基于物联网的校园视频监控系统设计

摘要：随着高校建设的需要，现代化的视频监控系统不仅是校园安防的要求，也是智慧校园的重要组成部分。文中基于物联网技术设计了校园视频监控系统，实现了监控系统的数字化、网络化及智能化，能够满足越来越高的用户体验要求，并能无缝连接智慧校园。

关键词：物联网；校园视频监控；数字化；网络化；智能化

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）17-3996-05

The Design of the Campus Video Surveillance System Based IOT

PEI Hao

（Changzhou Textile Garment Institute， Changzhou 213164， China）

Abstract： With the construction of colleges，the campus videosurveillancesystemis not only the requirement of the campus security，but also an important part ofSmart campus. The campusvideosurveillancesystemis designed based on IOT in this paper， which is digital，networkedand intelligent. It will meet more and morerequirements of users，and can beseamlessly connected to smart campus.

Key words： IOT； the campus； video surveillance system； digital network intelligent

随着高校建设步伐的加快，校园面积逐步扩大，流动人员也在不断增加，各种不确定的因素也校园的安全管理带来了很大难度，视频监控手段是维护平安校园的重要手段。然而，仍有很多高校的视频监控系统采用的模拟数字混合系统，已不能满足现代化数字化校园及智慧校园[1][2]发展建设的要求。因此，建设数字化、网络化、智能化的视频监控系统，不仅是要满足校园安防的要求，也是智慧校园的重要组成部分。

1 基于物联网的视频监控系统

1.1物联网简介

物联网[3]是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网主要包括感知层、网络层和应用层，感知层主要通过感知设备来对物获取感知信息；当物的信息被感知到，就可以通过网络层将数据传输到应用层进行数据处理；应用层主要对传输过来的数据进行处理，并根据需求提供多种应用服务。

1.2基于物联网的视频监控系统

如图1所示，监控系统基于物联网三层架构，其实现的基本步骤如下：

1） 感知层通过网络摄像头和拾音器采集视频和音频模拟信号，并实施A/D转换，经数字化的视音频信号通过视频压缩算法（如MPEG-4/H.264）和音频压缩算法（如G.729/ADPCM）进行压缩编码，通过IP数据包将数据传输至网络视频服务器及节点服务器。

2） 网络层基于以太网结构设计，网络视频服务和节点服务器接入以太网，在存储视频数据的同时将数据提交至云服务器。

3） 应用层采用云服务器集成实施数据存储及服务部署，同时实现对系统的综合监控管理。管理员不仅通过管理软件实现综合管理，可以通过互联网基于Web实现对各节点服务器数据的访问，获得监控的实时状态。支持多种远程访问终端，如PC客户端、笔记本客户端、平板手机端。

1.3主要特点

物联网相关技术的发展，为视频监控的数字化、网络化和智能化提供了很好的支持，做到了真正的信息数字化、编码压缩高效化及协议的开放化等，能够满足用户的更高要求，比如全天候24小时的实时监控，随时随地浏览监控视频，在终端看到的流畅、清晰的画面等。其主要优点如下：

1） 感知点将模拟信号直接转变为数字信号，实现与其他系统间实现无缝连接。

2） 基于以太网络，布控区域更加广阔，增加设备可以通过增加IP地址来标识，具有良好的扩充性。

3） 支持跨网关、跨路由的远程视频，可以构成更为复杂的监控网络。

2 校园视频监控系统具体设计

2.1总体结构

如图2所示，总体结构主要包括了各建筑物、分监控室、监控中心及监控网络等。具体说明如下：

1） 各建筑物主要包括了教学楼等，各建筑物主要出入口及内部都要部署若干个监控点，因此每个建筑物要配备相应的节点服务器。另外，校园内各主要道路口的监控点设备可接入到就近的建筑物中。

2） 每个建筑物都有分监控室，分监控室能够实现对本区域的实时监控和基本管理。

3） 监控中心是最高的监控管理部门，能够实现对全校区域的实时监控和综合管理。

4） 各建筑物及其他监控点最终是通过监控网络实施互联，监控网络基于以太网设计，主干网络既可基于现有校内千兆光缆，也可使用备用光缆或者另外铺设。

2.2感知层设计

2.2.1数据采集

数据采集系统主要包括以下部分：

1）数据采集设备主要包括了各种网络摄像机，红外对射报警器和报警按钮等，实现了数据的实时采集，也实现了报警联动。当前端监控设备处于正常工作状态时，一旦探测到异常情况，就将报警信号传送到网络报警器，通过声光一体警号报警，同时监视器跳转到报警区域摄像机的图像。endprint

2）网络视频服务器NVR用于该节点数据流的存储和读取，前端数据采集设备将数据流实时地转发至本区域的网络视频服务器及存储服务器，客户端也可以从本区域网络视频服务器中取流。

3）分监控室通过客户端实现对本区域所有监控点的实时监控，实现对该楼监控系统及网络视频服务器的管理和控制。

4）交换机和路由器划分虚拟局域网VLAN，数据采集设备根据制定的策略接入监控网络。

3.2.2数据采集点选择

1）校园边界及主要出入口

校园边界采用红外对射报警器布防，并采用室外快速球型摄像机全天候24小时无死角采集校园边界视频信息；校园的主要出入口应以高清网络智能球型摄像机和枪式红外摄像机结合使用，能够全天候24小时智能识别流动人员的体形特征，以及采集所有车辆进出信息。

2）室外操场、地面停车场及主要道路口

由于室外操场、地面停车场及主要道路口等数据采集范围相对较广，采用高清网络智能球型摄像机可以实现360度无死角监控。

3）教学楼、行政楼、图书馆及宿舍楼等

各教学楼、办公楼、宿舍楼等数据采集点主要包括大楼出入口、楼梯口、走廊过道等位置，采用红外枪式网络摄像机即可实现对相应区域的监控。

4）地下停车场等

地下停车场或地下室等，由于光线较暗，数据采集效果相对较差，因此设备采用红外枪式网络摄像机。

根据以上分类要求，监控点选择的基本设备配置如表1所示。

2.3网络层设计

2.3.1监控网络设计

目前，高校校园主干网络的带宽，目前多数高校的校园网经多次改造，已具有相当规模，一般已有“千兆主干”，部分学校甚至已实现“双核心”和“万兆主干”的骨干网络平台，为数字化校园及未来智慧校园的建设奠定了硬件基础。

可以基于现有校园以太网来构建监控网络，根据制定的策略在接入级路由器和各层交换机级划分VLAN（虚拟局域网），可以有效防范网络风暴，提高监控网络的安全性，避免对校园互联网络的影响。

2.3.2网络传输介质

数据传输关系到整个监控系统的图像质量和使用效果，常见的传输介质有同轴电缆、双绞线及光纤，对于不同场合、不同的传输距离，应选择不同的传输介质。对于校园环境，具体如下：

1）室外数据采集点一般距离设备接入间较远，而且要有效防范雷电对信号传输的影响，因此选用光纤作为信号传输介质，适用于几公里到几十公里以上的远距离视频传输，可以有效抗击雷电等电磁干扰，确保数据传输信号的稳定。此外，当时室内数据采摘点接入距离较远时，达到500米以上也采用光纤传输方式。

2）当穿越复杂电磁环境时（如附件有大功率电动机）时，采用光纤传输方式。

3）大楼出入口及内部监控点，采用5类以上双绞线传输方式。

综上所述，校园环境下监控信息号传输的介质主要采用光纤和双绞线，能够满足大量视频数据的传输。

2.4应用层设计

2.4.1应用层综合管理

如图4所示，应用层设备主要部署在监控中心，主要由以下部分组成：

1）管理服务器：不仅实现对数据采集设备及用户的管理，还实现监控管理、存储管理、日志管理、报警管理等管理功能，是一个综合性的管理平台。

2）流媒体服务器：能把实时数据流转发给多个客户端，能够缓解数据采集设备的取流压力，有效节省了网络带宽，一般单台流媒体服务器的服务能力为500路CIF实时数据流。同时，支持数据的回放点播VOD，以及其他一些管理功能。

3）存储服务器：采用云服务器或者数据磁盘阵列，负责视频监控数据备份存储。存储由网络视频服务器NVR或流媒体服务器转发的视频数据，支持分布式存储，能够存储海量数据，并支持快速的数据检索。

4）解码服务器：实现了数据流的高清解码，并将数据输出到大屏显示器或者电视墙。它能支持H.264/AVC Baseline/Main/High Profile等标准实现编解码，支持1080P（1920*1080P），720P（1280*720P），UXGA（1600*1200），SVGA（800*600），VGA（640*480）等多种分辨率视频图像解码，支持高清图像显示。

5）Web服务器：发布和部署基于B/S的Web管理系统，通过Web访问方式，实现对数据采集设备的统一管理。

6）报警服务器：实现报警事件的触发及管理，并与联网报警系统相集成，支持客户端联动（视频图像、声光显示、信息叠加）、云台联动、通道录像、报警输出联动等多种方式。

7）客户端：通过访问Web服务器实时监控所有数据采集设备。

另外，应用层设备工作的数据流具体如图5所示。

2.4.2应用层安全

应用层服务器承担了监控系统重要的存储和管理功能，有必要采取相应的安全措施和设备，提高应用层服务器的安全性。

采用高性能的硬件防火墙，能够监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，在硬件设备中处理访问策略和加密算法，并且能在千兆位传输速率下处理实时视频数据流，包括：封包分析、分类、加密、解密及会话配对等。

网络病毒也严重威胁着网络和服务器安全，因此部署强有力的防病毒系统是非常必要的。防病毒系统应该能够提供高性能的防护和灵活性，保护网关、服务器和工作站的安全，应该能够提供集中化的策略管理，为应用层服务器提供可扩展、跨平台的病毒防护。

3 结论

本文基于物联网技术架构设计了校园视频监控系统，分别说明了感知层、网络层及应用层的具体设计，采用数字化网络高清摄像机和网络视频服务器，能够满足24小时全天候监控的要求，并根据不同的部位要求，布置不同的摄像机达到全方位监控的目的。同时，使用云服务器实现大量视频数据的存储及多种应用服务器的管理，能够满足智慧校园建设的要求。

参考文献：

[1] 黄荣怀.智慧校园： 数字校园发展的必然趋势[J].开放教育，2012，8.

[2] 智慧校园[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/5478486.htm.

[3] 裴浩.基于专业特色的高职物联网实践基地建设方案研究[J].物联网技术，2013（12）.

[4] 周晓军.浅谈智能化校园安防系统应用[J].中国公共安全（综合版），2012，6.

[5] 赵继.基于校园的智能视频监控系统关键技术研究[J].计算机与网络，2008（21）.

[6] 视频监控系统的现状和今后发展趋势[EB/OL].http：//www.eccn.com/design_2009020615020056.htm.

[7] 吕倩.基于云计算及物联网构建智慧校园[J]，计算机科学，2011.10.

[8] 余腊生.基于网络的智能视频监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2009，30（16）.endprint

2）网络视频服务器NVR用于该节点数据流的存储和读取，前端数据采集设备将数据流实时地转发至本区域的网络视频服务器及存储服务器，客户端也可以从本区域网络视频服务器中取流。

3）分监控室通过客户端实现对本区域所有监控点的实时监控，实现对该楼监控系统及网络视频服务器的管理和控制。

4）交换机和路由器划分虚拟局域网VLAN，数据采集设备根据制定的策略接入监控网络。

3.2.2数据采集点选择

1）校园边界及主要出入口

校园边界采用红外对射报警器布防，并采用室外快速球型摄像机全天候24小时无死角采集校园边界视频信息；校园的主要出入口应以高清网络智能球型摄像机和枪式红外摄像机结合使用，能够全天候24小时智能识别流动人员的体形特征，以及采集所有车辆进出信息。

2）室外操场、地面停车场及主要道路口

由于室外操场、地面停车场及主要道路口等数据采集范围相对较广，采用高清网络智能球型摄像机可以实现360度无死角监控。

3）教学楼、行政楼、图书馆及宿舍楼等

各教学楼、办公楼、宿舍楼等数据采集点主要包括大楼出入口、楼梯口、走廊过道等位置，采用红外枪式网络摄像机即可实现对相应区域的监控。

4）地下停车场等

地下停车场或地下室等，由于光线较暗，数据采集效果相对较差，因此设备采用红外枪式网络摄像机。

根据以上分类要求，监控点选择的基本设备配置如表1所示。

2.3网络层设计

2.3.1监控网络设计

目前，高校校园主干网络的带宽，目前多数高校的校园网经多次改造，已具有相当规模，一般已有“千兆主干”，部分学校甚至已实现“双核心”和“万兆主干”的骨干网络平台，为数字化校园及未来智慧校园的建设奠定了硬件基础。

可以基于现有校园以太网来构建监控网络，根据制定的策略在接入级路由器和各层交换机级划分VLAN（虚拟局域网），可以有效防范网络风暴，提高监控网络的安全性，避免对校园互联网络的影响。

2.3.2网络传输介质

数据传输关系到整个监控系统的图像质量和使用效果，常见的传输介质有同轴电缆、双绞线及光纤，对于不同场合、不同的传输距离，应选择不同的传输介质。对于校园环境，具体如下：

1）室外数据采集点一般距离设备接入间较远，而且要有效防范雷电对信号传输的影响，因此选用光纤作为信号传输介质，适用于几公里到几十公里以上的远距离视频传输，可以有效抗击雷电等电磁干扰，确保数据传输信号的稳定。此外，当时室内数据采摘点接入距离较远时，达到500米以上也采用光纤传输方式。

2）当穿越复杂电磁环境时（如附件有大功率电动机）时，采用光纤传输方式。

3）大楼出入口及内部监控点，采用5类以上双绞线传输方式。

综上所述，校园环境下监控信息号传输的介质主要采用光纤和双绞线，能够满足大量视频数据的传输。

2.4应用层设计

2.4.1应用层综合管理

如图4所示，应用层设备主要部署在监控中心，主要由以下部分组成：

1）管理服务器：不仅实现对数据采集设备及用户的管理，还实现监控管理、存储管理、日志管理、报警管理等管理功能，是一个综合性的管理平台。

2）流媒体服务器：能把实时数据流转发给多个客户端，能够缓解数据采集设备的取流压力，有效节省了网络带宽，一般单台流媒体服务器的服务能力为500路CIF实时数据流。同时，支持数据的回放点播VOD，以及其他一些管理功能。

3）存储服务器：采用云服务器或者数据磁盘阵列，负责视频监控数据备份存储。存储由网络视频服务器NVR或流媒体服务器转发的视频数据，支持分布式存储，能够存储海量数据，并支持快速的数据检索。

4）解码服务器：实现了数据流的高清解码，并将数据输出到大屏显示器或者电视墙。它能支持H.264/AVC Baseline/Main/High Profile等标准实现编解码，支持1080P（1920*1080P），720P（1280*720P），UXGA（1600*1200），SVGA（800*600），VGA（640*480）等多种分辨率视频图像解码，支持高清图像显示。

5）Web服务器：发布和部署基于B/S的Web管理系统，通过Web访问方式，实现对数据采集设备的统一管理。

6）报警服务器：实现报警事件的触发及管理，并与联网报警系统相集成，支持客户端联动（视频图像、声光显示、信息叠加）、云台联动、通道录像、报警输出联动等多种方式。

7）客户端：通过访问Web服务器实时监控所有数据采集设备。

另外，应用层设备工作的数据流具体如图5所示。

2.4.2应用层安全

应用层服务器承担了监控系统重要的存储和管理功能，有必要采取相应的安全措施和设备，提高应用层服务器的安全性。

采用高性能的硬件防火墙，能够监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，在硬件设备中处理访问策略和加密算法，并且能在千兆位传输速率下处理实时视频数据流，包括：封包分析、分类、加密、解密及会话配对等。

网络病毒也严重威胁着网络和服务器安全，因此部署强有力的防病毒系统是非常必要的。防病毒系统应该能够提供高性能的防护和灵活性，保护网关、服务器和工作站的安全，应该能够提供集中化的策略管理，为应用层服务器提供可扩展、跨平台的病毒防护。

3 结论

本文基于物联网技术架构设计了校园视频监控系统，分别说明了感知层、网络层及应用层的具体设计，采用数字化网络高清摄像机和网络视频服务器，能够满足24小时全天候监控的要求，并根据不同的部位要求，布置不同的摄像机达到全方位监控的目的。同时，使用云服务器实现大量视频数据的存储及多种应用服务器的管理，能够满足智慧校园建设的要求。

参考文献：

[1] 黄荣怀.智慧校园： 数字校园发展的必然趋势[J].开放教育，2012，8.

[2] 智慧校园[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/5478486.htm.

[3] 裴浩.基于专业特色的高职物联网实践基地建设方案研究[J].物联网技术，2013（12）.

[4] 周晓军.浅谈智能化校园安防系统应用[J].中国公共安全（综合版），2012，6.

[5] 赵继.基于校园的智能视频监控系统关键技术研究[J].计算机与网络，2008（21）.

[6] 视频监控系统的现状和今后发展趋势[EB/OL].http：//www.eccn.com/design_2009020615020056.htm.

[7] 吕倩.基于云计算及物联网构建智慧校园[J]，计算机科学，2011.10.

[8] 余腊生.基于网络的智能视频监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2009，30（16）.endprint

2）网络视频服务器NVR用于该节点数据流的存储和读取，前端数据采集设备将数据流实时地转发至本区域的网络视频服务器及存储服务器，客户端也可以从本区域网络视频服务器中取流。

3）分监控室通过客户端实现对本区域所有监控点的实时监控，实现对该楼监控系统及网络视频服务器的管理和控制。

4）交换机和路由器划分虚拟局域网VLAN，数据采集设备根据制定的策略接入监控网络。

3.2.2数据采集点选择

1）校园边界及主要出入口

校园边界采用红外对射报警器布防，并采用室外快速球型摄像机全天候24小时无死角采集校园边界视频信息；校园的主要出入口应以高清网络智能球型摄像机和枪式红外摄像机结合使用，能够全天候24小时智能识别流动人员的体形特征，以及采集所有车辆进出信息。

2）室外操场、地面停车场及主要道路口

由于室外操场、地面停车场及主要道路口等数据采集范围相对较广，采用高清网络智能球型摄像机可以实现360度无死角监控。

3）教学楼、行政楼、图书馆及宿舍楼等

各教学楼、办公楼、宿舍楼等数据采集点主要包括大楼出入口、楼梯口、走廊过道等位置，采用红外枪式网络摄像机即可实现对相应区域的监控。

4）地下停车场等

地下停车场或地下室等，由于光线较暗，数据采集效果相对较差，因此设备采用红外枪式网络摄像机。

根据以上分类要求，监控点选择的基本设备配置如表1所示。

2.3网络层设计

2.3.1监控网络设计

目前，高校校园主干网络的带宽，目前多数高校的校园网经多次改造，已具有相当规模，一般已有“千兆主干”，部分学校甚至已实现“双核心”和“万兆主干”的骨干网络平台，为数字化校园及未来智慧校园的建设奠定了硬件基础。

可以基于现有校园以太网来构建监控网络，根据制定的策略在接入级路由器和各层交换机级划分VLAN（虚拟局域网），可以有效防范网络风暴，提高监控网络的安全性，避免对校园互联网络的影响。

2.3.2网络传输介质

数据传输关系到整个监控系统的图像质量和使用效果，常见的传输介质有同轴电缆、双绞线及光纤，对于不同场合、不同的传输距离，应选择不同的传输介质。对于校园环境，具体如下：

1）室外数据采集点一般距离设备接入间较远，而且要有效防范雷电对信号传输的影响，因此选用光纤作为信号传输介质，适用于几公里到几十公里以上的远距离视频传输，可以有效抗击雷电等电磁干扰，确保数据传输信号的稳定。此外，当时室内数据采摘点接入距离较远时，达到500米以上也采用光纤传输方式。

2）当穿越复杂电磁环境时（如附件有大功率电动机）时，采用光纤传输方式。

3）大楼出入口及内部监控点，采用5类以上双绞线传输方式。

综上所述，校园环境下监控信息号传输的介质主要采用光纤和双绞线，能够满足大量视频数据的传输。

2.4应用层设计

2.4.1应用层综合管理

如图4所示，应用层设备主要部署在监控中心，主要由以下部分组成：

1）管理服务器：不仅实现对数据采集设备及用户的管理，还实现监控管理、存储管理、日志管理、报警管理等管理功能，是一个综合性的管理平台。

2）流媒体服务器：能把实时数据流转发给多个客户端，能够缓解数据采集设备的取流压力，有效节省了网络带宽，一般单台流媒体服务器的服务能力为500路CIF实时数据流。同时，支持数据的回放点播VOD，以及其他一些管理功能。

3）存储服务器：采用云服务器或者数据磁盘阵列，负责视频监控数据备份存储。存储由网络视频服务器NVR或流媒体服务器转发的视频数据，支持分布式存储，能够存储海量数据，并支持快速的数据检索。

4）解码服务器：实现了数据流的高清解码，并将数据输出到大屏显示器或者电视墙。它能支持H.264/AVC Baseline/Main/High Profile等标准实现编解码，支持1080P（1920*1080P），720P（1280*720P），UXGA（1600*1200），SVGA（800*600），VGA（640*480）等多种分辨率视频图像解码，支持高清图像显示。

5）Web服务器：发布和部署基于B/S的Web管理系统，通过Web访问方式，实现对数据采集设备的统一管理。

6）报警服务器：实现报警事件的触发及管理，并与联网报警系统相集成，支持客户端联动（视频图像、声光显示、信息叠加）、云台联动、通道录像、报警输出联动等多种方式。

7）客户端：通过访问Web服务器实时监控所有数据采集设备。

另外，应用层设备工作的数据流具体如图5所示。

2.4.2应用层安全

应用层服务器承担了监控系统重要的存储和管理功能，有必要采取相应的安全措施和设备，提高应用层服务器的安全性。

采用高性能的硬件防火墙，能够监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，在硬件设备中处理访问策略和加密算法，并且能在千兆位传输速率下处理实时视频数据流，包括：封包分析、分类、加密、解密及会话配对等。

网络病毒也严重威胁着网络和服务器安全，因此部署强有力的防病毒系统是非常必要的。防病毒系统应该能够提供高性能的防护和灵活性，保护网关、服务器和工作站的安全，应该能够提供集中化的策略管理，为应用层服务器提供可扩展、跨平台的病毒防护。

3 结论

本文基于物联网技术架构设计了校园视频监控系统，分别说明了感知层、网络层及应用层的具体设计，采用数字化网络高清摄像机和网络视频服务器，能够满足24小时全天候监控的要求，并根据不同的部位要求，布置不同的摄像机达到全方位监控的目的。同时，使用云服务器实现大量视频数据的存储及多种应用服务器的管理，能够满足智慧校园建设的要求。

参考文献：

[1] 黄荣怀.智慧校园： 数字校园发展的必然趋势[J].开放教育，2012，8.

[2] 智慧校园[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/5478486.htm.

[3] 裴浩.基于专业特色的高职物联网实践基地建设方案研究[J].物联网技术，2013（12）.

[4] 周晓军.浅谈智能化校园安防系统应用[J].中国公共安全（综合版），2012，6.

[5] 赵继.基于校园的智能视频监控系统关键技术研究[J].计算机与网络，2008（21）.

[6] 视频监控系统的现状和今后发展趋势[EB/OL].http：//www.eccn.com/design_2009020615020056.htm.

[7] 吕倩.基于云计算及物联网构建智慧校园[J]，计算机科学，2011.10.

[8] 余腊生.基于网络的智能视频监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2009，30（16）.endprint