采用百兆网络摄像机实现水电站数字视频监控系统的设计

项目背景

某水电站建设于90 年代中后期，库容约60 亿立方米，装机容量超过300 万KW，是我国在西部地区的重要能源输出企业， 在西部电网中占有重要地位。近年来，由于企业管理水平提高，原有模拟CCTV 系统应用不够方便，逐渐不能满足实际应用的 需求，亟待为该系统进行改造。

系统结构

根据项目的实际情况以及实际的位置分布情况，我们可以将系统简单的划分为网络摄像机前端以及接入网络、中心服务器 集群、内网访问用户（包括监控中心以及普通客户端）、远程网络用户访问4 个部分。

其中，内网访问用户包括距离中心服务器较远的多个用户，与核心服务器之间提供 1000M 网络连接。另外，设计系统的外 网访问按照10 路进行预留。系统结构如下图所示。

在网络的构建上，将所有摄像机按照分区接入，区域集中汇聚的方式，包括分布于水电站大坝以及水库上游区域、坝体以 及各级泄洪洞以及泄洪闸控制设备间、发电机进水口以及闸门控制设备、水轮机层、励磁层、发电机层、变电站、开关室等各 个区域的摄像机，均按照就近接入区域交换机的原则，采用百兆网络将摄像机连接到附近的接入交换机；接入层交换机与核心 交换机之间采用光纤连接，汇聚到核心交换机。

部分较远、摄像机较少的区域的接入交换机采用二次汇聚的方式，保证了足够的带宽和网络状况的良好，如上图所示。

前端选择

本系统中的前端摄像机，包括部署于广场、出入口、生产区域以及重点设备等多种监控场景，使用环境差异大。特别是对 于重点运行设备的监控点位，要求采用高清摄像机提供清晰的图像。

英飞拓提供了适应不同应用环境、种类丰富的前端设备供用户选择。包括用于场景监控 V1700N-M 系列日夜型网络快球， 用于固定场景监控的V6102-M 系列日夜型网络枪机等。所有摄像机均支持MPEG4/MJPEG 双编码格式，MPEG4 格式支持主副 双码流同时输出，在提供高清晰度图像的同时，也可以为一些与中心连接速度有限的，例如网络远程访问用户，在较低带宽下 提供流畅的图像。

本次建设中，系统的部分重点安保部位使用了英飞拓 V6201-M 系列百万像素网络枪机。该摄像机支持高清分辨率输出，提 供了优秀的图像品质，受到用户的好评。

另外，本次所采用的摄像机均支持 POE 供电，可以为项目施工以带来很大的便利。

中心架构

考虑到系统的前端数量较多，我们采用了多台服务器并行运行的方式，由中心管理服务器对各个服务器模块进行统一管理， 实时监测服务器的运行状况，根据预定策略，为用户给出管理提示以及故障告警，在系统存在管理需求或者出现异常的时候， 可以提供声光告警，提醒用户进行处理。

考虑到软件的后端用户数量较多，为减少前端设备的运行压力，我们为用户设置了单独的流媒体服务器，所有客户端访问 图像时均从流媒体服务器进行获取。在流媒体服务器出现断线的情况下，仅具备一定级别的用户可以通过直接和前端建立连接 以获取图像资源。在流媒体服务器恢复正常时，用户自动重新从流媒体服务器获取图像。

常规数字系统的存储构架包括前端存储和中心存储两种方式。在设备前端进行存储可以减小网络中实时传输数据的数据量， 减小网络的压力，但是，存储数据可靠性受环境影响比较大，并且存储容量受到较大限制。本系统采用了在数据中心采用NVR + IPSAN 的方式作统一存储，采用RAID5 技术构建的磁盘阵列；为用户摆脱了存储容量上的限制，保障了长时间大容量数据存储 的连续性和可靠性。

由于采用中心存储的方式，所有前端摄像机的图像需要实时传回数据中心，因此，系统的中心平台管理服务器、流媒体服 务器、录像服务器均直接接入核心汇聚交换机，保障足够的应用带宽。考虑到服务器网络端口的可靠性，采纳了负载均衡技术， 提高了服务器网络接口的可靠性。

报警联动

鉴于应用环境的需要，本次监控系统建设需要与消防报警系统联动功能。系统包括部分已经建设的火灾报警系统，同时需 要为部分新增点位添加红外行人探测等功能。在消防报警部分发生报警输出时，需要将该探头附近的摄像机调出到监视器上进 行显示。另外，部分摄像机在观看时需要联动附近的灯光，以提供充足的照明。

英飞拓软件提供了在数字前端直接接入开关量、采用 V2431 接入开关量、采用RS232 端口接入报警码、采用TCP/IP 网络 接入报警指令等方式，易于集成主流报警设备，例如HONEYWELL 的VISTA 系列等等。这些报警信号可以直接进入V2216 管 理平台，由CMS 模块统一进行管理，屏蔽前端差异。软件中采用统一的报警编号规则，实现视频联动、电子地图等功能。如下 图：

用户原有模拟系统连接采用英飞拓公司的报警接口单元 V2431 实现消防报警到CCTV 系统的接口设备。V2216 网络视频管 理平台充分考虑了对用户历史投资的保护，对模拟系统设备提供了良好的支持。软件平台中采用串口将报警接口单元V2431 完 成对火灾报警信号的统一接入，除此以外，可以采用的方式包括采用串口直接连接到中心管理服务器，或者将报警主机信号接 入串口服务器，再经过网络传输到CMS。对于具备网络接口的报警主机，可以直接通过中心管理服务器通过以太网进行接收。 此外，英飞拓还可以根据用户需求，进行报警接入信号的定制。

其余在新增点位附近有需要接入报警的，可将其开关量信号就近接入前端摄像机的IO 口，接入软件进行管理；对于有灯光 联动的，将摄像机的报警输出连接到相应设备上，通过继电器即可实现对灯光照明等设备的控制。系统中对报警信号的响应和 处理由中心管理服务器来完成统一处理。

远程浏览

系统的另外一个重要功能是实现远程用户浏览。除常规用户外，部分用户需要通过网络实现远程观看功能。借助于互联网， 英飞拓 V2216 系统软件提供了网络远程视频观看的支持，用户可以采用客户端或者浏览器通过互联网远程观看系统内的视频图 像。

V2216 网络视频管理平台提供了Web 服务器模块，根据系统策略，用户通过互联网可以获得与本地用户相同的权限。软件 的用户漫游功能使得用户从任意点登陆均可获得系统内同等用户权限，包括视频浏览，录像查看，日志查询等功能都可以通过 远程完成，使系统可以延伸至任意角落。

本系统中，一个分区域与主区域之间仅有 10M 带宽连接。由于带宽限制，必须对用户观看数量和视频资源使用采取一定的 策略，以保证具备较高权限的用户能访问图像资源。

针对有限带宽下的应用，V2216 提供了包括限制用户实时访问的视频数量，允许高权限用户抢占通道等等策略，保证了在 带宽有限的情况下，高权限用户可以优先得到视频图像。V2216 为特定用户组设置了连接数量限制，限制该组用户同时观看的 视频总数；同时，还可以为用户可查看的码流进行限制，对低权限用户可以采用仅查看子码流或者在设置的上限带宽临近的时 候，自动将权限级别较低的用户切换到子码流进行显示；在高权限用户访问带宽使用较高时，可以抢断低权限用户使用带宽， 并在低优先级的用户客户端上进行提示；待高权限用户释放掉访问资源后，低权限用户可以自动恢复连接，以充分保证高权限 用户的观看需求。

录像管理

另外一个重要的特点是V2216 网络视频管理平台中NVR 模块对前端录像功能的深入理解。考虑到录像的实际需要，一个系 统中不同摄像机点位的重要性的差异是比较大的，英飞拓为网络录像模块引入丰富的录像策略管理。

以该系统为例，需要对常规点位采用 15 天录像，对蓄水大坝、发电机层、励磁层以及电厂核心区域的重要出入口等位置， 需要设置1 个月甚至更长的录像时间。V2216 网络视频管理平台的设计中充分考虑到这一点，用户可以设置灵活的录像策略， 对不同的摄像机应用不同的录像管理策略，实现对重要通道进行长时间录像的功能，需要修改录像长度时间时，仅需要修正相 应的录像策略，即可达到对采用该策略的摄像机的录像方式进行统一修改。

出于安全考虑，部分摄像机点位需要在部署于异地的服务器上进行重复录像。NVR 软件模块可以将有需求的点位的录像文 件在异地进行镜像保存，提供网络容错功能，在远程网络故障断开一段时间再次恢复后，可以自动将本地存储空间的文件同步 到远程存储空间中，为录像文件提供了可靠的后备，整个过程仅需要设置相应的录像策略，无需人工干预。

NVR 服务器模块可以提供再次压缩功能，对有超长时间保存需求的摄像机通道的历史录像文件进行体积压缩，以达到节约 空间，实现超长时间保存的功能。

管理控制

V2216 网络视频管理平台系统继承了英飞拓矩阵的主要功能特点，用户可以方便的在电视墙上实现系统巡视、成组切换等 常用功能，通过客户端，用户可以远程接入管理、观看和操作系统，便于实现。此外，软件具备丰富的报警处理与管理机制， 根据不同的状态输入，可以触发录像、触发图像报警联动以及在指定的客户端进行告警等等一系列灵活的处理过程，更切近用 户的实际需要。

基于 V2216 网络视频管理平台系统灵活的架构，用户可以根据需求进行合理的配置，以达到组建巨大前端接入数量的系统。 通过软件系统联网，可以为用户构建分布式的超大型数字视频监控网络，为用户提供更安全、更便捷的视频应用平台。

本系统建设完成后，不仅满足用户的安全防范需求，同时为用户的生产管理以及决策提供了辅助支持，为其它后台图像应 用提供良好的基础。

V2216 网络视频管理平台介绍

V2216 网络视频管理平台是一套采用模块化设计，支持多服务器并行的大型数字视频管理软件。根据支持视频的路数功能 的不同，分为基础版，专业版和企业版，单中心最大支持9999 路视频图像接入，多套软件之间支持级联，以组建更大的数字视频系统。

软件平台的主要功能模块由中心管理服务器模块 V2216-CMS、流媒体转发模块V2216-SMT、网络录像模块V2216-NVR 以 及客户端模块V2216-LMC 构成。

中心管理模块CMS

中心管理模块主要完成系统其他所有模块的管理，负责的功能包括系统结构配置管理、管理其它软件模块运行情况、提供 运行状态监测、协调多个软件模块的并发运行，同时对前端点的接入和对后端用户的访问及控制权限的限制。此外，CMS 模块 可以提供系统整体的运行状况报告，对其它模块的管理和运行状况监测。

V2216 网络视频管理平台充分考虑到系统的可靠性要求，系统的CMS 模块支持采用双机冗余热备方式架设服务器，在主服 务器出现异常的时候，后备服务器能自动接管服务，保证系统的不间断运行。

CMS 可以管理灵活的结构配置，用户可以根据需要SMT、NVR 模块在多台服务器上并行运作，组成流媒体服务器集群或 者录像服务器集群，从而构建可靠满足更高应用需求的系统。

在软件的管理上，接入网络中的所有数字设备均可由管理服务器进行统一管理并提供状态诊断；软件体系中采用多级交叉 权限认证，确保了系统的安全性；软件支持高权限用户控制优先抢断，充分保证具备更高优先级的用户可以实时获取控制权； 多套软件平台之间支持多级、多种拓扑结构联网，适应范围广泛；软件具备强大的门禁、报警等系统联动功能，支持多种报警 信号接入方式，为用户提供完善的报警管理机制；除此之外，软件支持数字视频和模拟视频混合统一接入，屏蔽资源差异，为 用户提供标准的应用服务。

在软件的操作上，英飞拓数字软件提供了良好的人机界面。除提供标准树状目录供用户按照区域筛选图像外，系统提供了 强大的电子地图功能，用户可以通过软件的电子地图快速的查找到需要的摄像机图像；系统中的所有前端图像，包括快球、百 万像素摄像机等的图像都可以通过键盘在监视器上进行切换，兼顾了模拟矩阵系统用户的使用习惯。

流媒体分发模块SMT

SMT 负责按照系统配置，通过网络把从前端获取到的视频流转发给有合法视频请求的用户，根据实际设置，包括后台多个 客户端用户对同一个前端的实时图像访问、异地录像备份、远程多级联网等多种码流请求，都可以指定为由SMT 服务器负责实 现，以减少摄像机前端到中心的带宽占用，确保前端网络负载不会过大，保障实时图像浏览和录像。配合CMS 模块的接入管理， 可以准确的控制用户对前端的访问权限。

基于SMT服务器的引入以及多级转发功能的引入，V2216 网络视频管理平台的整体承载能力得到了一个量的飞跃：每个SMT 模块可支持300 路D1 或者1000 路CIF 视频资源的转发，单个CMS 模块可管理100 个SMT 模块。按此规模进行计算，单套软 件系统最多可以支持管理到12800 路D1/100000 路CIF 资源的转发；通过CMS 的联网，系统可以支持近乎无限路的视频资源转 发。

SMT 模块可以提供软件模块的实时运行状态给用户进行监测，在多台SMT 服务器并行协同运行的情况下，用户可以指定其 中的一台或者多台采用后备冗余方式工作，根据设定的冗余策略，正常运行的服务器由于硬件或者电源等原因出现故障时，其 正在执行的工作任务可以自动的由指定的后备服务器进行接管，由处于后备状态的服务器接替其工作情况。当故障服务器恢复 正常后，用户可以根据设定自动取消后备服务器的任务。

网络录像模块NVR

网络录像模块主要处理录像资料的存储写入、录像查询以及录像文件的生成管理等。NVR 模块支持定时/移动侦测/事件触 发等多种预定策略。通过为各个NVR 制定录像策略，可以组合实现用户的不同录像需求。 NVR 模块可以灵活的支持DAS/SAN 等多种存储方式，与SMT 类似，NVR 的录像策略也可以被灵活的指定，多台NVR 可 以协同运行，支持后备存储池，在录像服务器集群中的某台NVR 出现故障时，其当前服务可以被后备NVR 所接管，保持录像 服务的连续性，确保不会出现录像资料丢失。

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