MOBOTIX网络摄像机煤矿区的应用方案

    第一章 概述
    
     1.1 系统简述
     监控系统主要是通过对视频图像的采集、组织调用、控制、录像、放像、报警的联动来针对某些区域进行监控管理，它能够在第一时间以图像、文字及声光报警形式告知管理、维护系统人员现场所发生的任何情况，从而有效地做出快速反应，并将所发生事件的全过程进行备份，对重要数据进行记录，为处理事故提供切实依据。让相关管理人员能在监控中心监控整个区域的状况，提高管理效率，并且增加一种安全管理的辅助手段。现已在全球各大工矿企业、事业单位、金融机关、智能社区、城市街道、港口码头、军事边防监狱看守所和高等级公路等发挥着重要的作用。
    
     本项目矿区远程视频监控系统主要实现位于距离中心管理区约1公里之外的不同的煤矿区域能够通过光纤网络远程监控管理矿区视频监控系统信号，对四个煤矿区的每个摄像机能够任意调用，可以随时观看四个矿区的实时图像和录像资料。并且可以控制每个矿区的所有摄像机，做到矿区安全生产，降低生产事故率，保证矿区的工作人员和财物安全，提高生产管理水平。每个矿区管理人员能够在管理室就能对所管辖的整个煤矿区和矿井的情况实时监控，能够看到矿区内部的所有环境的情况。
    
     1.2 系统设计标准和规则
     建设一套技术先进、运行成熟、操作简单、扩展性好、容易维护和使用方便的煤矿区监控防范系统。以便能够对煤矿区实现实时全天候监控，做到矿区安全生产，降低生产事故率，保证矿区的工作人员和财物安全，提高生产管理水平。需通过科学的方法提出一整套解决方案，才能保证系统的一致性；只有高度的集成性，才能保证系统的可靠性、可维护性、可扩展性。
     基于以上考虑，我们在对系统进行设计时注意了以下一些问题：
    
     1、设计应遵循以下原则：
     系统设计应在技术上达到先进性和成熟性的统一；性能上应具有很高的安全、可靠性；使用上应具有可维护性和可扩展性；并具有很高的性能价格比。
    
     2、 设备选型方面应同时遵循：
     集成化原则、应选择高效集成的设备，便于控制、管理和维护。
     模块化原则，应在软、硬件上都采用商业化、通用化、模块化结构的设备，使系统具有较强的扩展能力。
     可靠性原则，所选设备应具备抵御环境影响的能力，工作稳定可靠，并能适应矿区矿井昼夜全天候工作。
     高性能价格比原则。
     应遵循实事求是、先进、实用、可靠、节约、后期服务体系完善的原则。
     设计涉及的计量单位均采用国际单位SI制。
     设计所涉及的所有设备和材料，除专门规定外，均依照下列标准规范进行设计、制造、检验和试验。
    
     1.3监控系统的需求分析
     　　管理中心位于四个煤矿区的中心位置，且距离各区域约1公里，目前有四个煤矿区，分别位于管理中心区1公里位置，需要建立一套完整的视频监控系统，以便能够对矿区实现实时全天候监控，做到矿区安全生产，降低生产事故率，保证矿区的工作人员和财物安全，提高生产管理水平。
    
     本系统要求管理中心区管理人员能够在管理室就能对所管辖的四个矿区和矿井的情况实时监控，能够看到矿区内部的所有环境的情况，同时能够对四个煤矿区的每个摄像机能够任意调用，可以随时观看四个煤矿区的实时图像和录像资料。并且可以控制每个煤矿区的所有摄像机。
    
     第二章 Mobotixb网络摄像机与传统（模拟、数模结合）或其它品牌网络摄像像机的显著优点：
    
     2．1 高清的图像，独立的日/夜、远/近镜头：
    
     传统的CCTV其像素大约在40万，最大也就是D1的分辨率，所以大家自然对其数码变焦多少倍数也就不屑一顾了，没有实际应用意义。
    
     MOBOTIX摄像机采用1/2英寸的CMOS，可以达到320万像素（2048X1536），双镜头的摄像机可以构成全景180度的图像，达640万像素，几乎相当16个模拟摄像机，大大减少了摄像机安装个数和工程造价。如此高像素的全景图像自然就省去了云台、变焦，采用我们称之为“虚拟PTZ”的方法，就可以查看图像的任何细节部分，相当于在一个详细的地图上我们用放大镜可以找到所需的一切, 村庄、道路、桥梁…
    
     不仅如此，MOBOTIX双镜头摄像机，不但可以配置为全景摄像，也可以配置成一个近焦、一个远焦镜头，实现深景效果，也可以配置成一个彩色（白天用）、一个黑白（晚上用）镜头，实现真正的日/夜转换，效果远比模拟摄像机一个镜头靠双滤光片切换要强得多，至少没有了容易损坏的移动机械部件，包括光圈，大大减少了维护成本。
    
     2．2 “大安防”概念的防盗报警一体集成：
    
     从上图可以发现，MOBOTIX具有“大安防”的概念，它集成了用于侦测警情的各种传感器：被动红外侦测（人员入侵）、图像移动侦测、声音侦测（如爆炸、打蕾、鸣笛、吵架）、亮度变化检测（开灯、闪电）、环境温度变化检测（如火灾、气象观测）、开关量检测（如门磁、按钮）等等，大大减少了安防系统工程的复杂性—-没有了传统安防系统天罗地网的布线。同时，它也集成了多个告警功能：自带喇叭（现场告警）、LED灯指示、开关量输出（开灯、锁门等）、外接大功率喇叭，还有许多软件报警功能：通知下一个摄像机联动、发图像给巡逻人、大画面弹出、拨打IP电话、发EMAIL等。
    
     因此MOBOTIX不仅仅是个摄像机，而是一个完整的安防报警系统，包括了公共广播。
    
    
     通过自身“D型”端口实现与其它产品/系统的联动
    
     通过专业扩展设备CAM I/O实现与其它产品/系统的联动
    
     2．3 一切以发生“事件（警情）”为行动的指南：
    
     MOBOTIX强调“事件”（EVENT），贯穿系统的整个运行，是智能化的基础信息，这里的事件就是我们通常所说的“警情”，MOBOTIX给用户20多种丰富事件应用，见下表。我们可以自由定义事件的许多属性，如大家熟悉的移动侦测，在传统模拟摄像机里，只能简单地判断设定的区域图像前后帧是否发生了改变，没有定量的判断。但是在MOBOTIX摄像机中，可以对设定的图象区域（窗口）进行四维分析判断：图像变化的面积和前后帧像素亮度变化的范围，同时还有一个参考区域，可以大大防止错误报警（如阳光因天气变化不报警，而灯光变化可以报警），这就是一个非常智能的移动侦测，传统系统是无以伦比的。
    
     2．4 事件逻辑判断是其高度智能化的代表：
    
     事件的逻辑判断是MOBOTIX智能的代表性特征。大家知道，世界著名的图象分析软件公司Object Video是给用户提供第三方软件智能分析的最大公司，其软件是针对用户个性需求而设计的，运行在图像存储的后端，价格自然昂贵，只有军方和特殊部门如美国情报部门CIA和调查部门FBI才能用得起，基本上是针对非民用的。MOBOTIX在摄像机里设计的智能，大多是给寻常百姓应用的，如，判别物体的大小（车辆与行人的区别）、事件计数（出入口人员统计、春天里一共打了多少雷、低于某温度的天数）、事件的逻辑判断。我们不妨来看看事件逻辑的应用，这里的事件逻辑是指以上罗列的2个事件间存在的时间顺序、方向等关联关系。举例说明，在某道路上，汽车从东向西开是合法的，否则是非法的，这可以用来监视单行道路或车辆违法变线（如下图所示）。再举个例子，货场出入口，要求要拍摄货车前后车牌、车底状况、司机面貌，四台摄像机需要联动工作，就需要相互的逻辑上的时间判断，保证货场的货物进出是有准确的取证的。

     2．5 分布式控制、存储，无中心概念：
    
     不管模拟CCTV还是模/数结合的CCTV系统，都有系统中心的概念，如存储中心、监视中心、管理（控制）中心等硬中心，还有级别意义上的软中心，如派出所、分局、市局、省厅等，网络结构非常复杂。MOBOTIX的摄像机其本身就是一个装有LINUX系统的高级计算机PC，IP网络上，如同INTERNET上的一台主机，完全没有主从的概念，在网络上和其他设备如存储服务器、管理机、浏览器处于完全平等地位，只有使用权限的差别，没有地域、时间上的差别。所以MOBOTIX的网络结构就是互联网结构。
    
     无中心的结果，就使得图像的存储可以分布式放到网络上任何的PC或服务器上，大大减少集中存储带来的巨大风险。同时，无中心就以为用户可以在任何地方通过PC、PDA、3G手机等访问/查看摄像机的图象，如在家里或公司可以看见自己工厂的生产线、专卖店的人流、电站设备的运行、工厂的非法排污、老虎在森林里的出没等情况。
    
     由于MOBOIX的用户端软件是IE和免费的MXCC，任何用户几乎不用化钱，就享有1500路进/30路出的超级数字矩阵功能，这是其他IP摄像机系统无法比拟的。
    
     2．6智能暴光：
    
     由于MOBOTIX摄像机没有电子机械光圈（ALC），图像的明暗暴光程度完全由软件来自动控制，一般情况下是不需要用户另外来设置暴光时间的，尽管其最快暴光时间为1/8000秒。如果使用环境比较特殊，如室内外存在极大的亮度反差、道路上有强烈的灯光照射而想看清车牌，这时你可利用它丰富的智能暴光设置，就可达到非常满意的拍摄效果。比如，你可以设置2个暴光小窗口，车辆的大灯一旦进入这2个窗口，图像上的灯光会自动降到足够让你看清车牌的程度。
    
     在模拟系统中，在宽动态与强光抑制功能设计上，对于那些自称有DSP开发能力的公司，不管采用双AGC技术还是多次暴光技术或直方统计技术，都是一个头疼的问题，不是色彩产生偏差就是效果有限，都不尽人意。这方面，MOBOTIX确实是个技术上的重大突破。
    
     2．7智能录像，比模拟系统节省90%的磁盘空间：
    
     由于MOBOTIX的一切行动是基于“有事”（即事件或叫警情发生），录像也是一种行动，当然不例外。你可以事先设置好要录像的图像区域（如车牌），当有事件发生（如有车进入）时才进行拍照或实时录像，对于事件前后的情景可以少录甚至不录，大大地节省了磁盘存储空间，也降低了网络数据传输的负担。
    
     还有一个特色，MOBOTIX机内自带128MB的缓存，如果网络发生故障或阻塞，录像的内容可以暂时保存在缓存内，一旦网络恢复正常，MOBOTIX可以把“欠账”补发出去。
    
     2．8真正的全天候气象生存能力：
    
     中国是个地域辽阔的国家，东西南北气候差异极大，夏天南方的道路温度可以达到60度，冬天漠河的最低气温可以达到零下40多度。南方的梅雨季节或夏天的雨后，空气的相对湿度达90%以上，这就要求户外的摄象机有足够的生存能力。对于模拟摄像机，要么不工作，要么就是增加加热器（电热丝）、散热器（如球机内的风扇），但这些装置往往是容易损坏的，维护成本居高不下。
    
     MOBOTIX的摄像机可以在低温30度以下、高温60度时工作，基本上满足了中国绝大部分区域的气候要求。这点，他们在南极科考站的气象观测使用就是明证。为了验证这一点，我们2008年1月30-31日（春节前夕），亲自把MOBOTIX摄像机放到零下34度的漠河市雪地上进行实地测试，工作4小时，一切完全正常。对于高温实地应用，我们也准备在今年夏日进行测试，但由于只有最多3W的功耗，不需要加散热器如风扇是肯定的。
    
     IP65级的防尘防水设计，足可以满足除了水下摄像的一切使用环境。
    
     2．9 与模拟、数/模结合系统的性价对比：
    
     1、 Mobotix以高集成，全数字化，构建完整的安防体系。
    
     2、传统安防系统要构建完整的安防体系，需要添加大量额外设备，结构复杂。
    
     2．11 Mobotix网络监控系统架构图：
    
     MOBOTIX数字监控系统不同于传统的数字监控系统。它通过TCP/IP网络传输监控信号。安装时，只要把摄像机像普通PC那样连接到TCP/IP网络中就可以。
    
     在监控中心，不需要硬盘录像机矩阵，只需要一台管理主机。详见系统拓扑图
     
     通过系统拓扑图，我们可以了解到MOBOTIX与传统的监控系统的不同点：

     ■ 布线简单
    
     和传统的监控系统需要视频线做为摄像机的信号传输线，中途还需要加装信号放大器等设备相比。安装MOBOTIXF 摄像机，就像安装一台电脑那样简单，只需要将网络接通到安装位置。可以用双绞线，可以用光颖，甚至是无线设备都可以。
    
     ■ 设备简单
    
     MOBOTIX数字监控系统中，管理中心没有矩阵设备，没有硬盘录像机，没有解码器、控制器、视频 分配器等设备。只需要一台管理计算机。
    
     ■ 没有录像设备
    
     MOBOTIX数字监控系统中，没有昂贵的硬盘录像机或者磁带机等录像设备。只需要一台网络存储设备。甚至可以和别的服务器共享一台储设备。系统通过管理计算机将需要的图像存储在存储设备中。
    
     第三章 方案设计
    
     3.1 整体系统结构草图如下
 
     各区域摄像机分布简图
    
     由于D区域与A区域平面图基本一致，所以D区域设计方案与A区域的一样，因此在下图例中不再将D区域的设计例图标注出来。

     对于A区域提供两种方案，上图为采用双镜头D型摄像机方案，即方案一；下图为采用单镜头M型摄像方案，即方案二。
 
     B区域
    
    
     C区域
    
     3.2 系统设计
     系统结构如上图设计，系统总体上包括中心管理监控中心、区域一、区域二、区域三、区域四五大部分组成。要求中心管理监控中心管理人员能够在管理监控室就能对所管辖的整个矿区和矿井的情况实时监控，能够看到矿区内部的所有环境的情况，同时中心管理监控中心能够对四个矿区的每个摄像机能够任意调用，可以随时观看四个矿区的实时图像和录像资料。并且可以控制每个矿区的所有摄像机。
    
     根据本系统的特殊情况，我们采取一套完整的纯数字化监控系统，从矿区摄像机到管理监控中心采用光纤传输方式，在管理中心采用纯数字管理方式，从各分区域到管理监控中心采用数字化网络传输方式，在管理监控中心采用完全数字化网络化管理。
    
     3.2.1 前端采集
     整个系统监控场所为每个煤矿区的内部重要部位环境和矿区煤矿及设备的监控，对于煤矿区内的环境监控主要是大范围的监控，因此我们采用300万像素的MOBOTIX一体化智能网络摄像机，主要从其监控的范围及其特殊要求而选定。
    
     3.2.2 网络传输
     由于四个区域距离管理中心较远，约1公里左右，而且没有现成网络到达，也不便采用无线传输，因此我们采用光纤传输方式进行信号传输。而从矿区到管理中心由于距离又不是很远，因此采用光纤传输方式来进行信号传输是最佳的方法。
    
     3.2.3 系统设计
     1．前端摄像机距离管理控制中心比较远，我们通过光纤把视频信号传输到管理控制中心数字监控管理系统。
    
     2.每个矿区所有图像信号连至管理控制中心。无需时时进行录像存储，只在有人员或车辆移动时进行录像存储，由此可在管理控制中心用一台PC机作为存储数据所用，但要增大其硬盘容量。在管理控制中心配一台22寸液晶显示器即可实现对四个矿区的现场情况进行时时在线远程监控，并能对摄像机进行完全控制。
    
     监控系统的画面显示应能任意编程，自动或手动切换，在画面上应有摄像机的编号，摄像机的部位地址和时间、日期等。管理人员在监控中心可以通过键盘或多媒体监控系统调用和控制本所有区域的图像画面。并且可以定制电子地图，可以直观的通过点击地图来取得该区域的视频画面，并且实现报警联动。在授权的情况下监控中心的管理人员可以随时调用任何区域的实时画面和历史画面，当该区域有突发事件发生时，管理人员可以调出该区域摄像机的画面并进行放大处理，判断是否派出机动人员快速到达该区域，数字录像机记录报警画面图像，为事后处理事件提供有力的依据。
    
     第四章 系统选型与配置
    
     4.1 系统选型原则
     安全防范系统应从高度的安全性，管理的科学性和对人为破坏的抵抗和防御能力出发，确保整个矿区监控系统日常运营的绝对安全。为此我们提出以下几条设计原则：
    
     1）先进性
     所谓先进是指要求采用的产品和系统是当代先进电子技术的应用成果，具有一定的前瞻性，特别是符合计算机和电子通信技术最新发展潮流并且应用成熟的系统，为整个矿区监控系统的进一步发展创造条件。在安防系统中采用的产品和系统必须具有智能特征，比如自主编程、记忆功能、防撬防剪、主动检测、报警联动等；前端设备与系统必须有良好而可靠的通讯能力和故障自动检测、报警功能等等。还必须应用计算机多媒体技术，具有良好的人性化的人机界面，使系统管理人员能方便地学习和操作系统完成安防值勤任务。以便能够在发生警情时，操作员可以利用最便捷的方式，以最迅速的手段操控整个安全防范系统,要达到完全网络化数字化.
    
     2）实用性
     安防系统最重要的是应用，只有得到充分的利用才能做到杜绝安全隐患，防患于未然。系统设计采用的产品和系统，必须是经过了一定时间市场考验的具有较高的知名度的品牌产品。系统设计时，应对需要实现的功能进行合理的配置，并且这种配置应该是可以被改变的，甚至在工程完成后，功能、配置的改变也是可能的和方便实现的。系统的前端产品和系统软件均具有良好的学习性和操作性。特别是操作性，应使一般文化水平的管理人员，在略懂电脑操作的情况下通过培训能掌握系统的操作要领，达到能完成值班任务的操作水平。
    
     3）可靠性
     设计安防系统时的一个必须遵守的原则是保证系统的可靠稳定运行。这个原则要兼顾到两个方面：系统运行可靠－－系统的运行要求可靠。要求从计算机的配置到系统的配置、前端设备的配置都要仔细考虑这个问题，对所有的设备进行认真的可靠性认证。保存和恢复设置方便－－在实际运行中，即使系统的故障率非常低，也会因为各种意想不到的原因而出现问题。所以，在系统设计时，要考虑到系统设置数据的方便保存和快速恢复。
    
     4）扩展性
     即使是最先进的系统，也有随时间的推移而落后的可能。在系统设计中，我们选用产品和系统时，应充分考虑系统的升级、扩展、维护问题，设计应全面、周到，注意预留到位并留有充分余量,以适应未来发展需要。为方便硬件的维护和升级，设计时采用的设备应为高度集成的数字化产品。
    
     5）兼容性
     系统应遵循开放性原则,提供符合国际标准的软硬件、通信、网络、操作系统和数据库管理系统等诸方面的接口与工具,使系统具备良好的灵活性、兼容性和可移植性。我们采用的设备接口应为标准的接口，使整个系统均能与其它系统达到最大的兼容性。同时可以满足实施整体弱电系统集成控制时与其它各个智能化子系统之间的通信、联动。
    
     6）经济性
     为了确保投资合理性(要考虑到长期的运行维护成本而不是第一次投入成本)，要在满足其它基本原则的基础上选择性能价格比最优的系统和产品，从而使安防系统投资物有所值。
    
     7）整体性
     我们在设计中要把整个道路监控系统作为一个统一的整体进行考虑，其安全防范系统应在相对独立的各个系统基础上，高度集中管理，协调运行。由控制中心严格控制每个操作员的控制权限，形成各安防子系统如电视监控系统、防盗报警系统等既相对独立运行，又能实现信息共享、多级控制。
    
     在该系统中我们选用全球知名品牌德国MOBOTIX公司生产的MOBOTIX百万像素级网络摄像机，德国MOBOTIX公司以其高像素、高集成，智能化，数字化、网络化的一体网络摄像机而在全球行业内闻名。德国MOBOTIX公司以其网络摄像机及后台管理中心软件的设计、开发和制作领域处于领先地位， 德国MOBOTIX公司凭借其提供高质量产品和优良用户服务，已成为该行业最为畅销的产品供应商之一。
    
     4.2 所选设备及其技术指标
    
     4.2.1 前端摄像机
     根据不同的监控环境我们选用不同的摄像机来满足监控需要。
    
     4.2.1.1 单镜头日用型彩色网络摄像机
     单镜头日用型彩色网络摄像机白天能达到300万像素的高分辨率，在夜间灯光较弱的情况也能达到百万像素级的高质量画面效果，由于采用超宽动态和强逆光补偿技术，可以清晰的看到视野范围内细小的物体，即使是晚上在汽车灯光等的强光照射下也能清楚的看到画面物体情况，画面的清晰度等质量令人惊叹！完全满足各种恶劣环境下的监控需要。有效地提高了工作效率。不但提高了画面的质量，大大减少了所需摄像机的数量，同时也减少了布线的繁杂，降低了施工成本。
 
     4.2.1.2 日夜型双镜头网络摄像机
     日夜自动转换功能，可实现全天候24小时不间断视频监控。可采用广角镜头配与长焦镜头进行使用，可以同时多角度监看不同角度的区域，大大增加了监控的范围。还可采用双超广角实现在水平180度视角的监控，无需云台，无需转动部件及加热和散热部件就可实现在温差大及恶劣环境下全天候工作。
    
     3.2.3监控中心管理设备
     数字化视频监控系统是基于C/S(客户端/服务器)架构的专门适用于数字网络的综合视频监控系统。它的前端主要采用的是MOBOTIX自有的MxPEG压缩格式，通过MxPEG压缩的视频图像，超低网络负荷，图像清晰度高。系统采用TCP/IP传输方式，可在多层路由环境下实时监控，适合行业用户普遍的监控要求。数字化视频监控系统后台采用MXCC免费控制中心软件：
    
     • 具有事件搜索功能的 MxControlCenter
    
     • 专业化的无限制版本
     • 无论摄像头还是用户都没有数量限制，也没有许可证费用
     • 自动对平面图进行切换，并通过 IP 或 ISDN 进行远程报警
     • 同时在多个摄像头上以同步方式进行事件搜索
     • 图像后处理（对比度、缩放、失真校正）
     •与模拟和数字 PTZ 摄像头集成