数字化城市综合管理系统项目技术方案设计说明书

数字化城市综合管理系统项目技术方案设计说明书
XXX数字化城市综合管理系统项目
技
术
设
计
方
案
说
明
书
贵州新元高科信息技术有限公司
2010-11-15
目录
一、系统结构 (4)
1.1 系统结构原理组成 (4)
1.1.1 数据采集层 (5)
1.1.2 数据交换处理层 (7)
1.1.3 数据应用层 (8)
1.1.4 监控系统数据流向 (8)
二、设备选型 (9)
三、系统配置连接图 (17)
1、DDN专线接入 (19)
2、城域网宽带接入 (19)
3、ADSL宽带接入 (19)
4、光纤直接接入 (19)
5、跨网关处理 (19)
6、动态IP解决方案 (19)
四、平台软件架构说明 (20)
五、设备费用清单 (29)
六、技术支持与售后服务承诺 (30)
一、系统结构
1.1 系统结构原理组成
城市监控系统结构组成可分为前端设备、线路、通信设施、后端设备、服务器等组成。

前端设备又由前端数据采集设备、数据压缩设备、中继传输设备等组成。

其中前端数据采集设备一般为球机、云台、普通摄像机、枪机、探头等设备组成，而数据压缩设备一般由网络视频服务器、数字硬盘录像机、PC式嵌入式硬盘录像机等设备组成，中继传输设备包括路由器、交换机等等网络传输设备。

由综合设备合理搭建的城市监控系统结构图描述如下：
图1 监控系统网络拓扑图
由网络视频服务器群组组成的前端设备，能够充分满足现代网络的要求，由于网络的发展越来越健全，网络音视频传输较传统的本地存储的设备更具备众多优势。

由上图可以看出，整个监控系统分为数据采集层、数据交换处理层、数据应用层等三个层次，每个层次独立完成相应的功能。

每个层次技术上完全独立，并具相互关联，完成由下至上的数据服务，可以简单的理解为下一层次为上一层次提供数据服务，上一层次控制或者受控于下一层次。

本系统可以采用分布式管理（根据不同的片区，设立分控中心），也可以采用集中管理（只建立一个中心），由于采用模块化设计，不管是哪一种方式，管理和操作都是一样，没有本质的区别，唯一的区别是：前者把设备分区域摆放，可以充分利用网络资源；后者对监控中心的网络资源要求较高。

1.1.1 数据采集层
数据采集层是收集现场数据的唯一设备组，其核心设备是网络视频服务器（Network Digital Video Server，简称：DVS，本文以后简称DVS）。

主要负责现场音视频数据的采集，
并可以通过输出开关信号，对现场外围设备进行控制，达到收集现场数据并实时解决危情的目的。

从下图中可以看出数据采集层的主要功能：
图2 数据采集层
从上图中可以看出DVS的主要功能：
①现场的视频（摄像机）、音频（拾音器、麦克风）进行高质量音视频压缩；
②采集报警（报警传感器）等模拟或开关量信号进行采集处理；
③按照国际标准将上述信号转化为数字信号并进行数字化压缩、传输；
④如发生报警，按照用户的设置将必要的控制信号输出控制灯光、警号等设备；
⑤
如用户需要，提供高清晰现场抓怕功能； ⑥ 如果需要，可以和监控中心或者其它远程现场进行语音对讲。

1.1.2 数据交换处理层
数据交换处理层是整个监控系统的核心，核心设备是若干台大型数字视频网络管理服务器（中心服务器）、数据库服务器、数据存储和转发服务器、报警服务器等多台服务器。

下图中简单的描述了数据交换处理层的主要设备，本文后续会专门讲述各个设备的用途及相互关系。

1000M 局域网
数据库服务器
中心服务器报警服务器
数据转发服务器存储服务器数据转发服务器存储服务器数据转发服务器存储服务器
中心电视墙
显示服务器显示服务器显示服务器显示服务器显示服务器大屏电子地图
数据转发服务器存储服务器数据转发服务器
存储服务器数据转发服务器存储服务器
图3 数据交换处理层
从上图中可以看出，数据交换处理层主要负责整个系统的数据处理。

主要功能是对现场的数据收集层收集回来的数据进行存储、转发以及报警信息的处理。

主要设备包含中心服务器、数据库服务器、转发/存储服务器、显示服务器及报警服务器等。

它的主要任务是：
① 通过网络把现场所有音视频数据进行集中存储，采用专门的数据存储服务器和磁盘阵
列进行数据保存，确保数据的可靠性。

② 把所有音视频信息进行数据转发，需要现场音视频信息的用户在经过授权后可以远程
查看现场情况以及远程下载/回放已经录制好的音视频数据。

一般来说，转发服务器
可以和存储服务器使用同样的服务器，以便充分利用网络资源和计算机资源。

③通过大型电视墙预览现场视频。

可以对现场所有视频进行分组，然后在电视墙上循环
切换显示，对于重要的场景可以使用单独的电视墙进行独立输出显示。

④对于现场的报警信息使用专门的报警服务器进行输出和处理，通过大屏电子地图直观
的显示即时报警信息。

⑤采用专门的数据服务器对本监控系统的所有信息进行集中存储。

主要包括：设备信息、
设备状态信息、用户信息及权限信息、视频分组信息、报警联动信息、报警处理信息、音视频数据保存信息（索引）等各种系统信息。

⑥数字视频网络管理服务器是整个系统中最核心的设备，担负着承上启下、数据交换处
理的责任。

⑦对数据采集层而言，数据交换处理层是后台处理系统，前端收集的所有数据必须经过
数据交换处理层后才能转向其他层次。

⑧对于数据交换处理层，主要由中心服务器进行管理，通过对数据服务器进行交互，实
现对整个系统进行管理，其中，主要包括：
●对系统、用户、网络等系统资源及安全进行管理；
●对前端数据的存储与管理，特别是对前端报警数据将实现自动存储；
●负责协调、管理数据应用层与数据采集层之间的数据交换；
⑨对于数据应用层，数据交换处理层主要负责为数据应用层提供授权和数据服务。

注：严格来说，电视墙和报警信息处理应该属于数据应用层，本文把他归为数据交换处理层的目的是能让我们更加容易理解本系统。

1.1.3 数据应用层
数据应用层主要是第三级数据应用，主要包括信息查询、远程指挥、远程调度等应用型数据分析和处理。

根据每个用户的权限级别不一样，分别具有对系统的参数设置、系统控制、信息查看等不同等级的权限。

主要使用桌面工作站对系统进行访问。

1.1.4 监控系统数据流向
1)视频流向：视频服务器→（在中心服务器控制下）→转发/存储服务器→（在中心服务
器控制下）→用户或者网络矩阵/显示服务器。

2)控制信号：用户→转发服务器→视频服务器→前端设备。

3)报警信息：探头→视频服务器→中心服务器→报警服务器。

4)数据库：只有中心服务器和数据库服务器交换数据。

5)用户连接：用户→中心服务器→转发服务器→视频服务器。

6)对讲连接：用户→中心服务器→视频服务器；视频服务器→中心服务器；中心服务器→
视频服务器。

整体监控系统中的数据传输统一由光纤来进行传输,前端摄像机(包括球机/枪机)接入到视频服务器中,接入到光纤后,由光纤网络传输到监控中心.
特别说明
所有用户连接视频服务器都是经过中心服务器授权后，由指定的路径（转发服务器）进行连接；
转发服务器的所有工作、连接数量等都是由中心服务器控制；
网络矩阵由中心服务器授权，连接转发服务器，显示服务器由网络矩阵服务器完全控制，连接指定的转发服务器。

二、设备选型
1、视频服务器
本系统中采用网络视频服务器对现场音视频数据以及报警等进行信息采集，并可以对现场进行一定形式的即时警情控制。

主要接口及功能：
视频采集：高清晰视频采集及压缩，支持Full D1、Half D1及CIF格式；
音频采集：高保真MP3压缩，真实显现现场原声环境；
报警采集：视频移动报警、视频丢失报警、红外等探头报警，可以任意设置布防/撤防时间；
控制输出：可以输出多路开关量信息，控制现场灯光、警号等外围设备；
语音对讲：现场人员可以和监控中心进行实时双向语音对讲，监控中心也可以主动呼叫现场人员；
网络视频服务器外观：
网络视频服务器
我公司为了满足用户把高清晰的声音、视频数字化远程传输而专门设计的音视频编、解码产品。

网络视频服务器充分考虑远程监控需求的特点，结合了我公司在视频技术方面的优势和最新IT技术，旨在为用户提供一个专业的、高性价比的IP视频解决方案。

应用网络视频服务器产品可以在无需要任何动土工程的情况下非常简单的实现模拟CCTV向网络视频系统升级。

先进的IT技术保证所有硬件24小时无间断工作，异常自动恢复功能保证即使出现任何人为、意外、技术中断也能立即重新工作或者自动连接，可远程网络进行升级、控制管理，实现了远程管理维护，极大的方便了工程商和用户的调试和使用。

编码器YW8000的主要功能：
➢D1高清晰实时视频网络服务器，向下兼容HalfD1、CIF等压缩格式
➢采用最新H.264视频编码技术、MP3音频编码技术
➢支持PAL/NTSC复合视频
➢内嵌Web Server，全面支持IE/Netscape浏览器
➢多用户密码权限管理，Web页面实现远程监看、控制、设置、升级
➢支持动态IP地址，支持局域网、Internet（ADSL、有线通）
➢Dynamic Stream Control技术，保证双向语音对讲实时传输,让远程会议、远程交流轻松实现
➢网络自适应技术，根据网络带宽自动调整视频帧率保证传输，网络中断后可自动连接
➢视频码率32Kbps-4Mbps连续可调，帧率1-30 (1-25)连续可调
➢可以进行现场高清晰无损图像抓拍
➢客户端软件具备抓拍、本地录像等DVR功能
➢移动侦测、探头等报警功能(可设区域和灵敏度)
➢RS232/RS485串口支持云台控制、高速球机或摄像机等外置设备
➢支持IDE、USB硬盘存储，可在前端进行备份和录像、JPEG抓拍
➢支持多用户同时访问，采用多级密码权限控制及用户管理
➢录像文件直接由Microsoft Media Player播放，无须安装其他软件
➢双系统设计，主系统出现故障时，辅助系统可进行基本工作、协助修复主系统➢异常自动恢复功能，保证网络视频服务器稳定运行
➢外置电源设计，方便维护/维修
➢
解码器YW8000DC的主要功能：
·支持D1、HALF-D1、CIF格式解码
·支持模拟视频输出
·支持网络视频服务器所有的音视频服务器解码
·支持双向对讲
·内嵌GUI，操作直观、简捷
·通过485与键盘/矩阵接口
·支持远程云台控制
·支持通道选择及可编程控制通道巡检
·支持1路视频输出，1路音频输出，1路音频输入
网络视频解码器技术指标
项目设备参数
性能指标
YW8001DE YW8002DE YW8004DE
视频视频输入
1路，
V
p-p
=1V - 75欧姆
2路，
V
p-p
=1V - 75欧姆
4路，
V
p-p
=1V - 75欧姆连接口BNC 阴性
图像标准NTSC制或PAL制
音频采样率16KHz，MP3压缩方式
输出码率8Kbps—24Kbps
音频输入1路2路4路双向语音对讲麦克风输入（V
p-p
=100mV），输出立体声接口
信噪比≥80dB
失真加噪音比≤-30dB
数字处压缩方式H.264限码流
分辨率D1、Half D1、CIF D1、Half D1、CIF D1、Half D1、CIF 传输帧率每路视频，帧率（1-30）/（1-25）连续可调，根据带宽自动调节
理输出码率从32Kbps至 8Mbps连续可调
报警4路开关量（常开/常闭）输入，4路开关量（常开）输出
移动侦测(可设区域和灵敏度)，报警预录功能5-30秒，延迟录像30-120秒
网络通讯Web Server全面支持IE监视、控制、设置、升级
网络传输协议传送：TCP/IP 、UDP、MULTICAST
支持网络类型
PSTN、ISDN、ADSL、局域网、城域网、广域网；支持二级域名，轻
松实现动态IP地址
其他物理接口10/100M以太网接口；远程云台控制的RS485接口；报警输入/输出
其他物理外壳优质冷扎钢板外壳，防划伤处理（黑色）机器尺寸长167mm×宽122mm×高47mm
工作温度-10°C - 60°C
工作湿度≤80%RH
电源电压DC12V±10%
功耗≤7W
注： PAL制：D1：704×576 Half D1：704×288 CIF：352×288 NTSC制：D1：704×480 Half D1：704×240 CIF：352×240
2、球机
产品外形
性能参数
◆无变形5英寸球罩
◆手动光圈
◆图像清晰度130万像素（图像格式720P或1080P）
◆ 0-355°水平旋转范围
◆水平速度0.45-45°/秒
◆垂直速度0.45-45°/秒
◆ 16个预置点
◆内置解码器RS485通讯
◆定焦镜头3.6mm、6mm、8mm、12mm可选
◆ 1Lux最低照度
◆两预点之间线扫功能
◆ 1条巡视轨迹，轨迹速度可达45°/秒
◆ DC 12V输入
技术指标
有效像素500 (H) × 582 (V) 图像感应器1/4英寸Super HAD CCD 视频输出 1.0Vp-p
图像清晰度130万像素
信噪比≥48dB
最低照度1Lux
光圈手动
焦距长度f3.6mm
白平衡自动
左右旋转范围0°-355°
左右速度0.45-45°/秒
上下旋转范围0-90°
上下速度0.45-45°/秒
通讯RS485
控制上下、左右；16个预置位左右线扫开关
巡视轨迹1条
电源DC12V 1A
操作温度0~40℃
尺寸Φ160×115mm (H)
重量约0.7Kg
3、其他前端设备
报警探头
警号
灯光
拾音器
麦克风
注：以上其它前端设备根据招标要求选择，本文不再赘述。

4、中心服务器
中心服务器主要负责整个系统的信息设置和查询处理，同时可以进行一定数量的音视频数出。

中心服务器全部采用模块化设计，各模块相对独立，根据实际需要配置。

网络通信模块
网络通信模块主要负责整个系统中各种设备间的网络通信。

系统仲裁模块
系统仲裁模块主要负责解决各种数据流冲突问题，如多个用户同时访问同一个视频源时，需要对用户的权限级别进行判断，当网络资源不够时，需要提示低权限用户“有多个高权限用户正在或者需要访问XX视频，你的连接将被暂时切断“，及时切断权限较低的用户的网络连接，以保证系统的正常运行及有效利用。

电子地图管理模块
电子地图管理模块主要负责对系统的电子地图进行有效管理，创建、修改/删除各级电子地图。

并保证网络中所有电子地图保持同步。

电子地图导向模块
电子地图导向模块主要为管理员/操作员提供地图导向，管理员/操作员通过地图查找现场设备，如：查找某个比赛场馆的某个门口的摄像机，需要做的事情是：
第一、查找该场馆所在区域
第二、查找该场馆所在街道或者地理位置
第三、查找该场馆地图
第四、查找该门所在楼层
第五、查找该楼层地图
第六、点击该门的摄像机（图标），打开视频
以上步骤看起来较为繁琐，实际上操作非常简单，就像看地图一样，有此导向工具，在使用本系统时就非常轻松。

系统设备索引模块
系统设备索引模块主要负责对本系统中所有设备进行分区域、分类，建立索引树，方便管理员/操作员对设备进行维护和查询。

设备配置模块
设备配置模块主要用于设置设备属性，如：设备类型、音视频通道数量、报警输入
数量、输出开关数量等基本信息。

定时预约-布/撤防模块
定时预约-布/撤防模块用于设置设备工作计划，如：定时录像时间安排、报警布/
撤防时间计划等。

音视频解码模块
音视频解码模块用于音视频解码，支持软件解码和硬件解码两种方式。

系统警报模块
系统警报模块负责与报警服务期进行通讯，主要把报警信息及时传递到报警服务器。

流媒体分发模块
流媒体分发模块负责对所有音视频进行流向处理，如：某个视频服务器的音视频数
据由某台转发/存储服务器进行处理。

用户权限管理模块
用户权限管理模块用于对用户权限的管理，如：系统管理员、高级管理员、操作员等。

权限管理分为用户组管理和单个用户管理，一般的操作方法是先对用户进行分组，设定各组的基本权限，只要属于该组的用户具有统一的权限，也可以对某些用户进行个别权限的增减。

5、数据转发/存储服务器
数据转发/存储服务器用户对某些音视频数据进行集中存储和数据转发，需要配合磁盘阵列使用。

配置要求：P4 3.0G或以上CPU，1024M或以上内存，1000M网卡，磁盘阵列根据需要进行配置。

性能指标：最大同时进行64通道音视频数据的存储和转发。

磁盘阵列：
磁盘阵列已经具有国家/国际标准，并已经是通用设备，本文不再赘述。

7、网络矩阵服务器和显示器
网络矩阵服务器既是独立的网络矩阵，可以单独对所有的视频进行网络切换，同时又是控制显示服务器的控制服务器。

网络矩阵服务器实际又叫做主控显示服务器，区别在于显示服务器只负责输出音视频输出，网络矩阵服务器负责网络视频切换及相应设置，它可以配置所有显示服务器的音视频分组和轮巡方式。

网络矩阵管理员在网络矩阵上可以查看任何音视频通道数据，并可以根据需要设置显示服务器的输出内容。

任何一台显示服务器均可以轮巡输出。

每台显示服务器可以最大输出16通道音视频，可以同时输出模拟（AV）和VGA输出两种信号，模拟信号是通过视频解码卡（TM7000系列）解码后输出独立通道的音视频，VGA输出是计算机自身的输出。

显示服务器的VGA部分可以使用双输出，对于一些重要的视频可以采用双输出方式，除了输出到电视墙还可以有两个VGA通道输出。

网络矩阵服务器和显示服务器均是由计算机和视频解码卡组成，其配置要求为：
配置要求：P4 2.0G或以上CPU，512M或以上内存，1000M网卡，128M独立显卡。

性能指标：最大同时进行16通道音视频解码和输出。

支持 4*4共16通道模拟视频输出。

网络矩阵有良好的操作界面，显示服务器没有操作界面，所有内容全部由网络矩阵全部控制。

网络矩阵服务器最大支持对64台显示服务器的控制，每台显示服务器最多可以轮巡切换255组音视频，即可以通过切换方式自动查看16*255=4080个通道的音视频，由于视频切换间隔不得低于10秒钟，建议一般使用不要超过64个通道，既可以保证在一分钟左右可以循环一次。

网络矩阵服务器和显示服务器都需要安装多张音视频解码卡，由解码卡负责完成音视频的解码，减少占用计算机CPU资源，同时可以输出到电视墙。

下面是解码卡的介绍。

8、报警服务器
报警服务器主要负责对本系统所有报警信息进行处理，包括报警信息的显示和报警处理，报警显示主要通过大屏电子地图（从数据库中调用地图）对现场报警信息进行显示，同时可以通过输出开关量控制警号等警用设备，也可以通过音箱输出不同的音乐提示值班人员。

报警服务器是通过电子地图对监控现场进行直观的监控，当有报警发生时，地图上相应的摄像机图标或者探头图标会急促闪烁，并有相应的视频调出来（可选择），值班人员看到报警后，可以在此地图上调看任何一个通道的音视频，最多可以同时打开4个通道的音视频。

9、DDNS SERVER
DDNS Server是动态域名解析服务器，该服务器是我公司专门为我公司网络视频服务器产品设计的，对于使用一些没有固定IP（如：ADSL）的网络时，可以使用该服务器，而不需要其他方式处理，视频服务器之需要能上网就可以保证和监控中心保持连接。

DDNS Server的工作量不是很大，可以和其他服务器共同使用同一台计算机，如：数据库服务器等。

三、系统配置连接图
由于监控点多，数据流量大，特别是监控中心，要对所有的监控点进行集中管理和存储，需要很大的带宽，合理安排网络带宽，有利于监控系统的稳定运行。

监控中心网络带宽计算方法：
根据视频监控图像清晰度的要求设定视频服务器的编码码流，这里按照每个通道1024Kbps计算，如果有1000个视频通道均要集中到监控中心，则监控中心理论上至少需要1G以上的接入带宽。

如果按此计算，监控中心有必要对设备进行分组管理，把网络带宽进行合理分配管理，同时，尽量全部使用千兆网卡进行接入，使监控中心组成一个千兆级局域网，通过路由器分成不同的小局域网，小局域网之间只有控制信息传输，大量的音视频数据尽量能在小局域网内部进行传输，这样可以保证网络的稳定性。

图7 系统连接图
1000M LAN 1000M LAN
1000M LAN 1000M LAN
1000M LAN 路由器
互联网
图8 监控中心网络示意图
1、DDN专线接入
标准网络连接方式，此处不再赘述。

2、城域网宽带接入
标准网络连接方式，此处不再赘述。

3、ADSL宽带接入
标准网络连接方式，此处不再赘述。

4、光纤直接接入
标准网络连接方式，此处不再赘述。

5、跨网关处理
对于需要使用代理上网的视频服务器来说，需要做的工作就是在代理服务器（或者路由器）上设置端口映射，如视频服务器使用3000端口，那就需要把代理服务器的3000端口映射到视频服务器上，以便外网用户能访问到内网。

一般视频服服务器会使用到多个端口，需要对视频服务器做一定了解，然后设置相应的参数即可
6、动态IP解决方案
对于使用ADSL等动态连接的网络接入来说，IP往往是不固定的，每次连接都可能改变IP地址，为了让用户始终能访问到正确的视频服务器地址，我们专门开发了DDNS Server，通过DDNS Server的使用，就无所谓是否为固定IP地址了。

DDNS Server的详细情况，请参考本文的其他章节。

视频服务器在网络传输过程中对音视频数据流的控制方法简单说来就是根据网络带宽即时调整音视频编码码流，视频服务器可以采用定质量（VBR）、限码率（CBR）两种方式进行编码，对于网络资源较为丰富的系统来说，建议使用VBR方式；对于网络资源较为紧张的系统来说，建议使用CBR方式。

采用VBR方式可以一直保持图像质量，但是码流根据视频变化状况略有波动，对于网络资源足够的系统来说，无疑是一个最合适的编码方式了；采用CBR方式可以限制编码码率在一定范围之内，确保在低带宽情况下也能保证网络传输的流畅性。

如果网络遭遇堵塞，视频
服务器会自动降低帧率来保证不会继续堵塞网络，确保网络的稳定。

在网络视频服务器产品中，还采用了特殊的码流控制机制，可确保网络延时尽量小，一般来说，网络（互联网）传输延时在1秒左右。

对于监控系统来说，已经是非常不错的效果。

四、平台软件架构说明
整个系统采用集中管理、分布监控的设计思路，全网采用3级组网架构，组网如图：
平安城市（城市监控报警联网系统）是一个覆盖整个城市的集成式、多功能、综合性大型监控报警系统，业务范围涵盖治安、交管、消防、刑侦、内保等多个警种，包括图像监控与报警系统（包括车载移动摄像终端系统）、重点要害部位监控与报警系统、居民小区技术防范系统、ＧＰＳ和ＣＡＳ机动车防盗防劫报警系统、道路交通监控和卡口系统、电子巡更管理系统等独立而又互相协作的子系统，城市监控报警联网系统不仅仅强调以上各个子系统的建设，也强调对以上系统和相关资源的整合与集成。

虽然系统的组成非常复杂，但是从资源组合与整合的角度上可以分为四个组成部分：监控中心，传输网络平台，监控资源和用户群。

监控资源是信息的提供者，用户群是信息的服务对象，监控中心是信息的管理者，是信息存储与共享的平台，传输网络提供了各种信息（数字的和模拟的）的传输通道，连接了以上三个部分。