油田危险点源视频监控系统方案毕业论文初稿Word文档格式.docx
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加油岛、出入口、罐区
3
物资供应处江桥加油站
加油岛、罐区
物资供应处锦江加油站
5
物资供应处江北加油站
6
扶余综合服务公司西区加油站
7
新民综合服务公司加油站
8
新大综合服务公司新立加油站
9
红大综合服务公司红岗加油站
10
乾大综合服务公司乾安加油站
11
乾大综合服务公司前大加油站
12
英台综合服务公司加油站
13
长采综合服务公司加油站
14
物业公司液化气充装站
2个罐区,充装车间室内及室外、卸车处
15
热电厂锅炉分厂
重大危险源
16
测井公司炮弹库、中子源库
重点要害部位
17
热电厂油库
18
油气开发公司前48联合站
19
油气开发公司前60中转站
20
油气开发公司二部中转站
合计
63
附表二:
某油田危险点源监控系统监控中心分布表
单位名称
监控终端
监控点源
主监控中心
全部监控点
测井公司
炮弹库、中子源库
热电厂
锅炉分厂、油库
物业公司
液化气充装站
物资供应处
江北加油站、江南油库、江桥加油站、锦江加油站、石化油库
扶余综服
西区加油站、东区加油站
新民综服
新大综服
新立加油站、新木加油站、新北加油站
红大综服
红岗加油站、新大加油站
乾大综服
乾安加油站、前大加油站
英台综服
长采综服
油气开发公司
前48联合站、前60中转站、二部中转站
1.3.系统功能需求
⏹强大的组网能力,支持多级、多中心视频监控结构。
⏹直接支持可寻址网络摄像机,通过视频服务器支持传统模拟摄像机
⏹可任意多分屏观看实时视频图像,并支持热点窗口(Spot),图像质量高达720x576@25fps
⏹通过IP网络协议进行PTZ控制,可对每台摄像机进行独立的图像录制和回放速度设置,每个摄像机可预设最多高达255个预置位,并可控制现场灯光和雨刷等外围设备。
⏹能够以中文在视频图像上标识监控点名称,并能以中文标识监控点预置位名称
⏹实时显示视频图像占用的网络带宽,并能够在线改变视频图像的带宽设置。
⏹通过IP网络在任何节点上实时录制和回放视频图像和音频信号,每台摄像机支持无限时间录制,视频可记录到系统的硬盘或者超大容量的网络存储(NAS)中
⏹系统支持无限数量的独立的录像通道,每个控制平台支持通道的个数由硬件的处理能力决定。
⏹录像回放分辨率高达Full-D1质量(NTSC:
720x480@30fps;
PAL:
720x576@25fps),回放速度可调。
⏹M-JPEG和Wavelet录制图像分辨率高达1280x1024像素
⏹录像机制灵活,支持手工、定时、触发和周期等多种录像方式,录像既可集中存储也可分布存储,所有图像的存储时间不少于15天。
⏹支持预报警录像(移动侦测),预报警录像时间5~15秒,可以根据用户需要定制。
⏹灵活按照指定条件和突发事件检索,如按指定时间段、地点、日期快速搜索录像。
重要录像资料可以通过光盘刻录成DVD保存。
⏹以JPEG或AVI格式输出视频,以WAVE文件格式输出音频。
⏹可调整的视频运动侦测安全监控(VMD)
⏹通过定时器自动控制摄像机的启动/关闭
⏹系统支持集成温度、天气、低照度及烟雾等传感器,可与门禁系统、盗窃告警、火警报警、面部识别和视频会议系统连接。
⏹提供电子地图功能,通过电子地图可以直接调用摄像头。
⏹本地和远程打印文档报告、日志记录程序
⏹多级密码保护、用户授权定义及访问级别。
⏹支持从LAN/WAN上的任何位置进行远程监视、检索音频视频和控制摄像机
⏹100%基于网络的数字应用,容易与现有模拟摄像机相集成
⏹系统具有日志功能,可记录所有帐号的登陆时间,进行的相关操作等信息。
1.4.需求理解
根据总体要求,系统主要解决以下问题:
⏹采集系统设计。
视音频数据的采集、数字化压缩。
⏹传输系统设计。
满足系统各类信息的传输要求的网络平台,同时适应各类传输通道。
⏹管理系统设计。
对系统数据的集中管理,包括用户数据、设备数据、操作与报警数据。
⏹存储与回放设计。
集中存储原则,以达到录像资料的完整性;
方便的回放、检索方式。
⏹控制系统设计。
远程控制、操作及监控设备参数设置。
⏹显示系统设计。
监视器、VGA显示器、电视墙、大屏幕。
⏹报警信息(报警类型、报警时间地点、报警图像)的本地与网络化处理。
⏹系统安全设计。
完成局域网内微机访问流媒体服务器的身份认证。
支持用户名、密码、IP地址、MAC地址绑定。
防止非法用户进入。
⏹与其他系统的集成。
通过软、硬件接口平滑地集成其他系统。
1.5.技术可行性
技术防范产品的数字化已经实现,产品已走向成熟,网络化的安全防范系统在国内外已大量投入使用,因此,基于核心技术的产品使得本项目的实现是完全可行的,关键是合理运用、科学集成的问题。
涉及到本项目的关键技术如下:
⏹媒体的数字化技术:
国内媒体记录类技防产品早已走向数字化,从早期的MJPEG、MPEG-1、MPEG-4到目前的H.264均是非常成熟的数字化产品。
⏹编解码技术:
国内视频压缩技术的最新代表是采用H.264压缩算法的硬压缩产品,包括板卡和嵌入式设备,这项技术早已形成产品化和规模化。
⏹多媒体通信技术:
实时流媒体传输协议RTP/RTSP已经成熟,前端设备的码流抑制(带宽控制)功能以及QOS管理机制,可以实现安全保卫信息的实时传输,能与其他信息系统合理占用网络资源,发挥网络资源的最大效率。
⏹嵌入式技术:
经过20多年的发展,嵌入式技术已经成熟并在多个领域获得广泛的应用,基于安防领域的系统平台,出现了系列成熟的嵌入式产品。
⏹数据传输技术:
利用现有的光纤技术可以实现大容量、高速度的数据传输。
⏹网络存储技术:
可以提供高性能高安全性的标准平台。
能够方便地实现路由、VPN等低成本高可靠数据存储。
⏹网络安全技术:
利用完善的安全管理策略,及配套硬件设施,可实现例如网络隔离、黑客攻击及入侵防范等安全措施。
第2章
系统总体设计
2.1.媒体的数字化技术
本项目的媒体的数字化技术原理基于海康威视提出的“基于IP的超大规模视频切换矩阵”技术,其技术原理如下:
随着宽带技术的发展,远程集中监控的需要越来越多,规模也越来越大,一种是重建专用网,进行集中监控,其缺点是网络建设费用非常高,实现集中监控的代价很大。
另一种方法技术利用现有的数字网络,对视音频信号进行数字化压缩,将压缩码流组成IP报文,通过TCP/IP协议,把这些IP报文传到监控中心实时解码出视频图像,进行集中监控,这个数字网络可以是VPN,可以是专网,也可以是公网,如PSTN、ISDN、GPRS、CDMA、ADSL、宽带城域网、INTERNET等。
下图是一个典型的应用:
在上述应用框图中,PC管理主机可以通过IP网络,对前端的每一台视频服务器进行配置、管理、控制,可以实时监控每一台视频服务器的视频图像。
如果视频图像的数量太多,整个网络太大,一台管理主机可以同时监控很多台视频服务器的图像,通过PC机的显示器显示视频图像,并通过事先设定的规则切换图像信号。
如15秒切换一次,要求一分钟进行一次循环,以一台PC机能同时进行16路解码计算,一台PC机可以同时监控64路视频图像,两台PC机就可以监控128路视频图像,可以依次类推。
如果在PC机中插入多片视频解码卡,视频解码卡支持AV输出,可以组成电视墙,多台PC机可以组成巨大的电视墙,方便集中监控、管理。
2.1.1.系统要点分析及基本功能的实现
本系统构建于现有网络平台,把网络连接看作一个整体,我们可以理解为:
在网络平台上,前端通过视频服务器接入了N个图像、语音、报警输入,通过网络传输及控制,所有这些保卫信息可以实时(视网络资源而定)地传输到信息管理中心或监控中心,通过网管、电视墙管理、媒体服务器一系列管理设备实施对全网的信息处理和远程管理,从而真正实现了一个典型的“IP矩阵”应用案例。
围绕“IP矩阵”的概念,本系统的重点在于解决以下几个部份:
⏹作为信息处理和传输节点的网络功能(DVS)
⏹三种信息流的控制与处理:
视(音)频流、控制指令流、报警信息流
⏹网络管理与资源控制(网管、代理服务与流媒体服务)
2.1.2.网络带宽管理的重要性及方法
本系统的一大特点是:
监控系统与网络系统集成,视频/数据/语音合一传输,多网点、分布式网络监控。
由于网络带宽有限(<
2M),中心需对各监控点现场画面进行实时显示,还要响应客户端(分控桌面级)及IE用户的访问,而访问量具有不确定性,因而带宽的管理尤为重要。
⏹采用压缩比高的最先进压缩算法H.264。
JVT的H.264压缩算法的压缩率较MPEG-4有较大提高,而其技术特点更适合IP网络、无线网络的传输,同时需要长时间录像时,还可以节省存储空间。
下图是JVT的TML8.0(H.264测试版)与MPEG的测试数据。
⏹流媒体服务器转发压缩码流
当现场突发异常事件时,势必造成多个用户同时查看同一现场画面的局面,有限的带宽资源不能满足每一用户需要,影响到突发事件处理能力。
解决的方法是使用流媒体服务,由流媒体服务器响应所有远程用户的访问,获取并转发突发事件所在摄像机图像,解决了多个用户实时浏览同一路图像的问题。
⏹前端系统的码流抑制。
根据图像质量要求、带宽资源、摄像机数、数据流量等现状,利用前端设备的码流抑制及码率自定义功能来适应带宽需求。
2.1.3.系统基本功能的实现
根据需求理解内容,结合IP矩阵技术原理,本项目通过以下各子系统来实现系统所需的功能要求。
2.1.4.前端子系统
视频服务器提供视音频的采集、网传;
提供报警信号采集、网传(主动)、本地联动;
485串口接解码器,实现授权用户在本地或远程控制PTZ(可进行预置位设置)。
前端设备的核心是我公司自主研发和生产的DS-6004HC嵌入式视频服务器,其主要特性与功能如下:
⏹采用H.264压缩标准。
H.264是国际电联(ITU)与国际标准化组织(ISO)组成的联合专家组(JVT)制定的最新视频压缩标准。
是现在及将来在网络视频监控领域内的主流压缩标准。
⏹不仅支持定码率、变码率,还支持变帧率,根据带宽状况可动态设置码流、图像质量或帧率。
⏹采用国际主流的嵌入式操作系统及嵌入式处理器,保证了设备的稳定性、成熟性,同时拥有国际级的产品服务,紧随国际主流嵌入式技术的发展,产品的升级保持向下兼容,保护用户的投资。
⏹图像分辨率从CIF(352*288)到QCIF(176*144);
支持水印技术防止图像被篡改。
⏹支持多播、点播及IE浏览等方式预览现场图像,监听现场声音,硬实时、多任务系统提供了强大的并发处理功能,编码、网传、报警等进程通过合理的任务调度,实现并发处理,满足高实时性要求。
⏹提供了强大的网络SDK开发包,提供了用户个性化需求的开发平台,且提供了与其他管理信息系统的融合所需要的开发平台。
⏹多区域移动侦测。
H264实现的移动侦测功能,较以往算法在灵敏度和准确率上有很大的突破,最大限度地避免了因移动侦测而导致的误报警。
2.1.5.管理服务器
管理服务器是一个带数据库的管理信息系统。
主要功能说明如下:
⏹创建监控区域、DVS及用户信息,且可被修改、删除。
⏹设置用户权限,采用灵活的菜单级权限设置方式。
⏹认证用户权限,授权用户的所有操作必须经过验证,通过验证才允许操作DVS,否则被拒绝。
操作信息记录到日志中。
⏹对授权用户设置优先权,操作许可以级别优先、时间优先为原则。
⏹对来自报警管理主机的报警信息进行分类,将转发地址下传给报警管理主机。
报警信息记入到日志中。
⏹提供操作日志、报警日志的查询。
巡检和校时。
⏹管理服务器软件的运行环境:
⏹软件环境:
Windows2000server,SQLSERVER;
⏹硬件环境:
CPU/P4,RAM/256MB,HD/40GB以上。
2.1.6.视频监控
授权的网络客户端软件主要功能说明如下:
⏹本地配置功能。
监控点分组管理,播放方式(循环)定义,若配合解码卡选择硬解压,可上电视墙。
⏹远程配置功能。
DVS参数、通道参数、串口参数及报警参数的配置。
⏹1/4/6/8/9/16六种画面分割可选,图像参数可调。
⏹网络报警联动。
声音、文字、现场图像报警提示,报警信息分等级、队列方式管理。
⏹PTZ控制,语音对讲、语音广播。
⏹本地录像与本地回放。
⏹视频监控软件的运行环境:
Windows2000ProfesionalorXP;
CPU/P4,RAM256MB,HD/,显卡支持缩放。
2.1.7.流媒体服务(可选)
流媒体服务器响应用户对DVR现场实时视频的点播,并对流进行转发。
分布式流媒体服务器与管理中心协同工作,提供在多级架构系统中用户预览前端DVR实时视频的访问请求,使得广域网带宽资源得到最有效的利用,同时用户对流媒体服务的请求采取就近原则,达到快速响应的要求。
流媒体视频转发工作原理示意图:
流媒体服务器响应同级局域网内用户的访问请求,对获取的远程视频通过组播或点播(TCP)方式转发给请求用户。
一级用户经过一个流媒体,二级用户经过二个流媒体,多级用户可穿越多个流媒体服务器,形成一个多级流媒体转发架构。
如果网络是分布式的,可以构建基于分布式网络平台的分布式流媒体系统,提供系统内用户的视频访问请求服务。
2.1.8.域名解析服务DNS
如果视频服务器采用动态ADSL。
IP地址接入公网,那么需要设置域名解析服务器(DNS)来提供域名的解析服务。
DNS使用TCP/IP协议提供主机名到IP地址的解析。
DNS服务器的运行环境:
无特殊要求,需要一个外网固定IP地址。
DNS服务器工作流程如下:
视频服务器与公网连接成功后,将其名称、物理地址、设备序列号和获取的公网IP地址发送到DNS,DNS将该信息上传到管理服务器,管理服务器在注册表中找到该设备,判断IP地址是否更改,若已更改,则刷新。
用户访问视频服务器时,提供要访问的视频服务器名称,管理服务器搜索已注册的所有视频服务器,找到该视频服务器名称和对应的公网IP地址,并提交给用户,用户与视频服务器就可以建立网络连接(对用户是透明的)。
2.1.9.WEB服务
提供用户IE浏览的WEB服务。
由管理服务器指定允许访问的摄像机及操作权限,对权限范围的DVRDVS或摄像机可以进行实时预览、监听声音、云台控制、语音对讲等权限许可的操作。
2.2.网络存储技术
2.2.1.存储技术发展趋势
信息或数据在IT系统中,总是必然处于“计算”、“存储”、“传输”三个状态之一。
这三个方面也正好对应于整个IT技术的三个基础架构单元——计算、存储和网络。
传统上,主机系统既负责数据的计算,也在通过文件系统、数据库系统等手段对数据进行逻辑和物理层面的管理,而存储设备,则是以直连存储(DAS)方式连接在主机系统中。
然而,由于历史发展的原因,各种标准和各种版本的操作系统、文件系统拥挤在用户的系统环境中,使数据被分割成杂乱分散的“数据孤岛”(dataisland),无法在系统间自由流动,自然也就谈不上设备的充分利用和资源共享。
有鉴于此,人们开始寻找存储网络化和智能化的方法,希望通过提高存储自身的数据管理能力,独立于主机系统之外,以网络方式连接主机和存储系统,以设备资源透明的方式为计算提供数据服务。
从而将数据管理的职能,从标准混乱、应用负荷沉重的主机中分离出来。
在网络存储的发展过程中,SAN(存储区域网络)和NAS(网络附加存储)得到了迅速的发展。
NAS是一种直接利用局域网,基于文件的存储架构,存储数据的传输也是基于局域网。
NAS的最大优点是可以很容易实现异构平台的文件共享,NAS的另一个优点在于其扩展性,因为存储单元可以比较容易地加入到网络中。
然而,NAS存储在数据备份或存储过程中会占用网络的带宽,可扩展性有限,并且访问需要经过文件系统格式转换,所以是以文件一级来访问,不适合Block级的应用,尤其是要求使用裸设备的数据库系统。
而SAN存储架构的出现弥补了NAS的不足,为存储系统的发展产生了巨大的推动力。
SAN(StorageAreaNetwork)存储区域网络,是一种通过网络方式连接存储设备和应用服务器的存储架构,这个网络专用于主机和存储设备之间的访问。
当有数据的存取需求时,数据可以通过存储区域网络在服务器和后台存储设备之间高速传输。
FC光纤通道技术使得存储系统的可升级性、稳定性、可用性和性能都大大加强。
不过,它最大的优势是集中的管理,这就降低了总拥有成本。
光纤通道主要应用在某些重要业务和高性能应用,如数据中心环境。
然而,在过去8年以FC协议为主的SAN存储系统建设中,人们逐渐发现FC协议虽然基本解决了传输速度和扩大容量的问题,却难以完全承担起存储系统独立化的重任。
FCSAN的互操作性仍是实施过程中存在的主要问题。
SAN本身缺乏标准,尤其是在管理上更是如此。
虽然光纤通道(FibreChannel)技术标准的确存在,但各家厂商却有不同的解释,于是,互操作性问题就像沙尘暴一样迎面扑来,让人猝不及防。
这就导致了FC兼容性差、成本高昂、扩展能力差、异构化严重的问题。
在存储以SAN的名义独立走上IT舞台的同时,IP和以太网技术在网络领域突飞猛进,在同样1997-2005的8年中,主流商用协议标准从10M发展到了10G,整整提升了1000倍,行业的发展动力和技术标准的成熟性已无可争辩。
IP技术已经成为整个IT行业中最成熟、最开放、发展最迅速、成本最低、管理最方便的数据通讯方式。
在经历了FCSAN发展的过渡性尝试后,整个行业开始考虑将FC传输技术替代为更加成熟可靠、成本更低的IP技术,以适应广域网数据应用、大规模服务器数据集中、海量数据存储等应用对新一代存储系统的要求,同时为“随需应变”的IT新时代到来,奠定坚实的开放化标准基础。
2003年,以IBM等公司共同发起的iSCSI(InternetSCSI)协议,通过IETF组织的审议,公布为RFC标准。
iSCSI协议实际就是将标准的SCSI存储访问指令,打包到TCP/IP中进行传输。
iSCSI标准一经公布,就以其低成本、高可管理性、天然的跨广域数据传输和管理能力、海量组网能力得到了业界的青睐。
基于iSCSI协议构建的IPSAN存储,已崭露头角,成为新一代存储系统的标准,成为IT新时代围绕IP技术进行的网络与存储融合的标志性技术。
由于iSCSI协议将SCSI数据传输的基础从封闭昂贵的FC协议转移到IP之上,使存储系统突破了长期困扰着存储系统的兼容性、成本和管理性桎梏,使存储网格、广域数据传输、大规模服务器数据集中、远程容灾、高性能交换式存储架构等存储技术脱下昂贵的外衣,成为广大行业客户均能轻松获得的最新存储技术。
随着iSCSI技术的完善,数据块级的存储应用将变得更为普遍,存储资源的通用性、数据共享能力都将大大增强,并且更加易于管理。
随着千兆以太网的普及以及万兆以太网络的成熟,IP存储必然会以其性价比、通用性、无地理限制等优势飞速发展,iSCSI技术将联合SCSI、TCP/IP,共同开创网络存储的新局面!
2.2.2.IPSAN技术优势
目前业界常见的数据存储方式主要包括DAS、NAS、FCSAN和IPSAN。
其中,DAS不属于网络存储,在扩展和性能方面有较大的障碍;
NAS主要用于提供文件服务,并且性能太低;
FCSAN使用专用网络与协议,管理比较复杂,而且容灾解决方案的距离限制较大。
作为一种新兴的存储技术,IPSAN基于IP网络实现SAN架构,既具备了IP网络简单配置管理的优势,又提供了SAN架构所拥有的强大功能和扩展性。
在没有出现性价比良好的IP解决方案之前,光纤通道一直是SAN的主流。
虽然随着对存储系统需求的剧增,基于光纤通道的SAN也出现了增长,但网络技术的进步也提供了光纤通道的替代技术。
IPSAN于2003年进入存储技术领域。
作为一种SAN技术,它没有FC那样的高昂成本和复杂性。
它基于标准的IP网络基础架构,Ethernet或iSCSI(IPSCSI的简称)协议来执行存储任务。
iSCSI于2003年2月获IETF批准,正式成为一项标准。
部署IPSAN与在服务器上安装iSCSI驱动程序(软件驱动程序)同样简单,并利用现有的Ethernet基础架构,与支持iSCSI的大量存储系统连接。
无需购买专用的服务器适配器或定制构建的交换机,也不必单独布线,更用不着对人员进行IP之外的技术培训,成本更低、复杂性更少!
IPSAN技术有其独特的优点:
●节约大量成本
●加快实施速度
●优化可靠性
●增强扩展能力
IP存储技术的发展已经经过了几个阶段,首先是对SAN的扩展阶段,在这一阶段,IP-
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