第一章前言

1.1概述

建筑行业是我国国民经济的重要物质生产部门和支柱产业之一,同时，建筑业也是一个安全事故多发的高危行业。如何加强施工现场安全管理、降低事故发生频率、杜绝各种违规操作和不文明施工、提高建筑工程质量，是摆在各级政府部门、业界人士和广大学者面前的一项重要研究课题。

通过十多年的发展与进步，视频技术作为“眼见为实”重要手段，简单的“防火防盗”的安防作用已经趋近于饱和，但它作为“监督与管理”的监控作用却只处于萌芽状态。它们虽然都是需要通过视频技术实现，但安防作用主要是本大楼或是本单位的保安等安保人员使用，我们通常叫它为“视频报警系统”。而监控作用却是远程的管理人员使用，后者的技术范围相对要广得多了，我们通常叫它为“远程联网监控系统”。

从另一个角度，摄像头的安装工作已经趋近于饱和，而如何让这些已经装好的摄像头发挥更大的价值，即“视频应用领域”却只是刚刚开始。这个领域更关心的不再是简单的能不能看到视频，而是如何让更多的人在基于公网或是专网的远程环境下看到视频，实现“看得见的企业管理”。视频的接入数量也因突破了本地物理线路的限制，从独立的几十路的子系统，通过成几十上百个子系统的联网，成为了上万路的海量系统。

在大规模的远程联网监控系统中，我们在系统设计中考虑的重点不再是通过更省钱的线材或是摄像机来降低建设成本，因为在本系统中前端的摄像机早已经安装完成。但我们不能装了非常多的屏幕看到视频却是不清晰的图像，不能装了非常多的硬盘但接入的视频是断线的。或是天马行空的采用了一些高精尖的技术，甲方却无法支付每个月几十上百万的昂贵的带宽租用费用。所以我们考虑的重点在于如何在相对有限的运营成本的前提下，让整个系统的使用频率更高，全面提升它的可用性。

智能视频分析技术，计算机视觉技术是人工智能（AI，ArtificialIntelligent）研究的分支之一，它能够在图像及图像描述之间而视频监控中所提到的智能视频技术主要指的是：“自动分析和抽取视频源中的关键信息。”如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。就智能视频分析技术而言，其本身是一项信息技术，为建筑施工质量安全管理提供了先进技术手段，通过安装在建筑施工作业现场的各类传感装置，构建智能监控和防范体系，就能有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，实现对人、机、料、法、环的全方位实时监控，变被动“监督”为主动“监控”；同时，其也将为安全生产监督管理引入新理念，真正体现“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针。传统的施工监测、易受人为影响且效率低下。通过引入物联网技术，可以有效提高建筑施工质量，进而构建智能家居、智能建筑，并最终达到创造智能城市的目标。

1.2需求分析

本项目是针对某市住建局针对各工地要求而设计一套视频联网监控和监督系统。本系统主要以50个工地为单位，每个工地设置8-16路摄像机信号进行监控，本项目就主要是对这些视频上传到住建局进行统一集中监控和监督管理。

本项目主要是在前端工地到住建局总部的监控平台，把安保防区的所有视频上传到住建局总部监控中心进行集中显示存储，住建局总部的监控中心由24个拼接屏组成，需要能把所属防区的所有上传的视频能进行切换显示，我们配备了4K地图客户端+网络云数字矩阵对上传来的视频进行存储和显示，4K地图客户端可以在每个工地的地址显示工地的远程视频，同时可以将所在建筑工地的开发商，建筑公司以及项目负责人的联系方式、地址等资料在线显示，方便住建局可以随时掌握每个工地的情况并可以随时跟负责人取得联系。云数字矩阵每个屏幕可以多画面（1、4）显示。这些数字矩阵可以把前端点上传的视频进行存储，同时可以显示，这样就基本满足了每个防区对上传来视频的显示和存储要求，如果个别防区的视频比较多，可以进行同步，群组，程序等方式进行切换显示。

在由各防区点到住建局总部监控系统的所有视频都是通过网络把视频传输到监控中心，这其中最需要解决的是上传网络带宽的问题，在这里我们使用了低码流上传服务器进行视频传输（低码流上传服务器原理单独介绍）。P仅需1M，即可媲美其他厂商2M效果，K上行就可以把2路左右的D1视频全部传输到集团总部进行显示和存储，同时进行报警联动，报警的同时，自动调取周边摄像头切换上屏显示。

1.3设计目标1.可视化、智能化管理

对50个工地所有的管理都基于4K地图和监控视频的可视化管理，基于人工智能AI的智能化管理，通过物联网的传感器自动感应危险情况的出现，提前预警，通过技术手段解决人眼疲劳和视频太多看不过来；

2.跨系统大联动

基于视频的报警大联动，电子围栏、视频监控等多个系统大联动，原来各个系统都是孤立的，本方案设计之后对各系统进行整合联动，当有一个系统检测到异常之后，马上可以联动其他系统进行预案管理，解决系统太多，操作太复杂、太专业，各系统数据使用价值低的问题。

3.事前防范代替事后查证

原来各系统出现异常之后，再通过视频监控来查询当时发生的情况，本方案设计之后达到事故未发生之前提出预警，达到事前预防的作用。

4.技术防范代替人工监看

以前的监控靠人工24小时监看，人的视觉疲劳无法避免，导致事件很难在事前发现，通过本方案之后，通过智能分析，预先判断出问题，通过其他系统采集的数据进行对比，在数据达到事故点之前先提出预警，再通过各种报警方式提示相关人员，达到事前预防的作用

5.快速定位事故发生地

通过结合4K地图和智能分析、红外对射等各种报警方式采集到信号之后，平台自动定位到报警点，并在不同层级的地图上进行自动选择，以显示更细仔的地图供现场人员做预案参考

6.多种报警方式提醒相关人员

本方案设计的报警方式多种多样，有大屏显示视频，大屏拼接放大，语音提示，文字提醒，地图定位，抓图，报警预录像，短信提醒，联动门禁，联动对讲等等联动功能。

7.实时预警

出现异常之后第一时间进行预警，比如红外对射系统报警后，平台第一时间调出对应位置的视频，供相关人员进行确认，值班人员确认报警后第一时间打开双向语音对讲功能

8.直观方便的统计数据

对各系统采集的数据进行统一的报表汇总输出，在统一设计的系统里输出

9.高清化

本方案设计4K高清分辨率输出，拼接屏采用4K分辨率，4K地图在4K分辨率的屏上显示的版幅能达到P的4倍以上，也适应以后发展的高分辨率采集设备的显示要求。

10.减少人力

统一集中管理，减少对各工地安保人员的投入，减少事故的同时又减少了人力的投入，对少部分人员进行更专业的培训。

11.全融合、全媒体终端接入，指挥信息无所不达

一个平台，可以接入GIS地图、智能分析算法、物联网传感器、消防设备、图传终端和传感器等，实现对所有终端的指挥，不管相关人员具有何种终端，都能够以音频、视频、图片、文字等各种方式，实现统一的无所不达的统一指挥。

1.4设计原则

（1）标准化

结构体系满足EIA/TIA、IEEE、EIA-、EIA-、ISO/IEC等标准。

（2）实用性

系统的各子系统，包括数据、语音、视频、控制等都满足国际标准，具备友好的用户界面，管理功能完善，方便实用。

（3）灵活性

系统中的任何一部分的联接都是灵活的，即从物理布线，到数据通讯，语音通讯，视频通讯、监控设备的联接都不受物理位置和这些设备类型的限制。

（4）扩展性

由于这些基础设施（材料、部件、通讯设备）都采用国际标准，因此，无论计算机设备、通讯设备、控制设备随技术如何发展，将来都可很方便地将这些设备联到系统中，对于系统的扩容及各部分调整带来很多方便性。

（5）安全性

数字智能化网络监控系统最大特点之一就是利用现有的，成熟的计算机存储技术存储来自网络摄像机传送的数字图像。一方面保证了高效，可靠的存储，另一方面易于存储的扩展，从而组成更大的存储空间。结合JSD的数字矩阵专业管理软件，不仅轻易存储来自网络摄像机采集到的数字图像，而且提供强大的录像检索，可以迅速检索到发生事件时段的录像资料。为处理事件提供强有力的图像证据资料。

（6）模块化

所有用于连接这些设备的适配件都是标准件，并且形成一定的功能模块，如各个采集终端作为一个独立的运作单元，其自身可以实现音视频的采集、压缩、传输等功能。作为独立模块运作对系统的扩展来说非常方便。

（7）可靠性

在系统设计中除选用符合国际通用标准的、技术上成熟的名牌产品以确保其可靠性外。还在设计中根据其功能、重要性等分别采用冗余、容错等技术，确保系统的长期稳定运行。在本系统的设计中，对各子系统的可靠性作了充分考虑，具有高效、快速的故障自诊断和自恢复功能。

（8）成熟性、兼容性

本系统设计中优选成熟、稳定、运行良好、技术可靠的设备。系统设计布置各种先进的监控设备，可方便地接入网络视频服务器，系统具有良好的兼容性。

1.5设计依据

◆《智能建筑设计标准》(GB／T—)

◆《建筑智能化系统工程设计标准》（DB32/-）

◆《城市住宅建筑综合布线系统工程设计规范》（CECS/-）

◆《建筑与建筑群综合面线系统工程设计规范》（GB/T-）

◆《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）

◆《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB/-94)

◆《系统接地的型式及安全技术要求》（GB-93）

◆《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）

◆《安全防范工程验收规则》（GA/T-）

◆《工业电视系统工程设计规范》(GBJ)

◆《安全检查防范系统通作图形符号》（GA/74-94）

◆《消防联动控制设备通用技术条件》（GB—）

◆《火灾自动报警设计规范》（GB-98）

第2章报警联动预案详解

不管是哪种采集设备采集到的异常数据，都通过报警服务器进行统一的转换和处理，然后统一输出预警信息，产生报警联动预案

报警联动预案分为以下几种形式

2.1报警仲裁

有了报警之后，系统由报警仲裁界面提醒，系统默认有30秒的报警输出，有60秒的消警时间，在30秒内没有人为干扰的话，默认产生报警输出，主要解决报警输出会产生严重后果的行为，比如喷水、打报警电话、联动门禁等，系统根据报警时间和报警等级在报警仲裁界面进行排队显示和处理。

2.2文字提示

通过系统界面提示XXX地方产生报警，联动哪个视频到哪个窗口，是什么报警类型，什么时间的报警信息等等

2.3语音提示

通过系统设置语音提示内容，产生报警信息之后，系统自动语音播报预设内容，提醒值班人员，尤其在夜间更有效，预防值班人员瞌睡或注意力不集中的情况漏过重要报警信息

2.4大屏显示视频

通过设置界面，设置报警联动，当报警产生后系统自动把对应视频切换到对应窗口上，也可以设置切换窗口为0，由系统自动选择最先显示视频的窗口来显示，并且一路报警可以联动多路视频切换，可以把报警点周边的视频都显示出来，方便做事故的追踪和预案处理。

2.5大屏拼接放大

设置一个拼接方案，报警之后联动拼接方案，把对应视频切到指定屏上之后，进行拼接放大，方便领导了解事故现场，也方便多个领导来参观和指挥现场工作。

2.6地图定位

报警后第一时间定位到精准地图上，地图支持可以缩放的矢量GIS地图、航拍拼接图、2.5D航拍地图、平面JPEG图等多种地图数据，并且支持这些地图之间任意切换，支持多级地图显示，比如平面地图，支持一张大的平面地图下再进入更小更精准的平面地图

2.7抓图

报警之后需要留下现场照片做为依据，就需要系统支持报警抓图，而且支持连续抓多张图，可以通过系统设置连续抓图数据，方便还原事故现场

2.8报警预录像

为了方便快速定位事件现场，就需要针对事件进行录像，而不是事后去查询24小时录像，费时费力，由于报警存在一定的延时，报警之后再录像往往错过触发报警的关键信息，这就要求报警录像要录报警之前的一段时间，这就是报警预录像的作用，能录下整过事件发生的整个过程，而且在报警仲裁界面能非常方便快速的查看报警录像

2.9短信提醒

通过增加短信模块，在系统中设置联系人，当报警后，系统根据预设的内容和报警类型，生成短信内容，再根据系统设置中的联系人，对多个联系人发生短信提醒。

2.10联动门禁

当一些重要场所报警后，需要联动门禁进行关联操作，比如银行金库报警就得关闭金库门，一些仓库等封闭场所就要打开门、窗进行通风。

2.11联动对讲

报警之后需要第一时间联系现场，与现场进行事件的确认，在系统设置好之后，就能第一时间打开语音对讲，方便值班人员与现场进行通话沟通，系统设置好报警与对讲的联动关系后，系统自动呼叫对应的对讲方，不需要值班人员再去寻找对应现场的分机号。

2.12报警输出

报警输出包含各种各样的形式，是以继电器输出的形式来表示，继电器上可以接灯光、警灯、音频广播、门禁等等所有的开关量来控制的设备。

2.13统计报表

对报警结果按类型进行汇总统计，方便查询和领导决策，以图表的方式更直观的表达出来，一眼看出哪个地方哪种类型的报警事件最多，为后期的投入和布署做参考依据。

第3章系统整体方案设计3.1整个系统拓扑图

住建局总部监控中心主要是把各防区的视频调到监控中心来显示，其中主要由HDMI拼接控制器加云数字矩阵和高清拼接屏幕组成。同时可以显示多路视频，可以对路以上视频进行切换显示。单个拼接屏幕可以任意显示各防区的任意一路画面，也可以1,4,9,16画面分割显示。

3.2系统特色

一、大联网大整合

多级联网，工地建立小的监控中心，可采用4块小屏显示本工地视频及相关系统的数据，建设集团公司建立电视墙，对集团下各个工地的施工进度和现场规范进行管理，住建局建立电视墙系统，对管辖范围内的所有施工现场进行质量安全进行管理，环保局建立电视墙系统，对管辖范围内所有施工现场的环境污染进行管理，各个部门各自管理各自的职责范围内的事情，统一从工地流媒体服务器调取视频及采集到的各类数据。另外县一级的管理部门进行管理，上级部门市、省也需要进行管理，这是大联网。大整合是以视频监控为基础，对物联网采集到的各类检测数据进行判断，并和人工智能分析到的各类异常数据统一汇聚到数字矩阵平台，对各种预警信息统一在地图平台进行呈现，准确定位，快速反应，并联动对应位置的视频，进行人工二次判断和现场指挥。并通过报警服务器把采集到的各类数据实时叠加到视频上，并保存在录像文件中，方便日后查询和查证。

二、利用物联网传感器解决污染问题

随着施工工地对环境污染越来越严重，如何有效监测工地环境情况，比如粉尘污染和噪声对人的身体健康的危害，如何保障人民的身体健康和环境安全，正日益成为一个突出的问题，严峻地摆在了人类的面前。

近年来，我国的环境污染监测工作取得重要进展，随着物联网理念的提出与发展，以在线自动分析仪器为核心，以移动通讯为传输媒介，运用现代传感技术、自动测量技术、信息技术以及相关的监控分析软件所组成的一个综合性的粉尘、噪声等监控子系统是智慧工地的一个重要环节。

三、利用人工智能的行为分析避免安全隐患

针对工地施工现场，有许多的环境限制，如果用传统的技术手段来解决比如翻围墙、进行敏感区域、看守物品等，实施难度非常大，利用人工智能的行为分析就能轻易的解决这些问题。

四、利用安全帽检测规范施工现场

施工场地必须戴安全帽，但人总有侥幸心里和管理难度，靠人为去管理和监管难度比较大，而且处罚没有依据，但通过安全帽检测功能，就能自动发现未戴安全帽的人员，并自动抓图做为证据，为处罚和管理带来可操作性。

五、利用人脸识别解决考勤和工时问题

由于工地工人的特殊性，一般的指纹和考勤机无法满足现场需要，往往由于工人的手和脸比较脏而不能考勤，而通过人脸识别技术，不靠指纹和脸部纹路来识别，而是通过多项人脸特征来识别，所以不依赖于人脸和手的清洁度来判断，从而达到考勤和严格的工时管理，并自动生成考勤报表，减少纠纷和人工。

六、利用地图解决呈现问题

由于建筑工地分布比较广的原因，而靠人为识别视频是属于哪个工地比较困难，要通过视频上的OSD文字来识别，呈现效果不理想，那我们就需要GIS地图来做呈现，而对于工地内部又要用平面地图来显示细节位置，所以地图要即支持GIS地图，而支持平面地图，有条件的工地，还要求要支持2.5D航拍地图或3D建模地图，这就对地图提出了较高的要求

七、利用数字矩阵解决外网视频切换轮巡问题

建筑工地分布广，所以一般不现实走局域网或专网，一般能拉个光纤就不错了，很多都是走的ADSL，所以在视频切换显示、轮巡就变得复杂了，一般的解码器就无法满足要求了，再加上各个工地的建设时间和厂家不一样，导致无法用国标协议或统一的格式来管理和显示，数字矩阵的超级兼容性就解决了这个问题，而且适应各种网络架构的环境

八、利用上传服务器解决外网IP及流畅性问题

上面讲到由于工地的网络情况不太理想，所以IP和码流问题非常突出，方案一旦设计不合理，就会带来无穷尽的售后服务，安装也变得非常麻烦，而且如果依赖第三方的云服务器，产生昂贵的费用不说，还会加重网络的不稳定性和图像的不流畅性。低码流上传服务器不仅解决IP问题，还不依赖第三方云平台，还能省下不少费用，数据还更安全。

九、利用无线网桥解决塔吊监控传输问题

智慧工地的塔吊是整个工地的制高点，是工地必装的位置，塔吊的高度并不固定，会经常变化，只能通过无线网桥来解决塔吊上的视频传回监控中心的问题，而且爬一次塔吊可不容易，所以好的无线网桥就需要重点考虑了

十、利用云存储服务器解决存储问题

智慧工地网络走的是ADSL和拨号光纤，集中存储就变得有难度了，传统的NVR和IPSAN就无法满足要求，必须要云存储服务器来解决二次存储问题，前端存储还是可以用传统的NVR做存储，但上传服务器已经具备基本的存储功能。

十一、利用报警联动解决监控不过来的问题

随着大量的监控安装，面对海量视频时，人眼已经很难从电视墙上发现问题，迫切需要通过技术手段来解决人眼观看发现问题的难题，利用报警联动机制，设计好预案后，一旦触发设定的条件，系统自动报警，提醒相关人员，对于值班人员来说只要做二次判断，判断是否需要处理和处理的紧急程序

第四章系统功能介绍

随着监控技术的提升，反监控的能力也在不断提升，对前端录像或是监控设备进行转移或是毁坏的事件越来越多，从而让联网监控逐渐步入主流监控市场。联网监控主要是对前端的视频进行集中存储与集中显示，使得在设备毁坏或是转移之前，已经为远程的监控人员所察觉，并已经做了远程的录像，让反监控的措施失去作用，加大技防力度。联网监控中要解决的问题不仅只是这个低带宽的问题，还有多厂家接入，多级存储，切换管理，拼接控制等各个环节的问题。

4.1高度的开放性

经过这么多年的发展，这些联网监控的各分点往往是已经建好了的，而且还是模拟的占多数，高清的占少数。那么我们走网络一般的想法就会考虑从录像机的网口上取，但在实际项目中各个录像机厂家的接口协议不一样，功能也不一样。特别是很多银行专用的工控式录像机，有一些行业应用性的功能在里边，不能换软件，也不能换机器。所以如何接入几十上百个厂家的视频是个较大的难题。

我们研发了一系列的带环通的编码产品解决了这个问题，通过配套的前端带环通的编码设备，可以接入任何模拟视频信号。同时通过最新的H编码画质，让原来的模拟视频进一步提升画质。通过带ONVIF协议的NVR，可以最大程度的接入大部分已经建成的或是计划建设的高清与标清网络视频信号，做到最大程度的开放性接入。

4.2图像画质

超低码流的压缩虽然能满足传输带宽的要求，但却提高了编解码性能的要求。依赖于编码或是高清摄像机的前端设备进行高性能的压缩较难实现，我们在前端采用了视频转换服务器将本地的高码流原始视频实时转换成超低码流的视频，分为单机处理路D1(H)/60路P左右的专业型及处理32路D1(H)，16路P左右的MINI型两个设备。为了保证大部分模拟前端在进行二次压缩后，图像画质依然能在电视墙上显示还能接受的范围，我们对前端的编码设备进行了改进。一般的模拟信号最高只能转换为D1(H)的标清信号，但我们将D1(*)画质升级到了H(*)画质，即提高了30%。经过二次压缩后，依然还是H，但整体画质会下到比D1差一点，比CIF好一点这个样子，基本上就可以接受了。

4.3多级存储

因为现场管理的加强，那么在项目运行的过程中，经常出现前端人员损坏设备的情况，专业一点的将录像设备都一并取走或是损坏，那么就无从取证了。多级联网不仅要解决实时查看的问题，而且要解决多级录像的问题。通过超低码流的压缩，我们将实时视频全部取回到各分中心或是总中心，再进行录像。这时的录像存储空间是相当少的，2个G的硬盘，可以录路D1(H)视频一个月的时间，所以可以进行长达半年或是一年的录像。

同时，为了实现更高要求的录像保存，我们在编码器中还可以装入一块硬盘。装在离模拟摄像机比较近的地方，那么既不在现场，也不在前端监控室。非专业人员也可以不告知有这一级的存储在，那么这一级录像也不会因为断网什么原因而失去，也不会因为监控中心的设备被破坏而失去。而且它可以采用移动帧测，及越界报警等智能录像方式。录像时间也是相当长的，而且可以根据事件进行查找录像。在关键的时候，这样的录像能最终让系统发挥着“非常”的作用。

4.4多级电视墙显示

历史延续的管理机构，不会因为技术手段的原因而发生了改变。基于管理机构一级管一级的基本原则，视频的管理虽然可以由最高一级直接往下调用，但也不会仅限于只能由最高一级来调看所有的视频，那么就存在多级视频电视墙的情况。这个情况最重要的是又给前端的带宽带来压力。所以多级电视墙的问题，说到低是多级转发的问题。街道直接从各终端取到视频后，区级或是市级要看视频必须从带宽资源相对丰富的各地级市去取，而不是再从前端取一次。所以我们需要在各地级市的电视墙解决方案中带有流媒体转发功能。而我们的数字矩阵正好解决了这个问题，数字矩阵本身就带了流媒体转发的功能，完美的解决了多级电视墙的问题。

4.5高度智能化、自动化的音视频监管环境

充分利用现有软、硬件设备，极大地改善了音视频监管条件，同时节约了监管人员进行监管过程的许多时间，使得音视频监管工作达到数字化、智能化、及时化。通过矩阵切换等功能提升技防的作用，降低对人防的主观意识的依赖，反而通过增加同时显示的视频数量及预设的定点呈现确定视频，让人防的客观作用进一步提升，使整个系统更能发挥更有效的监控力度。

一般的平台软件依赖于操作人员在某个时间对重点视频的识别，某个人在某个时间主观上觉得某路视频重要就把它调出来看，否则即便是硬件条件允许这路视频也不会呈现在操作人员面前。数字矩阵则是在系统实施之后正式运行之前，由系统设计人员，厂家技术员及使用单位根据各视频在实际使用中不同时间段的重要程度设计一套专业的切换方案。

比如某车管所项目，总控中心路视频什么时候哪些视频是重要的，我们就要经过专业的设计。12块屏最多可以显示个不同的视频，约8：1的比例。42个基层单位可以分别同时显示8路视频在大屏上，就是各单位的80路视频固定在这8个窗口中切换，操作人员可以快速确定是哪个单位的。白天重于人行通道，就将相关的30-50路视频编成一个群组重点频繁的显示，其它的切换周期可以加长或是完全不显示。晚上重于围墙及周边，将重要的30-50路视频编成一个群组重点显示。节假日重点在广场等人员密集的地方，可以编成一个群组。白天与晚上的群组可以指定时间自定切换，节假日的可以手工调用。

4.6解码显示

因为前端的画质提高了，中间带宽问题解决了，各级中心又只需用到相对要便宜得多的下载带宽。中心一般是核心的管理机构，而且中心的数量又相对比较少的情况下，自然就愿意花更多的钱去接更大的带宽。M的拨号光纤才只需不到0元每月，这肯定就是为大部分企业所接受的范围了。如前边所推断的结果，M视频可以下载路CIF，路D1(H)，路P，路P，就是说全部视频都能拉回来了，虽然不要同时显示全部视频，但最终用户对同时能看多少路视频也成了一个非常