煤矿网络视频监控管理系统解决方案

    目前，视频监控技术已广泛应用于煤矿生产的各个重要环节。当中，大部分煤矿使用的视频监控系统基本上都是模拟（CCTV）和早期的数字（DVR）系统，它们的性能和稳定性都不高，特别是模拟监控系统传输距离受限制、易受干扰、无法实现远程联网、图像存储需要大量像带、难于检索查询。早期的基于PC+图像采集卡的（DVR）系统，由于可靠性和网络性能都比较差，所以较难实现多监控中心和多级管理，也不能满足煤矿安全生产监督与管理的要求。

    现在，随着网络技术、计算机技术和多媒体技术的飞速发展，基于TCP/IP网络的视频监控系统由于其具有分布式接入、便于共享访问和控制、视频信号占用带宽资源少、图像质量好、易于存储和管理等诸多优点，已广泛应用于各个行业。因此，在煤矿安全监控系统中采用网络视频监控技术是发展的大趋势。

    下面就某煤矿网络监控方案为实例进行阐述，以供读者参考。

    系统总体目标

    煤矿安全网络监控系统建设目标：以成熟的高新技术为支撑，依托计算机网络为基础，构建一个多功能、全方位、先进可靠、开放性的煤矿安全远程视频网络监控系统。

    系统建设要求

    1、一个主监控中心：暂定主控机房为整个系统的中心，管理所有矿区监控点图像。设置系统主服务器。根据具体情况，在主控或者分控中心要具有图像存储和电视墙功能。

    2、分监控中心：设置在矿区的监控值班室，可以设置3×3 DLP大屏幕显示器，或者由常规监视器组成电视墙。并需设置网络视频解码器，可根据具体情况选择是否设置存储图像功能。

    3、多级分控：在县级相关部门、市级管理部门设置分控中心，通过网络登录系统，即可看到实时监控图像，并根据权限对系统进行各种操作。

    4、该煤矿前端共有9个监控点：井上4个，分别为主井口、副井口、监控值班室、主扇机房；井下5个，分别为采煤工作面一个、掘进工作面2个、中央变电所1个、主运输大巷1个。设备包括有网络设备、网络视频服务器和监控摄像机等。

    系统设计

    系统总体设计要充分考虑能满足用户的使用要求，注重实效，做到稳定、可靠，操作简单，维护方便。为此，根据矿区的现实情况，设计了本网络监控方案，系统由主监控中心、煤井监控室和煤矿监控点三大部分组成，系统结构示意图见图1。

    主监控中心设计

    可选解决方案一

    主监控中心设置在市县的管理部门，是整个系统的管理中枢，主要实现对整个系统的客户端和前端视频的管理。

    主监控中心配置iDVR Directory目录服务器，用来逻辑管理用户的登陆等。要求在煤矿各分监控中心配置iDVR Archiver视频存储转发服务器，以用来管理记录指向到该服务器的视频服务器的视频流。这样，主监控中心、分监控中心、前端摄像子系统三部分建成了一个完全基于网络的功能非常强大的网络视频系统。

    设置在煤矿的分控中心（煤矿监控值班室）的Archiver视频存储转发服务器提供图像的存储、回放、服务。每个视频流若假设以CIF格式进行图像存储，需要网络带宽512K左右，因为网络条件的限制，Archiver服务器需要安装在矿井的分监控中心，这样录像数据不占用矿区到市县的网络带宽，录像数据被存储在本地分监控中心的Archiver服务器上，为了保障Archiver服务器上数据的安全性，可以考虑对服务器数据进行加密。市县的管理部门可以通过网络察看各矿区的实时图像，也可调阅回放矿区分监控中心Archiver服务器上存储的图像。

    可选解决方案二

    主监控中心设置在市县的管理部门。它是由系统服务器、网络视频解码器和大屏幕显示系统等组成。系统服务器是整个网络系统的管理中枢，主要实现对整个系统的客户端和前端视频流的管理。

    主监控中心配置的iDVR Directory目录服务器，用来逻辑管理用户的登陆等。而iDVR Archiver存储转发服务器，用来管理记录指向到该服务器的视频服务器的视频流。这样与前端子系统就建成了一个完全基于网络的功能非常强大的网络视频系统。

    目录服务器和Archiver服务器都设置在主监控中心。这样能够最有效地保证录像数据的完整和准确，但是同时也就要求具备较高的网络带宽，根据实际传输数据的情况，暂定以CIF的图像效果进行录像存储，如果每路视频按照512K的网络带宽计算，则网络实际带宽不能低于4.5M，这样便与实际提供的网络情况有差距，本方案设置仅供参考。

    Archiver服务器提供图像存储、回放、服务。每一个Archiver服务器可支持40个摄像机图像存储、浏览。这40个摄像机可以是系统内的任意40个位置的摄像机，不必按照顺序或区域设置。

    如果系统扩容，或需要对所有的监控点同时录像，则就需要在主控中心设置高效率的系统服务器组，这样可以支持多个Archiver服务器，多个Archiver服务器与目录服务器可以有机地形成一个整体，使对整个系统的管理非常合理、高效、安全。

    电视墙功能选项

    若监控中心显示部分要求还原模拟信号建电视墙，则系统可选用网络视频解码器，可以将数字视频还原为模拟视频信号，按需要可配置多个网络视频解码器以组成电视墙。网络系统对网络视频解码器的数量没有限制。

    虚拟矩阵功能选项

    iDVR3.0版本软件支持“虚拟矩阵”功能，系统原理见图3。

    iDVR3.0软件通过控制视频流的发送方向，配套使用AV1500e-R解码器将数字视频信号还原为模拟信号。由图3可以看见，一个摄像机经编码器生成视频流可以同时传送到3个模拟监视器。该软件通过控制视频流的方向，可以完成模拟矩阵的矩阵切换功能（Matrix），如顺序切换、程序切换、群组切换、点切换等等。这种切换较模拟矩阵系统更加方便、更加快捷。

    iDVR系统件

    AVinfo的iDVR（Ver3.0）版本软件具有管理几千个视频流的能力，支持多服务器结构，客户端的数量理论上没有限制。软件升级、维护、参数设置全部都可通过网络远程进行。联网的授权用户都可通过登陆iDVR目录服务器查看系统内任意一路监控图像及存储的图像文件。

    分监控中心设计

    分监控中心设在各煤井的监控室，如果采用主控中心方案一的设计方案，分控中心需设置Archiver服务器服务器一台，并可根据实际情况考虑是否需要安装电视墙。如果考虑安装电视墙，则分监控中心由网络视频解码器、模拟监视器及分控中心的电脑终端等设备组成。但分监控中心要根据实际管辖的监控点数量，设置网络视频解码器和模拟监视器的数量。

    如果采用主控中心方案二的设计方案，则分控中心只需要配置电脑终端，通过客户端软件，并在规定的权限内察看监控图像。

    多级分控点设计

    网络上的任意一点，比如矿区领导的办公室等，只要登录系统的主服务器都可以成为一个分控点，这样每一个分控点都可以根据自己的权限监看并且控制前端监控点，包括查询、回放录像文件。

    煤矿监控点设计

    煤矿监控点分布在所辖的各煤井，主要由前端监控摄像机、云台、云镜解码器、网络视频服务器等设备组成。

    前端摄像机视频信号经网络视频服务器模数转换和压缩之后上传网络。对煤矿井上监控点的摄像机可以直接就近接入网络视频服务器，之后经网络交换机上传网络。对井下监控点的摄像机，由于距离网络视频服务器较远，则要借助光纤和视频光端机接入网络视频服务器，之后也经网络交换机上传网络。

    网络视频服务器是一个嵌入式设计的、采用MPEG4编解码格式的网络视频接入设备。其具有1个10/100M以太网接口（RJ45）、1个视频输入接口（BNC）、1个控制输出接口（RS485/RS232）、1路透明数据传输通道（RS232）、3路报警输入接口以及1个中继输出。其以太网口可直接连接到网络交换机（或网络集线器）上；任一个网上监控人员可透过网络实现对摄像机镜头、云台和灯光、雨刷等的远程控制。其还可以接入各类报警探测设备。

    客户端的浏览

    网络内合法用户可以按照它的级别使用IE浏览器，通过登陆Server观看摄像机图像。其软件界面相当丰富，可以提供16画面分割、9画面分割、4画面分割、全屏放大显示。每一个画面均提供25帧/秒实时显示。软件支持 “分组”，每一“分组”的内容以及“分组”之间的切换顺序和时间间隔，用户可以任意设置。

    由于网络视频系统的传输方式是组播，网络视频服务器在没有客户浏览时并不向网络发送视频流，仅仅发送数量非常小的监听IP包，因此网络内部的码流压力并不是很大。同时，系统使用了若干个分布式Server，以及对应的具有组播管理功能的交换机对组播进行管理，这样有效地降低了各个区域之间的网络压力。

    系统软件iDVR（Ver3.0）功能

    为了保障整个网络系统能正常运行，系统管理软件iDVR（Ver3.0）具有系统维护管理功能，其是专指系统管理员借助系统软件的维护管理功能对其管辖范围内监控站点、摄像机、云镜解码器、网络视频服务器、网络视频解码器、分控用户等进行配置管理和维护管理，在具体运作上可以进行远程设备测试、故障诊断、参数配置修改等操作。

    iDVR（Ver3.0）系统管理软件要运行于系统业务管理终端（或服务器）上，运行环境为2000/Windows NT/Windows XP/Windows。

    iDVR（Ver3.0）管理软件主要特点有：

    软件平台采用B/S架构设计，具备高度的开放性，可以与其它安全防卫系统、管理系统有机整·易扩展，无限制的分布式的服务器数量；

    支持VM虚拟矩阵和报警管理；

    多站点同时实时监视、多站点同时存储；

    可在任意影射的服务器上存储(SAN, NAS, etc.)，能连续、计划或基于事件进行记录，在NAS或其它媒介上根据时间表复制资料；

    支持多批视频服务器同时升级；

    可更改网络客户端用户口令；

    配置管理功能可设置云镜解码控制协议；

    用户管理可设置用户登录ID、用户名称、用户密码、用户优先级、用户类型等；

    分组管理可实现视频流的分组分部门管理。使不同的用户只能观看所分配的摄像机；

    视频服务器管理可设置视频服务器ID、名称、IP地址、端口号等。

    系统主要特点

    标准化嵌入式设计

    系统主要设备采用先进的嵌入式操作系统，设备精巧，稳定性高，有自启动功能，适合无人值守的应用环境。可透过网络，实现远程软件升级。

    网络化、数字化

    系统采用标准的TCP/IP协议，能架构在局域网、广域网、INTERNET和无线网络之上，可任意设置网关，完全支持跨网段、有路由器的远程视频监控环境。

    高清晰度图像

    图像压缩采用MPEG-4 格式，图像清晰度高。在低带宽或者多次路由的条件下，仍能传输每秒25帧的高质量图像。

    多权限管理

    各级控制中心和各分控终端可以对管辖范围进行实时监视和控制，但不同的用户可根据职务分配不同的控制权限。

    单播、组播、服务器组播

    系统能提供单播、组播、服务器组播功能。单播即当有用户请求时才发送图像，没有请求不占用网络资源，从而使网络带宽利用率更高。（服务器）组播功能是当多用户集中请求访问某一路图像时，此路图像由中心服务器转发给发出访问请求的各用户，从而节省了带宽资源。

    多画面图像切换、显示

    监控的图像可根据地点、权限分成监控组，以全屏；4、9、12、16分割方式显示，组内图像可自动轮巡，切换时间可以任意调节。

    人性化软件界面

    系统软件和客户软件的操作界面全部为中文界面，并具有简洁的功能提示。

    设备简单，便于施工

    通过使用Idvr3监控系统软件，极大地简化了整个监控系统的设备数量，不仅减少了系统调试周期，还提高整体系统的稳定性和可靠性。

    远程系统维护和系统管理

    系统提供远程访问功能，维护人员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数；可远程增加、删除和修改用户、监控地点以及用户的控制权限等信息，提高了设备的维护效率。并且受修改信息的用户只要再重新登录，即可得到重新分配的信息，大大地减轻了软件维护工作量。

    防病毒入侵

    系统前端设备采用嵌入式技术，操作系统固化在芯片之中，不易受目前网络中爆发病毒的侵害。

    良好的可扩容性

    当系统扩容时，在监控中心，管理人员只需要将增加的监控设备加入监控地点组别，这样就完成了全部的系统升级扩容工作。

    结  语

    近年来，国内煤炭企业特大安全事故频频发生，国家对于煤炭企业安全生产的重视也抬到一个历史性的高度，同时也促使煤炭行业安全生产信息化进程将不断加快。我们有理由相信，煤炭企业安全生产的监控管理将在未来的日子实现跨越性的飞跃和完善。