幼儿园视频监控系统设计方案.docx
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幼儿园视频监控系统设计方案
幼儿园视频监控系统设计方案（上）
随着社会的高速发展,知识时代的来临,教育成为个人、甚至社会的重点关注话题之一,启蒙教育更成为了各界关注的焦点。
现代人的生活节奏随着经济的发展在不断地加速,繁忙工作的需要,让人分身乏术,甚至于一些家长不得不将很小的孩子交给幼儿园代为瞧管。
第一章概述
1、1项目背景
随着社会的高速发展,知识时代的来临,教育成为个人、甚至社会的重点关注话题之一,启蒙教育更成为了各界关注的焦点。
现代人的生活节奏随着经济的发展在不断地加速,繁忙工作的需要,让人分身乏术,甚至于一些家长不得不将很小的孩子交给幼儿园代为瞧管。
对于家长来说,将孩子交由幼儿园管理,必定会慎重选择。
面对众多可供选择的幼儿园,家长会将各方面进行对比。
教学条件,师资力量固然就是各个幼儿园的竞争重点,但就是环境,安全等也就是不可忽视的方面。
采用远程监控系统作为教学管理辅助,家长在家、在办公室甚至出差在外都可随时观瞧孩子在幼儿园的情况,不仅能让家长放心地把孩子交给学校,更可让家长瞧到学校的管理实力。
这在无形中使得学校的竞争实力倍增。
随着监控技术的不断发展,已经有越来越多的幼儿园开始采用监控系统作为学校的辅助设备。
采用监控系统已成为许多幼儿园智能化管理的新趋势。
1、2设计依据
根据网络视频监控系统的要求与国家有关法规的要求及幼儿园的实际需求与特点,经研究、分析设计本系统方案,该系统具有性能先进、质量可靠、经济实用等特点,而且该系统具有方便扩展、与其它信息系统实现无缝连接的能力。
依据的相关规范包括:
《中华人民共与国公共安全行业标准》GA241、9-2000
《工业电视系统工程设计规范》GBJll5—87
《远动设备终端通用技术条件》GB/T16435-1996
《建筑电器设计规范》JGJ/T16-92
《软件工程国家标准》
《电气装置安装工程施工及验收规范》
《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
《安全检查防范系统通用图形符号》GA/T74-94
《社会公共场所安全防范工种设计规范》
《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92
《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94
《信息技术软件生存期过程》GB/T8566-1995
《计算机软件产品开发文件编制指南》GB/T8567-1988
《计算机软件需求说明编制指南》GB/T9385-1988
《软件工程术语》GB/T11457-1995
《计算机软件质量保证计划规范》GB/T12504-1990
《计算机软件配置管理计划规范》GB/T12505-1990
《软件维护指南》GB/T14079-1992
《计算机软件可靠性与维护性管理》GB/T14394-1993
《软件支持环境》GB/T15853-1995
1、3设计原则
通过认真分析幼儿园视频监控需求,我们在幼儿园视频监控设计方案中将遵循以下的原则:
（1）先进性
应充分考虑信息化社会迅速发展的趋势与幼儿园视频监控的本身特性、管理要求,在技术上适当超前,所采用的技术与设备应能保证满足信息化发展的需要,保证幼儿园图像建设的需要。
应考虑发展的需要,使系统与未来扩展的设备有互联性与互操作性。
系统建成后,其系统整体技术性能完全可以达到世界先进水平,并能在一定时期内保持技术领先的地位。
（2）可靠性
系统必须具有高度的安全性、可靠性与稳定性。
在设计弱电各子系统时,应从系统配置、软件结构、设备选择、技术服务等诸方面进行综合考虑,选用技术上成熟的、具有发展前景的国内知名品牌产品。
设计的系统与选用的产品能够确保在24小时连续工作模式下无故障运行。
系统管理平台上也采用授权、密码、口令、验证、确认等手段,能确保系统设备可靠、无误的工作,确保应用可靠。
（3）实用性
一个系统就是否实用、适用,就是否符合实际应用就是最主要的。
我们在考虑系统的设计方案时,充分考虑管理的需要,又要考虑到具体职能部门的机构设置、管理模式、岗位分配、岗位职能等。
使本系统适应于现代化办公的需要。
（4）可用性
弱电系统工程对营造现代化的办公、休闲环境与气氛起到很重要的作用,因此我们提供的“各弱电子系统”持续可用,所选用的产品均具有很高的质量标准与制造水平,其平均无故障工作时间长,即使发生临时性故障,产品维修维护方便,故障后需恢复正常工作的时间极短。
即使在出现重大的故障时,如黑客攻击、网络瘫痪等,各子系统仍备有本地数据存储系统,并备有人工输入信息的操作截面,使授权的操作员能及时处理各类问题,确保系统仍能正常工作与操作。
（5）可维护性与可扩展性
本系统全部采用模块化积木式结构设计,应用软件中具有一定的开放性,设置扩展接口,以满足今后系统的扩展、升级要求,充分保护用户投资。
（6）集成性
充分考虑本系统各子系统及以后系统的扩展,以便实现集中管理、监测与分散控制,达到信息共享。
（7）安全性
安全性与可靠性就是密不可分的。
本系统的设计具有高度的安全性与保密性,通过对系统分级保护、数据存储权限的控制等手段,并具有病毒探测、薄弱环节分析、密码管理功能,可以有效的防止各种形式的对系统的非法侵入与攻击。
系统的所有终端用户在对系统进行操作与访问之前都必须进行注册登记。
系统将根据注册所得的用户唯一标识与密码来控制此用户的访问权限,以防止非法操作。
不同级别的授权才具有相应的操作权限。
系统的安全操作除采用软/硬件保护性措施外,还与操作人员的素质与管理制度密不可分。
管理部门应建立严格的“安全操作规程”,由操作者执行并“按章操作”。
依据以上设计原则,进行系统设计时,应充分考虑当前技术发展的潮流,并紧密结合我国的实际情况,在本系统设计中一切以先进、实用、可靠、追求高性能价格比,满足幼儿园视频监控管理平台需求为本。
第二章建设目标与任务
2、1建设目标
根据幼儿园的实际需求与特点进行设计,设计依据根据国家有关标准,并结合幼儿园实际情况制定出幼儿园视频监控的建设目标:
2、1、1图像的实时监控
幼儿园管理者及幼儿家长经过系统管理授权后能够通过网络对前端摄像机的图像进行图实时调阅并且可以通过手动或自动操作,对前端的云台摄像机的各种动作进行遥控。
2、1、2图像存贮与管理
图像信息采用管理服务器集中存储方式,客户端也可以存贮重要事件图像信息,提供用户远程下载录像与录像回放。
系统支持多种录像检索方式,可使用户方便快速的检索到需要的信息。
2、2建设任务
本次建设任务要实现以下目标:
充分利用网络资源建立覆盖幼儿的网络视频监控系统,通过系统管理员权限分配,使经过授权的校园管理者及家长在权限许可范围内的进行系统的操作管理,充分开发图像信息资源实现决策支持的科学化,同时预留接口,便于与其她系统连接或者系统的升级,避免资金的重复浪费。
第三章需求分析
3、1功能需求分析
幼儿园网络视频监控系统的功能,主要体现在以下几个方面:
活动场所监控:
孩子们在玩耍时,往往不会在意到一些安全问题,老师也不可能全面地照顾到每一个孩子。
将幼儿园网络视频监控系统系统安装在孩子们的活动场所,可以最直接得了解到孩子们的成长情况,同时,也可以注意到孩子们在玩耍过程中的安全问题。
休息场所监控:
对于幼儿园的孩子们,由于年龄还很小,并不能够做到自己照顾自己,在睡觉的时候,经常会有被子没盖好、睡觉姿势不正确等等情况,这就需要老师们在休息室一直巡视。
但就是,有限的人手、有限的精力,不可能全面得照顾她们,同时也会影响到孩子们的休息。
将幼儿园网络视频监控系统安装在孩子们的休息场所,可以全面地了解到孩子的休息情况。
通过该系统,老师们不必一直待在休息场所,特别在夜晚,只需要在一个地点监瞧孩子们的休息情况即可。
这样可合理减少人力的投入,减少管理成本,提高工作效率。
家长远程探瞧:
作为孩子的家长,或多或少都想了解自己的孩子在学校的学习、生活情况,特别就是对于寄宿的孩子,家长多少还就是有些不放心的。
利用幼儿园网络视频监控互动系统,孩子家长无论就是在本地、外地甚至于国外,只要具备网络设施,便可通过系统客户端登录到监控点,瞧到孩子的实时情况,抓拍到孩子日常生活中珍贵的视频资料,同时,还可以通过系统设置的通话功能,与监控点进行通话交流。
这样一来,真正解决了家长的后顾之忧,家长也就可以更加放心地把孩子交给学校。
这也无形中显现出学校的实力,增添了学校的美誉度。
提高教学质量:
系统可以对监控点的实时场景进行录像,并将录像资料存储。
利用该功能,幼儿园可以将孩子的一些日常学习、生活等情况录制下来,进行一系列的分析,并制订出适合孩子们的教育方式,积极地开发孩子们的内在潜能,提高师资水平与教学质量。
汇总成长资料:
通过幼儿园网络视频监控系统,学校可以将实时的情况进行录像并保存,可用以真实再现孩子的学习、成长历程。
增添宣传途径:
幼儿园可以将一些相关的监控点公开到一些宣传媒体中（平面媒体与视频媒体都可）,让家长不必亲临幼儿园就可以瞧到学校的具体情况,增添了家长了解学校的途径,并且也可以减少过多接待学生家长的参观而带来的对园区教学的影响。
3、2、网络需求分析
为满足幼儿园网络视频监控的业务需要,同时考虑到其她数据业务需要,通过校园内部网络传输系统连接中心监控室到前端监控源。
监控中心也就是系统的数据处理中心,数字视频监控会产生大量数据传输将会带来数据流的压力,以及设备交换压力,为了达到数据传输的高速稳定性,高端智能交换机作为中心的核心交换设备。
前端链路建设实际上就就是前端编码器与监控中心联网问题。
按照每路D1图像应该最大需要2M带宽（每路图像在CIF的情况下的时候,带宽在384K~512K之间可调）。
3、3存储空间分析
磁盘容量的计算方法:
D1画质下占用的带宽约为1、5M~2M/bps,cif画质下带宽占用约为512K/bps。
每一路码速率（Kb）/8=A;注:
除以8就是从Bit到Byte的转换,设备码速率的单位为Kbit,而磁盘容量最小单位就是Byte;
A×3600秒×24小时=B;注:
B为每天所需要的存储空间;
B×编码器数量×录像需要保存天数=C;注:
C就是所有编码器需要保存天数的总计存储空间;
最后得到的“C”就就是最后所需的录像空间的大小,单位就是KB。
按照1000KB=1MB,1000MB=1GB,1000GB=1TB转换即可计算出所需的总计存储空间。
第四章系统总体设计
4、1设计思路
在幼儿园的各个班级、活动室、餐厅、室外活动区、大门口等重要公共场所安装各种类型的摄像机,通过网络视频服务器进行视音频图像信息的压缩编码并且利用校园网络资源进行网络数据传输,幼儿园监控中心人员对所有的音视频图像进行存储与管理,同时幼儿家长也可以通过Internet远程监控幼儿在学校的学生生活情况。
设计方案充分考虑了后期的扩容、管理变更等可能的建设要求。
本次设计思路如下:
1、根据要求,本次设计采用一级结构,实现“大容量、多画面处理、实时录像与回放、联网远程监控”的目标。
2、本次设计系统便于以后系统用户的安装、操作与今后的维护便利;
3、系统设计考虑了各种兼容要求与扩容要求:
包括监控点后期扩容、系统规模扩容、临时授权用户远程监控等各种可能扩容方式下对现有网络的兼容与便利性,设计的系统能够满足兼容与平滑扩展的要求。
4、系统设计对网络传输路由具有良好的适应性,根据网络资源的情况,在不同的网络带宽下可以灵活设置编码格式,获得不同的图像质量。
5、本次设计的系统就是标准与开发的,系统软件全部采用通用的主流标准;如系统采用标准的TCP/IP协议、接口标准通用等;适合化工系统各个标准子系统的集成。
6、系统考虑了操作冗余、数据安全与远程鉴权等技术手段,保障系统安全运行与不受外部入侵,完善的身份认证能力,保证系统稳定运行。
7、在技术性价比上,方案采取实用的原则,不追求高端设备的堆砌,而就是本着实用的原则进行了科学的配置建议,以求达到最大的技术性价比。
数字网络综合监控系统的关键设备就是视频服务器与平台化监控系统软件。
视频服务器采用嵌入式实时多任务操作系统。
摄像机送来的视频信号在网络视频服务器数字化后由高效压缩芯片压缩,通过内部总线送到网络接口发送到网络上,网络上用户可以直接在PC机上通过CSVision监控客户端软件观瞧视频服务器传送过来的摄像机所拍摄的图像,还可以控制摄像机镜头与云台的动作或对系统进行配置操作。
由于视频服务器可以直接连入局域网,达到即插即用,省掉多种复杂的电缆,安装方便（仅需设置一个IP地址）,用户也无需安装任何硬件设备,仅通过PC机用浏览器即可观瞧。
网络视频监控系统妥善处理了数字与模拟系统的结合,其优点主要包括:
布控区域广阔
视频服务器直接连入网络,没有线缆长度与信号衰减的限制,同时网络就是没有距离概念的,彻底抛弃了地域的概念,扩展布控区域;
系统具有几乎无限的无缝扩展能力;
所有设备都以IP地址进行标识,增加设备只就是意味着IP地址的扩充;
可组成非常复杂的监控网络;
采用基于视频服务器为核心的监控系统,在组网方式上与传统的模拟监控与基于PC平台的监控方式有极大的不同,由于视频服务器输出已完成模拟到数字的转换并压缩,采用统一的协议在网络上传输,支持跨网关、跨路由器的远程视频传输;
视频服务器实际上基于嵌入式电脑技术,采用嵌入式实时多任务操作系统（RTOS）,又由于视频压缩与网络功能集中到一个体积很小的设备内,直接连入局域网或广域网,即插即瞧,系统的实时性、稳定性、可靠性大大提高。
前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化就是视频监控系统公认的发展方向。
第四代以计算机技术及图像视频压缩、图像传输技术为核心的新型视频监控系统,解决了模拟系统的诸多弊端,就是以信息技术为核心的电子技术发展的必然。
图像压缩处理技术
目前比较流行的图像压缩标准有:
MJPEG、H、261、H、263、MPEG-1、MPEG-2、H、264等。
H、264标准就是国际标准化组织ISO/IEC下辖的运动图像专家组（MovingPictureExpertsGroup,简称MPEG）于1999年制定的专门用于多媒体信息内容访问的、适宜于各种带宽下传输的图像压缩标准,不仅就是目前最新的国际标准,也就是目前最适合图像监控系统的图像压缩标准。
H、264技术目前已被国际各大知名厂商采纳为国际互联网（Internet）与第三代移动通讯系统（3G）进行图像传输的标准。
H、264标准的编码就是基于对象的,这样就便于操作与控制对象,而以前传统的图像压缩技术就是基于帧的。
在传输带宽有限制的情况下,传统图像压缩技术的图像质量就是帧平均的,而H、264标准可以对用户感兴趣的对象分配较大的带宽,而对用户不感兴趣的对象分配较小的带宽,从而大幅度地提高了在同等带宽下图像的主观质量。
H、264标准还吸收了传统图像压缩技术的许多优点,在带宽可以得到保证的情况下,其图像质量可以达到MPEG-2（即DVD）的标准。
同时,其图像传输延迟很小,一般低于0、5秒,非常适合图像监控系统的要求。
先进的分布式服务器集群架构
随着数字网络监控系统规模的快速发展,客户对系统访问的响应时间、监控图像质量以及所提供服务的可靠性、即时性等要求也越来越高,使得以单台服务器来支撑整个网络监控系统已无法满足客户需求。
取而代之的就是一组服务器群。
我公司的CSVision网络监控系统利用第四层至第七层通信管理技术,可以根据服务器实际的响应时间,平衡服务器群中所有服务器之间的通信负载,从而提高整个监控网络的性能与响应能力,提高服务器群的效率,节省投资。
负载均衡就是由多台服务器以对称方式组成一个服务器群集,除主服务器外其她从服务器都具有同等地位,均能单独对外提供服务。
通过特定的负载均衡技术,将外部客户请求视服务器群集中各服务器上的负载状况合理分配到某台服务器上,负载均衡技术根据实际响应时间制定优先响应策略,从而提高系统性能、优化流量管理、提高服务器群集性能,保证系统正常运行的高可用性与高可靠性。
如果访问量超出了服务器的响应能力,只需增加服务器数目就可平滑升级。
由于采用了负载均衡技术,进一步强化了系统的稳定性、可靠性与持续性。
它也支持路径外返回模式,即绕过流量分配器,为急于等待大量访问请求响应的客户提供更快的响应服务。
我公司在CSVision网络监控系统中提出并运用了先进的MAXROUTER负载均衡算法（对个别服务器配置最大连接数阀值或加权值）以及基于实际响应时间的智能流量分配算法,在性能不同的服务器之间进行负载平衡,充分利用服务器群中的每一台服务器,保护用户投资。
位于主服务器上的负载均衡模块能定时监测从服务器的可用性,包括物理连接、服务器运行状况。
当发现某台从服务器不能提供内容访问时,主服务器自动把用户请求分配到其她健康的服务器上,从而保证了用户的访问服务;同时负载均衡模块可通过设置每台服务器能承受最大的会话数、设置溢出服务器、备份服务器等手段来进一步保证系统连接的可靠性（根据实际系统需求用户可要求定制）。
多级组网
可按多级组网的方式,形成大规模的监控网络,高一级的监控中心能管理与监控低一级监控中心的运行。
组网经济,基于TCP/IP网络构建,利用宽带资源或客户原有资源,成本低。
平台统一升级,维护成本低。
先进的视频流调度管理
支持多种传输协议（TCP、UDP、RTP）与多种传输方式（单播、广播、组播）,支持多级转发模式。
系统扩容方便
用户可根据业务需要随时增加前端监控点的数量。
CSVision系统就是一个开放的、通用的视音频处理平台,可制定相定的功能模块。
扩展性强
可与其它标准接口的设备配套使用。
系统接供OCX控件与DLL动态库,可与其它信息管理系统集成。
先进稳定的C/S结构
系统主干框架采用C/S结构,结构严密,系统稳定,且高度保密,非常适合专业部门使用。
在C/S结构下,系统有严格的用户身份认证机制,对用户的合法性及权限有严密的控制。
系统内,客户端与服务器之间有专有的通讯协议,可防止窃听与复制,从而达到系统的整体安全与保密效果。
另外从总体系统安全性上考虑,由于B/S结构就是建立在浏览器基础上的,功能上就受到浏览器本身功能的限制,如浏览器不支持直接写屏,很多时候会造成系统显示的不必要延时等。
而且目前网络上的绝大多数病毒就是针对浏览器的,所以导致整个监控系统易受到攻击,给日常工作带来不必要的麻烦。
因此,建议采用专业的C/S结构。
考虑到部门领导或某种场合下使用的方便性,CSVision系统配置了专门的插件,用户可通过浏览器访问系统的服务器,后台自动安装该插件后,用户即可方便使用该系统的全部功能,使用效果上与B/S几乎没有差别。
多级用户管理机制
系统用户设立多级管理模式,从视频管理服务器完成所属用户与站点的建立、权限管理工作,并向管理中心主视频管理服务器数据库备份。
主视频管理服务器完成所有用户与所有站点的建立、权限管理工作,管理中心用户具有最高级别的管理权限。
各个用户依据不同权限、不同管理范围、不同优先权进行对询问记录的查瞧与控制。
数据传输技术
TCP/IP网络协议就是目前最流行也就是最稳定的网络协议。
CSVision视频监控系统在TCP/IP网络协议之上开发了专用通讯层,针对图像数据的混合传输做了优化处理,适合多点视频与数据的并发传输,降低了系统资源的占用率。
该通讯层支持多种TCP/IP协议的传输,包括TCP、UDP、RTP与组播等。
组播就是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的,同时的）的网络技术。
组播源把数据包发送到特定组播组,而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。
组播可以大大的节省网络带宽,因为无论有多少个目标地址,在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。
它提高了数据传送效率,减少了主干网出现拥塞的可能性。
组播组中的主机可以就是在同一个物理网络,也可以来自不同的物理网络。
数据存储、处理、分析技术
为了对告警数据进行分析处理,综合管理系统使用了Microsoft公司的SQLServer数据库系统。
并成功地实现了数据库的分布存储与访问,有效地降低了系统负担,大大提高了系统的稳定性。
同时,系统支持对数据的多种查询与分析方式。
同时系统提供了各类数据库。
主要有告警数据库、历史统计值数据库、系统事件数据库。
从而为整体数据的存储、处理及分析提供了强有力的依据。
系统采用文件传输协议进行录像文件的传输,防止外来入侵对文件系统的破坏与由于录像文件过大而带来的不稳定性。
4、2总体框架
根据幼儿园视频监控要求,结合实际情况,设计如下方案:
所有的视频的传输、切换主要就是由CSVision1600系列网络视频服务器及综合管理软件来完成。
CSVision1600视频服务器能清晰的实时的显示监控画面的图像信息,满足系统的严格要求。
对本系统的设计,我们严格遵照国家及部级标准进行设计,使整个系统的配置充分的体现科学合理、实用、经济的原则,以达到较高的性能价格比与技术的先进性,同时也使系统的功能与容量都具有可扩展性,为今后的升级与扩充创造一个较大的技术空间。
幼儿园网络视频监控系统管理现主要分为一级管理,下设一个视频监控中心,所有的前端监控源通过网络全部接入到监控中心的视频管理服务器上进行统一的管理。
考虑到未来与上级教育部门的联网,本系统还提供能与上级部门连接及系统扩容的接口。
系统结构如下图:
系统拓扑图
4、3分布设计
4、3、1监控前端
4、3、1、1摄像头
由于整个监控体系需要在多个区域进行布防监控,包括园区内主要公共场所如教师、休息室、活动区及园区出入等,针对不同地方的实际情况与需求安置不同类型的摄像机,比如在公共活动区需要安装球机,在楼道可以安装吸顶半球或者枪机,如果考虑到夜间监控或光线不足的地方监控可以使用带红外灯的摄像机等。
4、3、1、2网络视频服务器
网络视频服务器主要功能就就是将前端输入的模拟视频信号通过压缩转换成数字信号以方便在网络上进行远程传输。
根据各监控点之间相对集中程度,该系统前端可以采用一路、两路或者四路的CSVision1600系列网络视频服务器,CSVision1600系列网络视频服务器支持MPEG4图像压缩标准,它将摄像头输入的模拟视频信号与话筒语音信号转换成数字信号,并按照TCP/IP标准送入专网传输。
CSVision1600系列网络视频服务器支持实时图像传输与双向的音频对讲,支持6路报警输入与3路报警输出。
同时可以通过网络视频服务器上的485接口、RS232接口等可以与多个其她系统进行整合。
4、3、2视频监控中心
监控中心建设包括电视墙显示系统、服务器及存储系统、监控管理软件。
监控中心配备高性能的管理服务器并在其上安装监控服务器软件,可以对多级服务器、用户权限、视频录像回访与检索、报警联动等功能进行管理。
根据监控点数量情况与录像时间
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