某公园监控设计探讨

刘国壮, 陆 林

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司, 广东 东莞 523000)

0 引 言

大力推进生态文明建设,全面贯彻绿色发展的理念,是党的十九大提出的重要指示。城市公园作为城市生态文明建设的重要载体,优化公园建设,对于提升人民幸福感、促进城市绿色发展等方面具有重要意义。

目前,许多公园在完善数字化设施,游园的便捷性、幸福感等方面有很大提升空间。通过增设视频监控、环境监测、综合灯杆、趣味互动智能设备,可以让各种数字化设施与公园里的山水景观、人文特色融合起来,提升游园的人性化和安全性[1]。本文着重介绍了某公园在视频安防监控等方面的弱电设计。

1 项目概况

该项目位于珠海,为城市休闲公园项目,总占地面积约为19 272 m2,该公园主要由中央广场、亲水平台、篮球场、羽毛球场、乒乓球场、雨水花园、公厕等组成。公园平面效果图如图1所示。

图1 公园平面效果图

2 视频安防监控系统

2.1 系统结构

景区内的安全管理是园区管理极其重要的环节,稳定可靠的视频监控系统可以实现对各个景点安全、科学、有效的管理。在重要出入口、道路、主要景点、游客集中地段、事故多发地段布防高清带客流量统计分析摄像机,实现全天候、全方位24 h监控及人流记录,实现现场监督和安全管理[2]。

视频监控系统分别由前端系统、传输系统、控制系统及显示系统构成,整个系统采用全网络数字视频监控架构。前端系统主要负责各类监控信号的采集工作,设备主要为高清网络摄像机,可将图像模拟信号转换为IP网络数字信号;传输系统为摄像机的数字信号传输到监控中心的路径,其介质可以采用网线、光纤或无线网络,传输系统还包括交换机等设备。控制系统主要包括三维网络键盘、解码器、网络储存录像机及集中管理平台,用于对图像信号的分配切换、存储、处理、还原。显示系统配置监视大屏或液晶监视器。

2.2 系统要求

系统要求如下。

(1) 摄像头需实现各种遥控信号,包括:镜头控制变焦、聚集、光圈;录像控制定点录像、时序录像;防护量控制:雨刷、除霜、风扇、加热。

(2) 对视频信号进行时序、定点切换、编程。

(3) 察看和记录图像,应有字符区分并作时间(年、月、日)的显示。

(4) 实现同步切换:电源同步或外同步。

(5) 接收安全防范系统中各子系统信号,根据需要实现控制联动或系统集成。

(6) 内外通信联系。

(7) 安保监视电视系统与安全报警系统联动时,应能自动切换、显示、记录报警部位的图像信号及报警时间。

(8) 电源控制:摄像机应由安保控制室引专线统一供电,并由安保控制室操作通、断。对离安保控制室较远的摄像机统一供电,确有困难时也可就近解决,若系统采用电源同步方式的,则必须与安保控制室为同相的可靠电源。

2.3 设备选择

摄像头图像分辨率须达到1 080 P,即200万像素(1 920×1 080像素)。摄像头的像素是由相机里的光电传感器上的光敏元件数目所决定的,一个光敏元件就对应一个像素。因此像素越大,意味着光敏元件越多。目前市场上使用的光电传感器主要有CCD和CMOS两种。由于CMOS传感器具有低成本、低功耗、高整合度的优势,故一般选择CMOS光电传感器摄像头。

为满足夜间使用需求,所有网络摄像机应支持全彩夜视功能。摄像头样式具有枪机和球机之分。枪机的特点是能够提供较长的焦距,适合用于长距离室外监控。球机的结构紧凑轻便,安装方便,而且拥有360°无死角的全景视野,监控范围广。公园具有范围广、距离长的特点,摄像头应根据公园的不同位置选择样式,枪机适合于公园狭长的道路,而球机适合于较为宽阔的地方,如篮球场、广场等。

监控摄像头的焦距决定了监控画面的大小和有效可视距离,也就是监控的范围。镜头效果对比图如图2所示,为某一品牌枪机镜头效果对比图。由图2可知,镜头焦距越大,看得越远,视角范围越小;焦距越小,看得越近,视角范围越大。用于道路、出入口监控可选择8 mm焦距;用于广场等开阔区域适合焦距为4 mm及以下的摄像头,亦可选用变焦镜头。

图2 镜头效果对比图

监控摄像头电源供应有3种,即DC 12 V供电、POE供电、光伏供电。视频信号传输到监控室的方式主要有全段网线传输、网线加光纤传输和无线传输。其中,全段网线传输方式配置简单,但传输距离限制在约100 m,网线传输超过该距离会出现掉数据包,形成图像失真、延迟卡顿等情况;网线加光纤传输需增加光纤收发器等设备,但传输距离远,数据传输稳定。无线传输方式要求摄像头及录像机具备无线发射及接收功能,或摄像头带流量卡,将视频信号传输到云端。

200万像素的摄像头,如果是H.264编码,码流约4 Mb/s;如果是H.265编码,码流约2 Mb/s;如果是Smart265编码,码流约1.4 Mb/s。摄像机的码流分为主码流和子码流,主码流是用来高清预览和录像存储,子码流是用来多画面预览、远程预览等。码流越大,所需的存储空间也就越大,相同大小的硬盘录像时长也变得越短。本工程摄像头码流采用Smart265编码类型,智能Smart265编码相对于普通的H.264编码,解析效率提高75%,可节省大量带宽及存储成本。全段网线传输示意图如图3所示。网线加光纤传输示意图如图4所示。无线传输示意图如图5所示。

图3 全段网线传输示意图

图4 网线加光纤传输示意图

图5 无线传输示意图

2.4 工程设计

根据该公园的特点,监控应能覆盖游客主要活动区域,绿化带、水面等人员稀少的位置不在监控范围内。监控设计还应遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则,故提出如下视频监控设计方案[3]。

2.4.1 前端系统

从实用性和经济性角度考虑,摄像机选择固定焦距的枪机。道路摄像机选择6 mm焦距枪机,共17个,拍摄距离约为20 m,拍摄角度约为54°。摄像头平面布置图如图6所示。图6中扇形为拍摄范围,宽阔区域如篮球场、出入口、广场等选择4 mm焦距枪机,共28个,虚线框中的扇形为拍摄范围,拍摄距离约为12 m,拍摄角度约为86°。摄像机均立杆安装,离地3.5 m,与庭院灯合杆建设。

图6 摄像头平面布置图

2.4.2 传输系统

根据该公园摄像头平面布置情况,POE传输监控系统如图7所示;光纤传输监控系统如图8所示;无线传输监控系统如图9所示。

图7 POE传输监控系统

图9 无线传输监控系统

POE传输监控系统采用网线来布设交换机和摄像机间的网络通道,在传输数据的同时,为摄像头设备提供直流供电。用1根网线传输数据和电力,实现一线两用,最大限度地降低成本。以本工程为例,在管理房设置1台核心交换机,并在全园区分布设置5台2光口16电口的POE交换机,其中核心交换机和POE交换机之间采用4芯单模光纤连通,另需为POE交换机提供220 V

电源供电。POE交换机放置于视频监控汇聚箱内,内含防雷、供电等配件。POE交换机与周边摄像头则采用CAT6网线连接。

由于POE传输范围仅100 m,长距离传输视频信号需通过光纤。光纤传输监控系统是采用光纤介质来传输视频数据的。本工程在管理房设置1台核心交换机,并在离管理房半径300 m远不同方向,设置两台24光口2电口的接入交换机。接入交换机与核心交换机通过光纤连通,摄像机通过光纤直接与接入交换机和核心交换机连接,实现信号的光纤传输,且须另外布设电线为摄像机供电。

POE传输的优势在于无须再为摄像机另外设置电源线,接线简单。但POE方式信号传输距离短,超过约100 m会出现丢包现象,故需在摄像机附近位置设置POE交换机。光纤传输可远距离设置摄像机,最长可达2 000 m,传输距离远,信号传输稳定,但需要单独为摄像机提供布设电线管,且摄像机杆需设置抱杆机箱,增加工程造价。

另外,公园监控系统还可采用无线传输模式,摄像头供电采用太阳能供电。在前端网络高清摄像机各用1台无线网桥作为发射。监控中心用无线网桥来接收。接收端收到信号通过交换机把信号集中后再用数字矩阵或者硬盘录像机(NVR)存储显示。无线传输适用于比较分散,范围广、距离远、布线比较困难的公园景点,以及为了保存完好,不能布线施工的历史文化景区。无线传输劣势在于需确保发射跟接收之间空旷、无遮挡,如果有遮挡则需要将信号中转回监控中心,且供电不稳定,太阳能供电系统最少要保证在阴雨天,能给每一个监控点的前端所有设备提供24 h的电力。一些景区位于城市环境干扰较严重区域,要求无线监控设备具有强抗干扰能力[4]。

本工程的公园布线方便,且有树木遮挡,故采用有线传输方式传输信号更合适。从节约工程造价考虑,选择POE传输方案。

2.4.3 监控管理控制系统

由于本次系统建设只覆盖公园本地监控资源,因此只采用集中管理的方式,通过后端建设视频浏览管理终端和存储终端就可以完成高清视频监控资源的集中管理。

视频浏览管理终端由1台集中管理控制服务器(安装管理控制软件模块)组成,能够同时支持16路CIF画面,8画面高清1 080 P图像解码预览、满足全范围信息收集显示、具有快速响应等功能。

200万摄像机采用Smart265编码类型,按复杂场景计算,码流为1.4 Mb/s。

200万摄像头全天24 h的录像容量大约是15 GB。按照储存15 d,总中心负责整个公园的45路视图像的存储,本项目需要的总的存储容量为10 125 GB,约等于10 TB。

因此,存储终端为两台32路网络硬盘录像机,每台带8 TB监控专用硬盘。

3 结 语

为提高公园景观形象,减少林立的杆件,本工程以照明灯杆为基础,整合公园监控以及公共广播,形成多杆合一的杆件型式,从而达到资源节约、景观提升的效果。

本工程从前段系统、传输系统、管理控制系统方面对本公园的监控进行选型设计,可为公园监控设计人员提供参考。