智能小区中安防系统的研究和设计

标签：TCP/IP  UDP

智能小区安防系统的组成

智能小区以科技为基础，在住宅小区内充分利用计算机技术，为人们提供快速便捷的信息通讯服务，安全舒适的居住环境以及高效科学的物业管理功能，它包括安防系统、管理与设备监控系统和信息网络系统功能。小区安防系统是智能小区的重要组成部分，它是通过各种采用安全技术的器材设备，实现小区实时监控和管理，保障小区住户安全的综合性多功能防范系统。随着人们对生活质量的要求越来越高，智能小区安防系统不仅提供基本的安全防范服务，还提供小区环境监测等服务。

一、智能小区安防系统的组成

(一)住宅报警装置为保证住户在住宅内的人身安全，在室内安装各种探测器进行监控，并提供紧急呼救功能。

(二)访客对讲装置主要针对外来访客进行管理，有效防范外来人员进入住宅单元，在实现时常常与门禁系统集成在一起，有效控制人员的出入。

(三)周边防越报警装置是在封闭的小区周边安装各类探测器，防止非法入侵。

(四)视频监控装置是在小区出入口、周界及公共通道等重要场所安装摄像设备，由小区监控中心进行监视和录像，使管理人员能充分了解小区的动态。

(五)电子巡更装置是在小区内安装巡更站点，保安巡更人员携带巡更记录机按指定的路线和时间到达巡更点并进行记录，实现小区中心对保安人员的监控和检查，同时当发生险情时便于保安人员的调度。

以上这些装置在实现时往往由多个子系统相互集成在一起，特别是随着网络通讯技术的发展，它们之间相互融合，高度集成。

二、智能小区安防系统的特点

(一)智能小区安防系统的数字化

随着嵌入式和智能控制技术的发展，智能小区安防系统已由模拟监控系统发展为数字监控系统，实现了各类资源和信息的数字化。集成网络通讯、信息处理的数字安防设备已逐步取代模拟设备，特别是在视频监控系统中，采用图像传感器+图像编码芯片+微控制器+网络通讯芯片的方式构建的数字视频监控系统已逐步成为主流。数字化的智能小区安防系统克服了模拟监控系统的局限性，有效地解决了模拟系统中信号传输距离有限、抗干扰差、视频画面品质不高、信息存储不方便以及查询繁琐等问题，具有设备简单、安装调试便利、存储方便、远程传输及随机检索等许多优点。

目前，智能小区安防数字化的发展方向是将图像探测作为报警防范的主要手段，通过模式识别技术使得系统具有特征识别和探测功能，从而有效判断各类非法入侵和火警等声光警情，降低警报的误报率。随着新成像技术的不断发展，安防监控范围也扩展到不可视范围。

(二)智能小区安防系统的网络化

网络化是智能小区安防系统的关键，它是提供高质量和高可靠性安防服务的基础。智能小区安防系统网络化主要体现在3个方面：安防设备之间实现各类安防信息的共享;与智能小区其他系统之间实现信息的共享和传输;通过接入公共网，如因特网和PSTN网络，及时向外界提供各类安防信息，从而形成了层次化的网络结构，如图1所示。较好地实现了社会、小区及家庭3级防范机制，实现了集监测防范、信息管理及处理控制于一体的安防服务，同时也大大提高了系统的可靠性和实时性。

智能小区安防系统的实现

目前，安防系统网络化的研究主要集中在系统的组网方式和具有联网功能的安防设备。安防系统组网方式多种多样，如现场总线方式(如CAN总线、Lonworks等)、已有专线改造方式(如基于电话线的ADSL方式、基于HFC的双向有线电视网络)及局域网方式(主要是基于以太网)等。在实际应用中常常采用多种方式混合使用，如底层采用RS485做为控制网络用于连接各类传感器、探测器和安防设备，上层采用以太网连接安防设备和上层信息监控系统。基于内嵌网络协议的单芯片的各类安防设备也逐步进入市场。

由于以太网速度快、稳定性和可扩充性好，已成为小区网络和因特网的主流，并逐步进入家庭网络。而随着安防系统的数字化和与智能小区其他系统的资源共享，对系统通讯协议的可靠性、安全性及开放性都提出了较高的要求。TCP.IP协议的独立性、稳定性及扩充性很好地满足了这些要求，同时由于TCP.IP在Internet中的主导地位，采用TCP.IP也符合未来Internert无处不在的发展趋势，基于以太网和TCP.IP技术的组网方式已成为安防系统的重要特点。

(三)智能小区安防系统的智能化

智能小区安防系统不仅要求快速反映出当前环境的情况，而且需要主动地判断各类环境变化，并协同其他系统进行相关的控制处理。

智能小区安防系统的智能化主要体现在报警的联动处理和基于模式识别的探测。报警的联动处理是指当系统中某设备检测到险情时，调度周边其他类别的安防设备对发生险情的区域进行探测，综合分析;同时与智能小区其他系统相互协作，当判别险情后通知其他系统进行相应的处理。基于模式识别的探测是通过生物识别和特征识别等技术，充分利用光电探测技术识别各类非法入侵和险情，同时采用其他辅助手段，从而降低警报的误报率。

三、智能小区安防系统的实现

(一)概述

本方案采用基于家居服务器的智能家居系统，以家居服务器为核心构建家庭网络，实现内网高端、中端和低端的互联和协议转换，家居服务器同时充当家庭网关，实现家庭网络与外部网络的互联。整个系统的架构，如图2所示。

(二)系统总体结构与组网方式

从信息的处理模型和网络结构来划分，系统自上而下划分为3层结构：监控管理层、安防设备层及传感器层。监控管理层是由小区各类服务器和基于PC的监控终端组成，用于接收安防设备发送的各类信息和发送各类控制指令，它与智能小区管理信息系统相结合，用于管理人员监控和信息存储查询;安防设备层是指各类联网的安防设备，包括网络摄像机、家居服务器及楼宇对讲等，向上报告各类安防信息和接收执行控制指令，向下读取各类传感器的状态信息;传感器层则是各类接入安防设备的传感器和探测器，用于向上报告检测的各类信息。

在系统中，监控管理层和安防设备层采用以太网，传感器层的接入方式有两种：在小区中传感器采用RS485等方式，接入网络摄像机等联网的安防设备中;在家庭中各类网络则通过家庭网络接入家居服务器。可以看出在本方案中视频监控和周边防越已集成在一起。

通过这种层次结构，不仅减小了系统设计和实现的复杂度，同时也给系统的维护带来了极大的方便。

(三)系统组成

1.监控管理层。主要包括小区数据服务器、视频服务器和监控终端，其中数据服务器和视频服务器组成安防系统监控中心的核心，完成相关信息的记录和更新;监控终端供监控人员查看安防状态，及时提示各类险情，供监控人员进行处理，具体如下：

视频服务器用于接收和存储网络摄像机传输的视频数据，并监视当前视频传送的质量，完成视频传输的统计、管理和控制，并提供相关视频信息查询和统计服务;在实际设计时数据服务器采用SQL SERVER 2000，充分利用SQL SERVER中的存储过程和触发器的设计，在数据服务器中完成复杂的数据更新规则。

智能小区安防系统通讯模型

数据服务器保存整个小区的信息(如平面布置信息、设备信息)及用户的相关信息(如传感器安放信息、三表数据等)，同时记录各种报警的记录和响应处理。

监控终端接收和显示当前系统状态(包括视频信息)，并通过数据服务器对系统进行监控操作，监控人员的相关控制和警报响应处理也通过数据服务器实现。

2.安防设备层。主要包括网络摄像机、家居服务器及楼宇对讲等设备，通过控制网络连接各类传感器，通过以太网与监控管理层交互。安防设备采用巡检方式监控传感器，同时与监控管理层之间通过热线联络信号进行交互;与以往单纯采用RS485等专线方式进行组网相比，这种方式不仅简单方便，而且当网络发生故障或设备发生故障时，监控人员可以及时发现。

3.传感器层。该层包括各类传感器和探测器，向联网的安防设备报告各类安防信息。

(四)系统通讯模型

系统中安防设备层与管理监控层之间采用TCP/IP做为通讯协议，主要采用UDP方式进行连接，其中实时视频数据采用简化的RTP协议框架;系统数据流如图3所示。

1.实时视频数据，由网络摄像机采用组播方式发送至视频服务器和各监控终端;监控端也可通过视频点播从视频服务器获取和回放以往的视频数据。

2.系统状态信息，由各安防监控设备发送，数据服务器记录，包括室外监控设备状态信息(如网络摄像机与传感器的工作状态、警报信息及联络信息)和室内的安防状态信息(如住宅内各类传感器的信息更新、报警和状态信息);监控终端通过数据服务器来获取这些系统状态信息。

3.控制和处理信息，包括视频控制指令、控制处理指令。其中视频服务器根据当前传输的状态向网络摄像机发送控制指令，调整图像传输参数;数据服务器向系统中各安防设备发送其他控制指令;监控终端各类报警处理和响应信息均发送至数据服务器，并由数据服务器根据指令类型和内容决定是否发送控制指令。

(五)系统智能化设计

为了提高系统的智能化，在系统中采取联动处理和智能报警的措施，具体如下：联动处理包括3个方面：当某一传感器发出报警时，安防系统同时对其他几个相关联的报警装置的状态进行检查，以确保报警的可靠性，减少误报率;对于特定的位置传感(探测)器报警时，安防系统将控制其他的传感(探测)器对该防区再次进行监测，来确认险情。一个典型的应用就是当周边红外探测器发出警报时，安防系统就会调整摄像头转向检测位置检查情况;当发生险情时，通过设置的控制规则通过智能小区系统管理与设备监控子系统控制设备处理警情。

智能报警是指通过采用通用数据库系统，对外提供良好的数据接口，实现多通道报警，当发生警报时，网络摄像机等设备主要采用网络传送和现场声光的方式进行报警，而家居服务器和监控中心均可通过PSTN网络实现电话或短信息报警，保证外界及时有效地接收到报警。