前   言

随着矿场安全施工的要求越来越严格，矿场监控大量涌现， 矿场监控的认知度和自动化体现的越来越先进。作为一个传统意义的产业，政府对矿场这个行业的发展非常重视，为了促进和规范矿场安全规范作业，加强对矿场人员自动化管理，出台了很多规范。然而，许多矿场的消防安全意识淡薄，存在很多安全隐患，一旦发生安全事故，将造成重大人员伤亡。

为解决矿场管理上的难题，杜绝矿场的违规经营行为，有效预防安全事故。我们根据矿场经营模式的特点和有关政策法规的要求，本着积极、严谨的态度，设计出一套完整的数字视频远程网络监控管理系统。该系统功能强大、界面友好、操作简易、图像清晰、音频还原度高，清晰悦耳，并且能够有效的管理矿工们工作的情况并记录下来，最终进行矿产量的统计工作。每套该前端监控系统都具有独立的视频监看、双向语音对讲、探头报警功能。该系统当中的前端系统将采集到的视频、语音、报警信号，通过我公司自主开发的“网络视频服务器”视频服务器，编码转换成网络数字信号。然后通过矿场已有的网络连接，将视频、语音、报警信号上传至监控管理中心，达到规范管理的作用。

“网络视频服务器”（NVS）是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”（NVS）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、高性价比的远程视频解决方案。

应用“网络视频服务器”（NVS）产品可以在无需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，可通过远程网络进行控制管理、升级、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。

采用“网络视频服务器”构成的远程监控系统，为管理部门提供了一套有效的矿场监管工具。在社会上树立起矿场作业安全、文明、健康的良好形象。促进了文化建设与高新科技的结合，把矿场等行业发展成为功能丰富多彩、内容健康有益的数字文化家园。

第一部分  需求分析

根据矿场的特点，及整个系统的实际情况。我们对整个系统进行了详细的分析，总结出了矿场监控管理系统应具有如下的功能要求：

1.    系统技术水平先进、运用现代监控技术。
2.    系统具有可升级性和可扩容性。
3.    系统具有可设置性，管理人员可根据需要对系统进行设置。
4.    可实现24小时不间断监视。（根据矿工作业时间来制定时间）
5.    系统基于B/S体系构成。（使用WEB浏览器可直接访问）
6.    视频码率连续可调，帧率连续可调，音频码率可调。
7.    系统支持多种协议(TCP/IP, ARP, ICMP, FTP, DHCP, HTTP，PPPoE，DNS，组播)。
8.    中心可进行实时视频和音频预览、配置、控制。
9.    支持动态IP地址的矿场。
10.    视频帧率、码率可根据带宽自动调节，不影响矿场正常使用带宽。
11.    多用户管理功能。
12.    当前端网络断开、视频丢失、视频被遮挡能自动报警，上传中心。
13.    外接双鉴红外探头、烟感探头、应急按钮等多种报警探头
14.    在报警时能自动切换录像。
15.    能实现语音对讲。
16.    系统具有故障自我诊断、及简单故障恢复功能。
17.  通过开关量将每位矿工的工作情况记录下来，在中心管理软件中进行统计工作。

第二部分  系统方案设计

第一章     设计思想
为了使我们设计的系统具有极高的可靠性和可持续发展的能力，同时也最大限度地降低系统的建设成本、运行成本费用。我们首先确立了以下几个设计的总体思路：

一、系统的先进性和开放性
为保证矿场监管系统既能保持在一定时期内不落后，并保证该系统互连的方便性，我们在该系统的设计时，要充分考虑到系统的先进性和开放系性，尽可能采取先进开放的技术和产品。

二、系统的有效性和实用性
针对矿场监管系统要求特点，我们采用B/S体系的网络拓扑，可确保整个系统的独立稳定，互不干扰。为确保投资的有效，我们在整个系统设计时，根据目前的应用及将来的发展，确定采用高速球机（枪式摄像机）、网络视频服务器及中心软件(或数字矩阵)，以保障系统的完整功能和可靠运行。开放人脸识别功能，能够通过矿场本地前端设备采集到人脸图像传递给网络视频服务器，由网络视频服务器进行抓拍高清晰图片，最终在本地服务器中进行人脸的截取和传送，由人脸识别服务器进行察看和浏览，进行监控和管理。

三、系统的可靠性和稳定性
矿场监管系统作为整个应用系统的基础，其可靠性和稳定性直接关系到应用的好坏。某个系统的单独故障可能直接给应用带来灾难性的损失。B/S体系的网络拓扑的可靠性，主要是要防止因某一点出现故障时，而导致系统瘫痪。如某个设备或某条线路出现故障，不会对整个系统产生影响。人脸数据的传输完全通过加密后数据传输，安全性和可靠性大大保障。

四、系统的可扩展性及升级能力
为了保证矿场监管系统的有效性和实用性，同时又保证该系统在一定时期内不落后，我们在进行设计时，并不是一味追求高配置、高速率，而是在保证先进性的同时，选择具有良好扩展性和升级能力的设备及构架，设计出具有良好扩展性的网络拓扑，以保证整个系统的可扩展性及升级能力。这具体表现在以下几个方面：

1.    选用了具有良好开放性的系统构架和拓扑结构，易于扩充、升级。
2.    用户端网络操作系统选用适合于多种媒体访问技术和多种高层协议的系统。
3.    在用户端系统采用结构化布线，并利用已有的互联网络进行远程数据传输，通过对视频服务器的升级、扩容、插板、以及堆叠等方式增加前端视频源的数量。
4.    网络拓扑采用了B/S体系，用户可随时增加或减少视频终端，而不会影响其他终端正常工作。

第二章     系统设计
第一节    系统结构设计
整体矿场监控系统分为两大部分，这两大部分分别为监控系统，人脸核对上传系统。根据对整个系统的需求进行分析，和我们总体设计思想，矿场的监控系统的结构示意图如下：


                               图1. 矿场监控系统图

                               图2. 矿场矿工工作信息上传系统
由上图可以看出，整个系统基于B/S体系构成。在每个矿场安装一至多个摄像机和报警探头，通过“网络视频服务器”网络视频服务器，连接到已有的光纤网络上。监控中心通过数字矩阵连接切换到想监看、对讲的矿场，同时可对选择的视频图像、声音进行录像、检索回放等。若前端摄像机为快球或者带云台摄像机，监控中心亦可对其进行云、镜操作。当矿场探头发生报警时，立即将报警信号上传至监控中心及时处理。矿场中1台视频服务器能够处理4^4位矿工的工作情况，设立4个按钮分别对应探头1－4，根据按按钮的数目和次序来对矿工进行编号。

第二节    矿场前端系统设计
    前端矿场的监控系统，需根据各自矿场的实际情况，如：规模大小、上网机器布置等情况，安装一至多个摄像机。通过与视频服务器连接至矿场的服务器或路由器。系统示意图如下：


                             图3. 矿场监控前端设备连接图
上图画出了一个矿场的简单前端系统图。拾音器、摄像机、报警探头采集矿场现场音视频信息和报警信息，视频服务器将这些数据信息进行编码转换成网络信息，然后通过矿场服务器或者路由器，将数据上传给监控中心。监控中心可以任意监看、调用控制这些终端设备。如果发现矿场有违规经营行为，可立即通过语音对讲警告当事矿场。必要时可通过网络警察关闭其网络连接。

前端的报警探头，可在探头被触发后立即将报警信息上传监控中心，并同时通过现场音箱产生报警声音。使现场人员能够第一时间获得警情，有效地预防了火灾、破坏、偷窃等情况的发生。

在这个系统中，探头是一个复用设备，除了有效的预防安全隐患，还能够处理矿工的作业绩效。

一个矿场的若干视频服务器，通过交换机与矿场的网络服务器，或者路由器共享一个网络IP连接至光纤LAN中。通过预置不同端口号进行端口映射，可达到共享IP连接的功能。若矿场是动态IP连接方式，视频服务器通过域名解析功能，同样也可以实现远程访问。
矿工计量绩效的示意图如下：

矿工人员进行编号，例如矿工1＝123，矿工2＝231……，在探头的输入端接入对应的按钮进行编号代表探头的输入，并且设置相应的反应时间，在反应时间内矿工人员按下对应顺序排列的按钮代表倒矿1次，探头按下转换为开关量输入到视频服务器中，视频服务器将该信息传输给监控中心软件，监控中心软件能够将该探头信号系列（即开关量信息）转化为对应的人员的倒矿次数＋1，并记录到数据库中，当需要对矿工作业进行统计时，只需要在监控中心软件中处理就能直接产生统计结果。

第三节    监控中心系统设计

    矿场监控中心的主要任务是通过光纤LAN，接收矿场的监控信息，进行实时监看、控制、录像、语音对讲等。系统示意图如下：

数字矩阵是中心系统的主要设备，它的主要功能是通过IE浏览器，登陆需要监看或者录像的矿场。当矿场有报警信号的时候，数字矩阵自动切换到该路视频，并同时进行录像、产生报警声音等。也可通过话筒进行语音对讲，通知提醒矿场工作人员。

为了实现大量录像数据的保存，中心可以配置RAID（磁盘阵列），以满足海量存储的要求。同时也保证了录像数据的安全性。随着用户功能要求的增加，在后期，可通过中心对前端视频服务器进行远程升级和维护。极大地方便了工程商和用户。

监控中心也可以是一台便携式电脑，与Internet连接后，通过有权限的口令同样可以登陆各矿场的视频服务器（与中心不冲突）。这种监看方式，非常适合领导的随时抽查。

第三部分  设备选型

为了使整个系统运行可靠、稳定，在设备选择上就必须仔细慎重。详细了解各设备的技术参数是否达到预定指标，功能是否齐全。下面，就对系统所选用的主要设备进行详细的介绍。

第一章    前端设备
第一节  摄像机

高速球型摄像机

摄像机的性能好坏，直接决定中心所看到的视频图像的质量。由**公司生产的MTR625室内高速球型摄像机，具有图像清晰、稳定、色彩真实等一系列特点，具体性能参数和技术指标如下：
有效像素    752(H)×582(V)
图像感应器    3.6mm(H)×2.71mm(V); 1/4inch
视频输出    1.0Vp-p
水平清晰度    480TVL
信噪比    ≥50dB
最低照度    1Lux
光圈    自动
对焦    自动
焦距长度    F3.9~63mm
倍率    16倍
白平衡    自动
背光补偿    开 / 关
左右旋转范围    360°连续旋转
左右速度    18°/秒
上下旋转范围    0~90°
上下速度    12°/秒
通讯    RS485
控制    上下、左右; 镜头变倍
左右线扫    两预置点之间线扫
巡视轨迹    1条
电源    AC24V
操作温度    0~40℃
尺寸    Φ134×175mm (H))
重量    约1.3Kg

枪式摄像机

设备技术参数:
视频输出    1.0Vp-p
水平清晰度    480TVL
信噪比    ≥50dB
最低照度    1.0Lux
白平衡    自动
背光补偿    自动
电源    AC24V DC12V
操作温度    0~50℃

第二节    网络视频服务器

网络视频服务器的适用范围非常广泛，可用于多种现场：

l          城市道路监控

l          公共场所安全远程监控

l          商场、超市监控

l          酒店视频点菜系统

l          考场集中监控

l          远程教学

l          矿场、舞厅等娱乐场所联网监控

由于矿场的地理分布散乱，不可能专门为其敷设线缆。使用矿场已有的网络连接代替传统的传输链路，已经成为了矿场监控系统的未来趋势。所以使用KD1001B型视频服务器，在本系统中是非常适合的。设备技术参数如下：
1. 视频编码算法  H.264
2. 音频编码算法  MP3  音视频完全同步（唇音同步）
3. 编码图象大小  D1、Half-D1、CIF、QCIF
4. 水印（WATERMARK）技术
5. 视频码率64Kbps-8Mbps连续可调，帧率1-30 (1-25)连续可调，音频码率可调
6. 视频输入1路， NTSC/PAL可设置
7. 音频输入1路Line-in
8. 音频输出 1路
9. 提供4路报警输入，4路继电器功率输出
10. 提供1个RS 485接口，连接控制球机、门禁主机、视频切换矩阵
11. 网络接口，支持RJ-45 10/100Base-T 以太网接口
12. 支持多种协议(TCP/IP, ARP, ICMP, FTP, DHCP, HTTP，PPPoE，DNS，组播)
13. 内嵌Web Server，全面支持IE进行实时视频和音频预览、配置、控制
14. 可进行ＩＰ过滤，屏蔽部分IP地址登陆操作，或仅允许指定的IP地址登陆操作，编码后的音视频数据加密，提高安全性，保护隐私
15. 可通过网络接口进行远程系统软件升级
16. 支持DDNS，可实现二级域名访问
17. 在多台网络视频服务器通过一台路由器上网的情况下，支持PC客户端能分别访问每台网络视频服务器；支持PC客户端通过代理服务器访问网络视频服务器
18. 支持TCP/UDP/MultiCast 三种传输协议
19. Internet传输时，视频帧率码率可根据带宽自动调节
20. 用户同时访问数10-100名
21. 视频丢失侦测，视频遮挡侦测，自动报警，客户端联动
22. 视频动态侦测(可设区域和灵敏度)，自动报警，客户端联动
23. 支持图像抓拍（704x576, JPEG压缩）功能
24. 报警时自动抓拍图像，将实时图像数据传输到设定服务器
25. 支持网络远程通过RS485 控制云台及镜头控制，控制协议可单独更新升级（uploadable PTZ drivers）
26. 安全机制 可以对操作的用户进行分三个级别(管理员、用户、guest)的用户密码保护功能和用户权限验证
27. 支持语音对讲
28. 支持OSD。日期和时间的位置、灰度可以设置，日期和时间自动增加
29. 支持LOGO。LOGO的位置可设置
30. 支持视频参数调整（对比度、明亮度、色度）
31. 提供一个Reset键，恢复系统默认参数
32. 内置看门狗，异常时自动使系统复位
33. 硬件加密设计
34. 平均无故障运行时间：50000小时
35. 输入电源：AC220V ±5%
36. 工作环境：温度：-10℃～55℃，湿度：20%-80%RHG
37. 保存环境：温度：-20℃～60℃，湿度：20%-95%RHG
上述参数，体现了设备全面的网络功能和强大的后续开发，使您在采用我们的视频服务器的时候无后顾之忧。

第三节 拾音器和音箱
为使系统的双向对讲功能有一个较好的使用效果，拾音设备和放音设备的选择也非常重要。MIC101拾音器就具有功耗小、音频范围广、失真小、还原度高等特点。

第四节 网络视频解码器

通过网络解码器，能够将数字视频音频信号直接转换为高清晰的音视频模拟信号，并且输出到电视墙上。

第三章  中心设备

监控中心的主要设备就是数字矩阵。它负责将所有视频服务器上传的信息还原为音视频信号。根据需要，将这些信号输出到电视墙，或者进行录像。

第一节 数字矩阵

中心的数字矩阵，可由一至多台主机组成，配置一个麦克风、一对音箱，实现音视频还原、录像、双向对讲等功能。其具体的性能参数如下：

图像压缩格式 H.264压缩方式。每路图像显示/录像（1-25帧/秒）。
图像处理功能 可分别调节每路图像的亮度、饱和度、对比度、色度等，使每路图像达到最佳效果。
远程图像输出 可对远程网络的图像进行硬件解压，并输出图像至指定设备（电视墙）。
音视频同步记录功能 系统可进行现场实时监听，实现音、视频同步记录/回放。
多种录像方式 系统可设置时间、摄像机编号和监控录像时间表。根据不同情况，可设置为定时录像（可有多个预定的时间表）、图像动态捕捉录像、探头报警录像和复合报警录像，并可对节假日进行单独设置。
图像存储功能 图像质量可从2小时/GB-10小时/GB进行选择。可分别对每路图像进行独立调节和设定，以满足不同目的和要求，节省硬盘空间。
图像回放功能 可根据摄像机编号、日期、时间等查找图像文件进行快速便捷的检索回放，无停顿和“马赛克”现象。检索回放的同时不停止现场录像。
录像保存功能 设置录像资料保存期，主机能自动识别资料是否在保存期内，保存期外资料自动删除，保存期内资料无法删除。主机可选择磁盘使用方式：盘满即停和循环录像。
多种录像保存期 可提供三种图像数据文件保存期（60天、30天、15天）。
多种画面分割方式 可选择1、4、6、8、9、16等多种画面分割显示方式。
动态捕捉报警功能 可在显示器上任意设置目标动态捕捉区域，当报警区域内有物体移动或视频信号丢失时，自动报警并联动录像，系统可预警录像10秒钟。
探头报警功能 接收视频服务器实时的上传报警,数字矩阵接收到该报警信号后立即联动该路视频进行录像。
系统安全性能 开机即进入系统工作状态，界面自动锁定，排斥非法安装，需输入相应密码才能进行操作。
系统管理功能 使用安全操作口令，用户管理采用四级管理。系统管理员、管理员、操作人员和网络客户端用户设置不同的操作权限，所有操作均需要输入密码。
日志管理 系统的报警信息、交接班记录及任何对系统设置、资料修改的所有信息均有分别记录。
操作界面直观 指示各路图像的录像工作状态、视频报警状态和探头报警状态。
提供三种录像保存期的磁盘空间信息。
可选择画面显示模式。可调节每路图像质量。
可控制前端三可变镜头的变焦、调焦、光圈和云台的全方位运动等。
可在紧急情况下对所有画面进行手动应急录像。
操作使用简便 全图形化的操作界面，使用一个鼠标即可对系统进行随意设置和操作、控制。
联网功能 预留图像资料转移、输出（USB）和联网、远程监控接口，可实现一点对多点，多点对一点的网络监控功能。重要资料能备份和图像打印。

第二节 电视墙及磁盘阵列
电视墙作为中心输出监控图像用。
磁盘阵列设备，主要是为了满足海量存储的需要。

第三节 数据库服务器/存储服务器
数据库和存储服务器的作用非常重要，能够将来自不同矿场的大量人脸数据和视频数据存储备份，以供查询服务器进行查询和人工的比对。

第四节  查询服务器
能够统计矿工的作业情况，并进行记录备份，最终能够供在每台查询终端上进行查询作业详细信息。

第四部分  技术支持和服务及人员培训

一、技术支持和服务

1、我公司将提供整个系统生命周期的技术支持和服务。我公司将提供两种优质服务:
远程服务——适用于非重大故障
A、工程热线电话,解答一般疑难问题:
B、电子邮件方式。我公司技术人员均有邮件信箱和专用电脑,主要员工配有便携式电脑,同时也开设用户专用信箱,可以保证及时解答用户疑问,可24小时响应。
现场服务——适用于重大故障
远程服务并不能解决所有的问题, 我公司的工程师将以最快的时间,赶到现场进行服务,当遇到资源限制或特殊情况, 我公司将组织公司专家或原厂商及时处理。
2、在系统的建设阶段将设有专人做现场支持。
3、在系统的维护阶段,将提供24小时的服务。
4、我公司保证本系统的设备能完成铁路网络监控要求的功能,其技术性能达到规定的标准,且能与原有设备配合工作。
5、保修期内所更换的有损零件须按要求退给我公司,费用由我公司承担。我公司的保证责任不包括由于操作使用不当、不慎、事故、滥用造成的损坏。没有事先征得我公司同意,由其他人员对设备进行的修改及由第三方设备的原因造成的我公司所提供设备的损坏,我公司将不承担责任。由此引起的硬件设备更换费用由使用方承担。
6、我公司对系统达到设计要求负有完全责任。
7、在保修期外, 使用方可以购买原产商的金牌服务或按次服务付费两种方式保修。
8、在工程移交后,如果使用方购买备件,其价格水平将不高于本工程设备价格。
9、双方应联合成立工程领导小组。在工程实施过程,定期地在工程所在地召开双方参加的技术协调会，检查工程实施过程中的技术配合，协议执行等方面的进展情况,解决工程中出现的问题。

二、人员培训

人员培训应分阶段，分层次，多种方式和手段相结合，初期的管理人员至少能完成系统的一般维护工作，中后期应具备一支具有一定开发能力的技术队伍，能够完成系统的扩展，和部分应用系统的开发工作。
1、网络管理人员、系统管理人员、数据库管理人员除一般的操作能力外，还应具有如下的相关能力：

l         应具备INTERNET的相关知识

l         熟悉常用的操作系统

l         熟悉常用的网络协议

l         对先进的网络通讯技术有一定了解

l         有较强的安全意识

2、各个办公科室还要进行相关的应用系统的培训，学员也要掌握相关办公网的应用，了解计算机操作系统及简单的Internet使用。

    针对以上需求，我公司在本工程中将根据用户的需要及时提供培训。

我们将在项目的进行过程中始终和用户保持密切的联系，从而保证用户对整个系统的技术进展有一个详细的了解。在项目结束后，我们还将对用户作出以下方面的培训：

l         网络基础；

l         路由器设置及管理；

l         交换机设置及管理；

l         网络结构详解；

l         服务器设置及管理；

l         防火墙设置及管理；