毕业设计（论文）-视频监控系统设计.doc

1 绪论随着工厂的日趋壮大，货流量不断增大，员工逐渐增多，社会治安情况日渐复杂，为了保障厂区财产安全，给厂区一个安全、可靠的生产、科研和生活条件，在厂区安装这一套监控保安系统是非常必要的，通过这套系统不仅可以起到预防和控制犯罪的目的更可以起到加强厂区综合管理的能力。电视监控系统是安全技术防范体系中的一个重要组成部分，是一种先进的、防范能力极强的综合系统。它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台等）直接观看被监视场所的一切情况；可以把被监视场所的图像内容、声音内容同时传送到监控中心，使被监控场所的情况一目了然。同时，电视监控系统还可以与防盗报警等其它安全技术防范体系联动运行，使防范能力更加强大。特别是近年来，多媒体技术的发展以及计算机图像文件处理技术的发展，使得电视监控系统在实现自动跟踪、实时处理等方面更有了长足发展，从而使电视监控系统在整个安全技术防范体系中具有举足轻重的地位。电视监控系统的另一特点是它可以把被监视场所的图像及声音全部或部分地记录下来，这样就为日后对某些事件的处理提供了方便条件及重要依据。总之，电视监控系统已成为安全技术防范个体系中不可缺少的重要组成部分。近年来由于计算机技术、多媒体技术以及网络技术等高新技术在监控领域的长足发展，数字视频监控技术成为了安防监控系统的主流，他利用硬盘录像机技术和网络技术实现数字视频的本地存贮，远程传输（局域网或电话线）及监视，以取代传统的画面切换器、分割器、录像机和传感器控制器等设备，提供强大的远程监控功能。它在图像的存储、检索、打印、传输等方面具有传统设备无法比拟的方便性和优越性。随着数字视频监控系统在全社会各行各业不断深入的应用，其产生的社会及经济效益及越来越多地得到人们的关注。数字视频监控系统已经成为了现代智能化建筑的一个重要标志。当今的监控系统已经不仅是单一的作为安防系统的一部分单纯的起到监视的作用，他已经成为了现代综合管理的重要手段之一起着不可替代的作用。2 视频监控系统设计方案2.1 系统设计原则 先进性现代信息技术的发展，是现代科学技术发展中最活跃的领域，新产品、新技术层出不穷。每一个新技术的出现都对我们的工作方式产生极大的影响，对我们工作效率的提高起到极大的推动作用。因此本系统必须采用先进的技术和设备，这一方面反映了系统所具有的先进水平，另一方面又使得系统具有强大的发展潜力。同时，由于本系统是一个实际使用的工程，因此其技术和设备又必须是相对成熟的。所以，在投资费用允许的情况下应充分利用现代最先进技术、最可靠的成果，以便该系统在尽可能长的时间内与社会发展相适应。从长期的观点考虑，这也是最经济的。 可靠性/安全性必须考虑采用成熟的技术与产品，在设备选型和系统的设计中都尽量减少故障的发生。系统应具备多级操作员密码及系统操作记录功能。 可维护性我们认为可维护性是当今应用系统成功与否的很重要的因素。这里的可维护性包括两层意思：易于故障的排除日常管理操作简便 广泛的兼容性 具有良好的可扩展型；系统可通过计算机联网，利于远距离传输和控制或构成更加庞大的安防体系。 可扩充性本系统考虑今后发展的需要，因而必须具有在系统产品系列、容量预处理能力等方面的扩充预换代的可能。这种扩充不仅充分保护了原有的投资，而且具有较高的性能价格比。 高性能价格比的原则采用国外处于领先地位的新技术、新设备，将各个系统相互联动，达到全天候、自动化，及时取证的目的。建成后的系统不仅具有极佳的性能价格比，同时，在保修和维护期间也可以提供最快的保修反应速度预高效率、高质量的守候维修工作。 规范化系统设备要求部分均采用标准化、模块化设计产品，其输出信号的格式、设备的接口均为国际通用标准，因此，各个系统设备具有良好的可替代性。系统中所有进口设备均为公安部认证并且许可在国内使用，所有电器设备、电器材料均符合至少下列一项国际公认的安全标准csa,ce,iec等。 经济性系统在满足功能要求的基础上，尽可能降低造价。2.2 系统设计依据及规范gb50198-94 民用闭路监视电视系统工程技术规范gbj42-81 工业企业通讯设计规范gb4064 电器设备安全设计导则gb115 工业电视系统工程设计规范gat7594 安全防范工程程序与要求gat7594 安全防范工程通用图形符号ga308-2001-94 安全防范系统验收规则gat367-2001 视频安防监控系统技术要求eia-422 eia-485 电气指标标准cctv 472-3 电视系统视频指标jgjt1692 民用建筑电气设计规范edb-03095 智能建筑设计标准2.3 系统总体设计方案本系统设计方案是在厂区内及个生产车间、大门、车棚等设置监控点，这些监控点的图像资料通过传输系统传至中心控制室，并将图像资料在电视墙上显示，同时由硬盘录像系统进行录像。系统结构如图2.1所示。整个系统将其分为三个部分：前端摄像系统、中端传输系统以及后端控制系统。前端部分即视频采集部分是整个系统的“眼睛”，系统中的大多数设备都集中在这部分中，包括：摄像机、镜头、云台、支架、防护罩等，如有必要还可以加上辅助光源等。这部分的设备非常重要，整个系统的优劣很大程度上取决于此。中端部分即传输部分，这部分可以将前端设备采集到的视频信号传送到后端的控制指挥系统，后端的控制指挥信号也通过该部分传送至前端设备。此次的设计的这套厂区及车间监控系统的传输部分采用的是视频线和双交线传输的方式，传输距离远时，采用双绞线代替视频线，一根双绞线可以传输4个摄像机画面，也就是一根双绞线可以代替4根视频线，即使用少量的线缆传输多路视频图像，再者双绞线比视频线价格低廉，从而大大减少了工程造价。后端部分又称为终端控制系统，这部分可以比作人的大脑，它的作用是接收前端设备传来的视频信号，同时显示、压缩、记录这些视频信号，它还可以向前端设备发出控制指令，来控制电动变焦镜头或云台等设备将画面调整到人们满意的情况。如今的终端设备的功能已经不仅仅像上面所说的那样简单和单一，它正向数字化、网络化、集成化和智能化方面发展。传统的中心控制设备例如：磁带式录像机、画面分割器等设备已逐渐被淘汰，取而代之的实际与计算机平台的数字硬盘录像机，这种设备的使用就使得建设大规模集成化的监控系统成为了可能，并且借助现代化的网络系统可以真正的实现监控系统“千里眼”的功能，使人们既使远隔万山千水也可将监控图像尽收眼底。监控网络中心端图2.1 监控系统基本结构图本设计因为是在工厂的特殊原因，摄像机采用的是dc 5v-12v供电的摄像机，原因在于：工厂内大型设备启动时会造成220v电网电压波动，直接选用电网220v供电的摄像机会导致图像受到干扰，容易出现波纹；布线时还应注意：不与强电压电路平行布线，尽量远离高压线；大型设备附近用薄壁钢管穿线，以减少电磁干扰；线路需要接地时，接在车间里的钢结构上，但距离较远时，不宜重复接地，重复接地容易造成环路干扰。高速球控制键盘双绞线传输潜入式数字硬盘录像机报警联动警灯和警号备注：控制线双绞线视频线报警线vga线网线交换机vga切换器vga切换器液晶电视监视器监视器图2.2系统设备线路连接示意图电视墙vga分配器显示器管理主机显示器对射报警接收发送双绞线传输摄像机摄像机接收发送摄像机摄像机2.4 前端系统设计根据厂区实际考察，本系统前端设备共设计监控点47个。采用的摄像机主要有宽动态摄像机18个、索尼480cp一体机8个、低照度摄像机20个、高速球1个。安装位置参照附录1系统室内监控平面示意图；附录2系统室外监控平面示意图。2.5 终端控制系统设计终端是整个监控系统控制、处理、存储的中心。因此，终端的设计是否合理，终端功能是否健全，终端设备是否可靠，成为了衡量系统整体水平的重要方面。终端系统设计应简洁明了，并以方便用户为中心、以人性化的设计为前提。如图2.1所示，整个终端控制系统又可以细分为三个部分：表2.1 监控摄像机安装位置及摄像机型号列表序号安装地点摄像机编号摄像机型号备注1物资库wg01宽动态摄像机2油库wg02宽动态摄像机3炼铝房wg0304宽动态摄像机4炼铝房和东墙区wy1索尼480cp一体机5东大门wg0506宽动态摄像机wg05照走出车辆上部观察车顶6东大门北面墙wg07宽动态摄像机7秤房wg08 wg10宽动态摄像机wg8照车上wg10照车内8铝锭存放处wg09宽动态摄像机9西面墙gsq高速球高速球可设预制点自动转向9对双鉴报警的一方10车棚内wg1213宽动态摄像机11车棚西面墙wg11宽动态摄像机12车棚出口wg14宽动态摄像机13大门口考勤机wg15宽动态摄像机14大门出口wg1718低照度摄像机门口有灯光光线较好15包装车间ng01 ny1低照度 一体机16包装车间冷却区ng0809低照度摄像机17仓库ng02 ng10低照度摄像机18熔炉区ng0305低照度摄像机分别照5个充填炉19轨道ny2索尼480cp一体机20冷轧机区ng1617 ny35低照度 一体机21加热区ng18低照度摄像机22切割区ny6索尼480cp一体机23冷却区ng19 ny7低照度 一体机24出货门口ng20低照度摄像机显示部分 该部分设计由4台40英寸液晶电视机组成，主要功能是将3台硬盘录像主机的输出信号实时显示，同时还可以与管理主机的输出信号任意切换。记录、控制部分 该部分由3台潜入式数字硬盘录像机、一个控制键盘及2套中心控制软件组成。该部分的主要功能是要将各监控点传来的视频信号不间断地记录在硬盘中已备日后查找。从图一中可以看出这一部分与以上两部分并没有非常密切的关联关系，该部分同样接入所有的视频信号以及控制信号。之所以这样设计是为了保证系统的稳定性和可靠性提高系统的容错性，当系统中的切换控制部分或显示部分出现异常情况不能正常工作时（如电视机出现故障、控制键盘失灵等）这部分可以起到替代和补充的作用，该部分也可控制前端设备并可将所有画面同时显示，使系统不会因为某一个设备的损坏而造成整个系统的瘫痪。该部分还与校园的周界防范报警系统相连接，可做到监控系统与报警系统的联动，当有警情发生时该部分将启动画面连动功能，并启动与报警点相对应的监控点进行录像，可掌握现场的第一手资料。中心控制软件是作为该部分的中心控制端，也是在日常情况下唯一的与操作人员进行接触的界面，该软件可同时控制、管理多台数字硬盘录像机，并可同时显示其中的任意画面，同时该软件还为网络分控提供了预留接口，为日后的扩展和升级留出了余地。该软件功能十分强大。在整个终端系统中记录、控制部分突出显示了该系统先进的性能和强大的功能。交换机控制中心局域网环路交换机服务器3交换机服务器2交换机服务器1图2.3 记录、控制部分结构简图 主要设备的选型设计终端系统的主要设备将采用主控键盘、潜入式数字硬盘录像监控主机及中心控制软件集成的方式。数字硬盘录像监控主机是数字化监控系统进程中最核心的设备，它集监视、录像、报警等功能于一身，除了对前端摄像机信号进行录像以外，还能实现对整个监视系统的控制作用，如控制前端设备的运转，操作其他控制设备。这种设备可将前端摄像机产生的视频信号压缩并储存在硬盘中，由于采用了专用的压缩技术，所以大大降低了耗材的支出，并且加强了录像资料的安全性。由于潜入式数字硬盘监控主机是在独立的运算系统，所以他还具有强大的网络功能，这就使得监控系统的网络化成为了可能。选用杭州海康威视有限公司生产的ds-8016系列潜入式数字硬盘监控主机。中心控制软件同样使用该公司开发的，与该公司生产的ds-8016系列潜入式数字硬盘监控主机相配套的中心控制软件。3 报警系统设计方案3.1 系统设计依据民用建筑电气设计规范 jgj/t16-92 中国电气装置安装工程施工及验收规范 gbj232-82建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范 cecs 72.95安全防范工程程序与要求 ga/t75-943.2 系统简介 周界防范系统的组成周界防范系统由前端探测器（对射探头）和报警主机及一些辅助设备（电源警号、探头安装支架）构成。对射探头对射探头对射探头对射探头报警主机（直接用录像机）.电源显示地图（可选）警号图3.1 周界防范系统组成 对射探头对射探头由一个发射端和一个接收端组成。发射端发射经过调制的两束红外线，这两条红外线构成了探头的保护区域（图3.2）。如果有人企图跨越被保护区域，则两条红外线被同时遮挡，接收端输出报警信号，触发报警主机报警（图3.3）。如果有飞禽（如小鸟、鸽子）飞过被保护区域（图3.4），由于其体积小于被保护区域，仅能遮挡一条红外射线，则发射端认为正常，不向报警主机报警。经过调制的红外线光源是为了防止太阳光、灯光等外界光源干扰，也可防止有人恶意使用红外灯干扰探头工作。对现场的实际勘查，在工厂周围共设置11对100米红外对射报警器。发射端接收端图3.2 没有遮挡物时的正常红外射线发射端接收端图3.3 有人或较大物体经过时遮挡两条红外射线发射端接收端图3.4 有飞鸟或较小物体经过只遮挡一条红外射线 声音/视频报警核实系统具有声音和视频报警核实功能，可以在报警时通过声音或图像形式对所报警情进行核实，有效地降低了误报的可能性。4 系统设备性能及技术指标4.1 监控系统前端设备图4.1 fcb-ex480cp摄像机 自动聚焦一体化宽动态低照度摄像机型号：fcb-ex480cp名称：自动聚焦216倍（18倍光学、12倍电子变焦）一体化宽动态低照度摄像机 影像系统：1/4 英寸 exview had ccd 标配镜头：18 倍光学变焦，f=4.1mm （广端）至73.8mm（远端），f1.4至f3.0 电源：dc 5v-12v 解码器图4.2 解码器功能特点 万能解码驱动器是一套控制信号解码单元和对外部设备进行控制的驱动装置，主要用于万向云台、变焦镜头和雨刷等设备控制,它与数字硬盘录像机配套使用。 解码器有不同输出电压可供选用，它有直流12伏输出可供摄像机、报警探头使用，直流9伏输出用于驱动变焦镜头，交流24伏220伏输出用于驱动摄像机、云台、灯、雨刷等，二组辅助输出开关用于这些设备的开关，电源输入带有保险丝防止外部设备短路。电源开关采用双刀双掷型，防止电源火零接反造成触电。控制信号传输方式采用rs-485接口，传输距离为1.2公里，直接由数字硬盘录像机通过屏蔽双绞线，使用rs-485控制码来传送控制信号给解码器。解码器译码后去控制前端设备。为防止感应强电击损rs-485接口，在电路上采取了防护措施。解码驱动器可控制ac24v， ac220vac 50hz水平或全方位云台，可以是室内型的云台，也可为室外型云台。对于带水平自动旋转功能的云台，可利用解码器自动控制功能来实现云台水平自动旋转。 解码器可控制变焦镜头的光圈、聚焦、变焦。控制电压为：9vdc，最大电流：600ma 技术规格 电气指标控制接口：rs-485波特率：9600b供电电压：220vac/ 50hz辅助开关触点：2对c型常开常闭接点触点容量：275vac/7a或28vdc/15a云台控制电压：24vac/220va；镜头控制电压：土9vdc供电输出：12vdc/700ma24vac/1a(sp9060li为24vac/0.3a)220vac/2a环境指标操作温度: -1045摄氏度保存温度: -3070摄氏度湿度: 相对湿度0%95%无凝结震动: 3g正弦波，15hz2000hz冲击: 50g，11ms，1/2正弦波04.2 监控系统终端设备 图4.3 嵌入式数字硬盘录像机系列嵌入式网络硬盘录像机完全脱离pc平台，建立在嵌入式处理器和嵌入式操作系统上（而不是pc处理器和pc操作系统）。同时具备嵌入式硬盘录像机和嵌入式视频服务器的功（dvr+dvs）。 ds-8016系列嵌入式网络硬盘录像机，具有视频信号和音频信号的实时h.264全硬件同步压缩、压缩码流记录硬盘、实时视频和声音预览、视频信号和音频信号的切换、本地录像文件回放、实时网络传输、远程文件回放和下载、支持流协议（rtp/rtcp、rtsp）、支持双向语音对讲等。表4.1 嵌入式数字硬盘录像机技术参数预览显示分辨率704*576显示输出vga 1024*768压缩方式h.264音频编码方式pcm编码视频输入路数1-16路可扩展至24路音频输入路数1-16路可扩展至24路报警输入路数0-16路录像质量选择普通-最好（六种等级）图像帧率1-25帧/秒（完全实时）录像方式正常/检测/报警/定时录像录像文件的检索可指定通道/时间检索录像文件的播放使用专用播放器每小时通道录像文件大小场景不变20mb左右无视频信号时显示“无视频信号”字样提示视频信号发生丢失时声音和文字警示日期和时间可以实时叠加到图像中声音监听功能可同时进行一路监听图像运动报警响应报警联动录像、声音和文字警示、信息记录和打印运动图像监测区域全画面/任已指定区域物理报警响应方式报警联动录像、声音和文字警示、信息记录和打印网络同时传输图像的路数四路网络传输的时延小于600毫秒与解码器通讯可与多种系列解码器通讯与视频切换器通讯可与多种系列视频切换器通讯可挂换的硬盘个数1-12个操作界面全中文视频信号输入阻抗与幅度75，1.0vp-p音频信号输入阻抗与幅度600，2.0vp-p使用环境的温度与湿度540,50%85%外形尺寸（高*宽*深mm）177*482*452 性能指标视频输入：1/2/4/6/8/10/12/16路复合视频信号支持制式：pal、ntsc 基本功能采用嵌入式实时多任务操作系统（rtos）和嵌入式处理器，完全脱离pc平台，系统调度效率高，代码是固化在flash中的，系统更加稳定可靠； 采用h.264硬件压缩技术，压缩比高，且处理非常灵活； 具有备用压缩通道，用于容错处理； 多级用户权限管理，保证系统安全； 支持一个rs-485接口，可以控制云台，也可透明通道输入； 支持一个rs-232c接口，支持modem远程连接，也支持透明通道传输； 支持一个usb接口； 支持一个vga接口； 支持16个开关量输入和4个开关量的输出，支持本地报警和网络报警联动； 内置看家狗，具备异常重起，彻底杜绝死机； 压缩处理功能 支持多达16路视频信号，每路皆可实时每秒25帧2cif分辨率的独立硬件压缩，视频压缩采用h.264压缩标准，不仅支持支持变码率，而且支持变帧率，在设定视频图像质量的同时，也可限定视频图像的压缩码流； 视频和音频信号压缩后生成复合的h.264码流，也可设置不用音频； 支持定时录像、手动录像、动态侦测录像、报警录像四种录像模式； 支持多种分辨率，从full d1（704*576）到qcif（176*144）； 支持视频画面实时预览和视频信号切换； 支持硬盘文件回放； 支持多区域移动检测； 网络功能支持一个10m/100m兼容的以太网端口；支持一个rs-232c串口，可以支持modem的拨入和拨出；支持tcp/ip协议，可以通过应用软件或浏览器设置参数、实时浏览视频和音频信号、查看视频服务器状态，可以通过网络报警，可以通过网络存储压缩码流；网络控制云台的旋转和控制摄像头的相关参数，如光圈大小、焦距远近等；通过网络独立浏览任何一路或多路视频信号及音频信号；可以通过网络远程升级，实现远程维护；rs-232c串口和rs-485接口皆支持网络透明通道连接，pc管理主机可以通过网络硬盘录像机的透明通道控制串行设备；电话，管理主机和网络硬盘录像机之间可以通ip电话； 存储功能可以支持八个ide硬盘，每个ide硬盘的容量可达500gb；硬盘文件系统同dos兼容，可以在pc平台上操作；硬盘上文件可以选择循环记录和非循环记录；管理主机可以通过网络下载，也可以通过网络播放网络硬盘录像机上记录的文件；管理主机也可以通过网络实时记录视频压缩码流；文件记录有四种模式：定时录像、手动录像、移动检测录像、报警录像；4.3 周界防范系统设备图3.4 红外对射报警器 性能防雷击 自动信号增益控制 可调射束切断周期 双同步脉冲束射以增强稳定性即使信号 即使信号损失了99%仍可正常操作 规格 最远射程：室外-100m射束特征：3路脉冲红外 切断周期：50-500ms(可选) 电源输入：10.5-30vdc 电流(发射器+接收器)：正常操作时50ma最大 报警周期：2秒(1) 报警输出：c型继电器(28vdc，0.2a最大) 防拆开关：常闭，外壳打开时开路(发射器) 工作温度：-35+55 校对角度：10垂直，90水平 5 设备材料明细表表5.1 设备材料明细表序号设备名称型号品牌产地单位数量1低照度摄像机scc-101bp三星韩国个352宽动态摄像机scc-b2007p三星韩国个23高速球scc-643ap三星韩国个14一体机摄像机fcb-ex480cp索尼日本个95电源12v中国个476支架中国个477解码器万能深圳台48云台9寸嘉杰天津台49超五类双交线杭州米60010视频线75-5杭州米1000011电源线2*0.5杭州米1000012报警线4*0.3杭州米200013控制线2*0.3杭州米120014嵌入式数字硬盘录像机ds-8016海康杭州台315键盘jg-588杰高深圳块116硬盘200g西捷新加坡块1517管理主机p4联想中国台218电视墙定制雅克郑州套119液晶电视21tcl广东台420对射报警al-100艾礼富中国对1121ups电源cstk6ks山特美国台16