Разработка проекта модернизации системы видеонаблюдения в рамках программы "Безопасный город"

 

Аппаратная часть цифровой системы видеонаблюдения включает четыре компоненты:

• Аналоговые видеокамеры.
• Устройства оцифровки.
• Цифровые каналы связи.
• Центр мониторинга.

 

Цветные видеокамеры WV-CW860 и WV-CW864E предназначены для установки в системах наружного наблюдения. Камера в компактном корпусе, рассчитанном на эксплуатацию вне помещений, оборудована цифровым процессором сигнала, механизмом панорамирования по вертикали/горизонтали, объективом с 22-кратном увеличением, а также интерфейсом RS485.

Новая конструкция позволяет использовать камеру как при очень слабом освещении, так и при обычном дневном свете. Установочные меню позволяют реализовать такие функции наблюдения как обнаружение движения, цифровой поворот, обучение патрулированию и конфиденциальные зоны.

 

Оцифровка видеоизображения осуществляется в непосредственной близости от видеокамеры. Аналоговые видеокамеры коаксиальным кабелем подключаются к устройству оцифровки. В качестве оцифровывающего устройства используется  VisioBox производства VisioWave (Швейцария).

Для предотвращения отрицательных погодных воздействий, устройства оцифровки устанавливаются в отапливаемых помещениях или в специализированных термобоксах,  рассчитанных для работы в полярных условиях.

Для объединения оцифровывающих устройств в единую сеть используются цифровые каналы связи. Каналы связи строятся на основе каналообразующего оборудования и среды передачи. В зависимости от территориального размещения точек наблюдения в г.Тарко-Сале используются два типа каналов связи: по кабельным линиям и беспроводной. Применение каждой из этих технологий требует гибкий подход т.к. каждая из них имеет свои преимущества и недостатки, которые приведены в таблице.

Беспроводная сеть	Проводная сеть
Достоинства
Быстрота установки.	Высокое и устойчивое качество каналов связи.
Недостатки
Необходимость в регистрации частот в органах ГосСвязьНадзора. Зависимость качества каналов от погодных условий. Влияние линий высоковольтных передач на возможность создания радиоканалов. Необходимость прямой видимости между антеннами. Ограниченная ширина каналов.	Необходимость согласования по проводке кабельных линий по имеющейся инфраструктуре. Сложность монтажа кабельной сети. В случае перепланировки городской инфраструктуры возможно нарушение установленных каналов.

 

 

Если посмотреть на размещение контролируемых объектов на плане города можно выделить их последовательное распределение. Такое размещение предполагает выделение опорной радио или оптоволоконной сети, к которой точки контроля подключаются радиоканалами малой мощности или линиями витой пары. Опорная сеть строится по трем точкам: КСК»Геолог», Школа №2 и УВД.

Конечная точка опорной сети расположена в УВД и подключена непосредственно к центру мониторинга.

Центр мониторинга выполняет функции поста видео наблюдения., места удаленного аудио-визуального взаимодействия милиционера с гражданами, ведения видеоархива и управления системой в целом.

В центре мониторинга устанавливается мощный компьютер с двумя мониторами и подключенным дисковым массивом для хранения видеоинформации.

   

   На компьютере установлено  программное обеспечение, через  которое оператор взаимодействует  с системой: ведет  видео наблюдение  или просматривать архивы. 

При первоначальном запуске программы на левом мониторе отображается карта города Тарке-Сале, на которой отражается оперативная обстановка. А на левом выводится изображение от видеокамер.

При возникновении тревожных ситуаций в охраняемых областях, обращении граждан по экстренной связи, переохлаждении оборудования, при попытке несанкционированного вскрытия устройств точки на карте высвечиваются соответствующим цветом. Щелчком по видео точке на карте можно вызвать на соседний монитор страницу на которой отображена исчерпывающая информация о состоянии охраняемого объекта.

Окна мониторов можно переводить в полноэкранный формат и если идет запись откатывать видеоряд событий назад.

Для работы с видеоархивом под одним из мониторов расположена гистограмма. На ней наглядно отображен весь архив записи для данной камеры. Цветом отмечены время начала и конца записи и участки записи по тревоге.

 

В итоге, рассмотрев действующую систему, можно выделить следующие недостатки в функционировании:

1. Проводная технология передачи видеоинформации неактуальна т.к. обладает ограничениями по местам размещения камер,  также необходимость согласования по проводке линий в случае расширения системы видеонаблюдения увеличивает  сложность монтажа сети в условиях Севера, перемещение и добавление камер вызывает необходимость прокладки дополнительных кабельных коммуникаций К тому же существенны значительные частотные  потери и фазовые искажения в спектре передаваемого видеосигнала. Например, при передаче на расстояние 2 км сигнал частотой 4 МГц ослабляется на 80-120 дБ в зависимости от используемой марки витой пары. Компенсация таких потерь приводит к значительному усложнению и удорожанию как передатчиков, так и приемников. Использование многопарных кабелей при передаче видеосигнала на дистанции 1-2 км приводит к сращиванию отдельных кусков кабеля. Для сохранения постоянного волнового сопротивления при разводке линии связи потребуются кабели с близкими параметрами (сечением проводников, диаметром изоляции, направлением и шагом завивки пар).

.

2. Качество передачи информации в беспроводной сети  сильно зависит от погодных условий,  линии высоковольтных передач сильно влияют на возможность создания радиоканалов, необходимость прямой видимости между антеннами и ограниченная ширина каналов. Для построения беспроводного варианта на зданиях администрации и УВД устанавленны радиомосты с направленными антеннами ориентированные друг против друга.
3. Незащищенность системы видеонаблюдения от несанкционированного проникновения.

 

 

2. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

 

1. Характеристика беспроводных технологий

   Беспроводная передача видео- и аудиоинформации приобретает  все большую популярность в  системах видеонаблюдения, т.к. зачастую  проще организовать канал передачи  данных, не используя проводные  технологии. В городских условиях это наиболее актуально в связи со сложностью прокладки кабелей. Если есть необходимость передавать сигнал на дальние расстояния (до нескольких километров), беспроводное видеонаблюдение будет наиболее удачным, тем более, не нужно каждые 100-200 метров ставить усилители сигнала, как в случае с проводными системами.

 

Беспроводные сети в настоящее время более удобны по свои функциям:

• - Монтаж не требует временных затрат, легко  развертываются, включая места, где проводные сети  не могут находиться(водные объекты, пересеченную местность, удаленные места).
• - Стоимость беспроводной системы намного меньше, чем к примеру оптоволоконной.
• - Гибкое размещение камер и абонентских узлов. В случае необходимости перемещения камеры это не нанесет вреда сети.
• - Высокая пропускная способность беспроводных сетей составляет от 11 до 860 Мбит/с. Это позволяет передавать видеоизображение высокого разрешения в реальном времени, что необходимо для наблюдения.

 

2. GSM

Беспроводные GSM камеры серии применяются там, где невозможно использовать линии проводной связи и доступ по Wi-Fi. 
Достаточно часто приходится использовать системы видеонаблюдения там, где пока нет никаких линий связи, даже телефона. Типичный пример таких систем – стройплощадки, автозаправочные станции (АЗС), удаленные промзоны, технологические объекты (трансформаторные и газовые подстанции). 
          В этом случае единственный выход - GSM-видеокамера, которая передает видео по каналам сотовой связи по протоколам EDGE или GPRS. 
При этом встает вопрос об экономии трафика, так его оплата осуществляется помегабайтно и трафик достаточно дорог. 
Алгоритмы компрессии позволяют  достигнуть оптимального  качества передачи при меньшем потоке данных (до 40% экономии трафика по сравнению со стандартным форматом MPEG 4).  
Средняя скорость передачи данных при разрешении CIF 352х288 и 1 кадре в секунду составляет около 40 кбит/с. 
 

 

3. Wi-Fi

 

IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц.

В настоящее время IEEE 802.11 — самый распространённый стандарт, на котором построено большинство беспроводных локальных сетей. Благодаря высокой скорости передачи данных (до 10 Мбит/с), практически эквивалентной пропускной способности обычных проводных ЛВС Ethernet, а также ориентации на диапазон 2,4 ГГц, этот стандарт завоевал наибольшую популярность у производителей оборудования для беспроводных сетей. Поскольку оборудование, работающее на максимальной скорости 11 Мбит/с, имеет меньший радиус действия, чем на более низких скоростях, стандартом 802.11b предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала.

Мощные средства шифрования трафика WEP (64/128), WPA, WPA2-AES позволяяют существенно повысить защищенность беспроводной сети. Повышенная выходная мощность позволяет подключать IP-камеры в радиусе до нескольких км при использовании направленных антенн. При отсутствии прямой видимости между отдельной камерой и точкой приема, но при наличии прямой видимости между камерами, видеопоток может передаваться по «по цепочке» камер, используя режим работы WDS. 

Преимуществом Wi-Fi является возможность развернуть сеть без прокладки кабеля, что может уменьшить стоимость развёртывания и/или расширения сети. Места, где нельзя проложить кабель, например, вне помещений и в зданиях, имеющих историческую ценность, могут обслуживаться беспроводными сетями. Wi-Fi-устройства широко распространены на рынке.

 Недостатки Wi-Fi:

• Частотный диапазон и эксплуатационные ограничения – в  России требуется  регистрации всех сетей Wi-Fi, работающих вне помещений.
• Высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии, что уменьшает время жизни батарей и повышает температуру устройства.
• Самый популярный стандарт шифрования WEP может быть относительно легко взломан  даже при правильной конфигурации (из-за слабой стойкости алгоритма).
• Wi-Fi имеют ограниченный радиус действия.
• Наложение сигналов закрытой или использующей шифрование точки доступа и открытой точки доступа, работающих на одном или соседних каналах может помешать доступу к открытой точке доступа. Эта проблема может возникнуть при большой плотности точек доступа.
• Уменьшение производительности сети во время непогоды.
• Перегрузка оборудования при передаче небольших пакетов данных из-за присоединения большого количества служебной информации.

4. WiMAX

Под аббревиатурой WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) понимается технология операторского класса, которая основана на семействе стандартов IEEE 802.16, разработанных международным институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE).

Большинство беспроводных IP-систем видеонаблюдения в настоящее время работают в стандарте IEEE 802.11 ввиду эффективности стандарта на беспроводную связь Wi-Fi. Однако 802.11-решение обеспечивает ограниченную область охвата, делая его пригодным только для применения внутри помещений, например, для мониторинга при наблюдении за детьми и для выполнения функции видеонаблюдения на предприятиях малого бизнеса. Однако следует отметить, что Wi-Fi можно использовать и на улице, например, в прямой видимости от 11 2 м/54 Мбит/с до 500 м/6 Мбит/с. Для решения проблем безопасности некоторые поставщики используют свои беспроводные технические решения. Стоимость применяемого в этом случае оборудования высока, так как речь идет об использовании несерийных компонентов и сравнительно небольших объемах заказа.

В настоящее время появилось новое поколение беспроводных IP-систем видеонаблюдения. IEEE предложил для беспроводной мегаполисной цифровой сети (MAN) беспроводной стандарт 802.16, аналогичным которому является WiMAX.

Спецификация физического уровня WirelessMAN- OFDM является

наиболее интересной с точки зрения практической реализации. Она

базируется на технологии OFDM, что значительно расширяет возможности

оборудования, в частности, позволяет работать на относительно высоких

частотах в условиях отсутствия прямой видимости.

Важной особенностью физического уровня является возможность выбора ширины для полосы пропускания канала. Стандарт предусматривает выбор ширины полосы с шагом от 1,25 МГц до 20 МГц со множеством промежуточных вариантов, что позволяет более эффективно использовать радиочастотный спектр.

WiMAX поддерживает более высокую  скорость передачи данных и  действует на больших расстояниях, чем многие конкурирующие беспроводные технологии. Максимальная скорость передачи необработанных данных в стандарте WiMAX достигает 72 Мбит/с, что почти в 7 раз выше, чем при работе в стандарте IEEE 802.11 b, и на 50% -при работе в стандарте IEEE 802.11 a/g. Проводное исполнение обеспечивает скорость передачи данных 1 Мбит/с, на коаксиальном проводе- 10 Мбит/с, на витой паре - до 1000 Мбит/с. Расстояние, охватываемое WiMAX-сетью, составляет десятки километров; для сравнения - сеть Wi-Fi охватывает расстояние 100 м и сотни метров с понижением скорости.