1、监控系统设计摄像头选择镜头选型 监控系统的技术设计 电视监控系统的技术设计 任何弱电项目建设之前都必须经过系统技术方案设计阶段,电视监控系统也不例外,无论是应用于安全防范系统中还是应用在传统的工业电视系统中,电视监控系统的技术设计是项目建设的基础,设计方案的优劣直接影响到项目建设的质量和使用功能.因此,一个好的监控系统必须从立项、技术设计之初受到更多的重视. 对于电视监控系统设计来说,一般分为两种设计:系统技术方案设计和系统建设施工方案设计.系统技术方案设计更适用于仅仅为项目建设提供技术解决方案、设备供应和技术支持的情况;而对于整个项目建设承包时除了需要提供系统技术方案设计以外还要提供系统施工
2、方案设计. 由于系统技术方案设计是系统构架、设备选配、功能实现的基础,施工方案设计所能遵循的相关标准规范已经十分健全,而且还要根据实际建设现场的具体情况具体分析,本文将着重探讨电视监控系统技术方案设计的程序、步骤、方法以及技术方案的一般格式. 一、系统技术设计的依据 电视监控系统属于弱电工程项目,在设计中除了需要遵守本行业的一些标准规范以外,还需要遵循弱电项目建设的一般标准规范.对于一些特殊环境或应用场合使用的设备还需要遵循针对该环境及应用场合的特殊标准规范. 电视监控系统设计需要遵循的常见标准规范如下: 民用闭路监视电视系统工程技术规范GB50198-94 工业电视系统工程设计规范GBJ11
3、5-87 安全防范工程程序与要求GA/T75-94 安全防范系统通用图形符号GA/T74- 94 入侵报警系统技术要求GA /T3682001 入侵探测器通用技术条件GBl0408.1-89 工业企业通信设计规范GBJ42-81 建筑电气安装工程质量检验评定标准GBJ303-88 中国电器装置安装工程施工及验收规范GBJ232-82 工业自动化仪表工程施工及验收规范FBJ93-86 电气装置安装工程施工及验收规范GBJ232-90、92 民用建筑电气设计规范JGJ/T16-92 防爆应用电视总技术条件GB/T15411-1994 隔爆型防爆应用电视设备防爆性能试验方法GB/T13953-199
4、2 爆炸性气体环境用电气设备GB3836-2000 银行营业场所风险等级和防护级别的规定GA38-92 银行营业场所安全防范工程设计规范GB/T16676-1996 文物系统博物馆风险等级和安全防护级别的规定GA27-92 文物系统博物馆安全防范工程设计规范GB/T16571-1996 项目建设招标书、系统建设需求或技术规格书 二、对设计人员的要求 1、熟悉相关的国家标准和技术规范. 2、全面掌握电视监控系统在各种条件、场合应用的实际结构,熟悉各种设备与器材的性能、技术指标、基本原理及市场状况,了解业内新技术的发展情况和新产品应用情况. 3、熟悉电视监控系统项目建设的设备安装、调试过程. 4、
5、掌握电视监控系统的设备的一般维护和故障分析方法. 5、了解视频信号的传输方式及其原理. 6、了解与电视监控系统相关的其它弱电系统专业知识. 7、熟练掌握常用的文字处理软件和绘图软件. 8、具有较强的语言文字组织能力. 三、系统技术设计的过程 根据相关标准规范的要求,技术设计需要经过初步设计、正式设计的过程. 技术方案的初步设计一般是在接到项目建设任务书之后进行的,初步设计主要以需求分析、现场勘察、系统容量的确定、系统结构、设备档次的选择、整体费用概算和项目建设工期预计等内容为重点. 初步设计的技术方案应递交给建设单位,由建设单位主持,业务主管部门、公安主管部门和设计施工单位及一定数量的技术专家
6、参加对初步设计的技术方案进行论证.对初步设计的各项内容进行审查,对其技术、质量、费用、工期、服务和预期效果做出评价.然后报上级审批. 正式设计是在论证、审批通过后的初步设计方案基础上进行的系统详尽的技术设计,正式设计方案是对初步设计方案的扩展与补充,在没有通过建设单位和相关审批单位论证认可的条件下,不能对初步设计中的系统结构、设备主要参数进行更改. 在初步设计与正式设计的实际过程中包括了很多必要程序,如现场勘察、用户需求分析、设备考察与选配、系统结构的确定、技术建议书的编写、系统可靠性的论证等,这些程序会因不同的项目特点而有所不同. 3.1 现场勘察 现场勘察过程对于是否能够获得一个优良的技术
7、设计方案至关重要,现场勘察包括对建设单位防护级别的确定、工程规模的确定、防护区域的具体划分、用户实际需求分析、现场安装场地与环境的详细描述、勘察记录资料的全过程. 3.1.1 建设单位风险等级的确定 如果建设单位属于国家规定的具有高风险等级的行业,在技术设计之前必须确定建设单位的风险等级,一旦确定了建设单位的风险等级,那么所有技术设计将严格按照有关该风险等级的设计规范中的要求严格执行.像银行营业场所、文博系统就属于这样的行业. 如果电视监控系统的建设是以提高管理水平、及时掌握现场信息、实现科学生产等为目的,就不需要确定建设单位的风险等级,而是按照工业电视系统相关规范来进行设计,此时需要根据建设
8、单位的投资大小确定项目规模.除了相关标准明确规定的具有风险等级划分的行业、单位以外的电视监控系统建设基本都属于工业电视系统的建设,如道路交通、港口、机场、工厂等. 对于一些没有明确风险等级要求但仍然以安全防范作为主要系统建设目的的项目,虽然不能严格确定建设单位的风险等级,但在实际设计时需要参考高风险等级行业系统设计的规定,以建设方的需求作为主要依据进行系统设计,这类系统应用场合如小区、商场、宾馆等. 3.1.2 防护区域的划分 电视监控系统中前端设备负责将现场的图象、声音、数据都各种信号进行采集,设备安装的位置以及防护区域划分将直接影响系统容量确定. 对于防护区域的划分需要根据相关设计规范和建
9、设单位的实际需要加以确定,并最终获得如下信息: 防护区域的数量 各防护区域的防护目的与要求 各防护区域所配置的前端设备数量 各防护区域的前端设备性能要求 3.1.3 用户实际需求分析 除了相关标准、规范将作为系统建设所必须遵循的依据以外,用户实际的需求将直接影响到前端设备的数量、系统构架方式、使用功能、设备档次等,因此在技术设计中必须对用户的实际需求加以严格的、系统的分析. 一、前端设备的数量分析 在防护区域划分以后有时可以直接确定前端设备的数量,而有时防护区域划分后只能确定不同区域的实际防护要求,而设备的数量则需要根据用户要求进行确定.确定前端设备的数量必须了解用户在该区域中需要获得什么样的
10、监视效果,例如在一个方圆1km的范围内,如果只是以了解现场情况作为监视目的时,那么完全可以配置一个监视点,而如果在此范围内还需要有如果个重要监视点,这些重点区域又需要同时进行监视而不能以巡游方式来解决多点监视时,就需要考虑增加监控点,从而影响了前端设备的数量. 因此对用户需求分析后,结合前面防护区域的划分得到如下信息: 前端设备数量 前端设备的实际配置 二、前端设备档次的确定 设备档次的确定需要根据用户实际监控质量要求、投资规模来确定的,一般来说前端设备档次确定后将直接影响到控制设备的档次,从而为整个系统档次确定基调. 三、用户使用功能分析 系统所能提供的信号摄取、处理效果是由设备档次决定的,
11、而系统所能实现的使用功能决大多数都是由控制设备实现的,对用户的使用功能分析后基本上就可以确定系统控制设备以及整个系统的结构.用户使用功能分析需要从下面几个方面着手: 用户想看什么 提供需要的图象、声音、报警等 用户怎么获得信号 提供信号传输方式 用户想怎么看 提供信息显示的平台 用户看到后想干什么 提供丰富的信号处理操作功能 用户想怎么干 提供相对个性化的操作编程 用户简便地干 提供自动响应功能 自己干还是大家一起干 提供多用户控制或联网功能 四、系统构架方式 从实际的电视监控系统结构来看,可以是传统模拟监控系统结构、数字网络式监控结构、模拟加数字的综合监控结构三种,每种结构都具有各自的优点和
12、不足.根据上面的用户需求尤其是用户使用功能的需要来确定系统实际的控制方式,也就确定了系统的结构. 3.1.4 现场气候条件的勘察 在一些项目建设中,建设单位可能会提供设备安装现场(尤其是室外环境)气候条件的相关参数,这些参数包括最高与最低温度及变化情况与持续时间,风、雨、雪、雾、雷电等天气条件及持续时间等情况.如果建设单位没有提供详尽的现场气候条件,需要在勘察阶段与建设单位沟通,必要时与当地的气象部门联系,以获得相关的气候资料. 现场气候条件将直接影响防护设备的指标及实际选择,例如防护罩、云台的防护等级、工作环境温度及其它辅助设备等等. 3.1.5 现场设备安装环境的勘察 前端设备根据需要会安
13、装在室外或室内环境,因此实际的勘察也要分为室内环境的勘察和室外环境的勘察. 一、室内安装环境 对室内环境的勘察主要集中在建筑物的结构、装饰、管道、照明等情况.这些现场情况将直接影响设备的安装位置、设备类型、信号传输方式、管线路由等. 勘察项目 勘察内容 勘察意义 建筑物结构 建筑物楼层、建筑物结构、梁柱的位置、主要出入通道与防火通道、门窗位置与数量 确定前端设备的布防位置 建筑物装饰 地面、墙壁、屋顶等内部装饰和外沿装饰情况 确定设备的安装方式和设备类型 管道 水、电、风、气等管道的分布,尤其是出入户的接口状态 确定路由设计 照明与光线 自然光与室内照明实际的光线强度 确定设备性能参数 建筑物
14、周边环境 周界,电磁波发射设施、高压线、变电所等易产生电磁波干扰源的分布情况 确定辅助设备的增减 配电状况 配电间、弱电井的位置,所提供电源容量 确定设备功率及电源要求 二、室外安装环境 室外安装环境除了前面提到的气候条件为重点勘察对象外,设备安装位置周围的土壤、配电、干扰源等状况也需要进行勘察,以确定设备的安装方式. 3.1.6 勘察报告 勘察报告中除了需要体现上述勘察内容的详细说明,还需要绘制现场设备布防草图、系统结构草图、信号传输建议、线缆敷设路由草图等. 对于需要进行施工设计的项目,现场勘察的重要性就更加突出,尤其是线缆敷设路由的确定方面对勘察工作要求更为细致.如果仅仅是设备供应和技术
15、支持而进行技术设计时,除了需要为建设单位提供信号传输方案外,对于线缆附设和路由确定方面的工作将大大减少. 3.2 技术设计中的前端设备选择 由于初步设计与正式设计所遵循的规范、设计思路、设计方法基本一致,只是内容的详尽程度有别,因此这里只以正式设计作为详细讨论的内容. 3.2.1 摄象机的选择 当前的摄象机设备品牌、种类繁多,需要根据用户需求、现场环境、安装方式加以选择. 一、摄象机外型的选择 枪式摄象机 适合于所有监控场合 1/2”CCD 适合于配置大倍数、长焦距镜头,监视范围大、图象质量要求高的室外环境 1/3”或更小CCD 适合于图象质量要求较高,配置定焦镜头或常规变焦镜头的场合 一体化
16、摄象机(含带云台的一体机) 适合于图象质量要求一般,监视范围较小,项目投资较小的场合,室内/室外均可使用 半球型摄象机 适合于室内隐蔽安装,图象质量要求不高,以美观、隐蔽安装为主要目的的场合 智能球机 适合于室内/室外环境,更注重摄象设备的整体使用功能的方便性和美观隐蔽安装,图象质量要求一般 其它异型摄象机(烟感、针孔、飞碟等) 适合于室内环境有特殊安装要求的 二、摄象机类型的确定 彩色摄象机 适合于光线较为充足的环境 黑白摄象机 适合于所有监控环境,尤其是照度较低的环境,并且可以配合红外辅助照明设备以实现夜间监控 彩色转黑白(单色)摄象机 适合于光线变化大,日夜监控图象要求均较高的场合 3C
17、CD彩色摄象机 适合于投资大,图象质量要求很高的场合 三、摄象机指标的确定 清晰度 450至480线(彩色)560线(黑白) 高清晰度,对图象质量要求高 330线至420线(彩色)380线(黑白) 普通清晰度,对图象质量要求不高 灵敏度 0.1lux(彩色)0.01lux(黑白) 低照度,适合于光线不足的监控场合 2lux(彩色)0.1lux(黑白) 常规超度,适合于光线充足,对夜间监视要求不高的场合 电子快门 自动/手动 可以配合镜头扩展摄象机灵敏度范围 AGC 自动 可以配合镜头扩展摄象机灵敏度范围 背光补偿 自动或菜单设置 适合于固定监视点具有逆光的监视环境 信噪比 48dB以上 高质量
18、,适合于摄取较暗场景 45至48dB 一般质量,适合于光线充足或变化不大的环境 白平衡 ATW 适合于景物的色彩温度在拍摄期间不断改变的场合 ACW 适合于可以找到白色参考目标的环境 强光抑制 适合于监视现场经常出现反差很大的强烈光线的场合 供电方式 AC220V或AC24V/DC12V 可根据其它前端设备的配置选择在具有特殊要求需要使用安全电压时采用低压供电摄象机 四、摄象机推荐 枪式摄象机:SONY、JVC、Baxall、Bosch、GANZ 半球摄象机:Panasonic、CBC、TRC 一体化摄象机:三星、LG、Honeywell 智能快球:Pelco、Kalatel、Yaan(室外)
19、;Panasonic、三星(室内) 3.2.2 镜头的选择 一、 光圈的选择 自动光圈:适合于绝大多数环境,尤其是室外光线变化较大的环境; 手动光圈:适合于室内光线变化不大的固定监控点; 电动光圈:适合于室内外光线变化不大的全方位监视点. 二、 焦距调整方式的选择 固定焦距:适合于可以直接确定监视区域的固定监控点; 手动变焦:适合于暂时无法确定监视区域的固定监视点; 电动变焦:适合于大范围远距离监视的全方位监视点. 三、 镜头尺寸的选择 需要根据使用摄象机CCD的尺寸来决定,大尺寸的镜头可以和小尺寸CCD摄象机配合使用,但视场角会变小,镜头与摄象机尺寸应尽量选择一致. 四、 焦距值的选择 短焦
20、距镜头:适合于对大范围的全景监视; 长焦距镜头:适合于对远距离的特写监视; 实际的焦距值可以根据下列公式进行估算. f/vD/V f/hD/H 其中:f镜头焦距; D镜头至景物距离; h靶面宽度; v靶面高度; H成像宽度; V成像高度 估算后得出的焦距值和实际镜头产品相比较,并结合摄象机CCD尺寸来确定实际使用镜头的型号. 设计中有关镜头的其它参数可以不用重点考虑,因为一旦焦距参数确定后,也就确定了镜头型号,对于某种品牌的镜头来说,其它参数基本就由产品本身决定了. 五、 镜头选择的其它注意事项 确定镜头后还需要考察该镜头的接口方式,并参考摄象机的接口方式,如果接口方式不合适需要加倍接圈.注:
21、当前有的摄象机注明可以配合C和CS接口,但没有标配接圈,需要订购. 有的自动光圈镜头或摄象机没有标配自动光圈的4芯插头,实际时需要考察摄象机自动光圈接口形式和摄象机、镜头是否配置了自动光圈接口插头,否则需要订购. 六、 其它特殊镜头的选择 无论是3CCD摄象机专用镜头还是针孔镜头都属于特殊环境或者特殊设备专用镜头,需要根据实际需要加以选择. 3CCD镜头专门配合3CCD摄象机使用; 针孔镜头适合隐蔽监视,电梯中也有使用. 七、镜头推荐 精工(AVENIR)、CBC(Computar)、福光 3.2.3 防护罩的选择 防护罩选配原则为:密封等级、防护罩类型、尺寸和辅助设备种类. 一、 防护等级
22、防护等级对于应用于室外环境来说十分重要,符合IP65即可以应用于室外环境,但是在较为恶劣的气候条件并从延长设备寿命、提高摄象机总成的可靠性等方面考虑,IP66或更高的防护等级将是首选. 二、防护罩类型 矩形防护罩 适用于绝大多数应用场合,与其它类型防护罩相比更适合室外环境 球形防护罩 适用于绝大多数应用场合,与其它类型防护罩相比更适合室内环境 角装防护罩 适合于室内墙角安装场合 嵌入式防护罩 适用于室内隐蔽安装场合 三、 防护罩尺寸 防护罩内部净尺寸的长宽高尺寸应该容纳摄象机、镜头组件,净尺寸是指防护罩标称内部尺寸减去防护罩辅助设备和内部接线端子后的尺寸,同时需要考虑摄象机/镜头组件中变焦镜头
23、控制时 产生的尺寸增加、摄象机/镜头连线空间. 四、辅助设备种类 防护罩的辅助设备包括遮阳罩、加热器/除霜器、风扇、雨刷器、清洗瓶等,设计时需要根据现场环境加以选择. 五、特殊用途防护罩 在一些特殊环境中需要选择经过特殊加工、认证的特殊用途防护罩,如易燃易爆危险环境、高温环境、强腐蚀环境等,设计时需要根据建设单位环境的特殊要求根据相关的标准选择符合相应防护等级的防护罩. 六、 防护罩推荐 通用防护罩:Bewator、Pelco、亚安(YAAN)、嘉杰(JEC) 特殊用途防护罩:Bewator、Pelco、常州裕华 3.2.4 云台的选择 考察云台的参数有:载重、防护等级、转速、转动角度、齿轮间
24、隙(回差)、扭矩、载重方式等. 一、 载重 云台的载重量应该完全可以承载摄象机、镜头、防护罩极其配件总成的总重量,考虑到云台的载重指标均为平衡负载,在云台载重选取时应该有适当余量,一般选取负载的1.31.5倍作为云台的载重指标. 6kg以下 适合于室内/外安装一体化摄象机或定焦镜头摄象机 6kg至12kg 适合于室内/外安装一体化摄象机或小型变焦镜头 12至25kg 适合于安装较大变焦镜头、摄象机、防护罩总成 25kg以上 适合于安装特大型变焦镜头、摄象机、防护罩总成 二、防护等级 防护等级对于应用于室外环境来说十分重要,符合IP65即可以应用于室外环境,但是对于较为恶劣的气候条件并从延长设备
25、寿命、提高云台的可靠性等方面考虑,IP66或更高的防护等级将是首选. 三、转速 云台一般分为交流定速云台和直流变速云台,交流定速云台转速低而且恒定,直流变速云台可变速而且转速高. 交流云台 水平69/秒,垂直36/秒 适合于不需要快速追踪的场合 直流云台 水平2050/秒,垂直1030/秒 适合快速追踪或其它需要高转速的场合 四、转动角度 云台转动角度分为水平转角和垂直转角,垂直转角与负载安装方式相关,一般顶装云台的垂直转角为-90+40,侧装云台的垂直转角为100左右,水平转角一般都可以达到345365实际设计中需要根据建设需要,尽量保证无监视死角,因此垂直角度需要保证-90+20,水平旋转
26、角度需要保证360. 五、齿轮间隙 齿轮间隙(Gear Backlash)也称回差,是考察云台转动精度的重要指标.齿轮间隙越小说明云台的精确度越高,尤其是对于高速转动的云台或带预置位功能的云台来说十分重要. 五、扭矩 对于一定载重的云台来说,扭矩越大说明云台抗拒非电机启动的力量越大,这对于比较恶劣的气候条件来说非常重要. 六、承载方式与安装方式 按照负载安装方式,云台有顶装方式和侧装方式,实际选择时需要参考载重和建设单位的认知程度选择. 云台的安装方式一般有正装和吊装两种,设计时需要考虑同样云台吊装时载重指标的大幅度下降,如无特殊需要不建议采用吊装方式. 七、 辅助功能 云台的辅助功能包括自动
27、水平扫描、预置位、加热器等选项,设计时需要根据使用环境、用户使用的功能需求决定. 八、 球型、半球型云台 上述云台更适合于室外全天候条件下的安装,对于球型/半球型云台的选择来说,更适合于对于美观、隐蔽而不需要智能快球的场合,球型/半球型云台的内部空间有限,不适合安装大倍数、长焦距的镜头.球型/半球型云台由于下球罩起到防护罩的作用,清洗困难,因此不建议在恶劣气候条件下使用. 3.2.5 解码器 设计时选择解码器需要注意下面几点: 1、 驱动能力.需要根据云台、防护罩辅助设备、摄象机、镜头等前端设备的实际驱动所需加以考察,避免解码器输出无法驱动设备动作. 2、 通讯协议的兼容.所选用的解码器必须与
28、控制设备的控制协议兼容. 3、 防护等级.尤其时使用于室外环境,应确保解码器的相应的防护等级. 4、 辅助输出功能.解码器除了应该具有多个辅助输出位前端其它设备提供驱动或驱动能力,还应该具有多个辅助电源输出,如DC12V,交流24V等为不同的摄象机供电. 3.2.6 报警探测器 报警探测器所使用的原理、探测范围、应用环境都有所不同,有关报警探测器在安防系统设计中的选择将以专题方式进行讨论. 3.2.7 其它前端设备 其它前端设备包括辅助照明红外灯、防雷设备、支架等. 红外照明灯选择时需要注意黑白摄象机或彩色转黑白摄象机是否支持红外灯标称波长的红外光,同时按照实际所需要的照明距离进行选择. 支架
29、的选择除了与云台、防护罩安装接口匹配以外,还必须考虑承载问题. 如果是项目施工方案,应该具有整个系统防雷接地建设的设计方案,严格按照相关标准规范执行.对于电视监控系统来说涉及到的避雷器包括视频避雷器、通讯避雷器、电源避雷器. 3.3 技术设计中传输结构的确定 工业电视系统或安全防范电视监控中,前端设备采集的现场图象、声音、报警、数据等信号以及控制设备向前端设备发送的控制信号都将通过传输系统和设备完成之间的传输. 通常,主要信号传输有三种:视频信号、通讯信号和电源信号. 3.3.1 视频信号的传输 图像信号的信息量大,带宽宽,监视时直观性强,因此在电视监控系统中视频图像信号的传输是重中之重.视频
30、信号传输质量的好坏将直接决定图象质量和系统整体性能的高低. 从摄象机输出的视频信号,频带宽度为0至6MHz,幅度为1Vp-p,特性阻抗75. 当前视频信号传送的主要方式还是基带传输方式,传输的是来自摄象机输出的不经任何频率变换(如调制)等处理的复合视频信号.视频基带传输最大的优点就是传输系统简单,在一定的传输距离内,失真小,附加噪声低(即信噪比高),不必增加附加设备.视频基带传输质量最好的传输介质就是同轴电缆. 同轴电缆是由两个同轴布置的导体组成,传输的信号完全封闭在外导体内部,从而具有高频损耗低、屏蔽及抗干扰能力强、使用频带宽等显著特点.同轴电缆从内至外的结构为铜单根或多根铜线绞合的内导体、
31、绝缘介质、软铜线或镀锡丝编织层和聚氯乙烯护套.同轴电缆传输视频信号损耗小,有较强的抗干扰能力. 在工业电视系统中视频信号主要使用的SYV型(绝缘层为实心聚乙烯)、特性阻抗为75的同轴电缆. 视频信号经过同轴电缆传输后,所有0至6M频率幅度都有衰减,频率越高衰减越大,改变了源信号各种频率分量之间的相对比例关系,即“频率失真”.因此视频信号通过同轴电缆传输不仅产生幅度衰减,还产生不可忽视的“频率失真”.从对图像质量的影响来看,幅度降低,使灰度等级降低,图像变的暗淡;“频率失真”,特别是高频成分快速衰减,使图像变得模糊拖尾,清晰度和分辨率严重降低,因为清晰度和分辨率是靠高频成分支持的.同时,因为4.43M的色度付载波也快速衰减,解调幅度不够,将使色饱和度和色调变坏,甚至失彩. 一般来说使用SYV-75-5的同轴电缆传输距离为300米,超过300米以上需要考虑加装电
