大型数字高清视频安防监控系统改造工程分析和启示

■ 朱明初

上海科技京城安防系统改造工程，具有典型的代表意义。项目的实施，对推动上海市数字视频安防监控系统的发展和大量老旧模拟系统的数字高清化工程改造，具有一定的借鉴和指导意义。

上海科技京城安防系统改造一期工程通过了技防验收。这是一个采用全数字视频来设计的总共800多路图像，一期工程共布置405个720P的高清摄像机，一期投资为195万。这对于化解一些系统集成商、工程商对上海标准的数字视频监控系统设计、施工、调试的畏惧来说是一个很好的案例。下面对该案例进行系统分析，可能会对推动上海市数字视频安防监控系统的发展和上海大量的老旧模拟系统的数字高清化工程改造具有一定的借鉴和指导意义。

该项目于2012年11月30日招标，笔者参与了该项目从早期策划、现场勘案、规划设计直到招投标的一系列过程。并受上海技防办的派遣，参加了对该项目的技防评审和验收工作。

上海科技京城，位于市中心北京东路，东临外滩，西连人民广场，背靠苏州河，面向南京东路步行街和福州路文化街。占地面积2.3850万平方米，总建筑面积20.6平方米，为左右2幢32层的智能化办公大楼，中间簇拥7层的中心商场和地下2个层面。另外还有6万平方米的裙房烘托，气势恢宏。整个区域浸润着大上海繁华商贸的历史与文化。在这样的5A级大型智能化商办楼群中，安防系统是必不可少的。早在1999年京城就建立了安防系统，单摄像机就有近300只，在当时是属于上海不多的大型监控系统。其中还几经改造增加，直到去年初，甲方认为必须进行彻底改造，按照上海地标DB31/329.8《重点单位重要部位安全技术防范系统要求 第8部分：旅馆、商务办公楼》对整个系统改造，需要设置近800多台摄像机。

由于京城以前的模拟系统的视频电缆已经充满了整个弱电桥架，无法再增加新的视频电缆。在300多路视频的基础上再增加近500路图像系统的改造已无法采取模拟方案了。而且这是经过对多种模拟系统方案分析，并综合了施工、管线、桥架改造，新增大型模拟设备，图像分布（分楼层设置）存储，而产生的可靠性，管理上的艰难性等分析，结果显示综合费用大大超过数字系统方案。还有施工中不能影响京城中数以千计的单位办公营业，因为这里是上海集成电路孵化基地，有像华东电信设计研究院等几十家大型著名企业入驻办公。承担着华东地区4G网络研发测试的重要职责，并被誉为“头脑之都”，城市里的硅谷。赛格电子市场内几千家商户在营业，整个京城业务繁忙，人流量十分巨大。

甲方在多方调研并征询有关专家及单位建议下，决定采用全数字高清方案来规划京城的安防系统，特别是视频监控系统，并认为这是视频安防监控系统的发展趋势。招标文件拟定时，上海市公安局技防办的沪公技防（2012）009号文件尚未发布。数字高清视频系统到底如何设计，才能通过上海技防验收。因为数字高清和模拟标清在系统设计、传输、存储，显示上墙，以及各种设备的配置上是不同的，检测中心的检测方式也有差异。但通过技防办的验收这是共识。正当甲方和技防从事单位在蕴酿改造方案的时候。上海市公安局9号文件的发布，对困惑中的项目筹建组犹如一场及时雨，顿时有了方向，增强了对项目的实施信心。于是，开始了对项目的正式实施。上海申程公司是上海技防从业一级资质单位。总经理和项目负责人都长期从事技防工程设计施工。在努力学习和理解9号文件的基础上，按照《本市数字视频安防监控系统基本技术要求》调整了部分的设计及施工方案。于2013年1月25日通过了技防工程初步设计方案的评审。（当时《关于数字视频安防监控系统基本技术要求》的补充说明讨论稿尚未出台）。

一、上海科技京城安防系统项目概况

（一）工程需求概况

科技京城安防系统改造工程（一期）主要有东楼、西楼两幢32层办公楼的办公区域与外界相通的出入口、车库出入口、办公区各楼层的楼梯出入口、电梯厅、楼层部份走廊、监控室、重要机房、室外部份组成。其中，东西楼各有一个主出入口，3个次出入口。设有独立的地下汽车库一座。地下一层、二层为汽车库、商铺和物业工程部共用，有三个出入口。两幢楼之间有四个人车混行通道，主楼与裙房相连。监控系统中心设在东楼地下一层。

根据国家、行业、上海公安局技防办的相关要求，以及科技京城相关的需求。依据现场勘查，新增了405台全数字高清摄像机来组成数字视频安防监控系统，以及8个红外探测器组成二次供电供水报警系统。

（二）系统的组成

根据验收的结果来看，科技京城数字高清视频安防监控系统的设计较好地贯彻了国家、行业、地方标准。特别是把数字视频基本技术要求和科技京城的实际情况综合起来。并参考了国际、国内在数字高清视频监控方面的先进的设计理念。使系统的配置、设计、施工整体性价比等更趋合理。

1．视频安防监控系统设备

① 前端：

采用彩色高清网络摄像机405台（其中枪机104台，半球机293台，智能球机8台）。

图1

② 传输：

采用26台接入交换机，2台二级汇聚交换机。

③ 终端：

采用26台网络数字录像机，26台19吋液晶监视器，1台46吋液晶监视器，1台核心交换机，1台数字矩阵，1套视频服务器，1台网络键盘。

2. 入侵报警系统

采用8个红外探测器，1台报警主机。

（三） 系统总体结构图

在验收后，针对所用设备，画出的总体结构图如图1。

二、项目技术方案和施工分析

1．前端设计：

采用了彩色低照度网络摄像机（半球和枪机），图像分辨率（像素）≥1280×720。采用标准H264 main profile5.0视频压缩技术，压缩比高，码流控制准确、稳定。

由于其采用的是超低照度和超宽动态的1.3M（1280×720）1/3吋CMOS图像传感器，故图像清晰度高，其宽动态范围可达120dB，功能要求也符合规范，支持SD卡存储，支持双码流传输。数字实时图像可通过解码器在液晶监视墙上显示，数字存储图像可直接写入数字专业型数字录像机的磁盘中。

球机采用室外彩色高清智能球机，采用高性能的100万EXMOR 1/4吋COMS图像传感器。由于其低照度，超级宽动态效果，加上图像降噪功能，使得白天和夜晚图像都有较好的展现效果。其独特的三维定位功能，使在捕捉目标时，方便、精准、快捷。功能也符合技术规范要求。经检查，以上前端符合沪公技防（2012）008号文和（2012）009号文的要求。并具有公安三所的检测报告。

前端摄像机布控标准基本按数字视频安防监控技术要求附录一中的A级要求进行点（纵深）、线（水平）、面（区域）的计算。但采用的是B级清晰度的摄像机。例如：地下车库和通道出入口都标明了尺寸。宽度大于4M的都按装2台720P摄像机。

在前端设备的安装上，基本按京城的实际情况而定。总体布置上，在室外部分采用高清智能快球，地下层及1F等楼层，以及无吊顶位置的选用高清枪式摄像机，其他部分选用高清半球摄像机。

在镜头的选择上，为确保摄像机像素不损失，全部选用了具有按照沪公技防（2013）002号文本市视频安防监控用摄像机镜头技术规范规定的并通过公安三所检测的百万像素自动光圈镜头。其中半球选用的是1/2.7吋，2.7-9MM200万像素镜头，枪机选用的是1/2吋 3.8-12MM C接口200万像素镜头。

该系统设计时选用了手动变焦范围大的镜头，目的是可灵活调整目标监控区域图像的有效画面，捕捉最佳的画面效果。同时也扩大了对摄像机安装位置的选择。同时为了进一步提高图像晚间的成像清晰度，发挥所选用的低照度摄像机的最佳效能，特地选用了通光量大的1/2吋镜头。

在安装位置上，尽量做到了不产生俯视和侧视，尽量避免了或减少了图像的逆光现象。

在安装的方式上，室内摄像机朝向一致向内。监视车库出入口、自行车库出入口等摄像机也统一向里。避免了出现逆光而影响图像质量。

经现场验收时察看图像，其出入口图像能清晰显示人员面部特征。地下停车库出入口的图像能清晰显示进出机动车牌号和进出人员的体貌行为特征。主要通道内、电梯厅、楼梯口等图像均能清晰显示进出人员的体貌特征。

22部电梯桥箱的摄像机全部采用了720P高清摄像机、无楼显。

灯光的配置上，为确保室内夜间在摄像机监控范围内平均照度不小于50LUX。甲方工程部作了加强灯光照度的配合。在室外监视区域也增设了灯光。在出入口配置了用于夜间看清车辆牌照的聚光灯，并作了防光线散射的处理，以避免影响驾驶员对车辆的正常行驶。经过这些灯光的增设，使夜间图像达到了技防的要求。

2．网络传输

网络高清摄像机采集的数字信号，必须借助传输网络才能将图像信号传送至监控中心。传输网络是本工程能否达到预期目标的关键。施工方为科技京城规划设计了安防监控专用网络。该传输网络采用了“接入—汇聚—核心”的三层网络交换结构。

① 接入交换机

工程共配置26台接入交换机，通过超五类网线汇聚前端高清数字视频信号。为使网络传输距离不大于75米，分别在东、西楼及相关的弱电间内分别安装了26台接入交换机。使相邻楼层的摄像机就近接入。供电采用非POE方式的独立供电模式。每台接入交换机配置24个10M/100M/1000M自适应以太网电口，4个1000M以太网SFP端口。其交换容量192G（全双工）。整机包转发率为42M。该机为二层线速智能型可网管的千兆以太网交换机，既可作接入又可作汇聚。一般720P高清网络摄像机在H.264编码格式下，以25帧/秒图像所需占用的网络带宽为4M计，交换机网口选用百兆即可。而对于传输带宽的估算为：每台24口交换机：24×4×2÷0.45=426.6M，故该千兆交换机是合适的。

② 汇聚层交换机

汇聚交换机是多台接入交换机的汇聚点，负责接入和处理所有接入该汇聚层的交换机的信息。并通过上行链路向核心层传输信息。

东楼和西楼各设一台汇聚层交换机，该交换机具有24个10/100/1000M以太网电口。4个复用的SFP千兆端口，两个扩展槽位，背板带宽256G，交换容量192G（全双工），包转发率96M。可提供高性能、大容量的交换服务。增加10G扩展模块后可支持10G的上行接口。

心交换机。另20台接入交换机分别连接2台汇聚交换机。汇聚交换机上行

以2路千兆绑定，保证信号的带宽。

③ 核心交换机

核心交换机用于完成接入层交换机和汇聚交换机等各种数据的汇聚接入，并为流媒体系统提供1000M接口，满足视频直接、存储、点播等功能。科技京城配置的核心交换机为高端多业务路由交换机，主机备有3个业务插槽，双电源冗余备份。配置的交换路由引擎能提供24端口的千兆电接口，供汇聚交换机以及相关设备的接入。配置了1台48端口的应用层千兆网电接口交换机。用于26台数字硬盘录像机接入、及高清解码器的上墙等等。其整机交换容量为960G，包转发率为720M。能提供完善的安防防护机制，能从控制、管理、转发三平面全面保障网络的安全。

数字录像机设备置于监控中心的数字视频安防监控系统。其前端设备接入监控中心所需的实用带宽应≥系统接入的视频路数×单路视频码率＋允许并发显示的视频数路×单路视频码率。405×4＋（16×8+17）×4=1620+580=2200M。接入监控中心传输带宽为：2200M/0.45=4888M。故选用的万兆级核心交换机是能够胜任的。

因投资成本的关系，核心交换机没配足够的光口，故有的接入和汇聚交

换机上传端口配置了1000M的光收发器，将电口信号转成光口信号进行信息 传输。

④ 传输电缆的配置

炎症以红、肿、热、痛和功能障碍为主要症候。炎症性疼痛主要指炎症部位受到机械性刺激所引起的疼痛，而这种刺激诱导的疼痛特指炎性痛觉过敏。炎症介质（如缓激肽、组胺、花生四烯酸、白细胞介素1、肿瘤坏死因子α和神经生长因子等）直接或间接激活TRP通道，使其敏化，疼痛感受器的兴奋阈值下调，对刺激反应性增加，引发痛觉过敏［12］。

网络摄像机信息接入交换机采用超五类网线；

网络摄像机电源供应采用RVV2×1电缆线；

汇聚层至核心层采用单模光缆和超六类连线；

室外球机信息采用单模光缆传送；

室外球机电源采用RVV3×1.5线缆供电。

⑤ 检验报告

科技京城数字视频传输网络所用的29台接入、汇聚、核心三层交换机都具有技防办认可的，信息产业部北京电话交换设备质量监督检验中心检验合格的检验报告和国家工业和信息化部颁发的电信设备进网许可证。

3. 存储

京城采用了26台16路的嵌入式全数字网络硬盘录像机。720P选用4M/秒码流，24小时录像保存30天，每台NVR所需容量为：16路×4M×3600×24×30天÷8÷1024÷1024=19.77T。每台网络数字硬盘录像机配了7块3T监控专用硬盘。

经调看录像，满足30天图像存储要求。

前端备用存储：2M×3600秒×6小时÷8÷1024=5.27G，选用8G SD存储卡。

4. 显示控制

系统共配置28台19吋高清液晶监视器和1台46吋高清液晶监视器，19吋显示器显示分辨率为1280×1024，显示比例4比3.46吋显示器分辨率为1920×1080，显示比例为16比9。

其中26台19吋显示器分别接26台数字硬盘录像机用于16画面显示。

1台19吋显示器＋1台46吋显示器用于图像切换显示。按照规定切换显示窗口数量为：17.46吋以16个显示窗口，19寸为一个显示窗口。

系统配置了一台8路高清解码器，通过软件客户端设置后，实现1920×1080分辨率的图像解码功能。

系统配置了一台网络控制键盘，可通过以太网实现对球机的控制，图像解码上墙并自带显示屏可实现图像显示。

经现场操作手动摇杆控球，图像切换方便，球机的跟踪延迟度尚可接受。

5. 综合管理平台

该系统配置了视频服务器一台，系统集中管理软件一套。实行对系统所有设备进行统一集中管理和控制。

平台系统结构设计从根本上决定了系统所能提供的业务服务规模和水平。其软件采用了在工业标准的J2EE三层体系结构基础上构建的面向业务的四层体系结构。（其体系结构图如图2）

图2

这是当前几乎所有的企业级业务平台所普遍采用的平台架构之一。

该平台的基础管理功能强大，能实行各种用户管理。监控管理（实时监控，分组轮巡）、录像回放、图像抓拍、视频加密、流媒体管理、存储管理、电视墙管理、录像查询、设备管理、日志管理、信息发布等等。

该平台能直接与“上海安全技术防范监督管理平台”联网。

该平台能满足上海数字视频安防监控系统基本技术要求中第5大项中的各条功能要求。

6. 供电、接地、防雷

（1）功耗及供电

前端摄像机功耗：5.5W×405个＝2228W；

由中心机房分成若干路对摄像机进行集中供电；

网络视频录像机及显示器功耗每套约：100W；总共约2600W左右；

交换机功耗约：50W*29=1450W；采用二路供电，自动切换模式；

监控中心配置一套2000VA的UPS电源，84AH12V全密封免维护的蓄电池， 给前端56台重要位置的摄像机供电，电池能保持不低于半小时的续航能力。

（2）系统接地

系统采用联合接地方式，接地电阻小于1Ω。由接地排引至中心机房，与机柜连接采用25MM²铜缆；

（3）防雷措施

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，给8台安装在室外的智能快球配置了防雷浪涌器。

7. 监控室布置

由于监控中心被消防、广播、楼宇自控、防盗报警、原庞大的视频监控机柜等占据，又不能轻易搬移，只能在监控中心的西南角处另建。墙角中心放了一台46吋液晶监视器，下方配置了4台19吋液晶监视器。用作切换显示。左边配置28块19吋液晶显示器，右边预留26块19-22吋液晶监视器（二期工程使用），用作数字硬盘录像机一对一16画面显示。一台特制的二工位操作台上放置了一台遥控操作键盘。二台视频服务器、客户端液晶显示器。屏幕墙左边放置了一排四台网络机柜，内置26台数字硬盘录像机以及网络交换机等等设备。整个布局占地面积不大，值得受场地面积限制的监控工程机房借鉴。

三、对科技京城数字视频安防监控系统的评价

安防系统作为科技京城安全管理的关键系统，必须保证能安全、正确、可靠地按设计的相关功能运行。此系统作为上海9号文件发布后较早评审的数字高清视频安防监控系统改建工程，其无论在前端布控、网络传输、系统平台还是综合应用方面都具有相当的规模。能否保证系统24小时不间断地提供服务，系统的可靠性是关键因素之一。为此，项目组对从前端到终端都采取了相应的措施，这些前面所述中都得到了较好的体现。

整个系统中的网络高清摄像机、百万像素高清镜头、存储设备、高清解码器、智能键盘、管理平台等。全部采用了同一国内第一著名品牌的产品。网络传输系统设备也是选择了同一国内第一著名品牌的产品。公安部三所和信产部的检测报告齐全。这些都是项目成功和可靠的有力保证。

由于该系统拥有良好的兼容性和通用的软硬件接口，有利于硬件和软件的协同运行，可很方便的进行纵向扩展，方便用户的二次应用开发。系统具有实施大容量横向扩展的能力，可将二期及以后的近400路高清视频图像接入该系统。并可将防盗、门禁及出入口管理、停车场管理、电子巡查、报警联动等纳入该系统作统一调控。完成科技京城大安防的架构，满足新的安防业务需求，提高了物业对安防集中统一管理的能力。

现在该系统已经配合设在西楼西北角的南京东路派出所警务站和西楼大厅里的平安京城联动服务中心平台对进入办公区的人员进行适时监控，对行为有异常的人作重点监视。并配合人防（保安人员）对事件进行协查，为公安部门留下了可供侦查的视频图像。使楼宇内部及周边拎包扒窃、入室盗窃的发案率明显下降。有效维护了大楼的平安。

该系统的时效性价比较高，195万的价格，半年时间内通过评审、检测、验收、整改并交付甲方使用，获得公安部门的肯定，实属不易。

在上海推进数字视频安防监控的过程中，部分工程商对大型系统，特别是在调试和系统设计时产生有畏惧心理。那么，科技京城项目的成功对这些工程商来说，无疑是提升了信心。对某些投资方（甲方）在安防工程改、扩建中听到要用数字高清监控系统后感到高兴。但见到有些系统集成商的报价后又感到无奈，很难接受。那么，科技京城项目的时效性价比对投资方来说是一个很好的参考。对有些工程商来说敲了一次警钟。

科技京城安防改建项目的成功，将有力推动上海安防视频监控向数字化、高清化方向迈进。

四、系统存在的问题以及可改进之处

科技京城改进安防项目虽然是成功的，但还是存在一些值得商讨和改进的地方。

例如：部分楼层的摄像机安装位置，文本资料和图纸的正确性、规范性，设备安装的整齐性等等方面还存在少量问题。这些都是可以通过整改解决的。

电梯内安装的网络摄像机随行电缆，是需要改进的。

系统设计架构采用数字硬盘录像机进行存储，虽然具有说不尽的好处和优点，也符合上海数字技术规范要求。但若能采用综合型数字网络视频录像设备存储，则会更符合高清大系统的架构。系统的存储扩展升级会更方便，更能适应前端高清升级的要求，系统会更先进。当然价格也会略高些。若和二期再扩建400路高清数字图像结合起来，会使传输系统核心交换机设计架构更合理，可共用一台核心交换机。就目前来说该系统也可采用二级核心交换来设计。另外，系统中采用的接入交换机选择的参数太高，欠合理。

系统中配用光纤收发器转电口来代替光口的方法，虽然实用，性价比也很高，但在传输匹配性和通过多节点转换后的可靠性有时会存在些问题。所以一般在这种大系统中不推荐使用。

显示器采用19吋分辨率为1280×1024不妥，不符合上海数字视频安防监控系统新要求。建议二期中改为22吋，分辨率为1920×1080的高清显示器。

室外网络高清摄像机的设置应以1080P为主。

五、结束语

尽管项目中还存在这样那样的不足之处，但科技京城安防系统改建项目的技术设计架构是在《上海数字视频安防监控系统基本技术要求》发布前就已经完成设计并招标的项目。作为科技京城的上级单位新黄浦置业（上市公司）对招标投资的每一分钱都是会经过预算和审核的。我们认为该项目的实施是成功的，项目的质量是好的，技术是成熟的、实用的。系统的开放性、可扩性、兼容性、安全性、可靠性等是好的。系统的设计和产品选择在标准化和规范化方面符合国家和地方标准和要求。

以上是对验收该项目后的体会，供同行们参考并指正。