航。

  报警处理:DVR主机与网点内传感设备联动处理报警信号。DVR主机接到报警信号后自动弹出电子地图、通过语音输出防区号及类型、并联动相应外围设备,同时将报警信号自动上传网络管理中心。管理中心主机收到报警信号后,会自动弹出电子地图,并强制上传相应的报警图像,屏幕墙的主显示器自动切换到相应的一个或一组报警图像。

  施工现场内部分控:在站场内部工作站电脑上安装客户端软件,主管人员可以实时监看整个工作过程。如果有多个主管人员需要分控监看,则只需要在其中一台分控电脑上安装视频转发器软件即可实现任意多个分控观看,每个转发器可支持9个分控连接,通过转发器级联可以实现无限转发及分控。分控用户可以控制云镜,但同一时间,只能有一个分控用户控制云镜。[nextpage]

  信息监控管理中心

  信息监控管理中心将分布在各地的前端设备通过现有网络连接集中管理,实现远程任意摄像机图像的调用;远程云镜控制和快球预置点调用;远程录像资料的调用;远程DVR主机的参数设定;远程DVR主机的观看用户权限设定;报警信息的搜集;电视墙的控制(数字矩阵)等功能。管理中心可管理的DVR主机数量是没有限制的,但是管理中心通过硬件解码输出至电视墙的路数是有限制的。目前系统可以做到一台管理中心硬件解码输出24路模拟信号。如果是对成本考虑较多,可以使用管理中心配套的软解码实现上VGA墙的方案。由于管理中心系统采用模块化套件的方式,可以实现多种远程监控方式的任意组合。系统基于Windows2000/XP专业版平台运行。

  该监控管理中心连接方式简单可行,可以在较低的成本下实现网络监控、集中多级管理、报警联动等功能。其可实现以下功能:

  ·网络接入方式:DVR主机与管理中心之间支持多种的数据传输方式,如TCP、UDP、多种组播方式和电话线等连接方式;

  ·音视频信号传输对带宽的适应性:多种网络音视频传输方式,可实现在高带宽上全实时的图像传输和在低带宽上传输高清晰的关键帧图像,在管理中心可以同时调看多台远程DVR主机上的多路音视频图像;

  ·远程备份:网点前端采用本地高质量录像,当整个系统空闲的时候才将当天的录像资料传输回管理中心集中存储;

  ·报警与电子地图:管理中心自动接收远程DVR主机的报警信息,当远程DVR主机有报警信号时,管理中心可以发出音效提示,并自动连接相应的图像,弹出相关联的电子地图;

  ·工作状态监测:管理中心可查看到远程DVR主机的工作状态,包括:录像、网络连接状态、报警状态、移动侦测状态、视频信号是否丢失等;

  ·电视墙:通过管理中心内置的四路硬件解码卡,可以将网络传输过来的某一个或几个站场的图像解码还原为模拟信号输出至监视器组成的的电视墙上,通过管理中心可以切换任意DVR主机上的任意图像和音频信号到电视墙的任意监视器上。[nextpage]

  大屏幕拼接系统

  DLP大屏幕投影显示系统作为当今最先进、最领先的视讯工具,已被广泛地应用于公安、交通、消防、城市应急指挥中心、矿山、油田、工厂生产监控中心、电力调度指挥中心、军队作战指挥训练中心、会议视频系统、监控系统等国民经济生产的各个领域。本项目中应用的DLP大屏幕投影显示系统是根据用户需求专门设计的,它将国际最先进的DLP高清晰度数码显示技术、无缝拼接技术、多屏图像处理技术、视频信号切换技术、网络技术等应用综合为一体,形成一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏幕投影显示系统。该系统见图2。

图2  DLP大屏幕系统拓扑图

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  系统功能

  系统所用拼接墙最明显的优势就是可以通过多屏拼接控制器的传输显示,把全墙作为统一的逻辑屏来显示高分辨率的系统应用程序,实现全屏显示和分辨率的叠加,比如GPS、GIS电子地图等,并且可将其作为底图,在上面开启各类应用窗口,作为单屏显示的分辨率为1024×768,各系统的组合屏实现了分辨率的叠加,在浩铭公司配置的3×2整个组合屏的显示分辨率可以达到4096×1536。各种信号均可灵活显示,如来自于监控摄像头、DVD、录像机的监控视频信号;来自于网络计算机的终端信号,网络显示可在Windows及Unix系统之间进行跨平台显示,网段上的终端数量理论无限制;来自笔记本电脑、本地用户终端、或某台特定的终端信号等,各种信号均可通过SMV2000多屏拼接控制器在单屏直接显示或跨屏任意大小显示,漫游、放大、缩小、叠加。

  系统设备介绍

  DLP投影技术具备数字优势:数字技术的应用,使图像灰度等级达256~4096级,色彩达2563~10243种,图像噪声消失,画面质量稳定,精确的数字图像可不断再现,而且历久弥新;反射优势:反射式DMD器件的应用,使成像器件的总光效率达80%以上,对比度和亮度的均匀性都非常出色;画面优势:该投影机清晰度高、画面均匀,色彩锐利,它抛弃了传统意义上的汇聚,可随意变焦,调整十分便利。

  在该大屏幕投影系统中,多屏拼接控制系统作为系统信号处理的核心,在很大程度上决定了整个系统的显示效果,显示质量,操作的灵活性以及可靠性。该多屏拼接控制器高度可靠,可以驱动由多台投影机组成的一个统一的虚拟大屏幕显示系统,用户能够在整个大屏幕上根据需要任意缩放窗口;多路视频信号能够在不占用PCI总线的情况下以全帧率、真彩色在大屏上显示,并且视频窗口能够同计算机图形和字符任意移动、缩放;高度集成的多屏拼接控制器可以大大简化控制调度中心的设计,无需额外的视频切换器、图像分割器、倍线器、控制面板以及复杂的电缆;安装简单,管理维护方便;可输出从1024×768到4096×1536分辨率的图像,驱动多个投影单元,满足控制中心组合高分辨率和大尺寸显示的需要;预装Windows 2000 Professional,可应用在需要大容量数据和视频及多用户共享的环境中,可在显示大屏幕上移动、任意缩放定位;能够操作多达32个显示投影单元,每个投影机的分辨率高达1600×1200像素。

  网络通信系统

  近年来,信息技术的飞速发展使人们获取、交流和处理信息的手段发生了巨大变化。为适应我国新形势下对建设部门提出的新要求,实现信息共享,提高建设部门的工作效率和防止事故的发生,更好地为施工建设的需要,本次将建设南京市建筑施工现场远程监控系统通信网络系统将根据实际情况来设计南京市建筑施工现场远程监控系统信息通信网络平台传输子系统。[nextpage]

  通信网络平台设计

  数据交换中心是本通信传输系统数据信息流动的动脉,同时担负着信息流动的总调度任务。网络交换中心从功能上来看,包括四个方面:为跨交换机的子网间互联实现高速路由;连接内网共享的服务器区块;实现全网的系统管理和安全管理;要求交换核心使用高性能、高可靠性的交换机,方便管理与维护。

  本信息通信网络平台建设采用H3C的网络产品架建整个网络数据交换平台。经过合理规划,针对具体需求,从网络的逻辑结构来看,结合远程监控网络系统建设的特点,局域网采用三层结构构建:核心层、汇聚层和接入层。采用三层的网络结构,网络结构清晰、扩展性好。

  在南京市建筑施工现场远程监控中心安装一台千兆核心骨干交换机,每个现场采用一台100M的层交换机器,这样,可将现场各个施工点的监控通过运营商专网宽带接入到监控控制中心,而中心可统一处理信息、监控指挥。该网络结构图如图3。

图3  南京市建筑施工现场远程视频监控网络拓扑图

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  监控中心辅助系统

  为确保各种精密设备稳定可靠运行,保障工作人员良好的工作环境,一个好的机房环境十分必要。机房各项功能完整配套,达到专业规范、技术先进、经济合理、安全适用、质量优良、管理方便之目的。在经济适用的前提下,选择优质机房专用装修材料,达到最佳装修效果。本机房按计算机房设计规范和环境要求设计。南京市建筑施工现场远程监控中心机房配备机柜、空调、操作台及防静电地板等。各辅助系统包括显示系统、不间断电源系统、防雷保护系统及装修、机房装修等。

  结语

  建筑工地与施工安全长期以来都存在着监管漏洞,依赖建工局及安监处有限的人力去巡查难以实现有效的监督。建设网络视频监控系统,让分布于各建筑工地施工现场的全天候“电子眼”将被动监督变成主动约束,无疑是解决监管漏洞的强有力手段。安防系统与行业应用相结合,促进了政务信息化的建设,同时引领了安防技术多元的发展方向。

  南京市“数字化工地”建设的开展,标志着又一个安防与行业应用相结合的经典案例的出现。随着应用的深化,管理平台的开放和网站的建设,平民大众也可以参与到其中来,“数字化工地”的建设将不再只是监管部门、发展商、工程监理单位的监管手段,更有趋势发展成为社会化的监督体系,甚至是发展商展示楼盘建设风貌和质量、承建商展示工程建设实力的有力途径。

  然而,安防领域长期缺乏可供遵循的权威标准,系统设计建设在结构和兼容性方面的差异,造成了大型系统联网、跨平台整合的瓶颈。在标准化这个大课题上,国家相关部门、地方政府、行业联盟都在起草相应的草案标准,但在如何统一、以哪个标准为权威标准方面还各有争论。在此,期待国家主管部门早日出台统一的标准,为全国各地的“数字化工地”建设提供依据,有效指导最终

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