基于复杂校园环境的IP视频监控规划与设计研究

蒲飞

摘要：视频监控系统目前运用相当广泛，针对学校校园的复杂环境以及事件多发的情况，文章通过对传统模拟视频监控和IP视频监控对比的方法，采用系统性、可靠、智能化的IP视频监控设计方案解决传统模拟视频监控无法满足的问题。实现了IP视频监控系统对校园的安全防范，突发事件的及时响应，为事件的事后取证提供了保障。同时，阐述了智能化的视频监控技术，为学校的管理提供了便利。

关键词：复杂校园环境；IP视频监控；设计方案

1现有校园环境分析与对策

校园是学生学习和生活的地方，校园安全必须高度重视。而校园安全的涵盖面比较广，包括学生事故、校园事故和消防事故等诸多方面，为加强校园安全，可以从管理上着手，严格学校安全管理职责，从领导层到老师和学生，培养安全意识；从技术上，可以采用视频监控技术，针对校园内部人流密集区域进行监控，以便及时发现异常情况。

校园内部采用视频监控，主要是为了保障师生的教学与生活，保证人身安全和财产安全，维护安全、和谐的校园环境。校园监控的重点区域一般是宿舍、办公楼、图书馆和教学楼等地方，同时在人流量比较密集的地方以及出入口等处安放监控设备，通过及时浏览和查看视频的方式，可以及时了解校内治安状况，发现异常情况并及时处理。

校园内部采用视频监控，同时可以有效预防和打击犯罪。目前针对校园师生的犯罪行为主要有故意伤害、偷盗和寻衅滋事等行为，不仅侵害师生人身和财产安全，同时也扰乱了正常的教学行为。通过采用视频监控，可以有效震慑犯罪分子，预防和减少犯罪行为的发生。因此，学校必须加强相应的安全监控。

传统的模拟监控系统存在着监视效果较差、图片不清晰、响应速度慢及网络构架不清晰等不足，导致管理和维护困难，监管花费较大人力、物力，同时对监控系统后期扩展也存在难以扩充等问题，根本无法满足现有校园环境的需求。采用最新的IP视频监控系统，针对校园内的不同环境，规划和设计监控系统，满足现有复杂校园环境的需求。

2视频监控简介与设计目的

“IP是Internt Protocol（因特网之间互联的协议）的缩写，网络之间互联的协议是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议”，视频监控系统经历了三代的发展，第一代是“传统模拟闭路视频监控”，后来发展成“模拟一数字”监控，目前比较流行的是“IP视频监控系统”。IP视频监控主要是监控设备内置WEB服务器，具备以太网端口，可以生成主流格式的视频文件，具备强大的兼容性和可扩充性。以传统模拟视频监控（见图1）为例，与IP视频监控性能对比如下（见表1）。

通过对比可知，模拟监控与IP监控之间存在相当大的差别，在数据走向、网络拓扑结构、网络布线、扩展性等方面，IP视频监控均优于传统的模拟视频监控。

结合校园环境的设计需求总结如下：

数字化监控系统平台位于总监控中心，平台负责接入学校各楼宇内的摄像机，摄像机采集数据通过平台展示，可进行控制管理。上级主管单位、学校领导以及各职能管理部门用户经过授权后，具有使用网络视频监控系统的权限，根据角色及角色权限登录，查看和操作前端摄像机采集图像，目前常用的B/S结构，查看和操作人机界面简单方便，根据用户操作需求，可将图像界面切换，实现对监控的管理。

“数字化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，通过网络传输的方式构建出一张可全校园内全网监控，校园内全网管理的网络视频监控网”，校园IP视频监控进行统一网络构架，提供24小时监控服务，保证安全、稳定运行。

对校园围墙、主要出入口、学生人数集中区域、校舍及其他重要控制区域安装视频监控点。

监控图像存储采用集中存储方式（监控中心），一级监控点位存储不少于30天，二级监控点位存储时间不少于15天，三级监控点位存储不少于7天。

管理平台设计支持C/S，B/S架构，能统一管理，方便操作。

视频监控可与其他数字安防（如门禁、报警）等系统融合。

系统具备电子地图、报警联动等功能，并能与110报警系统对接。

实现以监控中心为总控、各个校区门卫为分控的分级分权管理体系。

3校园IP视频监控系统设计过程

3.1校园IP视频监控设计原则

3.1.1合理性原则

为了保证整个系统从设备配置到系统构成的合理性，监控设计需根据本单位的实际状况和教育厅校园安全视频网络监控系统工程的具体要求，充分满足用户在使用中的各项功能要求。为了保证系统的应用，系统提供开放的软件接口，接受SDK封装接入。

3.1.2先进原则

计算机技术的发展与更新速度很快，监控系统在设计上充分考虑目前现有新技术，同时关注技术发展趋势，考虑系统的升级和未来新技术的融合的可操作性，使系统具备一定超前性。

3.1.3实用原则

校园IP视频监控设计必须以实用为原则，满足监控、存储、查询、管理和使用等基本要求，硬件管理和软件交互界面简单易学，使用方便，同时保证图像的清晰度。系统数据库采用统一标准，利用通信协议，实现各子系统之间的数据交换，最大化地发挥系统功能。

3.1.4可靠原则

校园IP视频监控系统设计的关键是保证系统功能的安全、可靠运行，同时具备数据容灾等特性。主要从硬件和软件两方面排除系统的不稳定因素，在问题出现的前期予以阻止，在突发异常情况下，能及时恢复重要数据和系统运行。

系统的可靠性主要关注点如下：

（1）前置摄像设备和软件。

（2）视频传输网络。

（3）后台显示和控制软件。

（4）视频存储软件。

（5）视频存储、管理服务器。

（6）网络系统。

（7）软件系统。

针对以上关注点，可从以下几方面着手，保证系统的运行：

（1）采用后备电源。

（2）核心设备冗余机制和数据备份。

（3）RAID 5容错机制。

（4）硬盘MTBF≥10万小时。

3.1.5安全保密原则

（1）网络的安全性；（2）软件系统的安全性；（3）应用程序级的安全性。

3.2校园IP视频监控设计的功能特点

前置设备采用画质高、通讯快的视频监控设备，采用数字化信息技术，进行数据传输；通过视频数据的采集，进行数据传输，利用角色权限对监控内容进行提取、查询、拷贝等操作。实现对校园内各路口、主要道路、目标群体、重点单位、学校大门主要进出口区域等目标进行监控。通过采集的视频监控信息，及时掌握学校范围内的实时动态，把握治安情况，达到预防和及时处理的目的，以此打造平安校园。系统具备以下功能。

3.2.1数据采集功能

通过视频监控设备，对每个监控范围进行实时数据采集，采用先进的压缩技术，对视频、音频信息进行预处理。对校内布控的每个监控点，保证摄像机运行正常，实时、准确地采集图像信息，对于光照不足或晚间数据采集，利用补光设备解决照度不足的问题，可附加拾音器、红外探测等外设。

3.2.2信息传输功能

视频监控系统包括各种数据：视频信息、报警信息及控制指令等，采用有线传输和无线传输结合的方式，保证数据传输的安全可靠性。将前置设备采集的信息传输到控制平台，实现管理操作。信息传输过程中，不仅要保证传输质量，同时也要考虑传输速度，“传输具有全系统带宽管理和流量控制能力，支持大账户量的并发接入，保证在大量图像访问情况下系统仍能正常运行”。

3.2.3角色权限管理

通过权限设置可以实现：不同用户角色拥有不同的操作权限。通过对上级部门管理员、总监控中心管理员和其他操作人员权限设定，实现对不同区域、不同操作权限的限制。

3.2.4信息存储和备份功能

信息的存储主要包括监控视频、报警音频和系统日志等信息，采用规定格式进行统一存储；对系统存储的数据进行安全备份，防止由于突然情况而导致的重要数据丢失。数据按照要求进行分类，针对角色的不同设定数据访问权限。对部分重要图片、视频进行备份或者永久存储，并且提供在线备份和离线存档多种保存方式。存储的历史视频数据支持防篡改处理，采用数字水印技术，满足取证举证需求。

3.2.5信息控制功能

系统依据授权将网络账户发出的控制命令传送到前端监控设备，实现对视频信息的调用和控制操作，主要的控制方式有以下几种：

（1）利用系统功能，对视频进行常用操作（如查询、播放等），可对视频信息进行复制、加工（如字幕添加等）。

（2）对数据进行去燥，提取视频帧信息等。

（3）采用其他视频编辑工具对视频信息进行处理，如压缩、图像融合、数据帧提取、图片分割和特征提取等处理。

3.2.6报警信息处理

本系统可以同时处理多项任务，同一时间在校内多个地方出现异常情况可以及时应对。每个IP监控设备，均包含2个独立输入节点。2个输入节点可连接传统入侵探测器，通过传统报警设备（如红外运动探测器、门磁）等，利用软件管理，自动记录现场情况，当出现异常情况时，及时报警通知相应安保人员。

3.2.7快速布控

当监控人员发现异常情况时，及时通知安保人员进行快速布控，利用监控视频，追踪案发现场、周边情况，提高突发情况控制能力和破案效率，保证学生和老师等人员、财物的安全。

3.3学校内部网络架构设计

校园网络采网络构用常用的扁平化架。主要包括接入层、汇聚层和核心层，另外涵盖服务器与存储网络。

宽带接入层主要由汇聚层和接入层设备构成。

接入层：（1）采用具有路由功能的路由器进行外网接入，保证网络安全、应用安全和接入安全，为系统安全可靠运行提供硬件保障。（2）在客户端接入层，采用二层交换机和无线AP等接入设备，满足PC机和移动终端等不同设备的网络接入。

汇聚层主要是二层透传和VLAN隔离功能，使用汇聚交换机，采用QinQ技术，可有效地扩展VLAN数目，解决网络VLAN ID资源问题。

核心层主要是实现内网和外网之间的快速传输，采用高带宽的三层交换机，在构架上提供冗余链路，保证整个网络的冗余能力，提供可靠和高速的传输功能。核心层对整个网络构架起到了至关重要的作用，必须满足冗余、高效、可靠、容错和低延时等性能。

扁平化网络构架设计主要是将网络划分为宽带接入层和业务接入层。在业务接入板块，采用独立的交换机，将用户设备接入核心层。采用独立防火墙对业务系统进行隔离，保证业务系统的安全性与可靠性。

网络构架设计模型如图2所示：采用A，B双平面的组网方法，A，B平面既可以作主备平面，也可以走负载分担的方式。

3.4监控存储设计部分

校园IP监控存储系统旨在建设一个“可行的、先进的、成熟的、高可靠、高可用、易维护、高安全、高开放、高性能、灵活可扩展、易管理的存储平台，保证各监控应用系统高质量地提供连续稳定不间断的服务”。

校园监控存储系统设计中，作为核心基础设施的存储系统，应当达到以下主要目标：

（1）要求在连续写环境下实现随机读的快速处理。

（2）存储系统要求可靠性高，稳定性强，支持7x24小时不间断工作。

（3）采用高性能、高可靠性、成熟的存储架构，同时满足视频数据存储空间需求。

（4）系统方案设计适用于多台主机和存储系统连接，并且确保无单点故障。

（5）系统可管理性强，管理方式简单，易操作，断电后可自动重启。

（6）实现监控中心核心业务的连续可用性和数据保护以及设备级的快速灾难恢复。

（7）数据实现统一管理，针对重要的视频数据可进行快速备份恢复及数据归档和迁移管理。

（8）支持在海量视频数据中的在线快速读取所需视频录像。

（9）寻求性价比最佳的存储产品，降低总实施成本。

视频监控的存储将采用集中存储备份的方式进行，前端摄像点采用网络摄像机系列，但不能进行全天24小时长时间存储，因此编码后的数据在本系统中采用集中存储的方式。监控中心集中了前端所有的图像网络信号，要求7x24小时，30天实时存储数据。网络球机和网络摄像机最好要求1080p。

存储是为监控的需求而量身设计，必须考虑视频数据大、监控时间长和24小时不间断等要素，提供比较可靠、扩展性高和易于管理的存储系统。保证系统的操作和维护具备可扩展性。即将建设的存储系统应遵循以下原则：

（1）可用性。为了保证各监控应用系统高质量地提供连续、稳定、不间断的服务，因此其高可用性是本方案设计的基础2_--，应综合考虑存储系统的7x24小时高可访问性、单点故障和系统负载等因素。

（2）扩展性。必须结合实际需求，对校园监控点增加的情况，可随时扩展容量，满足系统不断发展和升级要求。

（3）高可靠性和稳定性。作为所有的视频监控数据集中存储系统，必然要求系统支持高可靠性和稳定性。主要关注冗余容错与故障恢复等方面。

（4）可维护性。为了有效、快捷的管理与维护，高校监控存储系统必须满足：系统易于维护；系统应能够通过远程对设备进行管理和维护；系统可前期进行故障预测与定位；故障维护必须响应及时。

（5）开放性和兼容性。后期的功能扩展要求存储系统必须要求有好的开放性以及兼容性，满足互连；同时提供如标准的API接口等；并按照国内外相关的技术标准与规范。

（6）安全性与管理便利性。高校监控作为治安管理监控的重要组成部分，应保证系统安全可靠，提供多种管理界面，如LED，WEB，RS232，中文图形化界面及CLI等多种方式。同时提供多样的预警、报警方式。

3.5校园监控中心设计

校园监控中心需要有以下内容：

（1）系统服务器，利用N台服务器建立一级数字视频共享平台：符合数字视频共享平台技术要求，软件功能模块主要有：设备管理、电子地图、抓拍管理、轮巡管理、巡航管理、设备控制、多画面显示、报警联动、音频配置语音对讲、录像、存储策略、录像资料查询、回放、权限分配机制，B/S网络浏览功能。

（2）电视墙由采用NxM超窄边液晶拼接大屏。

（3）监控中心设M席位监控平台，解码服务器N台，存储服务器M台，客户端M台，共需配电脑主机N台。

（4）存储系统设计，对7x24小时实时图像监控进行录像存储，要求保存天数15天。

（5）M台UPS电源设计，8小时后备时间，纯在线式，使中心数字平台服务器设备能稳定可靠运行。

3.6校园分控中心

分控室设立校区门卫值班室，值班人员通过分控主机可以调阅授权范围内的视频图像的监控功能，有一定的操作权限，可通过网络和主控室平台进行连接制，并且可实时调用本地存储，同时也可实时监看本地视频图像信息。

3.7系统划分

监控系统与外部监控中心相连，按层次划分为学校总监控中心和校区分控中心。

主要包括校内和校外两方面的互联。校内分总监控中心和小区分控中心；校外主要是上一层管理机构监控中心，从底层监控点到中监控中心实现互联。遇到突发情况，可以实时协作，共同处理。

3.8软件平台

3.8.1平台结构设计

校园IP视频监控系统划分为4层，具体层次划分如图3所示。

3.8.2整体结构拓扑设计

根据系统层次划分，结合学校的实际情况，校园IP视频监控系统整体拓扑结构设计如图4所示。

4结语

本文针对复杂校园环境的监控所面临的挑战，采用最新的IP视频监控规划和设计整个校园的监控系统，解决了传统模拟视频监控系统的监视效果较差、响应慢及管理困难等问题。通过使用IP视频监控系统，可以实时掌握校园内部治安状态，及时应对突发情况，利用该系统，通过调度、指挥、处置，起到预防、控制和精确打击犯罪行为的作用，搭建良好的校园治安环境，保障学生、老师的人身和财产安全。IP视频监控特别适用于有着完整网络架构的校园，如各个综合性大学，使用IP视频监控嫁接在学校内部网络，能够较好地体现监控的意义。而且，IP视频监控系统同时能够结合其他报警系统、门禁系统、巡更系统等系统，对学校的管理进行统筹规划。