黃 磊

(武漢華中科大建筑規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司, 湖北 武漢 430074)

0 引 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,智能安防成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢,并成為建筑智能化工程中必不可少的一部分[1-3]。醫(yī)院建筑內(nèi)部使用功能復(fù)雜,各種機(jī)電設(shè)備和醫(yī)療設(shè)備眾多,對于安防系統(tǒng)的建設(shè)尤為重要。本文根據(jù)某醫(yī)學(xué)研究院發(fā)展需求,并結(jié)合未來的發(fā)展趨勢,介紹了醫(yī)院大樓的智能安防系統(tǒng)建設(shè),可為類似建筑的智能安防系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

1 項目概況

武漢市同濟(jì)醫(yī)學(xué)院校區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院大樓地上16層,地下2層,總建筑面積約為33 000 m2,建筑高度為65.7 m,為科研樓,屬于一類高層建筑物。

2 安防系統(tǒng)建設(shè)基本功能要求

2.1 系統(tǒng)具有的基本功能

(1) 系統(tǒng)能對室外網(wǎng)絡(luò)紅外球機(jī)和室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)紅外攝像機(jī)所有的監(jiān)控點視頻圖像進(jìn)行動態(tài)觀察和控制[4]。

(2) 系統(tǒng)能對所有監(jiān)控點視頻圖像進(jìn)行統(tǒng)一授權(quán)調(diào)用管理。

(3) 系統(tǒng)能對監(jiān)視器上監(jiān)控圖像進(jìn)行輪流按序切換。

(4) 系統(tǒng)能實現(xiàn)海量視頻信息的高質(zhì)量可靠存儲、授權(quán)回放和點播管理。

(5) 系統(tǒng)具備多級身份認(rèn)證功能,應(yīng)對系統(tǒng)用戶進(jìn)行分類,并綜合考慮各種因素,制定合理的權(quán)限管理策略,實現(xiàn)對用戶訪問的控制,確保用戶只能對屬于自己維護(hù)的設(shè)備加以管理。

(6) 系統(tǒng)具有防止網(wǎng)絡(luò)攻擊的防御能力和防御措施,應(yīng)采用訪問控制和身份認(rèn)證,保證整個系統(tǒng)的安全。

(7) 系統(tǒng)具有強(qiáng)大的接入能力和擴(kuò)展能力,實現(xiàn)今后大規(guī)模、大范圍的監(jiān)控點覆蓋;支持靈活的接入方式,適應(yīng)各個監(jiān)控點網(wǎng)絡(luò)傳輸條件的差異性[5-6]。

(8) 系統(tǒng)應(yīng)具備良好的兼容性,兼容目前市場上主流的IP視頻設(shè)備和存儲設(shè)備。

(9) 系統(tǒng)能夠接入統(tǒng)一管理平臺,實現(xiàn)視頻監(jiān)控信息的共享。

(10) 使用的設(shè)備必須符合國家法律法規(guī)和現(xiàn)行強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求,并經(jīng)法定機(jī)構(gòu)檢驗或認(rèn)證合格。

2.2 系統(tǒng)控制功能應(yīng)符合的基本規(guī)定

(1) 系統(tǒng)應(yīng)能手動或自動操作,對攝像機(jī)、云臺、鏡頭、防護(hù)罩等進(jìn)行遙控,控制效果平穩(wěn)、可靠。

(2) 系統(tǒng)應(yīng)能手動切換或編程自動切換,對視頻輸入信號在指定的監(jiān)視器上進(jìn)行固定或時序顯示,切換圖像顯示重建時間能在可接受的范圍。

(3) 矩陣切換和數(shù)字視頻網(wǎng)絡(luò)虛擬交換/切換模式的系統(tǒng)應(yīng)具有系統(tǒng)信息存儲功能,在供電中斷或關(guān)機(jī)后對所有編程信息和時間信息均應(yīng)保存。

(4) 系統(tǒng)應(yīng)具有與其他系統(tǒng)聯(lián)動的接口。當(dāng)其他系統(tǒng)向視頻系統(tǒng)給出聯(lián)動信號時系統(tǒng)按照預(yù)定工作模式,切換出相應(yīng)部位的圖像至指定監(jiān)視器上,并能啟動視頻記錄設(shè)備,其聯(lián)動響應(yīng)時間≤4s。

(5) 輔助照明聯(lián)動應(yīng)與相應(yīng)聯(lián)動攝像機(jī)的圖像顯示協(xié)調(diào)同步。

(6) 具有音頻監(jiān)控能力的系統(tǒng)宜具有視頻音頻同步切換的能力。

(7) 需要多級或異地控制的系統(tǒng)應(yīng)支持分控功能。

(8) 前端設(shè)備對控制終端的控制響應(yīng)和圖像傳輸?shù)膶崟r性應(yīng)滿足安全管理要求。

2.3 圖像記錄功能應(yīng)符合的基本規(guī)定

(1) 記錄圖像的回放效果應(yīng)滿足資料的原始完整性,視頻存儲容量、記錄/回放帶寬、檢索能力應(yīng)滿足管理要求。

(2) 系統(tǒng)應(yīng)能記錄下列圖像信息:發(fā)生事件的現(xiàn)場及其全過程的圖像信息;預(yù)定地點發(fā)生報警時的圖像信息;用戶需要掌握的其他現(xiàn)場動態(tài)圖像信息。

(3) 系統(tǒng)記錄的圖像信息應(yīng)包含圖像編號/地址、記錄時的時間和日期。

(4) 重要的固定區(qū)域報警錄像宜提供報警前的圖像記錄。

(5) 根據(jù)安全管理需要,系統(tǒng)應(yīng)能記錄現(xiàn)場聲音信息。

(6) 監(jiān)視圖像信息和聲音信息應(yīng)具有原始完整性。

3 大樓智能安防系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)《中華人民共和國反恐怖主義法》及武漢市市委、市政府“十三五”規(guī)劃中關(guān)于安?；A(chǔ)設(shè)施與重大項目同步建設(shè)的要求,公安部門要求轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院對反恐防暴安保設(shè)施進(jìn)行建設(shè)。根據(jù)這些要求,轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院大樓智能安防系統(tǒng)由視頻監(jiān)控、人員管理、防盜報警、反恐防爆、一鍵報警、車輛出入控制等組成,系統(tǒng)將視頻、門禁、車輛、報警等數(shù)據(jù)共享交換,結(jié)合先進(jìn)、可靠的視頻圖像處理、數(shù)據(jù)采集識別、設(shè)備聯(lián)動控制、高效存儲分析等智能技術(shù)手段,以綜合管理平臺為核心,硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ),統(tǒng)一各系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,整合集成各分系統(tǒng),實現(xiàn)技防與人防、物防相結(jié)合,建設(shè)一套智能化安全防范管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用內(nèi)部高速局域網(wǎng)的方式構(gòu)建,充分利用局域網(wǎng)高效率數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢,實現(xiàn)各系統(tǒng)之間的信流交換。

智能安防系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1如示。

4 大樓智能安防系統(tǒng)組成

智能安防系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛出入控制系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、一鍵報警系統(tǒng)、數(shù)字存儲系統(tǒng)、機(jī)房監(jiān)控顯示系統(tǒng)、監(jiān)控管理平臺等組成。

4.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控采用了二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),前端網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過接入層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入大樓局域網(wǎng)。在整個大樓的各個主次出入口外墻布設(shè)室外監(jiān)控,可以有效記錄各種光線條件下出入人員的穿著、面部特征細(xì)節(jié),設(shè)計采用IP66帶防水護(hù)罩的網(wǎng)絡(luò)高清室外球機(jī),設(shè)備具備星光、超寬動態(tài)、三維數(shù)字降噪等處理能力。

圖1 智能安防系統(tǒng)總體架構(gòu)

在大樓內(nèi)的走廊按照首尾相連接的模式進(jìn)行點位部署,中間采用球機(jī)進(jìn)行細(xì)節(jié)查看和補(bǔ)充?？紤]到走廊的縱深較深而廣度較小的特殊性,走廊攝像機(jī)選用支持采用走廊模式功能(星光、超寬動態(tài)等)的紅外一體化槍機(jī),中間球機(jī)采用具備星光、超寬動態(tài)、三維數(shù)字降噪等處理能力的網(wǎng)絡(luò)高清球機(jī)。走廊攝像機(jī)在夜間具有星光級的成像功能,在較低的光線下具有超高的感光度,從而保證夜間的成像效果。在電梯周邊的走廊攝像機(jī)支持拾音器的接入,方便一鍵報警被觸發(fā)時后臺可進(jìn)行語音對講。

電梯的監(jiān)控采用全I(xiàn)P化無線傳輸方案,電梯專用攝像機(jī)選用無線半球攝像機(jī),通過無線AP網(wǎng)橋?qū)⒁曨l信號輸送到監(jiān)控中心。電梯監(jiān)控示意如圖2所示。

圖2 電梯監(jiān)控示意

根據(jù)用戶要求,實驗室操作臺設(shè)置視頻監(jiān)控,并建設(shè)獨立的視頻監(jiān)控平臺?？紤]實驗室特殊性和監(jiān)控效果,設(shè)計采用星光級網(wǎng)絡(luò)紅外高清半球攝像機(jī),全天候記錄房間內(nèi)情況;同時攝像機(jī)支持智能偵測功能,可根據(jù)管理者的需求按照時間段進(jìn)行布防設(shè)計,可進(jìn)行入侵偵測、移動偵測、物品遺留偵測等,充分保證實驗室物品安全。

視頻監(jiān)控具體點位如表1所示。

4.2 車輛出入控制系統(tǒng)

在大樓的停車場出入口設(shè)計一套車輛出入口管控系統(tǒng),對內(nèi)部車輛通過車牌識別比對直接通行,外部車輛需要管理人員確定后放行。車輛出入口系統(tǒng)在實際實施過程中需要對出入口進(jìn)行整頓、隔離,保證一進(jìn)一出。車輛出入口管理系統(tǒng)由前端子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、后臺中心子系統(tǒng)組成,實現(xiàn)對出入口車輛的全天候監(jiān)控覆蓋,記錄所有通行車輛,自動抓拍、記錄、傳輸和處理,同時系統(tǒng)還能實現(xiàn)車牌與車主信息管理等功能。

前端子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完成前端數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、存儲與上傳,負(fù)責(zé)車輛進(jìn)出控制,主要由刷卡及電動擋車器模塊、車牌識別模塊、遠(yuǎn)距離識別模塊等相關(guān)模塊組件構(gòu)成。

傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)、圖片、視頻的傳輸與交換。其中前端主要由交換機(jī)、光纖收發(fā)器等組成;中心網(wǎng)絡(luò)主要由接入層交換機(jī)以及核心交換機(jī)組成。

表1 視頻監(jiān)控具體點位

車輛出入控制系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 車輛出入控制系統(tǒng)

后臺中心子系統(tǒng)平臺完成數(shù)據(jù)信息的接入、比對、記錄、分析與共享,由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、Web服務(wù)器組成。其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝數(shù)據(jù)庫軟件,保存系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)信息;數(shù)據(jù)處理服務(wù)器安裝應(yīng)用處理模塊,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解析、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)以及上下級通信等;Web服務(wù)器安裝Web Server,負(fù)責(zé)向B/S用戶提供訪問服務(wù)。

4.3 門禁管理系統(tǒng)

該大樓作為重點的實驗大樓,每個實驗室均需要進(jìn)行嚴(yán)格的保密,只能允許實驗相關(guān)人員進(jìn)出,需要增加門禁控制系統(tǒng)。門禁管理系統(tǒng)可以有效地控制每個實驗室人員的進(jìn)出權(quán)限,有效地進(jìn)行實驗區(qū)域保密管控。

門禁控制系統(tǒng)通過讀卡器辯識,只有經(jīng)過授權(quán)的人才能通過受控的區(qū)域門組。讀卡器能讀出卡上的信息并傳送到門禁控制器,如果允許出入,門禁控制器中的繼電器將操作電子鎖開門。該系統(tǒng)由感應(yīng)卡、感應(yīng)讀卡器、門組、門禁控制器組成,可以采用多種門禁管制方式(單向刷卡、雙向刷卡),對使用者授于不同的進(jìn)出權(quán)限,進(jìn)行多級控制。

4.4 一鍵緊急報警系統(tǒng)

在大樓電梯前廳處、值班室、控制室內(nèi)安裝一鍵報警裝置,為緊急事件處理展開綠色通道,切實保障醫(yī)學(xué)院人員的安全,具有不可撤防設(shè)置功能和防誤觸發(fā),被觸發(fā)后應(yīng)自鎖。在意外事件發(fā)生時可通過一鍵報警,控制中心發(fā)出聲、光報警信息,安裝在1F監(jiān)控中心的報警主機(jī)接收到報警信號后通過其特有的雙網(wǎng)口結(jié)構(gòu)設(shè)計,一個網(wǎng)口通過網(wǎng)線連接到大樓管理專網(wǎng),供大樓監(jiān)控中心來使用,另一個網(wǎng)口連接到110接警中心,供110接警中心查看。接警中心或者監(jiān)控中心接收到報警信號后,查看報警聯(lián)動的視頻畫面,確定報警信息的真實度,從而進(jìn)行接/處警。系統(tǒng)報警響應(yīng)時間≤2 s,報警發(fā)生后報警信息應(yīng)能手動復(fù)位,報警信號應(yīng)無丟失。

大樓監(jiān)控中心平臺使用一鍵式應(yīng)急報警管理平臺,集報警、視頻、語音對講功能于一體。大樓內(nèi)部人員主動觸發(fā)報警按鈕后,平臺軟件自動彈出前端畫面,聯(lián)動前端設(shè)備在電子地圖中具體位置,同時聯(lián)動產(chǎn)生報警,并與前端報警點周邊攝像機(jī)實現(xiàn)雙向語音對講,為報警時間提供有力的證據(jù)。中心平臺支持視頻預(yù)覽和回放功能。當(dāng)中心管理平臺查看到有異?，F(xiàn)象時,可對報警點進(jìn)行威懾喊話,起到主動預(yù)防的作用。

4.5 數(shù)字存儲系統(tǒng)

根據(jù)《中華人民共和國反恐怖主義法》第三十二條要求,重點目標(biāo)對象采集保存的錄像視頻不得少于90 d。該大樓錄像存儲按90 d進(jìn)行設(shè)計。存儲設(shè)計采用先進(jìn)的視頻流直存技術(shù)和CVR視頻監(jiān)控專用存儲設(shè)備,通過集中式的存儲方式部署在監(jiān)控中心,用于存儲管理所有前端監(jiān)控攝像頭的實時監(jiān)控視頻,系統(tǒng)具備錄像丟失檢測報警、智能補(bǔ)錄、數(shù)據(jù)備份、多盤容錯、設(shè)備集群等功能。視頻存儲結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 視頻存儲結(jié)構(gòu)示意圖

該大樓共設(shè)計有333個監(jiān)控點位,所有監(jiān)控點位的分辨率均可達(dá)到1080P,采用H.265高壓縮編碼模式,碼率僅需2 Mb/s。所采用的存儲設(shè)備支持H.265編碼的視頻碼流進(jìn)行存儲,故存儲的視頻碼流也為2 Mb/s。單路實時視頻的存儲容量=[視頻碼流×60 s×60 min×24 h×存儲天數(shù)/8]/1 024=1 898.44 GB,因此總存儲容量為1 898.44×333 GB=632 179.69 GB。

系統(tǒng)存儲分為兩部分,其中1F監(jiān)控中心負(fù)責(zé)樓內(nèi)公共區(qū)域、走廊和室外監(jiān)控點位的錄像存儲,共156路視頻點;2F實驗平臺控制中心負(fù)責(zé)實驗室內(nèi)的視頻監(jiān)控點位存儲錄像,共177路視頻點。

綜上可知,1F監(jiān)控中心共需要的存儲總?cè)萘靠臻gR1=1 898.44×156 GB =296 156.25 GB,2F實驗平臺控制中心共需要的視頻總?cè)萘靠臻gR2=1 898.44×177 GB =336 023.44 GB。

考慮到目前行業(yè)內(nèi)存儲硬盤的整體穩(wěn)定性和存儲設(shè)備的兼容性、性價比等因素,選擇使用4 TB硬盤。4 TB硬盤的實際存儲容量空間為M′=3 725.29 GB;而硬盤在實際應(yīng)用過程中需要考慮5%的格式化損失,故硬盤在實際應(yīng)用中的容量空間為M=M′(1-5%)=3 539.02 GB。所以1F監(jiān)控中心所需要的可用硬盤的數(shù)量Q1=R1/M≈83.7塊,取84塊,2F實驗平臺控制中心所需要的可用硬盤的數(shù)量Q2=R2/M≈94.9塊,取95塊。

綜合考慮到存儲設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性,選用24盤位的磁盤陣列進(jìn)行存儲。視頻流直寫存儲系統(tǒng)利用RAID和熱備機(jī)制,充分保障存儲的穩(wěn)定性。24盤位磁盤存儲陣列采用2組RAID,每組12塊硬盤,熱備1塊。選用RAID5存儲機(jī)制,即系統(tǒng)允許一塊硬盤損壞,損壞后可以通過RAID索引將視頻錄像恢復(fù)。

由此可知,24盤位單臺存儲磁盤陣列的硬盤總?cè)萘靠臻gC=(24-2×1-1)×3 539.02 GB=74 319.42 GB。所以控制中心所需要的存儲設(shè)備數(shù)量=存儲總?cè)萘?單臺存儲總?cè)萘俊?F監(jiān)控中心所需要的存儲設(shè)備數(shù)量C1=R1/C,取4臺,2F實驗平臺控制中心所需要的存儲設(shè)備數(shù)量C2=R2/C≈4.5,取5臺。

綜上可知,控制中心所需要的實際硬盤數(shù)量=所需可用硬盤數(shù)量+RAID索引寫入硬盤數(shù)量+熱備硬盤數(shù)量=所需可用硬盤數(shù)量+[(RAID組×1)+熱備硬盤數(shù)量] ×存儲設(shè)備數(shù)量。故1F監(jiān)控中心所需實際硬盤數(shù)量Q3=[84+(2×1+1)×4]塊=96塊,2F實驗平臺控制中心所需要的實際硬盤數(shù)量Q4=(95+15)塊=110塊。

4.6 機(jī)房監(jiān)控顯示系統(tǒng)

機(jī)房監(jiān)控顯示系統(tǒng)設(shè)計采用高清解碼器進(jìn)行解碼顯示。解碼拼控系統(tǒng)如圖5所示。

平臺軟件發(fā)送控制命令到高清解碼器,高清解碼器根據(jù)實現(xiàn)設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)視頻編號,采用H.265高清解碼器進(jìn)行解碼(相對于原有H.264方案,H.265的解碼器具有更高的解碼性能,解碼能力提高50%左右),將相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)視頻取流解碼輸出到電視墻。

圖5 解碼拼控系統(tǒng)

1F監(jiān)控中心和2F實驗平臺控制中心的電視墻均采用12塊46英寸超窄邊LCD大屏幕顯示系統(tǒng)。電視墻需要占用墻面面積為1 024×4 mm(長)×[578.7×3 mm(屏體高度)+800 mm(底座高度)]=10 387 865.6 mm2=10.39 m2,約占用墻面11 m2。

電視墻效果圖如圖6所示。

圖6 電視墻效果圖

4.7 安防監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺

1F監(jiān)控中心管理大樓內(nèi)所有的走廊、公共通道、出入口、停車場、一鍵報警等設(shè)備;2F實驗平臺控制中心負(fù)責(zé)樓內(nèi)各個實驗室內(nèi)視頻點位,保障實驗室內(nèi)的人員、物品的安全。2個控制中心部署基本一致,使用同一套管理平臺,滿足值班人員視頻、信息查看、設(shè)備控制,同時1F管理平臺預(yù)留千兆以上接口,并實現(xiàn)私網(wǎng)到視頻網(wǎng)IP地址轉(zhuǎn)換,確保管理人員不論處于何處均可使用移動指揮終端進(jìn)行遠(yuǎn)程的視頻調(diào)閱。非經(jīng)授權(quán),1F監(jiān)控中心不能查看2F實驗平臺控制中心的監(jiān)控視頻。

監(jiān)控平臺通過專網(wǎng)與前端設(shè)備資源連接,對前端監(jiān)控資源進(jìn)行整合,集中維護(hù)和管理。 監(jiān)控中心主要由應(yīng)用服務(wù)器、客戶端、存儲設(shè)備、解碼設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、大屏顯示設(shè)備、報警設(shè)備、反恐防爆設(shè)備等組成。平臺主要有中心管理服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲管理服務(wù)器等。服務(wù)器應(yīng)具備多CPU系統(tǒng)、高帶寬系統(tǒng)總線、I/O總線,具有高速運算和聯(lián)機(jī)事務(wù)處理(OLTP)能力,具備集群技術(shù)和系統(tǒng)容錯能力。

監(jiān)控平臺采用中心管理軟件,支持基本視頻監(jiān)控和聯(lián)網(wǎng)功能,實現(xiàn)視頻實時預(yù)覽、點位查詢、錄像回放、抓拍功能、字符疊加、數(shù)字矩陣、云臺控制、視頻加密、報警接收與聯(lián)動、對講功能、大屏管控、視頻運維等功能;支持統(tǒng)一身份認(rèn)證和權(quán)限控制、組織與角色管理維護(hù)、設(shè)備集中接入管理、設(shè)備錄像存儲管理、任務(wù)計劃執(zhí)行和調(diào)度、報警規(guī)則與處理管理、設(shè)備巡檢和日志管理等功能,同時包括硬件服務(wù)器。安防綜合管理系統(tǒng)依托于智慧的綜合管理平臺,統(tǒng)一各系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,提供統(tǒng)一的系統(tǒng)管理基礎(chǔ)組件,來實現(xiàn)對視頻監(jiān)控、入侵報警、車輛出入管理及門禁管理等系統(tǒng)的綜合配置與管理[7-8]。

5 結(jié) 語

隨著信息化建設(shè)速度的不斷加快,安全防范管理需求越來越高,需要結(jié)合先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)理念和技術(shù),各個設(shè)備設(shè)施、系統(tǒng)平臺都將相互聯(lián)通,通過一套整合的平臺,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲、處理、交換和控制,結(jié)合先進(jìn)、可靠的視頻圖像處理、數(shù)據(jù)采集識別、設(shè)備聯(lián)動控制、高效存儲分析等智能技術(shù)手段,實現(xiàn)智能安防,同時幫助用戶提升大樓的管理水平,構(gòu)建起智能、高效、安全的大樓環(huán)境。