大型港口视频监控系统设计与应用分析

2024-07-29

大型港口视频监控系统设计与应用分析（通用3篇）

大型港口视频监控系统设计与应用分析篇1

大型港口视频监控系统设计与应用分析

第1页：港口视频监控系统需求分析

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十分必要。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。

港口视频监控系统需求分析

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。

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。

第2页：港口视频监控系统架构分析

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3km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10，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。

港口视频监控系统架构分析

系统架构特点

1.新建设的港口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监控点位合理分配和权限控制的要求；

8.实现网上浏览与控制；

9.实现船舶、货物进出港的全过程、全方位系统跟踪管理。

第3页：调度室监控中心系统架构

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。

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图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（D1720×576）传输，带宽占用约2Mbit/S。

软件架构及功能

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。

第4页：港口视频监控系统应用趋势

港口视频监控系统应用趋势

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。

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。

港口视频监控采用智能分析技术，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。

智能视频分析系统设计与应用篇2

关键词智能化视频分析系统设计监控

中图分类号： TP37 文献标识码：A

1 引言

进入21世纪以来，经济和社会的发展促使着人们不断提高安防意识，对于安防监控的业务需求不断增大，如何通过经济的、高效的、智能的和可行的技术手段来提高安防监控，保障公众安全和财产安全，成为了智能监控领域内普遍关注的热点问题。

传统的利用摄像头和录像监视设备组成的监控系统存在着诸多问题：例如需求操作人员进行查看和管理维护，只能作为事后取证的工具，无法解决快速报警、目标跟踪及定位等问题。智能视频分析技术是一种新的技术，是在视频监控系统发展到一定程度时市场自然提出的要求。

2 智能视频分析技术

智能视频分析技术属于模式识别技术的一种，就是指采用智能化的视频分析算法，利用计算机对视野范围内的目标的特定行为进行分析和提取，让计算机判断出这些个体进行了一些什么行为，进而可以判断这些行为是否符合某些规则，是否属于“某一类型”的行为，而这些类型的行为是应该提醒监控人员注意的“可疑行为”。当发现存在符合某种规则的行为（如定向运动、越界、游荡、遗留等）发生时，自动向监控系统发出提示信号，采取某种对应措施（如声光报警器报警）或通知监控人员进行人工干预等。智能视频分析技术实现用计算机“代替”人进行分析，也即实现了“自动分析”或是“智能分析”。

智能视频主要技术包括以下几个方面：

（1）目标检测

在视频监控系统中，目标检测处于智能分析的低层，包括动目标以及静目标检测，是各种后续处理的基础。

（2）目标跟踪

目标跟踪即对监控区域内的运动目标的轨迹进行跟踪，是目标监控的最基本的应用，也是其他事件监测的基础，处于智能视频分析的中层。

（3）目标分类和识别

属于智能视频分析的中高层。目标分类指根据检测到目标的形状、外观、轮廓等特征进行分类（如行人、车辆、动物等），目标识别指对目标的身份进行甄别，实际应用中，如人脸识别，步态识别，车牌识别等。

（4）视频内容分析和理解

属于高级智能视频分析，是真正实现监控智能化的关键。在上述低级处理的基础上，进一步对场景中的行为，复杂事件等进行分析和识别，并用自然语言等加以描述。其中最典型的是对场景中的运动目标特别是人的行为的理解和描述。

（5）系统设计

智能视频分析系统是以基于图像处理、模式识别技术的计算机视觉技术为核心，结合多媒体技术、计算机网络技术的一种主动监控分析系统。

本文中基于ARM Cortex的智能视频分析系统，旨在打造基于智能视频分析技术的成套安防报警管理系统解决方案。本系统借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，以数字化、网络化视频监控为基础，采用ARM Cortex嵌入式多任务系统技术、数字图像压缩/处理技术、智能视频分析等技术，提供了入侵检测、徘徊检测、遗弃物检测、物品搬移检测、自动跟踪检测、非法停车检测、烟火检测以及防尾随、人流统计和智能监控异常检测等功能。该系统中所做的智能视频分析能够识别不同的物体，发现监控画面中的异常情况，并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息，从而能够更加有效地协助安全人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。

本文中所设计的智能视频分析系统可以划分为几个子模块：

（1）ARM Cortex处理平台

实际应用环境中越来越复杂的算法带来了巨大的计算量，目前广泛应用在智能分析设备中DSP芯片计算能力有限，已经不能满足某些复杂算法的需要。并且无法植入嵌入式操作系统，无法成为一个独立的嵌入式终端。本系统采用TI公司的以ARM Cortex-A9为核心的OMAP4430处理器，该处理器具有双核对称处理器、1GHZ的运算速度。ARM NEON技术将DSP和媒体处理能力提高了近4倍，并支持改良的浮点运算，满足下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。本系统充分利用其对于图像处理的优化支持和开发工具，完成视频分析算法的移植和运行工作。基于ARM Cortex的硬件平台使用的关键技术包括核心芯片技术和ARM Cortex嵌入式实时多任务处理系统技术，以实现网路升级、许可证管理等各项功能，节约在更新换代时购置新设备成本。

（2）算法分析模块

运用数字视频处理技术与智能分析技术，对已有的算法进行改进，开发具有自主知识产权的智能视频分析算法，并使用VC6.0实现，完成入侵检測、围栏入侵检测、区域入侵检测、徘徊检测、遗弃物检测、物品搬移检测、自动跟踪检测、非法停车检测、车牌自动识别、人流（车流）统计、烟火检测、智能监控防尾随、智能分析之异常检测。

（3）视频传输与控制信号的架设

关键技术包括MPEG-4编码与解码；媒体数据传输和控制协议；SIP协议开发。RTP提供具有实时特征的、端到端的数据传输服务。在视频数据前插入包含有载荷标识、序号、时间戳和同步源标识符的RTP包头，然后利用数据报套接字（UDP）在IP网络上传输RTP包。RTCP负责管理传输质量在当前应用进程之间交换控制信息。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP包，包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料。SIP服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。RTP/RTCP可视为应用程序，集成于嵌入式终端的应用程序中。SIP协议开发是在摄像头所级联的嵌入式终端中，基于ARM实现SIP协议编程。

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（4）手持終端设备无线视频通信

在基于ARM Cortex的智能视频分析系统中，网络通讯是非常重要的一部分，无线视频通信技术，采用了基于IEEE 802.11b标准的无线局域网络，提供了宽带图像传输环境。采用了MPEG-4压缩技术，在高图像质量的前提下，可实现高压缩效率。本无线视频通信方案可有效地权衡视频通信中有效性和可靠性的矛盾，保证图像高质量和实时性强地传输。

3 应用前景

智能视频分析系统还属于新兴领域，根据权威的IDC报告称：智能视频分析系统在中国的市场普及率还未达到5%。目前国内智能视频分析系统已经应用于高速公路、地铁、商场、银行和住宅小区等场所，服务于安全防卫、交通管理或者行为分析等应用。随着安防发展的不断加快，人们的安全防范意识不断增强，将会对智能视频分析提出更高的要求。不同行业对于智能视频分析的要求是不同的，不同行业间检测行为类型与异常事件的特殊性也是智能视频分析技术研究中不得不面临的问题。智能视频分析技术只要结合行业实际应用，针对不同行业具体要求，满足用户需求，必然会在各行业中逐步显现威力。虽然目前智能视频分析技术对环境适应性有一定限制，但随着图像处理、图像分析以及计算机视觉等学科的发展，众多优秀算法的提出将使得智能视频分析更加智能。智能视频分析是监控领域最新的、最具发展潜力的方向，随着投入力量的不断增加，智能视频监控产品必定会有更加广阔的前景。

参考文献

[1] 蔡立公，浅析智能视频分析系统的设计[J]，黑龙江科技信息，2011（30）.

[2] 陈冬冬，张曼琳，贾平，汪永强，智能视频分析技术在综合安防系统中的应用[J]，计算机系统应用，2011（5）.

[3] Gantz JF， Reinsel D， Chute C， et al. The expanding digital universe： A forecast of worldwide information growth through 2010. An Internet Data Center （IDC） White Paper，sponsored by EMC， 2010.

[4] 余莉琪，基于IVS智能视频分析在平安校园中的应用研究[J]，科技信息，2012年第33期.

[5] 肖沁雨，智能视频监控关键技术分析[J]，制造业自动化，2012（12）.

浅析视频监控设计技术的应用篇3

【关键词】安防系统；视频摄像；网络设计

1、视频监控管理平台

1.1 视频监控系统的结构

视频监控系统发展到今天，已经进入了网络视频监控的阶段，它主要是由视频监控前端和视频监控管理平台两大部分组成。

视频监控前端是系统的前端音频和视频信息的采集系统，由模拟监控设备和网络视频编码器组成。一个摄像头加一个网络视频编码器就可以组成最简单的配置。其他模拟监控设备还包括视频切换矩阵主机、云台镜头控制器、灯光控制器、云台、摄像机及报警采集器等。视频监控前端系统的主要功能是对监控现场的音/视频采集以及对监控设备的控制和维护。

1.2 视频监控管理平台的功能应用

1.2.1 视频监控服务器的功能应用

视频监控服务器是连接监控前端和网络用户的纽带。它的主要功能包括：与用户进行消息通信。用户的接入认证、鉴权与计费。为监控前端和用户之间建立端到端的连接。提供实时监控、录像、报警等基本业务服务。控制监控前端的各项属性，维护与它们的连接。提供前端故障、配置等管理。结合这些特点，可以把视频服务器的功能分为功能相对独立的四个部分，即用户管理，运营支撑，业务管理和前端管理。

1.2.2 网络监控客户端的功能应用

网络监控客户端是网络用户访问视频监控系统的接口。它提供给用户可视化的友好界面，以便用户可以通过客户端软件访问系统，获得系统提供的各种服务。其中包括用户登录后对监控前端视频图像的查看、对监控前端节点和服务器的配置等。另外它也负责把服务器发送过来的信息反馈给用户，如报警联动信息等。总的来说，网络监控客户端主要包括参数设置、实时监控、电子地图和视频播放器等主要功能。

2、视频监控管理平台的设计技术

2.1 视频监控服务器设计技术

视频监控服务器是监控前端系统与监控客户端之间的桥梁。它实现数据的转发和控制信令的解析，在此基础上实现视频监控服务器功能，如用户管理、业务管理等。其中数据转发和信令处理模块直接负责与监控客户端和监控前端的通信，逻辑上是下层的通信模块。对应的上层功能模块就是包括用户管理、前端管理、业务管理和运营支撑模块的部分。它是系统的业务功能模块。这样，在设计上实现了业务服务、呼叫控制和数据承载的分离。

2.2 信息处理模块

监控系统中控制信息的交互通过信令处理模块来完成。它负责控制信令的解析、转发等。这些控制信令可能包括请求查看前端监控节点的视频图像、控制云台或摄像机的动作等。由于控制信息是监控系统中重要的指令信息，要求控制信号的传输准确无误，为此选择可靠性高的TCP进行传输。

信息处理模块采用SIP来实现信令控制。采用SIP实现模块间通信是系统可扩展性的重要保证。SIP是由IETF提出来的一个应用控制(信令)协议。它是基于纯文本的信令协议。用于发起会话，可用来创建、修改以及终结多个参与者参加的多媒体会话进程。参与会话的成员可以通过组播方式、单播连网或者两者结合的形式进行通信。SIP不会定义或限制可使用的业务，并且传输、服务质量、计费、安全性等问题都由基本核心网络和其他协议处理，因此给应用层的实现带来很大的灵活性。

2.3 业务功能模块设计

2.3.1 用户管理

用户访问控制负责接收用户的登录、监控图像请求、网络服务质量反馈等信息，是服务器与用户通信的桥梁。

用户服务策略负責记录用户的服务质量策略设置，并通过用户的服务反馈，及时调整用户的服务策略，保证用户的正常使用。

2.3.2运营支撑

连接服务负责建立网络监控用户端到监控前端的媒体会话业务。它能控制多个参与者参加多媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，如会话带宽要求、传输的媒体类型(语言、视频和数据等)、媒体的编/解码格式、对组播的支持等。另外还提供域名解析服务。

2.3.3业务管理

监控服务提供实时监视、控制服务，实现图像切换、多画面观看、云台及镜头控制、图像清晰度(速度)等调整。

报警服务支持报警输入、防火、防盗、环境温湿度、设备运行故障、事故等多种报警源。一旦发生报警，系统将产生联动，即自动录像、警报、开灯、远程传输至网络监控客户端、语音提示等一系列报警联动，并对前端产生的报警信号以及用户的处理情况进行记录。录像和回访服务保存前端的录像记录信息，并与监控报警记录相关联，以便用户日后查询检索。

2.3.4前端管理

前端配置管理负责向监控前端发送控制信令，对前端的音/视频传输质量、服务质量进行监控管理，管理前端的属性配置，对出现故障的监控前端及时做出反应。

3、网络监控客户端设计技术

3.1 数据接收模块

数据接收模块对应于服务器的数据转发模块，主要负责流媒体数据的接收，提供给上层模块一路或多路媒体数据。

3.2 信令处理模块

对应于服务器的信令处理模块，把用户的请求封装成符合要求的信令格式发送给服务器，同时接受服务器的响应，启动相应模块的功能，完成用户请求。

3.3 用户界面设计

客户端界面主要为用户提供访问界面，主要包括参数培植、实时监控、电子地图和播放器界面。这只是功能上的划分，具体实现时要将它们结合成统一的界面提供给用户。

4、视频监控管理平台的实现

视频监控管理平台中，视频服务器的运行环境是Linux，网络监控客户端的运行平台是Windows，采用了VisualC++技术的实现。目前，该系统结合北京神州龙芯公司的监控前端，组成了完整的视频监控系统，在中国科学院软件所的社区宽带实验网上运行良好，是客户端运行时的主界面。

参考文献