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济南卷烟厂易地技术改造工程安全防范系统设计

 

将军集团济南卷烟厂新厂区占地 1000 多亩, 厂区周界全长近 3600 , 包括联合工房、动力中心、烟叶醇化库、废品库、综合服务楼等二十多个建筑。面积庞大的厂区对安全防范提出了更高的要求也带来了很大的困难。通过与用户的沟通, 根据用户需求将该系统划分为数字视频监控系统、门禁管理系统和防盗报警系统 3 个子系统, 并通过数字网络将 3 个子系统结合成一个完整的系统, 实现对厂区和重要生产办公场所的保护。

关键词 安全防范; B/S 结构; C/S 结构; 网络; 数据库

 

1.引言

    安全防范是建筑智能化系统的一个重要组成部分, 是现代管理、监测、控制的重要手段。随着信息技术的飞速发展, 对安全防范系统也提出了更高的要求, 使其逐步向数字化、网络化和智能化方面发展, 成为大型工厂、居民社区和公共场所不可缺少的一部分。

2.系统功能

    本系统具备如下主要功能:数字视频监控功能数字视频监控系统设备主要设置在厂区周边、各主要建筑内、走廊、出入口、停车场、重要区域或设备、门禁等相关区域, 实现对人员流动和车辆进出的监视管理, 预防无关人员的非法进入, 确保厂区内人、财、物的安全。

门禁管理功能

    门禁系统主要设置在计算机机房、消防安防控制中心、车间中控室等重要的区域, 实现对出入人员的控制和管理。与数字视频监控系统实现联动, 对出入人员进行录像记录。

防盗报警功能

    防盗报警系统主要用于在数字视频监控基础上加强厂区和重要建筑物的安全防范手段, 通过报警设备与监控联动设计, 进一步提高厂区的安全性。

 

2.1 安防系统结构图

3.系统层次结构

    从系统操作平台上看, 整个系统结构分为四层, 分别为: 监控层、服务层、控制层和实施层。如图 3.1 所示

 

3.1 安防系统层次结构

    各部分的功能如下:

    (1)监控层

    监控层由安防控制室电视墙、视频浏览端和门禁报警客户端组成。电视墙由 8 42 寸等离子监视器组成, 对厂区摄像机图像进行实时显示。每台监视器可实现单画面显示和四画面分割, 总共可以同时显示 32 台摄像机的实时图像。经过授权, 远程用户可以通过 IE 浏览器进行图像的实时监控和录像回放, 并且实现对前端云台和镜头的控制。门禁报警客户端是门禁和报警的管理平台。

    (2)服务层

    服务层由视频服务器、数据库服务器和门禁报警服务器组成。视频服务器主要负责视频信息流的转发、云台和摄像机等控制命令的发送、视频图像的存储和服务, 支持分布式管理。数据库服务器用于管理数字视频监控系统的数据库、配置整个数字化监控系统、管理系统所有用户, 是数字化监控系统的管理核心服务器。同时, 在数据库服务器上构建 Web 服务器, 主要负责为远程浏览端提供数据访问接口、视频访问接口以及控制访问服务等。门禁报警服务器主要负责对门禁和报警系统的配置, 存储系统图像移动侦测报警、防盗报警和门禁使用信息的历史数据和实时数据, 为系统查询分析提供基础数据。

    (3)控制层

    控制层由视频编码器、门禁控制器和报警控制器组成。视频编码器可以将实时采集的图象按 Mpeg4 或者 Motion- Mpeg 格式进行压缩和传送, 并通过云台解码器控制摄像机云台、镜头变焦。门禁控制器连接门锁、读卡器和出门按钮等现场设备, 采集读卡器和出门按钮的信息, 根据设定的程序判断访问者的权限, 控制门锁的开闭。报警控制器连接现场的双鉴探测器和埋地泄漏电缆, 采集各个防区的报警信号,进行存储和判断。

    (4)实施层

    实施层由现场的设备构成, 包括各种摄像机、门锁、读卡器、出门按钮、双鉴探测器和埋地泄漏电缆等, 完成现场视频信号、报警信号和门状态信号的采集, 并根据控制指令对摄像机、门锁进行控制。

4.系统详细设计

4.1 数字视频监控系统

系统组成

    数字视频监控是通过把安装在厂区各个位置的摄像头摄取的模拟图像信号转换成数字图像信号, 再通过计算机网络传输, 使网络内的计算机都可以成为监控终端, 不受地域环境的限制。设计专用的监控网络, 通过适当的 VLAN 划分, 实现监控网络的安全和高速。另外,信号传输采用了标准的 TCP/IP 网络协议, 使远程监控变成了可能。系统结构图如图 3.1 所示:

3.1 视频监控系统结构图

    系统主要由以下三部分组成:

    1)监控前端

    包括模拟摄像机、云台、解码器和视频编码器等设备, 实现图像的拍摄和模数转换, 得到基于 MPEG- 4 压缩标准的数字图像文件。

    2)网络通信平台

    由交换机、防火墙、通信线路等设备组成, 实现数字图像文件通过厂区局域网的数字传输, 并可以通过 Internet 实现授权客户的远程监控。

    3)总控中心管理平台

    总控中心管理平台由监控主机、电视墙、监控管理软件、视频服务器和数据库服务器等组成。监控管理软件安装在视频服务器上, 提供了完整的监控中心管理、录像管理、报警管理、用户认证和权限管理、服务器集群管理等功能。数据库服务器用于管理数字化监控系统的数据库、配置整个数字化监控系统、管理系统所有用户, 是数字化监控系统的管理核心服务器。

4.2 门禁控制系统

系统组成和功能

    门禁系统由控制器、读卡器、电控锁、出门按钮、识别卡、管理主机和管理软件等组成。其中控制器、读卡器、电控锁、开门开关、识别卡构成基本的门禁控制单元设备。系统结构如图 3.3 所示:

    1)门禁控制器

    门禁控制器是门禁系统核心, 相当于计算机的 CPU。门禁控制器负责整个门禁系统的输入、输出信息的处理和储存、控制, 验证门禁读卡器输入信息的可靠性, 并根据出入规则判断其有效性, 如果有效就对执行部件发出动作信号。

    2)读卡器

    读卡器是门禁系统信号输入的关键设备, 用于读取卡片中的数据本系统采用了 Honeywell 公司的 DigiReader 系列读卡器。该读卡器运用 Honeywell 门禁感应技术, 结合先进的数字信号处理技术, 实现快速准确的身份识别。

 

3.3 门禁系统结构图

    3)IC

    IC 卡的主要功能就是作为一种数据载体, 相当与钥匙的角色, 是门禁系统中用户的身份证。IC 卡芯片内部电路可分为两大功能部分:数据存储部分和数据加密操作控制部分。

4.3 防盗报警系统

    该防盗报警系统分为厂房防盗报警和厂区周界防盗报警两个部分。控制系统主要由管理主机、报警控制器、报警联动模块及报警探测器等组成。厂房防盗报警部分选用双鉴探测器作为报警探测器, 厂区周界报警子系统选用埋地感应电缆作为报警探测器。报警控制器通过网络接口模块与管理主机相连结并实时进行通讯, 一旦检测到前端报警器状态发生变化, 即刻将发生报警信号的前端报警器的编号等信息, 以特定的编码格式传送到管理主机。系统管理主机可自动判别报警信号的来源, 并依据设定的系统自动响应程序, 同时为用户提供现场多方面的信息, 包括现场视频图像、声音信号等, 为用户正确判断非正常事件发生的可靠性和事态的严重性提供必要的决策依据, 并提示用户采取适当的措施及时加以防范。防盗报警系统结构如图 3.5 所示:

 

3.5 防盗报警系统结构图

4.4 监控中心硬件设计

    监控中心作为整个安防系统的神经中枢, 起到对整个系统进行管理、调度和存储的功能, 需要配置高性能的服务器和显示终端, 系统结构如图 3.8 所示:

 

3.8 监控中心硬件结构图

5.安防系统网络结构设计

5.1 全厂网络通讯结构设计

    将军集团济南卷烟厂易地改造项目是一个大型的数字化网络系统, 由安全防范系统、办公系统、生产监控系统、能源监控系统等几个大型系统组成了新厂区的局域网。另外, 新厂局域网通过互联网与老厂局域网和省集团公司局域网形成了网络连接, 实现 Internet 访问。全厂网络通讯拓扑结构如图 4.1 所示:

 

4.1 全厂网络通讯拓扑结构图

5.2 安防系统专用网络的建设

    考虑到 VLAN 技术的优势, 在安防系统的设计中将组建专用安防网络, 采用基于第三层子网地址来划分 VLAN, 使安防系统组成一个专用的虚拟局域网, 防止其他系统 VLAN 的广播影响, 减少主干网的流量, 提高网络速度。同时, 加强安防专用网络的安全, 采取授权的方式, 限制了未经安全许可的用户和网络成员对网络的使用。网络拓扑结构如图 4.4 所示:

 

4.4 安防系统专用网络的结构拓扑图

6.安防系统软件的设计与实现

6.1 系统软件总体功能结构设计

    本系统由视频监控、门禁控制和防盗报警三个子系统组成, 分为本地监控系统和客户端系统。由于门禁和报警子系统软件功能相近,处理和存储数据量并不是太大, 而且设备大部分时间处于无报警待机状态, 因此可以考虑使用 C/S 体系结构, 应用处理由客户端完成, 而数据访问和事务处理由服务器完成。

    视频监控系统需要对全厂共 151 个摄像机进行实时监控和管理,加之视频流流量大, 因此视频监控系统处理和存储的数据量很大, 考虑采用单独的一套视频监控软件, 实现对数字视频数据的集中存储和统一管理, 通过授权允许客户通过 Internet/Intranet 进行视频数据的远程访问和摄像机控制, 因此选择 B/S 体系结构[36], 其结构如图 5.1 所示:

 

5.1 视频监控系统 B/S 结构图

    该结构包括视频服务器和 Web 服务器两类服务器。视频服务器用于管理视频文件, Web 服务器用于管理 Web 页面和元文件。工作步骤如下: 首先远端 Web 浏览器和 Web 服务器之间通过 HTTP 发出请求和响应, 请求发送视频文件的元文件, 然后 Web 浏览器将响应消息的整个消息体( 元文件) 传送给相应的媒体播放器, 视频服务器使用RTP 协议将视频数据传输给浏览器端, 通过媒体播放器进行播放输出。

6.2 系统的数据结构

    三个子系统通过安装在现场的控制器和编码器采集各自的基础信息流, 通过 TCP/IP 网络传送到控制中心的服务器, 由各自的服务器程序统一完成数据显示、数据库写操作和管理工作: 门禁和报警的数据存储在门禁报警服务器的数据库中, 视频监控系统的视频信号以文件的形式存储在视频服务器, 并且将视频文件的索引信息存储在数据库服务器中。门禁报警服务器和视频服务器之间通过 TCP/IP 网络实现通讯, 门禁报警服务器将联动信号传输给视频服务器, 通知视频服务器控制相应的摄像机进行录像; 视频服务器将视频信号传输到门禁报警服务器进行实时显示和录像回放。安防系统的基础信息流如图 5.2 所示:

 

5.2 安防系统基础信息流

7.总结

    本文所论述的系统是一个涉及范围广、技术先进、应用广泛的安全防范系统, 综合运用了网络通信、流媒体传输、B/SC/S 软件模型、多媒体图像处理、图像编解码等现代化信息技术, 用于对将军集团济南卷烟厂占地面积广阔的厂区和重要办公场所进行视频监控、门禁管理和防盗报警, 实现了厂区的优化设置和科学管理, 实现了厂区监控的信息数字化、通讯网络化和管理集成化、自动化。

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作者:李炜 马思乐 孟春艳 来源:《科技信息》2007年第33期 点击数: 发布时间:2013年12月24日
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