安全防范系统的体系与结构0508

闭路电视监控系统
(讲义)
随着社会信息技术快速发展，安全防范设备和系统也朝着微机化和网络化方向迈进，其实现的功能亦将大大增强，逐步达到可视化、网络化、集成化与智能化的发展目标。

一、安全防范系统的应用层次结构
●局部防范型单项或多项局部范围用安全防范系统
●大楼综合型以大楼为对象的综合性安全防范系统
●社区网络型服务社区的局域性安全防范网络
●城市管理型以城市为目标的综合监控管理系统
二、安全防范系统的综合性功能
对于大型安全防范系统，以中央监控室内的计算机系统为核心的综合性安全防范系统已经形成，功能框图如图1-1所示，其可能实现的功能包括下列四大类：
图1-1安全防范系统功能框图
1、图像监控功能
（1）视频图像监控：采用各类摄像机、矩阵切换主机、多画面分割器、模拟或数字记录装置、照明装置，对重点部位、重要设施及公共活动场所进行有效的监控。

（2）影像验证：在出现报警时，显示器上显示出报警现场的图像，以便直观地确认报警，并做出有效的报警处理。

（3）图像识别系统：以人体生物特征作凭证识别，并通过图像扫描比对鉴定。

2、探测报警功能
（1）防范探测：所配置的传感器包括双鉴移动探测器、被动红外探测器、玻璃破碎探测器、声音探测器、光纤回路、门接触点及门锁状态指示等。

（2）周界防范探测：微波探测器和主动红外对射探测器等探测技术、精选拾音电缆、光纤惯性传感器、地下电缆、电容型感应器、对围墙、高墙及无人区域进行保安探测。

（3）危急情况监控：工作人员可通过按动紧急报警按钮发出警报，通过内部通信系统和闭路电视系统的联动控制，将会自动地在发生报警时产生声响或拔打电话，显示和记录报警图像。

（4）图形鉴定：监视控制中心自动地显示出楼层平面图上处于报警状态的信息点，使值班操作员及时获知报警信息，并迅速、有效、正确地进行防范处理。

3、控制功能
（1）对图像切换显示和操作控制。

控制系统结构：
·中央控制设备对摄像前端的直接控制
·中央控制设备通过解码器完成的集中控制
·新型分布式控制
（2）识别控制
①门禁控制：可通过使用IC智能卡、感应卡、威根卡、磁性卡等类卡片
对出入门进行有效地控制。

除卡片外还可采用密码和人体生物特征。

对出入事件能自动登录储存。

②车辆出入控制：采用停车场监控与收费管理系统，对出入停车场的车辆
通过出入口栅栏和防撞档板进行控制。

③专用电梯出入控制：安装在电梯外的读卡机限定只有具备一定身份者方
可进入，而安装在电梯内部的装置，则限定只有授权者方可抵达指定的楼层。

④响应报警的连动控制：这种连动逻辑控制，可设定在发生紧急事故时
关闭保管库，控制室，主门及通道等关键出入口，提供完备的保安控制功能。

4、自动化辅助功能
（1）内部通信：内部通信系统提供中央控制室与员工之间的通信功能。

（2）双向无线通信：双向无线通信为中央控制室与动态情况下的员工提供灵活而实用的通信功能，无线通信器也配备防袭报警设备。

（3）有线广播：矩阵式切换设计，提供在一定区域内灵活地播放音乐、传送指令、广播紧急信息用。

（4）电话拨打：在发生紧急情况下，提供向外界传送信息的功能。

（5）巡更管理：巡更点可以是门锁或读卡机，巡更管理系统与闭路电视系统结合在一起，检查巡更员是否巡更到位，以确保安全。

（6）员工考勤：读卡机可方便地用于员工上下班考勤。

三、安全防范系统的构成
安全防范系统的组成框图如图1-2所示。

闭路电视监控子系统、防盗防侵入探测报警子系统和门禁控制子系统是安全防范系统基本三大组成部分。

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第一部分 闭路电视监控系统
1、概述
闭路电视监控称为CCTV （Closed Circuit Television ），如图1-3所示，包括： （1） 摄像前端装置，包括有各类摄像机、定焦或变焦变倍镜头、旋转云台、防护罩、照明灯，解码器等。

（2） 视频图像传输有同轴电缆、电话线、双绞线、光缆等构成的有线传输方式以及由发射机，接收机组成的无线传输信道。

（3） 闭路电视监控主机------视频矩阵切换器，接收多路视频图像并按需要切换到指定的各个监视器上；控制云台旋转；控制镜头光圈、聚焦和变倍；对云台运动和镜头设置进行按预置位快速定位；执行摄像机定时间巡回扫描等控制操作；启动录象记录装置；在接收到由视频移动探测或常规传感器产生的报警信号后，自动将显示图像切换为产生报警区域图像，并予以记录存储。

（4） 后端设备为记录成象装置，包括视频监视器、多画面图像分割器、长延时录像机和数字硬盘录象机等。

2、系统几种组成方式（从体系结构分）
1）、以视频矩阵切换器组成的基本系统结构
该类系统具有结构简单、安装方便的特点，基本框图见图1-4。

矩阵切换器与每台摄像机之间视频和控制信号的传输，既可以是以多芯电缆传输的常规类型，也可以是以单根同轴电缆传输的同轴视控型。

矩阵切换器也响应由各类报警探测器发送来的报警信号，并联动实现对应报警部位摄像机图像的切换显示。

但其本质是独立式系统，不具备连机网络能力。

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该类结构的特点之一实现视频音频同步全交叉矩阵切换；特点之二是键盘可以有线方式连接也可增配红外无线遥控器；特点之三是增强视频矩阵切换控制器本身的菜谱编程功能，用菜单选择完成系统状态，工作方式和显示方式，预置位设置与快速预置定位，报警探测的布防与撤防，报警连动控制等编程项目的设置和执行，也有将汉字字库芯片置入其中以实现用汉字标识摄像机名称和工作状态等提示性信息。

2）、视频矩阵切换器加微机组成的上下位式系统
该结构中切换与控制的核心仍是视频矩阵切换器，它除有以视频矩阵切换控制器组成的基本系统全部功能外，新增加微机起着上位机管理的作用，既可以替代键盘实现显示切换、控制前端等动作，也可将显示屏作为一个监视器显示任何视频图像；在微机中配备视频图像采集卡，则可具有报警时刻，报警现场，图像采集存储及报警图像资料库检索查询等功能；同时微机还可以管理出入口控制装置。

微机本身也可参与连网以接收来自网上的其它信息。

系统如图1-5所示基本结构。

视频矩阵切换控制器与上位微机之间通过RS232或RS485标准接口相连和进行通信。

视频矩阵切换控制器加微机组成的上下位式系统不仅将系统的控制档次升级，而且微机的引入将大大丰富系统的信息资源，如可以很方便地实现汉字系统，快速查询报警信息等等，这种结构在国内较为流行。

运行这类系统时，只需要通过操作微机的鼠标或者按键，就可以选择和运行系统控制软件，控制软件的主要功能有：
（1） 输入保密字以隐含显示方式完成系统注册，防止无关人员非法使用系统。

（2） 完成各监视器上的视频切换显示，也可定义单台显示器顺序显示的间隔时间。

（3） 选择需要控制的云台与镜头，并对其实施遥控操作。

（4） 对视频图像的颜色，亮度，灰度，对比度进行调整。

（5） 设置云台定时扫描巡检的启停日期与时间。

（6） 对于报警区域作设防或撤防处理，可对报警记录进行查询。

（7） 定义报警图像的捕获方式，对报警图像作图像处理，存储，检索和回放。

（8） 监听，照明等装置的手动加电控制。

（9） 查询在系统控制范围内的人员出入记录。

（10） 统计打印，输出报表。

3）、视频矩阵切换器与计算机相结合的微机管理系统
系统其组成方式体现为视频矩阵切换器与计算机功能的融合。

A 、系统将视频矩阵切换，对前端摄像设备控制等功能以插卡形式装入通用微机之中，形成以微
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机为核心的一体化系统；B 、系统自成体系，其所有的产品均具有RS485接口，可以通过一根双绞线作为总线进行双向通信包括多画面处理器。

视频切换器，红外报警模块等等；这样除能完成视频矩阵切换的对摄像机前端的控制功能外，它同时具备有很强的计算机功能。

微机一体化控制系统均内置有多路报警输入与输出，可配接多台分控键盘（PC 机或专用控制键盘）和连接较多的前端解码器。

大型系统可用于分级层控连网。

图1-6所示微机一体化监控系统的功能框图。

计算机技术的高速发展，将视频矩阵切换控制器，报警控制装置，门禁控制设备等作为以CPU 芯片为核心的外围设备，电脑将成为安全防范系统的核心主体，同时将视频，声音，传输通信等多媒体功能全部纳入其中。

4）、大型网络式监控系统
这是以网络为核心的系统，所有的子系统或设备均可挂在网上运行，并通过网络完成信息的传送和交互，此时监控装置完成基本监视与报警功能，网络通信实现命令传递与信息交换，计算机系统则统一管理整个保安管理系统的运行。

其特点：
一是组合式的大范围监控系统；
二是监控图像与报警信息具有在网上传输的能力，特别是影象的传输。

网络的
类型可以是常规或快速以太网，光纤网络，也可以是高速宽带的异步传输模式ATM 网；
三是可以实现综合性保安管理功能，从而有可能在图像压缩，多路复用等数字化进程基础上，实现将电视监控，探测报警和出入口控制这安防三要素真正有机结合在一起的综合数字网络，特别是将其建立在社会公共信息网络这上；
四是它能够较好地与智能大厦管理控制系统相结合，成为智能化楼宇管理系统IBMS 的有机组成部分或者融合成一体。

图1-7示出了一种以IBMS 构成的实用系统的结构框图。

5）、基于现场总线和PLC 软件的分布式安全防范系统
基于可编程序控制器PLC 的一体化安全防范系统，以PLC 及附属电路为核心，由PC 机通过RS232串口与PLC 通信完成视频切换，前端控制，显示选择，报警输入输出，声音监听，灯光控制等动作，取消了传统的切换控制器，系统具有硬件统一化特点和模块化结构，只需增减PLC 的I/O 模块数量就可实现不同的系统容量，由于PLC 具有很强的输出驱动能力，因此替代了传统系统中驱动云台和镜头的解码器，简化了系统结构。

现场总线技术和现场总线控制系统FCS ，进而提出了基于现场总线和PLC
的分布式安全防范系统，以实现信号传输的全数字化，系统结构的全分散式，通信网络的开放互连性和技术标准的全开放性。

基于现场总线的分布式安全防范系统采用低成本，两层网络结构。

上层局域网采用100BASE-T快速以太网，图像数据库，文件服务器，网络控制吕，工作站等这间可以实现高速通信并可通过标准拨号电话线或网关与异地通信实现多媒体数据远传。

下层网采用过程现场总线PROFIBUS标准，以现场总线控制系统FCS为实现基础。

该系统由工业PC机和PLC实时系统软件构成，可替代现有的可编程序控制器PLC硬件，编程，可视化，数据存储，网络连接等功能集成在一台PC 机设备中。

PC与外设之间由高传输速率的总线连接。

系统采用高度开放的分布式I/O系统，包括现场总线系统及其接口卡，现场模块，总线耦合器，智能化总线端子等，基于现场总线的分布式安全防范系统的总体结构如图1-8所示。

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主站采用P3以上PC机，要求有WINDOWS NT 操作系统。

主站内装有WINCAT实时控制软件包，该软件包中包含有PLC，CNC等控制软件。

主站上接上层以太网，可以扩展和延伸系统资源，并且很容易接入智能楼宇管理系统，与其形成统一的控制与管理；下接下层现场总线，主站通过一块插在PC机内的接口板与从站相连，实现对各个从站的功能模块进行通信和控制，主站体系结构如图1-9所示。

图1-9主站的体系结构
从站则由一个总线耦合器（bus coupler）及最多64个总线功能模块和一个总线模块构成。

一个典型的从站构成如图1-10所示。

总线功能模块包括有数字输入板，数字输出版，继电器输出板，模拟输入板，模拟输出板等，外形尺寸为12MM*100MM*68MM，它们均可嵌装在符合DIN标准的35MM宽滑轨上，形成现场总线“电子接线端子排”。

从而使PLC、CNC等有了统一的通用接口。

智能化总线耦合器内嵌486微处理机，其CPU是一个带有外转电路的INTEL80386EX，外转电路包括4MB快闪存储器，4MB动态随机存储器，8KB NOV-UAM，512KBEPROM，两个串行接口，一个扩展用的接插位置和同步串行端子总线插孔。

嵌装PC的智能化总线耦合器可用于以下三个方面：
·PC机的一般应用，其特性是具有输入/输出通道。

·利用带实时功能的PLC操作程序对不起设备进行独立而完整的控制。

·作为某个已知现场总线的离散性智能从站实现高速控制和调节功能。

报警输入连动控制云台/镜头控制
图1-10一个典型的从结构
综上所述，安全防范系统的体系结构具有包容式层次特征，
其框图如图1-11所示。

分布式系统
大型网络型
微机一体化型
上下位微机型
基本结构型
图1-11安全防范系统体系结构的层次框图
例：大型分布式城市图像监控系统
1、移动监控系统
由于监控系统的监测/控制点均是预先选定在城市固定点处，当发生某些突发事件（如骚乱，重大交通事故，火灾等）时，现场未必会有固定监控点，移动监控系统正是对这一缺陷的补充和完善。

移动监控系统通过移动监控指挥车或直升飞机，利用微波和卫星等无线信号传输手段，将现场图像及其它检测数据实时传回监控中心，并通过与中心计算机的联网以及与中心的无线话路联系，获取最优的现场解决方案，在现场实施调度指挥，从而成为一个前沿的现场指挥中心，具有高度灵活性和快速反应能力。

2、信息显示系统
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信息显示系统分为室内和室外两大部分。

室外部分主要由安装在城市各重要部位的可变情报板组成。

目前可变情报板多采用高亮度LED构成。

可变情报板由中心住处显示计算机控制，变换显示各类交通住处道路善及其它提示标语等。

室内部分是控制中心内的住处显示系统，目前采用较多的显示手段有地图信息板，电视/监视器墙，大屏幕投影以及近几年开始的流行大型多媒体组合投影以及近几年开始流行的大型多媒体组合投影。

图1-12 城市综合监控系统方框图
3、计算机信息系统
由一系列计算机信息库组成，包括人口信息库，主叫号码信息库，城市地理信息库，车辆/司机档案库，重点单位消防资料库等等。

该系统除自有信息库外，还可与城市管理相关部门的计算机联网，以便必要时获取相关资料。

在大型计算机网络环境下，由于信息库的容量相当可观，即使以每张存储容量为650MB的CD-ROM光盘来保存，大型数据库也需连续存储在多张光盘上。

因此实现“安全无损的保存和使用光盘数据库”以及“大量光盘的检索及快速存取”便成为光盘存储媒体大规模应用的制约点，同时这种需求造就出多张光盘用光驱，
利用机械手更换光盘的光盘库产品，并被推到了计算机网络应用的最前沿。

4、接警处警系统
接警台可接收人工报警和自动报警。

人工报警系统是报警人员通过公共电话网络打报警电话，如110（公安），119（消防），120（急救）和122（交通），报警台电脑可显示对方主叫号码，从而确定报警地点及该处地形图等资料。

自动报警系统则是市内重点单位报警系统触发报警器后自动连接至监控中心接警台，并将报警内容，该单位资料传给监控中心。

统触发报警器后自动连接至监控中心接警台，并将报警内容，该单位资料传给监控中心接警后监控中心值班人员将通过无线或有线通信网络调集各方面警力，处理紧急情况，接警后监控中心值班人员将通过无线或有线通信网络调集各方面警力，处理紧急情况。

5、交通控制系统
交通控制系统是城市监控系统中最重要的组成部分。

它由流量检测，信号控制，交通诱导三大子系统构成。

流量检测子系统是通过安装于各路口的探测器，将交通流量的数据，如车辆类型，数量，车速等，传回控制中心为交通信号控制提供科学依据。

该子系统由路口探测器，中心的流量检测计算机及检测软件组成。

目前较多采用的检测方式除环形线圈检测，微波检测，超声检测外，主要是视频检测，即利用电视监控图像进行交通流量的统计调查，常规方法是记录车辆在规定路线上到达标志点的时刻以及停车次数和时间，从而获得该路线上车辆的行进时间/速度。

信号控制子系统是根据流量检测子系统提供的住处通过对各路口信号灯的控制，使交通运行善达到最佳状态。

该系统主要由信号灯，路口信号机，控制计算机及控制软件组成。

交通诱导子系统主要是通过电台广播，路边广播，可变情报板，中心/岗亭对讲等手段，将交通信息传达给车辆，行人及路口捃勤交警，从而诱导交通向最佳的路线流动，以减轻交通阻塞的压力，缓解因违章驾驶造成的交通失序情况。

6、信号传输系统
信号传输系统是整个系统的神经，它直接关系到以上各个分系统是否能够正常运行。

现有的传输媒体主要有铜缆，微波和光缆三种。

电缆便宜但是传输损耗大，传输距离短，传输容量小，易受干扰，保密性差。

在大型分布式城市监控系统中多
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采用微波或光缆传输。

但由于微波有时需申请频点，在城市中易受高层建筑阻挡，
且易被干扰，因此目前绝大多数系统均采用光缆作为传输链路。

光纤传输距离长，
体积小，重量轻，容量大，不受干扰，保密性好，而且价格也不断下跌。

建立城市
监控系统的光纤链路，应用波分复用技术和单模传输技术，同时传送多路图像和
多种信号，这样不仅可实现系统全部信号的综合传输，还可利用此链路建立内部话
路通信和计算机通信，并与今后全社会的住处高速公路接轨，因此光缆是目前首选
的最佳传输方式（图1-12）。

第二部分图像监视系统
设备功能简介
2-1 摄像机
摄像机是监控系统前端设备，也是最关键的设备之一，它直接影响到图像的质量。

CCD是电荷耦合器件（charge coupled device）的简称，CCD将光线变为电荷---电荷储存及转移---转为电压输出。

以其构成的CCD摄像机具有重量轻，体积小，寿命长，不受磁场影响，具有搞震动和撞击之特性，故被广泛地应用。

CCD摄像机技术发展的突出特点：体积微型化、图像处理数字化、功能智能化和技术多样化。

2-1-1 CCD摄像机的选择与分类
1、按摄像机成像清晰度划分
(1)彩色高分辨率型，752×582像素，480线
(2)彩色标准分辨率型，542×582像素，420线
(3)黑白标准分辨率型，795×596像素，600线
(4)黑白低照度型，537×596像素，420线
2、按图像信号处理方式划分
(1)模拟式摄像机
(2)具有数字处理功能的DSP摄像机
(3) 数字视频格式的全数字式摄像机
3、按摄像系统结构区分
(1)分离结构组合式摄像系统普通单机型，镜头需另配。

(2)一体化球型摄像系统
(3)迷你型、半球型摄像系统球型将摄像机、镜头、防护罩或还包括云台
组合在一起的紧凑型摄像前端系统。

(4)单板型摄像机摄像机部件和镜头全部在一块印刷电路板上
(5)针孔隐蔽型摄像机、钮扣式摄像机(Button Camera) ，微型化摄像机。

4、按摄像机灵敏度划分
(1) 普通型正常工作所需照度为1-5LUX
(2) 低照度型正常工作所需照度为1-0.1LUX
1)采用双CCD作彩色/黑白转换的日夜两用型。

2)单CCD同轴多重型摄像机
3)低速快门型摄像机，也称为帧累积型
（3）微光型正常工作所需照度为0.01LX以下
（4）红外照明型原则上可以为零照度，采用红外光源成象
5、按摄像元件的CCD靶面大小划分
·1LIN 靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm
·2/3IN 靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm
·1/2IN 靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm
·1/3IN 靶面尺寸为宽4.8mm*高3.4mm，对角线6mm
·1/4IN 靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm
·1/5IN 正在开发之中，尚未推出正式产品。

2-1-2 CCD摄像机主要技术指标
（1）CCD尺寸：目前1/2 in摄像机所占比例急剧下降，1/3 in摄像机占据主导，1/4 in摄像机将迅速上升。

未来的1/5 in影像面积也也已开发出样机。

（2）CCD像素：像素越多，则图像分辩率越高，越清晰。

现多以25万像素和38万像素划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。

未来像素值还会更高，目前数字照相机的像素值已达百万以上。

（3）水平分辩率：是衡量图像清晰度的标准（电视线数TVL来表示），彩色摄像机的典型分辩率是在320-500线之间，主要有330线，380线，420线，470、480线，500线等不同档次。

水平分辩率与摄像器件和镜头的质量有关，还与摄
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像机系统的电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80条电视线。

频带越宽，图像就越清晰，TVL的数值也就越大。

（4）最低照度：也称为灵敏度，微光级和星光级等高灵敏度摄像机可工作在很暗条件下，对普通摄像机而言，最低照度为1LX左右。

（5）信噪比：典型值为46dB，若为50dB，则图像有少量噪声，但图像质量较好；若为60dB，则图像质量优良，不出现噪声。

（6）摄像机电源：交流有220V，24V，直流为12V或9V，随着摄像机微型化，采用直流供电的越来越多，也有不少摄像机能以交流24V/直流12V供电。

（7）镜头安装方式：有C和CS方式，二者不同之处在于到感光表面的距离不同。

彩色摄像机除上述主要指标外，为了在具体应用中获得最佳视觉效果，还设置有一系列的可调整功能，摄像机的自动亮度控制功能是指摄像机可根据外界光线的变化控制自动光圈大小变化。

LEVEL是输出电平调节。

2-1-3 CCD彩色摄像机调整功能
1、同步方式的选择
（1）单台摄像机主要的同步方式有下列三种：
①内同步---利用摄像机内的晶体振荡电路产生同步信号来完成操作
②外同步---利用一个外同步信号发生器的同步信号送到摄像机的外同步输入端
来实现同步
③电源同步---也称之为线性锁定，是利用摄像机的交流电源来完成垂直驱动同
步，即摄像机和电源零线同步
（2）多台摄像机系统所有摄像机的视频输出信号是垂直同步的，这样在变换摄像机输出时，不会出现抖动或滚动现象。

但是由于多台摄像机系统中的各台摄像机供电可能取自三相电源中的不同相位，甚至整个系统与交流电源不同步，此时可采取的措施有：
①采用同一个外同步信号发生器产生的同步信号发生器产生的同步信号，送入
各台摄像机的外同步输入端来实现同步。

②调节各台摄像机的“相位调节”电位计，因摄像机在出厂时，其垂直同步是
与交流电的上升沿正过零点同相的，故使用相位延迟电路可使每台摄像机有不。