基于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的安全防范系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1 引言
工廠為了擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、提高技術(shù)水平，實(shí)施易地技術(shù)改造項(xiàng)目。新廠區(qū)總占地面積1000多畝，包括生產(chǎn)區(qū)、辦公區(qū)和生活區(qū)二十多個(gè)建筑物。如何對(duì)建設(shè)中和將來(lái)運(yùn)行中的新廠區(qū)開(kāi)展有效的安全防護(hù)工作，是一個(gè)急需解決的問(wèn)題.通過(guò)對(duì)新廠址的實(shí)地考察，本文利用霍尼韋爾相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)了此安防解決方案。

2 系統(tǒng)功能要求
該安防系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對(duì)全廠周界和重要廠房實(shí)時(shí)報(bào)警防護(hù)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)設(shè)防，對(duì)非法入侵者進(jìn)行報(bào)警和監(jiān)控錄像；對(duì)重要車間和辦公場(chǎng)所進(jìn)行出入控制，對(duì)所有出入者進(jìn)行身份驗(yàn)證和信息記錄、監(jiān)控錄像。因此需要將該系統(tǒng)劃分為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)和防盜報(bào)警系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)，并通過(guò)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)將三個(gè)子系統(tǒng)結(jié)合成一個(gè)完整的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠區(qū)和重要生產(chǎn)辦公場(chǎng)所的保護(hù)。

3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
工廠安全防范系統(tǒng)由數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)和防盜報(bào)警系統(tǒng)共3個(gè)子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)總體層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。在廠區(qū)各個(gè)重要防范地點(diǎn)相應(yīng)的設(shè)置一定數(shù)量的攝像機(jī)、門禁和報(bào)警器，通過(guò)專用線纜連接到各自的現(xiàn)場(chǎng)控制器，由現(xiàn)場(chǎng)控制器控制前端設(shè)備進(jìn)行安防檢測(cè)和控制；現(xiàn)場(chǎng)控制器通過(guò)廠區(qū)局域網(wǎng)與監(jiān)控中心相連，將檢測(cè)信號(hào)上傳到監(jiān)控中心的控制電腦主機(jī)和服務(wù)器，進(jìn)行信息的顯示、存儲(chǔ)和相應(yīng)的管理操作。各個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，能夠完成自己的功能；同時(shí)，各個(gè)子系統(tǒng)之間又具有聯(lián)動(dòng)功能，互相配合，互相控制，共同完成安全防范的功能。在聯(lián)合工房安防消防控制室設(shè)置監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控圖像的集中顯示儲(chǔ)存和門禁管理信息、報(bào)警信息的統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，并且能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖 1 系統(tǒng)總體層次結(jié)構(gòu)

3.1 各部分的功能設(shè)計(jì)
（1）監(jiān)控層。監(jiān)控層由監(jiān)控中心電視墻、視頻瀏覽端和門禁報(bào)警客戶端組成。監(jiān)控中心電視墻由8臺(tái)42寸等離子監(jiān)視器組成，對(duì)廠區(qū)攝像機(jī)圖像進(jìn)行顯示。每臺(tái)監(jiān)視器可實(shí)現(xiàn)單畫(huà)面顯示和四畫(huà)面分割，總共可以同時(shí)顯示32臺(tái)攝像機(jī)的實(shí)時(shí)圖像。經(jīng)過(guò)授權(quán)，遠(yuǎn)程用戶可以通過(guò)ie瀏覽器進(jìn)行圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄像回放，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)前端云臺(tái)和鏡頭的控制。門禁報(bào)警客戶端是門禁和報(bào)警的管理平臺(tái)。
（2）服務(wù)層。服務(wù)層由視頻服務(wù)器、門禁報(bào)警服務(wù)器和web服務(wù)器組成。視頻服務(wù)器主要負(fù)責(zé)視頻信息流的轉(zhuǎn)發(fā)、云臺(tái)和攝像機(jī)等控制命令的發(fā)送、視頻圖像的存儲(chǔ)和服務(wù)，支持分布式管理。門禁報(bào)警服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對(duì)門禁和報(bào)警系統(tǒng)的配置，存儲(chǔ)系統(tǒng)圖像移動(dòng)偵測(cè)報(bào)警、防盜報(bào)警和門禁使用信息的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)查詢分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。web服務(wù)器主要負(fù)責(zé)為遠(yuǎn)程瀏覽端提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口、視頻訪問(wèn)接口以及控制訪問(wèn)服務(wù)等。
（3）控制層。控制層由視頻編碼器、門禁控制器和報(bào)警控制器組成。視頻編碼器主要是對(duì)采集的圖象按mpeg-4格式進(jìn)行壓縮和傳送，并通過(guò)云臺(tái)解碼器控制攝像機(jī)云臺(tái)、鏡頭變焦。門禁控制器連接門鎖、讀卡器和出門按鈕等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，采集讀卡器和出門按鈕的信息，根據(jù)設(shè)定的程序判斷訪問(wèn)者的權(quán)限，控制門鎖的開(kāi)閉。報(bào)警控制器連接現(xiàn)場(chǎng)的雙鑒探測(cè)器和埋地泄漏電纜，采集各個(gè)防區(qū)的報(bào)警信號(hào)，進(jìn)行存儲(chǔ)和判斷。
（4）實(shí)施層。實(shí)施層由現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備構(gòu)成，包括各種攝像機(jī)、門鎖、讀卡器、出門按鈕、雙鑒探測(cè)器和埋地泄漏電纜等，完成現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)、報(bào)警信號(hào)和門狀態(tài)信號(hào)的采集，并根據(jù)控制指令對(duì)攝像機(jī)、門鎖進(jìn)行控制。
3.2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)
數(shù)字視頻監(jiān)控是通過(guò)把安裝在廠區(qū)各個(gè)位置的攝像頭攝取的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，再通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)都可以成為監(jiān)控終端，不受地域環(huán)境的限制，參見(jiàn)圖2。 設(shè)計(jì)專用的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)適當(dāng)?shù)膙lan劃分，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全和高速。另外，信號(hào)傳輸采用了標(biāo)準(zhǔn)的tcp/ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。系統(tǒng)主要由三部分組成，參見(jiàn)表1。

圖2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

（1）監(jiān)控前端。包括模擬攝像機(jī)、云臺(tái)、解碼器和視頻編碼器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)圖像的拍攝和現(xiàn)場(chǎng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到基于mpeg-4壓縮標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字圖像文件。可以依據(jù)用戶及環(huán)境的不同需求，另外加配護(hù)罩、雨刷、避雷器等。
（2）網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)。由交換機(jī)、防火墻、通信線路等設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像文件通過(guò)廠區(qū)局域網(wǎng)的數(shù)字傳輸，并可以通過(guò)internet實(shí)現(xiàn)授權(quán)客戶的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
（3）總控中心管理平臺(tái)。總控中心管理平臺(tái)由監(jiān)控主機(jī)、電視墻、監(jiān)控管理軟件、視頻服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等組成。監(jiān)控管理軟件ebi（enterprise buildings integrator）安裝在視頻服務(wù)器上，提供了完整的監(jiān)控中心管理、錄像管理、報(bào)警管理、用戶認(rèn)證和權(quán)限管理、服務(wù)器集群管理等功能。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于管理數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)、配置整個(gè)數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)所有用戶，是數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)的管理核心服務(wù)器。
3.3 門禁系統(tǒng)組成和功能
門禁系統(tǒng)由控制器、讀卡器、電控鎖、出門按鈕、識(shí)別卡、管理主機(jī)和管理軟件等組成。其中控制器、讀卡器、電控鎖、開(kāi)門開(kāi)關(guān)、識(shí)別卡構(gòu)成基本的門禁控制單元設(shè)備，如圖3所示。門禁控制器選用honeywell公司的star ii控制器，此控制器采用intel i386 -32bit微處理芯片，支持50000張識(shí)別卡，設(shè)有rs485通訊口、rs232通訊口和選配的10baset以太網(wǎng)接口，可以滿足與就地讀卡器、服務(wù)器的通訊需要。配置16個(gè)輸入點(diǎn)和4個(gè)輸出點(diǎn)可以分別接入門磁、出門按鈕和電磁鎖等外部設(shè)備，控制鎖的閉合或開(kāi)啟。門禁控制器與讀卡器之間采用rs485方式進(jìn)行通訊，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)溫度、濕度的要求比較低，對(duì)電磁波、雷電有較強(qiáng)的抗干擾能力，通訊距離可達(dá)1200米。

圖3 門禁系統(tǒng)構(gòu)架

讀卡器使用的是honeywell公司的digireader系列讀卡器，是門禁系統(tǒng)信號(hào)輸入的關(guān)鍵設(shè)備，用于讀取卡片中的數(shù)據(jù). 實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的身份識(shí)別。ic卡的主要功能就是作為一種數(shù)據(jù)載體，相當(dāng)與鑰匙的角色，是門禁系統(tǒng)中用戶的身份證。電控鎖是門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。應(yīng)根據(jù)門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具。
3.4 防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
報(bào)警器的原理和選型。報(bào)警器是防盜報(bào)警系統(tǒng)的前端探測(cè)設(shè)備，用于判斷是否有異常情況發(fā)生。根據(jù)不同探測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇dt7235t雙鑒探測(cè)器作為廠房室內(nèi)報(bào)警探測(cè)器，選擇trx-100ⅱ型埋地感應(yīng)電纜作為廠區(qū)周界報(bào)警探測(cè)器。

圖4 雙鑒報(bào)警探測(cè)器

（1）dt7235t雙鑒探測(cè)器。探測(cè)范圍: 11m x11m，如圖4所示 ；靈敏度: 探測(cè)視區(qū)內(nèi)2-4步 ；微波頻率: 24.125ghz；防拆開(kāi)關(guān):50ma，24vdc；報(bào)警繼電器: 勵(lì)磁a型（常閉），500ma/30vdc；白光干擾: 6,500lux；抗輻射干擾:30v/m，10mhz ～ 1000mhz

圖5 埋地感應(yīng)電纜功能示意圖

（2）trx-100ⅱ型埋地感應(yīng)電纜（如圖5所示）：泄漏電纜安置間距：1-3米（建議1.5米左右）；泄漏電纜安置深度：3-20厘米（根據(jù)介質(zhì)情況）；報(bào)警方式：觸點(diǎn)；最大警戒范圍長(zhǎng)度：100米。

圖6 系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)流示意圖

（3）報(bào)警主機(jī)。選擇vista-120系列總線制大型報(bào)警主機(jī)。該主機(jī)可分為8個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)監(jiān)控，相當(dāng)于每一臺(tái)主機(jī)都可以作為8臺(tái)單獨(dú)的主機(jī)使用；150個(gè)用戶密碼，7個(gè)級(jí)別，支持多用戶控制；時(shí)間表控制，可分不同的時(shí)間對(duì)不同的用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置或?qū)崿F(xiàn)某些自動(dòng)功能（如布撤防、繼電器開(kāi)關(guān)等）；繼電器功能：支持96個(gè)繼電器；豐富的數(shù)據(jù)接口，支持電話線、串口、網(wǎng)絡(luò)接口傳輸數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)軟件的總體實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)由視頻監(jiān)控、門禁控制和防盜報(bào)警三個(gè)子系統(tǒng)組成，分為本地監(jiān)控系統(tǒng)和客戶端系統(tǒng)。使用c/s體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用處理由客戶端完成，而數(shù)據(jù)訪問(wèn)和事務(wù)處理由服務(wù)器完成。參見(jiàn)圖6。視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)全廠共151個(gè)攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，加之視頻流流量大，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)處理和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量很大，采用單獨(dú)的一套視頻監(jiān)控軟件，honeywell dvm（digital video manager）,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的集中存儲(chǔ)和統(tǒng)一管理。視頻服務(wù)器作為server端，監(jiān)控中心的監(jiān)控主機(jī)和網(wǎng)上其他授權(quán)用戶為browser端。門禁和報(bào)警系統(tǒng)統(tǒng)一由門禁報(bào)警服務(wù)器軟件控制。視頻監(jiān)控、門禁控制和報(bào)警監(jiān)控三個(gè)子系統(tǒng)組成一個(gè)安防監(jiān)控的整體，三個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)又互相聯(lián)動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)
本文對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了整體設(shè)計(jì)描述，包括數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)和防盜報(bào)警系統(tǒng)共三個(gè)子系統(tǒng)。三個(gè)子系統(tǒng)各自獨(dú)立，又相互聯(lián)動(dòng)，組成廠區(qū)安全防范的一個(gè)整體系統(tǒng)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)與選型，通過(guò)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的轉(zhuǎn)換，將現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)接入到廠區(qū)局域網(wǎng)中。達(dá)到了新廠區(qū)對(duì)實(shí)時(shí)防護(hù)和管理的要求，對(duì)于保證廠區(qū)財(cái)產(chǎn)安全和生產(chǎn)的正常進(jìn)行具有重要的意義。