转化医学研究院大楼智能安防系统建设

黄 磊

(武汉华中科大建筑规划设计研究院有限公司, 湖北 武汉 430074)

0 引 言

随着物联网技术的迅猛发展,智能安防成为当前的发展趋势,并成为建筑智能化工程中必不可少的一部分[1-3]。医院建筑内部使用功能复杂,各种机电设备和医疗设备众多,对于安防系统的建设尤为重要。本文根据某医学研究院发展需求,并结合未来的发展趋势,介绍了医院大楼的智能安防系统建设,可为类似建筑的智能安防系统建设提供参考。

1 项目概况

武汉市同济医学院校区内转化医学研究院大楼地上16层,地下2层,总建筑面积约为33 000 m2,建筑高度为65.7 m,为科研楼,属于一类高层建筑物。

2 安防系统建设基本功能要求

2.1 系统具有的基本功能

(1) 系统能对室外网络红外球机和室内网络红外摄像机所有的监控点视频图像进行动态观察和控制[4]。

(2) 系统能对所有监控点视频图像进行统一授权调用管理。

(3) 系统能对监视器上监控图像进行轮流按序切换。

(4) 系统能实现海量视频信息的高质量可靠存储、授权回放和点播管理。

(5) 系统具备多级身份认证功能,应对系统用户进行分类,并综合考虑各种因素,制定合理的权限管理策略,实现对用户访问的控制,确保用户只能对属于自己维护的设备加以管理。

(6) 系统具有防止网络攻击的防御能力和防御措施,应采用访问控制和身份认证,保证整个系统的安全。

(7) 系统具有强大的接入能力和扩展能力,实现今后大规模、大范围的监控点覆盖;支持灵活的接入方式,适应各个监控点网络传输条件的差异性[5-6]。

(8) 系统应具备良好的兼容性,兼容目前市场上主流的IP视频设备和存储设备。

(9) 系统能够接入统一管理平台,实现视频监控信息的共享。

(10) 使用的设备必须符合国家法律法规和现行强制性标准的要求,并经法定机构检验或认证合格。

2.2 系统控制功能应符合的基本规定

(1) 系统应能手动或自动操作,对摄像机、云台、镜头、防护罩等进行遥控,控制效果平稳、可靠。

(2) 系统应能手动切换或编程自动切换,对视频输入信号在指定的监视器上进行固定或时序显示,切换图像显示重建时间能在可接受的范围。

(3) 矩阵切换和数字视频网络虚拟交换/切换模式的系统应具有系统信息存储功能,在供电中断或关机后对所有编程信息和时间信息均应保存。

(4) 系统应具有与其他系统联动的接口。当其他系统向视频系统给出联动信号时系统按照预定工作模式,切换出相应部位的图像至指定监视器上,并能启动视频记录设备,其联动响应时间≤4s。

(5) 辅助照明联动应与相应联动摄像机的图像显示协调同步。

(6) 具有音频监控能力的系统宜具有视频音频同步切换的能力。

(7) 需要多级或异地控制的系统应支持分控功能。

(8) 前端设备对控制终端的控制响应和图像传输的实时性应满足安全管理要求。

2.3 图像记录功能应符合的基本规定

(1) 记录图像的回放效果应满足资料的原始完整性,视频存储容量、记录/回放带宽、检索能力应满足管理要求。

(2) 系统应能记录下列图像信息:发生事件的现场及其全过程的图像信息;预定地点发生报警时的图像信息;用户需要掌握的其他现场动态图像信息。

(3) 系统记录的图像信息应包含图像编号/地址、记录时的时间和日期。

(4) 重要的固定区域报警录像宜提供报警前的图像记录。

(5) 根据安全管理需要,系统应能记录现场声音信息。

(6) 监视图像信息和声音信息应具有原始完整性。

3 大楼智能安防系统架构

根据《中华人民共和国反恐怖主义法》及武汉市市委、市政府“十三五”规划中关于安保基础设施与重大项目同步建设的要求,公安部门要求转化医学研究院对反恐防暴安保设施进行建设。根据这些要求,转化医学研究院大楼智能安防系统由视频监控、人员管理、防盗报警、反恐防爆、一键报警、车辆出入控制等组成,系统将视频、门禁、车辆、报警等数据共享交换,结合先进、可靠的视频图像处理、数据采集识别、设备联动控制、高效存储分析等智能技术手段,以综合管理平台为核心,硬件系统为基础,统一各系统数据库,整合集成各分系统,实现技防与人防、物防相结合,建设一套智能化安全防范管理系统。

系统采用内部高速局域网的方式构建,充分利用局域网高效率数据传输的优势,实现各系统之间的信流交换。

智能安防系统总体架构如图1如示。

4 大楼智能安防系统组成

智能安防系统主要由视频监控系统、车辆出入控制系统、门禁管理系统、一键报警系统、数字存储系统、机房监控显示系统、监控管理平台等组成。

4.1 视频监控系统

视频监控采用了二层网络架构,前端网络摄像机通过接入层网络交换机接入大楼局域网。在整个大楼的各个主次出入口外墙布设室外监控,可以有效记录各种光线条件下出入人员的穿着、面部特征细节,设计采用IP66带防水护罩的网络高清室外球机,设备具备星光、超宽动态、三维数字降噪等处理能力。

图1 智能安防系统总体架构

在大楼内的走廊按照首尾相连接的模式进行点位部署,中间采用球机进行细节查看和补充。考虑到走廊的纵深较深而广度较小的特殊性,走廊摄像机选用支持采用走廊模式功能(星光、超宽动态等)的红外一体化枪机,中间球机采用具备星光、超宽动态、三维数字降噪等处理能力的网络高清球机。走廊摄像机在夜间具有星光级的成像功能,在较低的光线下具有超高的感光度,从而保证夜间的成像效果。在电梯周边的走廊摄像机支持拾音器的接入,方便一键报警被触发时后台可进行语音对讲。

电梯的监控采用全IP化无线传输方案,电梯专用摄像机选用无线半球摄像机,通过无线AP网桥将视频信号输送到监控中心。电梯监控示意如图2所示。

图2 电梯监控示意

根据用户要求,实验室操作台设置视频监控,并建设独立的视频监控平台。考虑实验室特殊性和监控效果,设计采用星光级网络红外高清半球摄像机,全天候记录房间内情况;同时摄像机支持智能侦测功能,可根据管理者的需求按照时间段进行布防设计,可进行入侵侦测、移动侦测、物品遗留侦测等,充分保证实验室物品安全。

视频监控具体点位如表1所示。

4.2 车辆出入控制系统

在大楼的停车场出入口设计一套车辆出入口管控系统,对内部车辆通过车牌识别比对直接通行,外部车辆需要管理人员确定后放行。车辆出入口系统在实际实施过程中需要对出入口进行整顿、隔离,保证一进一出。车辆出入口管理系统由前端子系统、传输子系统、后台中心子系统组成,实现对出入口车辆的全天候监控覆盖,记录所有通行车辆,自动抓拍、记录、传输和处理,同时系统还能实现车牌与车主信息管理等功能。

前端子系统主要负责完成前端数据的采集、分析、处理、存储与上传,负责车辆进出控制,主要由刷卡及电动挡车器模块、车牌识别模块、远距离识别模块等相关模块组件构成。

传输子系统负责完成数据、图片、视频的传输与交换。其中前端主要由交换机、光纤收发器等组成;中心网络主要由接入层交换机以及核心交换机组成。

表1 视频监控具体点位

车辆出入控制系统如图3所示。

图3 车辆出入控制系统

后台中心子系统平台完成数据信息的接入、比对、记录、分析与共享,由数据库服务器、数据处理服务器、Web服务器组成。其中数据库服务器安装数据库软件,保存系统各类数据信息;数据处理服务器安装应用处理模块,负责数据的解析、存储、转发以及上下级通信等;Web服务器安装Web Server,负责向B/S用户提供访问服务。

4.3 门禁管理系统

该大楼作为重点的实验大楼,每个实验室均需要进行严格的保密,只能允许实验相关人员进出,需要增加门禁控制系统。门禁管理系统可以有效地控制每个实验室人员的进出权限,有效地进行实验区域保密管控。

门禁控制系统通过读卡器辩识,只有经过授权的人才能通过受控的区域门组。读卡器能读出卡上的信息并传送到门禁控制器,如果允许出入,门禁控制器中的继电器将操作电子锁开门。该系统由感应卡、感应读卡器、门组、门禁控制器组成,可以采用多种门禁管制方式(单向刷卡、双向刷卡),对使用者授于不同的进出权限,进行多级控制。

4.4 一键紧急报警系统

在大楼电梯前厅处、值班室、控制室内安装一键报警装置,为紧急事件处理展开绿色通道,切实保障医学院人员的安全,具有不可撤防设置功能和防误触发,被触发后应自锁。在意外事件发生时可通过一键报警,控制中心发出声、光报警信息,安装在1F监控中心的报警主机接收到报警信号后通过其特有的双网口结构设计,一个网口通过网线连接到大楼管理专网,供大楼监控中心来使用,另一个网口连接到110接警中心,供110接警中心查看。接警中心或者监控中心接收到报警信号后,查看报警联动的视频画面,确定报警信息的真实度,从而进行接/处警。系统报警响应时间≤2 s,报警发生后报警信息应能手动复位,报警信号应无丢失。

大楼监控中心平台使用一键式应急报警管理平台,集报警、视频、语音对讲功能于一体。大楼内部人员主动触发报警按钮后,平台软件自动弹出前端画面,联动前端设备在电子地图中具体位置,同时联动产生报警,并与前端报警点周边摄像机实现双向语音对讲,为报警时间提供有力的证据。中心平台支持视频预览和回放功能。当中心管理平台查看到有异常现象时,可对报警点进行威慑喊话,起到主动预防的作用。

4.5 数字存储系统

根据《中华人民共和国反恐怖主义法》第三十二条要求,重点目标对象采集保存的录像视频不得少于90 d。该大楼录像存储按90 d进行设计。存储设计采用先进的视频流直存技术和CVR视频监控专用存储设备,通过集中式的存储方式部署在监控中心,用于存储管理所有前端监控摄像头的实时监控视频,系统具备录像丢失检测报警、智能补录、数据备份、多盘容错、设备集群等功能。视频存储结构示意图如图4所示。

图4 视频存储结构示意图

该大楼共设计有333个监控点位,所有监控点位的分辨率均可达到1080P,采用H.265高压缩编码模式,码率仅需2 Mb/s。所采用的存储设备支持H.265编码的视频码流进行存储,故存储的视频码流也为2 Mb/s。单路实时视频的存储容量=[视频码流×60 s×60 min×24 h×存储天数/8]/1 024=1 898.44 GB,因此总存储容量为1 898.44×333 GB=632 179.69 GB。

系统存储分为两部分,其中1F监控中心负责楼内公共区域、走廊和室外监控点位的录像存储,共156路视频点;2F实验平台控制中心负责实验室内的视频监控点位存储录像,共177路视频点。

综上可知,1F监控中心共需要的存储总容量空间R1=1 898.44×156 GB =296 156.25 GB,2F实验平台控制中心共需要的视频总容量空间R2=1 898.44×177 GB =336 023.44 GB。

考虑到目前行业内存储硬盘的整体稳定性和存储设备的兼容性、性价比等因素,选择使用4 TB硬盘。4 TB硬盘的实际存储容量空间为M′=3 725.29 GB;而硬盘在实际应用过程中需要考虑5%的格式化损失,故硬盘在实际应用中的容量空间为M=M′(1-5%)=3 539.02 GB。所以1F监控中心所需要的可用硬盘的数量Q1=R1/M≈83.7块,取84块,2F实验平台控制中心所需要的可用硬盘的数量Q2=R2/M≈94.9块,取95块。

综合考虑到存储设备的可靠性和稳定性,选用24盘位的磁盘阵列进行存储。视频流直写存储系统利用RAID和热备机制,充分保障存储的稳定性。24盘位磁盘存储阵列采用2组RAID,每组12块硬盘,热备1块。选用RAID5存储机制,即系统允许一块硬盘损坏,损坏后可以通过RAID索引将视频录像恢复。

由此可知,24盘位单台存储磁盘阵列的硬盘总容量空间C=(24-2×1-1)×3 539.02 GB=74 319.42 GB。所以控制中心所需要的存储设备数量=存储总容量/单台存储总容量。1F监控中心所需要的存储设备数量C1=R1/C,取4台,2F实验平台控制中心所需要的存储设备数量C2=R2/C≈4.5,取5台。

综上可知,控制中心所需要的实际硬盘数量=所需可用硬盘数量+RAID索引写入硬盘数量+热备硬盘数量=所需可用硬盘数量+[(RAID组×1)+热备硬盘数量] ×存储设备数量。故1F监控中心所需实际硬盘数量Q3=[84+(2×1+1)×4]块=96块,2F实验平台控制中心所需要的实际硬盘数量Q4=(95+15)块=110块。

4.6 机房监控显示系统

机房监控显示系统设计采用高清解码器进行解码显示。解码拼控系统如图5所示。

平台软件发送控制命令到高清解码器,高清解码器根据实现设定的网络视频编号,采用H.265高清解码器进行解码(相对于原有H.264方案,H.265的解码器具有更高的解码性能,解码能力提高50%左右),将相应的网络视频取流解码输出到电视墙。

图5 解码拼控系统

1F监控中心和2F实验平台控制中心的电视墙均采用12块46英寸超窄边LCD大屏幕显示系统。电视墙需要占用墙面面积为1 024×4 mm(长)×[578.7×3 mm(屏体高度)+800 mm(底座高度)]=10 387 865.6 mm2=10.39 m2,约占用墙面11 m2。

电视墙效果图如图6所示。

图6 电视墙效果图

4.7 安防监控管理系统平台

1F监控中心管理大楼内所有的走廊、公共通道、出入口、停车场、一键报警等设备;2F实验平台控制中心负责楼内各个实验室内视频点位,保障实验室内的人员、物品的安全。2个控制中心部署基本一致,使用同一套管理平台,满足值班人员视频、信息查看、设备控制,同时1F管理平台预留千兆以上接口,并实现私网到视频网IP地址转换,确保管理人员不论处于何处均可使用移动指挥终端进行远程的视频调阅。非经授权,1F监控中心不能查看2F实验平台控制中心的监控视频。

监控平台通过专网与前端设备资源连接,对前端监控资源进行整合,集中维护和管理。 监控中心主要由应用服务器、客户端、存储设备、解码设备、网络交换机、大屏显示设备、报警设备、反恐防爆设备等组成。平台主要有中心管理服务器、流媒体服务器、存储管理服务器等。服务器应具备多CPU系统、高带宽系统总线、I/O总线,具有高速运算和联机事务处理(OLTP)能力,具备集群技术和系统容错能力。

监控平台采用中心管理软件,支持基本视频监控和联网功能,实现视频实时预览、点位查询、录像回放、抓拍功能、字符叠加、数字矩阵、云台控制、视频加密、报警接收与联动、对讲功能、大屏管控、视频运维等功能;支持统一身份认证和权限控制、组织与角色管理维护、设备集中接入管理、设备录像存储管理、任务计划执行和调度、报警规则与处理管理、设备巡检和日志管理等功能,同时包括硬件服务器。安防综合管理系统依托于智慧的综合管理平台,统一各系统数据库,提供统一的系统管理基础组件,来实现对视频监控、入侵报警、车辆出入管理及门禁管理等系统的综合配置与管理[7-8]。

5 结 语

随着信息化建设速度的不断加快,安全防范管理需求越来越高,需要结合先进的物联网理念和技术,各个设备设施、系统平台都将相互联通,通过一套整合的平台,实现数据的集中存储、处理、交换和控制,结合先进、可靠的视频图像处理、数据采集识别、设备联动控制、高效存储分析等智能技术手段,实现智能安防,同时帮助用户提升大楼的管理水平,构建起智能、高效、安全的大楼环境。