大型港口视频监控系统的分析、设计与应用趋势

　　作者单位：天津天地伟业数码科技有限公司 
　　

        一 前言

　　随着全球一体化进程的加快和国际经济活动的日趋频繁以及供应链管理思想的兴起，现代港口特别是大型枢纽港的地位越来越突出，如何加强对大型港口调度、安保等各方面的管理成为建设和管理者需要面对的严峻问题。

　　天地伟业大型港口视频监控系统是采用传统视频技术与现代通信技术相结合的技术手段， 对远端场景进行传感成像、信号传输、集中监视、图像记录以及联动控制的安全技术防范和管理系统。由于其直观的效果，日益成为现代大型港口管理的重要组成部分。

　　按照港口数字化视频监控系统的总体规划和设计要求，建立和完善港区各作业区域，锚地、航道、泊位、堆场、门卫、公安交通、环境监测等数字化视频监控系统。在码头各作业区域建立视频监控系统的基础上，为海关、港口公安局、海事局、边防等其他协作单位，提供监控点及相应的控制手段，与以上单位建立统一和共享的视频监控网络，逐步完成港口的数字化视频监控系统建设。

　　二 港口视频监控系统需求分析

　　2.1 监控范围

　　集装箱码头、保税仓库等货物集散地的监控;

　　海关监管的重点场所;

　　帮助海关边检部门掌握辖区动态，开展反偷渡工作;

　　码头前沿的船港界面;

　　危险货物作业过程;

　　重大危险源;

　　引航;

　　港口设施保安计划落实情况;

　　进出港车辆、人员、船舶、货物。

　　2.2港口视频监控常见问题

　　(1)建设周期长,设备部分老化。以某大型港口一期为例,该码头自1998年开始建设监控系统, 10年间曾经历过多次系统改造和维修,但是基础的线路、一些设备连接和承载系统都还是旧的,接触不良的故障时有发生,因光缆老化和外力中断的故障在最近4年间就发生过3起。其他码头这样的情况也不少见。

　　(2)各码头监控系统建设各自为政,建设标准不统一。全港对于监控系统的建设没有一个统一的标准,各码头公司都有自己一套独立的系统结构。在海关的监控室可以看到四五个码头公司提供的视频监控系统,各个系统都不一样,各系统资源不能共享,使用、维护和修理非常麻烦。

　　(3)各联检专网之间设备重复投资,信息无法共享。目前各口岸联检单位都有通过网络进行视频监控的需求,但由于边防公安网、海关专网、海事专网、各码头局域网络之间不能互连互通,造成几乎每个需要监控的单位都单独做了一套监控系统,重复投资、浪费资源的情况相当严重,并且各系统之间的视频资源无法共享。若单独共享前端摄像头采集的图像信号,则意义不大,且在控制权限方面会更加混乱。

　　2.3 港口视频监控需求特点

　　(1)监控范围大。港口监控点的选择,应将摄像机安装在港区的灯塔制高点,这样视野宽、无障碍,可尽量少设监控点,使每个监控点监控覆盖的码头面积最大。

　　(2)全天候监控。港口监控点要全天候工作,这就需要选用红外敏感型彩色转黑白摄像机和日夜两用型镜头,并且在3 km 外能看清人物活动;选用螺杆传动的室外一体化重载云台。为了减少远距离图像的抖动,摄像机的安装也要确保牢固稳定。

　　(3)电磁干扰问题突出。港口一般都经过几十年的不断建设,设备、强电、弱电多种系统交叉运行,电磁干扰问题无处不在,因此要获得好的监控效果,必须考虑系统抗干扰的问题。

　　(4)避雷接地必须安全可靠。监控系统的软肋是前端的避雷与接地,前端设备的避雷与接地直接影响整个工程的安全性和可靠性,忽视避雷与接地可能给用户带来巨大的的损失。避雷原则是所有设备都要安装在避雷针的保护范围之内,接地电阻不大于10Ω,避雷与接地的特点是环境决定并影响避雷与接地的实际效果。

　　(5)系统资源共享。港口监控系统不但要满足生产、管理的需要,还要满足边防检查、海关、海事部门的监管需要,因此,需要解决图像资源共享和控制权限的分配问题。

　　三 港口视频监控系统架构分析

　　 3.1 系统架构特点

　　(1)新建设的可视化系统具备数字化、网络化的特点，可以远程观看控制,提供开放式的接口规范，可方便实现外部监控；

　　(2)采用模拟与数字结合的方式，前端到调度室监控中心采用模拟传输和控制方式，保证了图像质量和操作实时性，在调度室监控中心进行数字化；

　　(3)以光纤为主要传输手段，配合采用其他多种灵活的传输手段。

　　(4)采用数字化组网方式，为各监控中心提供高清晰度图像和运行安全可靠的视频系统 ；

　　(5)建立统一的管理平台，统一权限管理，统一规划建设实现多级管理要求；

　　(6)整个系统具备可扩展性、稳定性，适应港口环境；

　　(7)满足港口业务系统、海关、港口公安局、海事局、边防等多个监控中心对(8)监控点位合理分配和权限控制的要求；

　　(9)实现网上浏览与控制；

　　(10)实现船舶、货物进出港的全过程、全方位系统跟踪管理。

　　3.2 系统整体拓扑架构

　　按所处地理位置的不同以及实现功能要求的不同，天地伟业港口视频监控系统的整体结构分为三级：前端监控点、各调度中心、总控中心。实现的流程包括：前端信号的采集、信号的传输、后端信号的编码处理、用户访问。根节点是港口的总监控中心，一级父节点是各调度中心，子节点是分布在各个港口的监控前端。系统中虚线部分是用光纤传输，通过光端机将前端的视频信号、控制信号传输至调度中心，由调度中心的矩阵系统进行集中管理。为实现数字化网络监控，在调度中心安放视频编码设备，将模拟信号转换成数字信号，在网络中传输。各调度中心汇集到总监控中心，在总监控中心实现所有系统的集中管理。图中蓝色实线部分代表网络传输。

　　3.3 调度室监控中心系统架构

　　在调度中心，光端机视频输出视频信号首先进入视频分配器，分别向矩阵系统和视频编码设备系统提供视频输入。视频控制矩阵输出到大屏设备，其中视频编码设备将模拟信号进行数字化处理并介入到网络系统中。视频转发服务器（或称：视频代理服务器）统一管理和转发视频数据，以主要解决视频编码设备的性能差异和缓解网络干路的带宽压力。用户登录到视频平台服务器，并从视频转发服务器获得视频数据流完成监控的应用过程。

　　其中，视频监控头（含协议解码器与云台）以及与监控中心连接的视频线，控制线，光纤，电源等属于设备链路层，是整个可视化系统的基础设备，提供影像采集及传输功能。视频矩阵负责前方各监控点的接入在控制室负责各路视频间的切换输入显示等，视频编码设备与矩阵连接负责将视频信号控制信号转换成IP协议的数据接入到网络，这两部分输入中间耦合层，另外视频编码设备与视频矩阵的连接需要与矩阵的控制协议，波特率，协议编号等对应。管理平台服务器及视频转发服务器对应系统核心层，是整个系统的管理核心，服务器支撑管理平台的运行，为各系统的视频调用提供接口，存储设备提供录像存储与流媒体服务等功能，供其他系统对录像片断及场景抓拍的调用。调度室内工作人员可以在计算机系统内切换视频画面，浏览视频录像等，网络用户可以利用现有网络内计算机在应用系统上使用可视化系统。所有数字视频信号基于MPEG4的高清格式（D1 720*576）传输，带宽占用约2Mbit/S。

　　3.5 软件架构及功能

　　软件架构

　　主要是基于通用流服务体系架构（Universal Streaming Service Architecture，USSA），由图形化GIS信息服务、权限分级管理、视频通用接口、后台管理服务、流媒体管理服务、关联触发服务、视频会议管理、自动调度控制台等服务组成，通过应用服务、流媒体传输服务、数据库服务、Web服务、JSP页面、ActiveX控件、各种驱动程序等基本模块实现软件功能，提供现场实时监视、多分屏切换、云镜控制和轮巡、录像和回放、报警和联动、强大的用户权限管理和安全认证等，可以方便地实现远程监控、分布式监控（跨区域多级、多中心监控）、分布式录像、组合报警策略等。与网络设备的组播功能配合，还可以有效减少网络流量，保证网络畅通。

　　 随着管理水平的提高，可视化系统作为现代化管理的先进载体，将可以与生产经营管理系统相结合，逐步把生产经营管理系统的主要内容如：安全、船舶动态、指泊、车、库场、筒仓等作业信息通过可视化系统直观显现出来，使生产经营管理系统更加贴近实际使用需要。

　　四 港口视频监控系统应用趋势

　　3.1 高分辨率数字监控

　　应用高分辨率IP视频监控可以有效减少视频监控系统中摄像机的数量，减少监控人员的劳动强度，提高图像质量，提升监控水平； 而且在一旦发生安全或者其他事件的情况下，又能提供清晰的监控录像分析事件发生原因或追究事件责任。因此， 应用高分辨率IP视频监控可以作为港口视频监控系统发展的方向之一。高分辨率IP视频监控又称为高清，有清晰度等级不同的图像三种显示格式，分别是：720P（1280×720P），1080/60i/50i（1920×1080i），1080/24p/25p/30p（1920×1080p）(p:逐行扫描;　i:　隔行扫描)。

　　百万像素高清摄像机较传统模拟摄像机、普通网络摄像机具如下优势：

　　(1)采用百万像素级传感器，能获得更多的视频信息，一般可达1280×1024、1392×1024、1628×1236甚至2048×1536的分辨率；

　　(2)图象显示质量更高，能够更好地捕捉细节；

　　(3)逐行扫描CCD/COMS动态画面表现更流畅；

　　(4)可支持HDTV的宽屏输出模式（16:9）；

　　(5)覆盖面更广，相同监视区域可以替代原有的多个固定点摄像机和一个全方位摄像机。

　　3.2 智能视频分析

　　智能视频监控是结合对运动目标的智能跟踪和识别技术， 采用背景减除和模式识别的原理和方法， 检测和识别视频中的运动物体， 然后进行跟踪并记录各个物体的运行轨迹和运动信息， 再实时分析这些运动和预设的报警事件是否吻合，如果吻合， 则发出相应警报， 以便进行干预或处置。

　　智能视频监控系统的构成与通常的数字化、网络化视频监控系统基本相同， 主要包括完成视频数据采集的数字摄像机、应用处理的编码器与视频服务器、传输控制的路由器、存储的DVR、视频查看的监视器和管理系统软件等， 所不同的是智能视频监控系统在数字摄像机或者管理系统软件中配置了智能图像处理系统。智能图像处理系统能够通过对视

　　(1)频信号进行处理、分析及内容理解， 提取视频范围内运动物体的运动特征， 并将运动特征与预设的报警事件的条件进行比较， 一旦发现运动物体的运动特征满足某一预设的报警事件的条件时， 即发出相应警报。智能视频监控系统可以进行以下监控：

　　(2)视频移动侦测： 精确地侦测和识别单个物体或多个物体的运动情况， 包括运动方向、运动特征等。

　　(3)运动物体追踪： 根据侦测到的运动物体的运动特征， 自动发送解码器控制指令， 使摄像机能够自动跟踪物体， 在物体超出该摄像机监控范围之后， 自动通知物体所在区域的摄像机继续进行追踪。

　　(4)人物面部识别： 自动识别人物的脸部特征并通过与数据库档案进行比较来识别或验证人物的身份。

　　(5)非法滞留判断： 当一个物体在敏感区域停留时间超过了预设的时间范围就发出警报。

　　重点在防范的港口视频监控， 意在实时判断运动物体的运动特征是否可能威胁港口安全， 如果运动物体的运动特征可能威胁港口安全， 则实时采取预防安全事件发生的措施， 避免或减少安全事件的发生。港口设施内大部分可能产生保安威胁的运动物体的运动特征， 如道路上的车辆运行方向、车辆或人员限制区域的进出、一定数量人员长时间聚集、车辆或人员在特定区域长时间的停留、特定车辆或人员的行踪等， 均可以通过智能视频监控系统中的行为识别方法进行辨识， 从而自动发出警报。港口保安视频监控系统中部分保安区域的监控可以利用智能视频监控技术，以便在有效保证实时视频监控质量的情况下， 减少监控人员的劳动强度或监控人员数量， 增加一线保安力量， 提高港口安全防范水平。