森林防火网络监控解决方案.doc

森林防火远程视频监控

森林防火网络视频监控
解决方案

成都华迈通信技术有限公司
2012年2月

目 录

一、项目背景 3
二、需求分析与难点 3
三、解决方案 5
1、前端监控子系统 6
2、监控点辅助设备设计 7
3、传输系统 7
4、供电系统 8
5、系统防雷 8
6、监控中心 8
7、浏览客户端： 9
8、系统管理 10
四、产品介绍 10

一、 项目背景
森林火灾是世界性林业重要灾害之一，每年都有一定数量的发生，造成林业资源的重大损失和全球性环境污染。森林火灾具有突发性，灾害的发生的随机性，在较短的时间内能造成较大的损失的特点。因此一旦有火警发生，就必须以极快的速度采取扑救措施，扑救是否及时，决策是否得当，重要原因都取决于对林火行为的发现是否及时，分析是否准确合理，决策措施是否得当。如何实现森林防火工作的规范化，科学化，信息化，真正做到早发现，早解决火灾隐情，排除森林火灾隐情的必要手段。
随着科技的发展，现在森林防火也开始实现智能化管理，工作人员只需坐在办公室拖动鼠标，就可观测上千平方公里的林区。并在发生紧急情况时，通过监测画面及语音广播对前端林区进行远端遥控，指挥抢险工作。
系统整体要求高可靠、高质量、高稳定性，可全天候运行。网络视频监控系统需具备多级管理体系；整个系统基于网络构建，能够通过多级级联的方式构建出一张可全网监控、全网管理的网络视频监控网。提供及时优质的维护服务，保障系统正常运转。
二、需求分析与难点
1、需求分析
Ø 监控中心实现对所管辖林区的各个监控点的图像进行全方位实时监控，及时发现火警或火警隐患，达到防火、防乱砍乱伐等目的。
Ø 前端设备放置于移动基站铁塔顶，供电可由各个前端采用风光互补电源进行供电，使得前端设备能够在7个阴雨天能正常工作，也可使用基站供电。
Ø 监控现场分散，设备安装调试困难，难以用传统模拟视频监控系统的传输介质，进行一线一种信号的方式传输到控制中心，这样的线路布设成本会成为天文数字，而且难以检修维护。所以要采用网络视频监控方案，借助目前成熟的网络系统解决方案，借助现有的运营商（电信）网络或自行组建局域网进行视频数据传输，或采用3G无线方式。
Ø 监控中心可以通过语音广播系统对现场声音进行监听，也可以对前端进行喊话，遇到紧急情况（如火灾，暴风雨，洪涝灾害）等作为紧急疏散功能。
Ø 监控中心的监视器可以实时显示当前摄像机所观察的方位角，便于在紧急情况下协助指挥员决策。
Ø 在监控中心采用录像系统，进行实时录像，每个监控点可以储存15天以内的视频监控录像。
Ø 林业部门可以轻易实现通过联网的计算机进行远程监控及直接调看前端图像或录像资料。
2、系统建设难点
森林防火监控项目监控点数众多，覆盖面积大，覆盖整个某11个下属地区，区域内地形复杂，雨水充足，湿度大、海拔高、动/植物丰富、现场施工难度较大等众多特点，因此在该类项目中往往面对如下技术难题：
1）监控现场分散，设备安装调试困难，只允许1次成功，如果要进行反复调试，成本高昂，工程周期也难以预计。
2）监控现场地处偏远，现场维护设备困难，维护人员到达时间长，要求相关设备稳定可靠，尽可能减少维护的几率。
3）视频信号难以用传统模拟视频监控系统的传输介质，进行一线一种信号的方式传输到控制中心，这样的线路布设成本会成为天文数字，而且难以检修维护。
4）采用一般数字视频监控方案，借助目前成熟的网络系统解决方案，借助现有的运营商（电信、联通、广电、网通、铁通）网络或自行组建局域网进行视频数据传输，或采用无线方式，如：采用移动GPRS、联通CDMA无线网络模块甚至直接租用卫星网络进行组建。
5）传输网络带宽不一定能够得到有效保证，网络承运商提供的理论带宽在实际应用中一般会打折扣，情况视线路质量、承运商在当地的核心网络设备处理能力、各网络承运商之间互相开放的接口带宽等多种因素而定。
6）系统具备流媒体转发，系统前端在有限的网络带宽（特别是在无线组网的情况）下，前端系统必须尽可能的保障监控中心能得到良好的监控视频图像，因此，在其他客户端访问时，系统必须具备流媒体转发功能，客户端访问直接通过监控中心服务器，不占用前端系统有效资源，客户端访问所有数据均由监控中心服务器提供，有效的利用监控中心有线网络。
7） 管理中心为了同时监控多个画面，现有纯软件的网络监控方案难以提供直观、方便的监控方案，一般需要上大型电视墙，实现网络数字视频矩阵的功能。
三、解决方案
在该项目中，针对森林防火监控点数多，监控范围广、监控目标复杂、监控环境恶劣等众多特点，系统必须分为前端监控子系统、网络传输子系统、中心控制存储子系统三个部分进行设计。

1、前端监控子系统
前端监控子系统，主要有前端网络视频编码器、模拟摄像机及相应电源、网络、音频采集输入输出设备组成，主要完成前端视频及音频的采集任务。
森林防火为野外环境监控，具有：监控面积广，涉及覆盖区域大、监控环境恶劣、环境复杂多变等实际情况，设计原则为：
u 监控点动静结合附设：针对宽阔区域及山体制高点，采用一体化高速球型摄像机进行敷设，监控山体全貌及，利用制高点采用高变倍对重点区域进行覆盖，针对道路或人员常通行地采用固定摄像机，根据现场实际情况选配镜头，24小时不间断的重点监控。
u 高品质的设备质量：森林防火监控，同样需要高品质前端设备，第一、野外环境十分恶劣，前端设备必须可适应复杂/恶劣的环境状态；第二、野外监控同样要求较高的图像效果，特别针对夜间，要求设备必须具备夜间成像能力。
u 双向音频对讲：系统必须具备双向语音对讲功能，可实现监控中心与现场任意监控点语音对话，在现场任意突发事件或违规行为（如：违规吸烟、生火等行为），进行紧急语音提醒警告，防止各事态的发生。
u 系统集散管理：该系统涉及面积及所属单位数量多的情况，系统须具备集散管理方式，即：系统可具备多个分散管理中心，各分散管理中心可对管辖范围内所有监控点进行有效监控管理，同时系统具备最高级集中管理总中心，总监控中心可实现对整个系统内所有监控点进行集中监控管理。
2、监控点辅助设备设计
该系统为野外全天候监控，针对野外监控需注意监控点位安装、防护、防雷等系统保护：
A． 摄像机安装：在监控项目中摄像机安装位置通常情况比较高，针对此项目中，对于森林防火监控类，摄像机均无现成的安装地点支撑，因此设计在安装点设置立杆，立杆采用水泥嵌入地下做地基，确保立杆的稳定性，同时为确保摄像机在立杆之上的保持稳定，避免因风力及动物擦挂立杆造成摄像机摇晃或抖动。
B． 夜间成像辅助：森林防火监控并不只限于白天环境下山体、林业环境的进行监控监测，同时特殊监控点还需要完成24小时不间断监控。
C． 摄像机保护：在监控系统中所有室外监控点摄像机均需要做防护保护，在系统中，监控点全部处于野外森林中，其中更绝大部分摄像机安装的地点更始人迹罕至，因此对摄像机保护尤其重要，针对室外球机选用相应的室外球型防护罩，室外枪机选用室外固定枪式防护罩，系统前端所有防护罩均严格要求达到室外IP66防尘、防水、防暴等级；同时针对野外自然环境复杂多样、四季雨量充沛、气候变化速度、冬季气温低的众多特点，在该系统中所有防护罩均要求安装相应的加热除湿装置，同时针对固定摄像机的防护罩要求必须具有雨刷。
D． 辅助设备箱：监控点前端除摄像机之外，还需配备相应的电源模块、视频编码器、网络模块以及防雷模块的设备，此类设备均不能直接暴露在室外，因此系统设计每个前端增加设备保护箱，将监控点前端除摄像机之外的所有模块均安装在保护箱之内，设备保护箱设计安装在摄像机安装立柱之上，保护箱要求必须防尘防水，确保内部所有模块运行环境的稳定。
3、传输系统
现场监控点安装的摄像机所摄录的实时和高分辨率的视频图像信息经过视频编解码器压缩，视频编解码器负责把摄像机的模拟视频信号转变成数字信号，同时进行压缩，另外也传输控制信号，3G视频服务器内置3G网卡，通过3G路由器发送到3G网络。监控中心通过专线从移动营运商网关获得实时视频信息，可以完成对远程监控点的视频监控。
也可通过移动传输网络和网络接入设备（有线网桥），采用MSAP联网技术实现点对点或者点对多点方式建立覆盖城市各个路段的视频监控局域网络。在控制中心与移动传输网之间采用光缆直连；在远程前端监控点同样与移动传输网互联,以实现与监控中心通信。
4、供电系统
由于森林防火工程环境的特殊性，采用太阳能发电解决森林防火监控设备供电问题成为最快、最有效的办法。无须架设电力线并且一次性投资，无需缴纳电费。太阳能发电操作简单、既经济又节能、环保。并且太阳能供电是一种既不消耗资源又无污染排放的清洁能源，使用寿命长、性能稳定、维护费用较低。
蓄电池的容量对保证系统连续供电是很重要的。因为设备所需的电量都是由蓄电池提供的，太阳能方阵每日所发电量都要存储到蓄电池以供设备消耗，如果需要满足10个连续的阴雨天正常工作。经计算得出：蓄电池的选用为：24V、600Ah。
5、系统防雷
  防雷主要是由视频防雷和电源防雷组成，主要是为了避免电源线引入的浪涌袭击。根据我们的经验，野外监控和微波系统对于雷击最为薄弱的环节还是系统的电源，因此作好电源防雷是相当重要的。电源防雷的关键是做好接地，而森林防火监控的铁塔往往置于高山之上，接地很难作好，所以要根据具体地形，因地制宜。
6、监控中心
控制中心主要由电视墙、控制主机、交换机等组成，可完成对监控现场图像的接收与显示，录像的存储、检索、回放、备份、恢复，云台的控制等。经由移动传输网传回的数字视频信号可直接连到控制中心局域网上，再经交换机通过内部局域网传播至各个相关部门或人员的客户端。
用户在中心办公室可以通过多路视频墙观看到远距离林区现场多个监控点的图像，用电视墙显示方式。
控制中心发出的对于云台、镜头等的控制指令通过移动传输网传送到监控点。用户可以通过位于控制中心的云台控制设备控制现场任意点的云台、镜头的光圈、焦距、变倍；云台的上、下、左、右、自动或辅助控制远端的电源、摄像机开关等。现场传回的视频图像可以直接存储在控制主机上，可方便快捷地实现资料的存储、更新、查询、备份，为执法工作提供依据。
7、浏览客户端：
浏览客户端支持C/S和B/S两种结构。浏览用户不仅可以通过有线的IP互联网络进行视频浏览,还可以通过3G无线网络在任何地点任何时间进行现场视频画面的浏览切换。
此方案设计采用网络监控和显示器来完成所有摄像机信号的显示，并通过电脑硬盘进行录像，根据对录像资料保存时间的需求配备相应容量的硬盘。根据实际情况，选用纯视频的硬盘录像主机。监控端主要是由PC客户端、网页、手机客户端来完成。
PC客户端观看：管理部门和监控中心可通过我公司提供的专用客户端软件通过专网/互联网同时查看所有网络摄像机实时图像，客户端具有多画面分屏查看功能，所有监控点图像一目了然，并可对热点区域进行全屏观看。
此外，主要功能还有：
→ 组合显示多视频画面进行图像浏览，并可以一对多和多对多的视频轮循。这样，容易出现灾情的地方作重点监控，其余的地方可以轮循监控；

→ 支持监控终端与前端的点对点语音对讲。如果监控中发现前端出现危险行为 ，则可语音警告；
→ 远程控制云台和摄像头等外设。配有对前端的摄像头图像的色彩度等的调节功能；
→ 报警及视频联动。可以在前端接入烟雾报警器，一旦报警，监控终端立马听到报警声音、收到报警信息，同时系统可以弹出报警点的图像，地图定位显示报警地点的具体位置，方便值班人员准确获取信息，及时向上级林业主管汇报情况；
→ 本地抓拍图像、录像及检索点播录像；

8、系统管理
u 对于用户的三级管理模式，我们为其提供了分级权限管理功能：系统管理员可以通过管理系统对管理人员进行权限分配，管理中心管理员可以查看所有监控点视频、云台、音频等权限；各二级管理点只能对其所辖区域设备进行管理。
u 远程管理方式：可通过电脑或手机进行视频查看和管理。由于平台采用账号管理方式，不需要记住繁琐的类似DDNS这类IP地址，只需通过管理员分配的账号，就可对其所辖区域的所有设备进行视频查看和管理。几乎支持所有流行的智能手机系统（windows mobile，Symbian，Android，IOS）；
u 录像管理：可根据设备进行时间段内录像的查询和观看，同时支持多画面录像回放；
u 设备管理：实现对所有前端设备的管理，包括设备绑定、操作日志查询、设备状态等。
四、产品介绍
2/4路视频服务器(DVS)
P-7800N-02/04网络视频服务器（DVS)支持2/4路模拟视频接入，华迈千里眼DVS网络视频服务器实现从原有模拟监控系统平稳过渡到数字监控系统。优化后的H.264压缩格式，保证了在不牺牲图像质量的前提下占用最小的带宽，通过互联网可实现电脑和手机远程视频监控。
产品参数
视频规格  　
D1（704*576）、VGA（640*480）、QVGA(320*240)、QQVGA(160*120)、CIF(352*288)、QCIF（176*144）
帧率 　    
25fps 向下连续可调 
视频压缩  　
H.264
码率大小    
8k-3M 连续可调 
动态侦测    
支持全屏或者分散的多区域移动侦测
报警抓拍    
5张连拍，时间间隔可调
断电恢复    
支持，来电自动恢复初始工作状态
网络接口    
标准RJ45接口，10/100M自适应 
网络协议    　
TCP/IP、FTP、ADSL、DDNS、UPnP、PPPoE 、HTTP
动态域名解析 
支持
报警      
上传或TF 卡存储报警图像 邮件发送报警图片
安全机制  
用户密码权限认证
查看 　 
机身内置网络服务器功能，支持IE或其他网络浏览器浏览视频并可支持主流运营平台 
云台      
支持485接口外置云台(PELCOD协议)
图像设置 　  
亮度、对比度、饱和度、色度 、场景、特效
视频通道
2/4路模拟视频接入
报警 IO 　 
无
本机存储   
SD/硬盘存储
语音 　 
无
产品配套
一分二视频转接头
电源  　
DC 12V/1A
外部接口
RJ45、电源
运行环境
1．  温度—— -20~50度
2．  湿度——20~80%
3．   功耗——12W