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环保行业污染源监控与视频监控系统整合方案

阅读：2341发布时间：2012-4-10

        一．需求概述

       目前，全国绝大部分省份的重点污染源和重点治污设施，包括排污化工企业、化工园区和重点污水处理厂等，都已经建设了污染源在线监测系统，实现了对主要污染物排放情况的实时在线监控，但对环保部门而言这还远远不够，因为目前绝大部分的监测系统仅仅实现了数据监测功能，比如实时采集和监测排污点的二氧化硫和化学需氧量排放量，而没有实现图像监控功能，不能直观地看到排污点实时图像，另外也无法杜绝这些企业弄虚作假的可能。所以，建立以环保部门为中心、相关排污企业为分支点的污染源视频监控系统势在必行。

        以下是一个典型的环保污染源视频监控系统需求：

        1. 某*管辖100个化工厂，每个化工厂大概5-6路排污口需要视频监控。这些化工厂的视频通过互联网接入*。

        2. *后端对所有视频集中管理,要求可以存储30天的视频数据；另外，监控中心配置有4个可拼接的电视墙，要求所有视频除在PC上显示外，还可以在电视墙上显示，报警时自动将相关视频切换到电视墙上；在显示视频时，要叠加前端监控点的汅染源监测数据。

        这样的系统，在实现排污点数据监测的同时进行更为直观的排污点实时视频浏览和排污点监控录像调用，从业务上必将帮助各级环保部门有力地提升监督能力和监管效率。

        二．项目建设难点分析

        这样的一套系统，有以下建设难点：

        2.1. 污染源在线监测系统的数据获取问题

        因为视频要叠加污染源检测数据，这样如何取得这些数据就是重点。目前有以下几种方式：

        1）污染源在线监测系统给出开发接口。一般情况下，经过环保部门沟通协调，污染源在线监测系统的软件开发商可以给出开发接口，常见的开发接口是提供一系列WEBService调用。也有部分开放商直接给出了数据库存储过程调用等。

        2）并不是每个在线监测系统的软件开发商都很配合，这样就必须从监控系统的物理链路上下文章。常见的污染源监测的采集单元保持不动，但数据传输单元可以增加第二个主站站点（做到这一点，需要这个设备支持），这样数据通过GPRS发送时，相当于一路信息发给原在线检测系统，还有一路信息推给我们新增加的一个接收处理服务器，这些信息因为符合国家标准规范，事实上，我们也可以完整解析出来。

        2.2. OSD视频叠加

        这一块对视频监控平台软件的开发商来说根本不是问题，首先如果视频设备支持，那么直接可以调用其SDK就可以实现，如果这个视频设备不支持，软件厂商可以通过底层窗口句柄，直接在视频流上进行画面叠加。

        2.3. 分散点视频推送，私网穿透

        一般情况下，因为不具备专网条件，各个污染源的视频数据都必须通过互联网来传输，这样的模式下，是实现视频主动推送模式，这样可以避免施工时，还要设置企业的路由器，映射端口等操作。这样降低实施门槛，降低整体实施成本。

        事实上，几乎很少的视频设备具备视频主动推送功能，为了实现这一点，就必须有好的产品或者通过软件平台来实现。

        2.4. 视频上墙功能

        传统的上墙可以通过模拟矩阵，事实上，因为各个污染源相对分散，所以建议采取数字矩阵来解决，这样zui大的好处就是所有处理都经过IP网络来解决，避免传统的模拟矩阵还要挖沟实施的困难，而整体建设成本会更低。

        2.5. 预案及视频联动动作

        这个可以由视频管理平台来实现。要做到当发现检测指标超标时，可以根据设定的预案，譬如短信通知，并将目前视频源数据在大屏上显示等。

        三．系统整体设计概要

        3.1. 系统整体框架

        整体系统采取集中加分散模式。在每个排污企业部署一台NVR和多个网络摄像机，由NVR负责视频主动上报和穿透私网。而在中心端部署多台服务器及服务，实现视频上墙、集中录像、预案及联动动作管理等。

        OSD视频叠加显示并不复杂，关键是污染源检测信息如何获取。那么系统需要单独部署一台污染源数据采集服务器，负责污染源数据的采集。采集的方法根据具体情况具体分析。如果污染源检测系统的软件开发商能够提供开发接口，譬如WEBService接口，那么定时的去读取相关采集信息并入库到主平台，即可实现两个平台的整合。

        以下是详细描述：

        1. 前端节点

        每个企业在前端，采取网络摄像机加1台NVR设备，且设定NVR为主动上报模式，这种情况下，由NVR管理前端的5-6台网络摄像机节点并负责根据需要，将视频推送到后端中心。

        NVR的主要作用在于：

a）本身可以对网络摄像机进行录像。
b）具备流媒体转发功能，另外它可以进行主动视频上报，不管视频设备、IPC是否具有主动视频上报，NVR都可以具备主动视频上报功能，从而穿透私网，免配路由器。

        2. 后端中心

        后端中心以下几个层次组成：

1）核心数据层
核心数据层为整个监控平台提供重要的数据支撑，包括视频设备信息库、视频存储信息库、人员及权限信息库等。

2）中心服务管理
由由多台服务器及相关设备构成，其中包括：
ü 污染源数据采集服务器：典型的可以根据污染源检测系统软件开发商提供的WEBService接口获得数据并负责提交到中心管理服务器上去。
ü 中心管理服务器：主要负责接收数据库操作请求，并对数据库进行访问，是整个统一视频监控平台中*可直接对数据库进行操作的服务器，增加了系统的安全性。
ü NVR管理服务器：主要负责管理前端的NVR接入并负责NVR的视频流转发
ü 存储服务服务器：虽然NVR本身可以录像，如果中心还要集中录像的话，那么这个服务器部署起来，就是起到集中录像处理的功能。
ü 报警联动服务器：主要负责根据预案进行联动动作处理
ü 设备巡检服务器：负责全部设备状态的巡检服务
ü 数字矩阵：主要负责上墙

3）表现层
主要是提供WEB，C/S或者B/S界面，供环保部门使用。

        3.2. 几个重点问题及解决方法

1、私网穿透
用NVR（或者NVS，关键是NVS没有硬盘，无法录像，功能其他和NVR一样）来实现。NVR
NVR会注册到NVR管理服务器，需要时，NVR管理服务器会通过指令，要求NVR推送视频到IP的端口，这就是主动视频上报功能。采取主动视频上报，可以避免配置路由器，映射端口等，极大减轻施工门槛及降低成本。

2、带宽占用问题
我们的解决方法：
无论是中心的NVR管理服务器还是NVR本身，都具有流媒体转发功能，来解决多个客户端实时浏览某路图像的，利用流媒体协议保证画面的实时流畅。
平台软件内核采用动态线程池技术并，把视频处理与视频录像的协调处理，即无论是客户端实时播放还是矩阵上墙，均可向NVR管理服务器取流，而NVR管理服务器负责向NVR取流，真正取一路视频流，将带宽使用率降到zui低。

3、解码上墙
我们的解决方法：
采用锐虎科技的数字矩阵，可在监控中心部署若干台数字矩阵（根据大屏的数量来决定部署多少台），通过客户端，即可对视频进行解码上墙、图像拼接、画面分割、轮循显示、云镜控制、时间检索录像、录像回放、电子地图、报警联动等功能。

4、对用户进行分级管理，微粒化权限
由于环保行业可能涉及多级用户，所以，所有客户端的权限和身份确认由管理服务器用数据库进行管理，合理分配各自的权限。权限认证：用数据库来管理全网内的所有用户，实现灵活、强大的权限控制功能，统一管理机制保障了安全性，避免敏感画面泄露。所有客户端在请求访问摄像机图像或进行远程控制（如云台等）时，所有控制指令的请求先发给管理中心主机，经管理中心认证该客户端具备相应的权限后才允许访问和操作前端的摄像机。

        四．典型配置方案

        以需求分析中提到的100个排污企业，视频集中存储30天，有4屏电视墙。这样的需求中，需要以下典型配置：

名称	功能描述及作用	数量
前端网络摄像机		100*5=500台
前端企业中NVR	根据需要看是配置NVS（不录像）还是NVR（可录像），主要功能是视频主动上报及在企业内部形成独立一个分散的小监控系统	100（一个/企业）
中心管理服务器	数据库应用服务器，所有服务器的综合协调	1台
NVR集中管理服务器	NVR的注册、管理和视频流转发，根据需要配置，常规一台即可	1台
污染源数据采集服务器	负责采集污染源信息（需要原检测系统软件开发商配合）	1台
数字矩阵	具备4屏上墙功能	1台
集中录像服务器	若是720P，每路视频每天40G左右，500路就是20T，30天共计需要600T数据存储。推荐以下方案：方案1：推荐配置13台普通服务器，每台服务器后面挂接一套24盘位的磁盘阵列，可以用DAS盘阵或者ISCSI阵列。这样：每台服务器管理40路图像。一个盘阵有48T存储空间。方案2：直接采取13台存储型服务器，每台服务器直接有24盘位硬盘。每个服务器管理和存储40路网络摄像机。这样的方案比方案1更省	方案1：13台服务器加13台24盘位的阵列方案2（更经济）： 13台存储型服务器，每台服务器24盘位
其他	可以在一台服务器上部署设备巡检服务器、联动服务器等	1台

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