监控安防系统

　　一、简介

　　监控安防系统是应用光纤、同轴电缆或微波在其闭合的环路内传输视频信号，并从摄像到图像显示和记录构成独立完整的系统。它能实时、形象、真实地反映被监控对象，不但极大地延长了人眼的观察距离，而且扩大了人眼的机能，它可以在恶劣的环境下代替人工进行长时间监视，让人能够看到被监视现场的实际发生的一切情况，并通过录像机记录下来。同时报警系统设备对非法入侵进行报警，产生的报警型号输入报警主机，报警主机触发监控系统录像并记录。

　　二、监控安防系统的构成

　　前端部分：前端完成模拟视频的拍摄，探测器报警信号的产生，云台、防护罩的控制，报警输出等功能。主要包括：摄像头、电动变焦镜头、室外红外对射探测器、双监探测器、温湿度传感器、云台、防护罩、解码器、警灯、警笛等设备（设备使用情况根据用户的实际需求配置）。摄像头通过内置CCD及辅助电路将现场情况拍摄成为模拟视频电信号，经同轴电缆传输。电动变焦镜头将拍摄场景拉近、推远，并实现光圈、调焦等光学调整。温、湿度传感器可探测环境内温度、湿度，从而保证内部良好的物理环境。云台、防护罩给摄像机和镜头提供了适宜的工作环境，并可实现拍摄角度的水平和垂直调整。解码器是云台、镜头控制的核心设备，通过它可实现使用微机接口经过软件控制镜头、云台。

　　传输部分：这里介绍的传输部分主要由同轴电缆组成。传输部分要求在前端摄像机摄录的图像进行实时传输，同时要求传输具有损耗小，可靠的传输质量，图像在录像控制中心能够清晰还原显示。

　　控制部分：该部分是安防监控系统的核心，它完成模拟视频监视信号的数字采集、MPEG-1压缩、监控数据记录和检索、硬盘录像等功能。它的核心单元是采集、压缩单元，它的通道可靠性、运算处理能力、录像检索的便利性直接影响到整个系统的性能。控制部分是实现报警和录像记录进行联动的关键部分。

　　电视墙显示部分：该部分完成在系统显示器或监视器屏幕上的实时监视信号显示和录像内容的回放及检索。系统支持多画面回放，所有通道同时录像，系统报警屏幕、声音提示等功能。它既兼容了传统电视监视墙一览无余的监控功能，又大大降低了值守人员的工作强度且提高了安全防卫的可靠性。终端显示部分实际上还完成了另外一项重要工作——控制。这种控制包括摄像机云台、镜头控制，报警控制，报警通知，自动、手动设防，防盗照明控制等功能，用户的工作只需要在系统桌面点击鼠标操作即可。

　　防盗报警部分：在重要出入口、楼梯口安装主动式红外探头，进行布防，在监控中心值班室（监控室）安装报警主机，一旦某处有人越入，探头即自动感应，触发报警，主机显示报警部位，同时联动相应的探照灯和摄像机，并在主机上自动切换成报警摄像画面，报警中心监控用计算机弹出电子地图并作报警记录，提示值班人员处理，大大加强了保安力度。报警防范系统是利用主动红外移动探测器将重要通道控制起来，并连接到管理中心的报警中心，当在非工作时间内有人员从非正常入口进入时，探测器会立即将报警信号发送到管理中心，同时启动联动装置和设备，对入侵者进行警告，可以进行连续摄像及录像。

　　系统供电：电源的供给对于保证整个闭路监控报警系统的正常运转起到至关重要的作用，一旦电源受破坏即会导致整个系统处于瘫痪状态。系统的供电可以采用集中供电和分散供电两部分，用户可以根据实际的需要进行选择。

　　以上仅是一个的典型安防监控系统介绍，在实际应用中会有不同种类型的方案出现，安防监控系统方案一般会根据用户的不同要求而量身订制。

　　对于安防监控系统，根据系统各部分功能的不同，我们将整个安防监控系统划分为七层——表现层、控制层、处理层、传输层、执行层、支撑层、采集层。当然，由于设备集成化越来越高，对于部分系统而言，某些设备可能会同时以多个层的身份存在于系统中。

　　三·、监控安防系统雷电防护概述

　　现代的监控安防设备均系微电子化产品, 这些监控设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性。因安防监控电子设备的精密, 耐过电压能力下降, 其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感, 使得监控系统设备极易遭雷击过电压破坏, 造成整个监控系统瘫痪。

　　为了能够准确、有效地提供安防监控系统的防雷解决方案, 首先应准确分析安防监控系统遭受雷击损坏的主要原因以及可能的雷击过电压的入侵途径。在此基础上, 选用合适的防雷保护装置, 研究和探讨合理的信号、电源线路布线, 明确屏蔽及接地方式, 方可给出准确的、系统的防雷解决方案。

　　3·1　监控安防系统遭受雷击损害的主要原因

　　(1) 直击雷。直接击中露天的摄像机, 直接损毁设备; 直接击在线缆上, 造成线缆熔断、损坏。

　　(2) 雷电侵入波。安防监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时, 雷电波沿这些金属导线、导体侵入设备, 导致高电位差使设备损坏。

　　(3) 雷电感应。电磁感应: 当附近区域有雷击闪络时, 在雷击落地通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势, 以致损坏、损毁设备。静电感应: 当有带电的雷云出现时, 在雷云下面的建筑物和传输线路上会感应出与雷云相反的束缚电荷。一旦雷云放电后, 束缚电荷迅速扩散, 即引起感应雷击。电磁感应和静电感应引发的雷击现象均称为感应雷, 又称二次雷, 发生的机率大, 据统计, 感应雷击事故约占雷击事故的80% 以上。

　　(4) 地电位反击。直击雷防护装置在引导强大的雷电流流入大地时, 在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上产生非常高的瞬时电压, 对周围与它们靠得近却又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差, 这个电位差引起的电击就是地电位反击。

视频监控网络化步伐已全面展开，大量的监控数据被保存在安装硬盘的NVR、IP-SAN中，众所周知，目前大容量硬盘都属于精密机械部件，本身故障多发，属于易耗品。那么直接保存在硬盘中的数据必然面临数据丢失的风险。

　　在传统的视频监控应用中，比如：小区、楼宇、园区监控等，对数据可靠性要求并不高，其监控数据的有效利用率一直保持在很低的比例上，一旦不幸运遇到硬盘故障，损失一块硬盘的数据对这些应用来讲都是可以承受的，大量的嵌入式录像设备厂商正是看重这一点，推出使用单盘模式的廉价NVR，免去支持硬盘数据冗余带来的成本提升；由于不做RAID，可以配置同样廉价的监控级硬盘，大大降低录像产品与方案的整体成本，低成本优势大大提升嵌入式NVR的出货量。

　　众所周知，RAID技术可以消除硬盘故障带来的数据丢失和业务中断，但是它也对硬盘本身提出要求，一般要求是企业级硬盘，这种硬盘的固件对处于RAID工作环境下的各种状态进行调优，例如：可以对RAID下多块硬盘一起工作时产生的共振进行很好的磁头偏移补偿、可以固化一个硬盘错误处理的最大响应时间，以免错误修复时间过长，被RAID误以为硬盘不响应而踢掉、支持较好的并发读写性能等；这些调优都极大的增强了企业级硬盘在RAID环境的可用性。

　　如果是低成本的监控级硬盘，由于硬盘固件本身的限制，不能很好的在RAID环境中工作；例如：没有针对共振的磁盘校正，RAID环境下数据读写出错机率大增，而监控级硬盘并没有固化错误处理的最大响应时间，硬盘忙时一个错误处理可长达2~5分钟，而一般RAID允许的硬盘响应时间为30秒左右，造成RAID掉盘现象增加，甚至连RAID初始化都完成不了；在RAID5工作和重构过程中，在写数据之前需要读出大量数据进行校验计算，但是监控级硬盘的读性能表现显然没有它的写性能表现好，大量的读IO队列经常堵塞，而造成多块硬盘的响应时间严重增加，可能导致批量掉盘。

　　对于视频监控应用来说，只有付得起企业级硬盘高成本的高端用户才可以享受得起传统RAID技术带来的数据可靠性好处，传统RAID技术与监控级硬盘的糟糕兼容表现已经成为向大量视频监控中低端用户普及的阻力。

　　因此，视频监控应用对传统RAID技术提出以下挑战：

　　1、要求可配置低成本的非企业级硬盘组建RAID组，降低硬盘成本；

　　2、要求降低大容量硬盘的重建时间，提升重构成功率；

　　3、要求提升非企业级硬盘RAID组的可用性；

　　看到以上需求，对传统RAID算法进行改造和更新，开发了新一代SmartRAID技术，该技术思路是缩小硬盘管理的最小单位，将故障范围缩小在局部，从而提升硬盘RAID组的整体可用性；同时优化了RAID对监控级硬盘故障的响应时间容忍度，极大提升了非企业级硬盘(包括监控级硬盘)的RAID可用性。

　　在SmartRAID组建过程中，首先对硬盘进行碎化处理，每块物理硬盘会被碎化为64份，每块物理盘相同位置的小数据块会被组建为一个基本的SmartRAID管理单元，多个SmartRAID管理单元可组建为一个大的逻辑卷对外使用；SmartRAID管理单元具备RAID级别的所有属性，如介质检测、故障踢盘、替换热备、重构等；实际运行情况下，当物理硬盘发生磁道扇区故障，对故障数据块的掉盘、替换热备、重建操作都可以在一组SmartRAID内完成，大大减少重构读取与写入的IO量，缩短重建完成的整体时间；每块物理盘的最后4个数据块是作为热备使用的。

　　使用SmartRAID技术后的好处显而易见，由于对监控级硬盘故障的响应时间容忍度提升，使用监控级硬盘制作RAID5组的可用性明显提升，频繁掉盘现象得到有效解决。

　　在实际运行表现中，硬盘运行中出现的故障90%都集中在局部错误导致的读写异常，因电路或机械原因导致的整盘不工作的故障更是少见，因此，当发生硬盘错误，SmartRAID技术能够很好的发挥局部重构优势，重构完成只需10来分钟；即使发生整盘故障，SmartRAID也能够和传统RAID一样对整块物理盘进行踢盘、重构。

　　而且，如果同时发生两块物理硬盘的扇区错误，传统RAID5组遇到这种情况会崩溃，全部数据不可用，但SmartRAID技术能够很好的将这些故障独立，分而治之，数据不受影响。

　　从上来看，SmartRAID技术确实能够较好满足视频监控应用对RAID数据冗余的需求，明显提升大容量非企业级硬盘的RAID可用性。 

    平角度安装：监控摄像头安装高度接近常人面部高度，充分展现面部特征细节，是建筑出入口监控摄像头安装时的首选角度，室内安装时，可调整安装距离、位置、高度以实现平角度。随着三轴、双轴可调半球监控摄像头的出现，多数监控摄像头可以采用贴墙安装方式以接近平角度安装的实现。其缺点是隐蔽性不强，容易破坏现场环境景观，容易受光环境的影响。

    俯角度安装：这种安装方式监控摄像头常常采用吸顶或吊装方式。其优点是安装方便，隐蔽，可以避免部分光线直接反射的影响。采用这种方式应注意监控摄像头与面部的夹角不宜过大，否则头顶画面较大，面部特征较少。缺点是降低识别率。

    仰角度安装：较为特殊，多出现在一些下沉广场出入口，地下室出入口，停车场出入口等。这种方式是因现场需要而选择的特殊方式。此种方式必须考虑各种光源的影响。避免光线干扰。对安防监控安装摄像头的防护也应考虑详细。监控摄像头选择宜用对光处理较为成熟的产品。

   上述安装方式，在实践中最佳的方式为平角度安装，它可以更多地展现面部细节，建议最大俯视角度不超过15度。当现场环境限制时，为求得最佳效果可适当选择安装距离以调整物距实现角度的理想化。