Визуализация процессов контроля состояния внутренней среды автономной системы жизнеобеспечения БИОС-3

Визуализация процессов контроля состояния внутренней

среды автономной системы жизнеобеспечения БИОС-3

1 ОБЗОР ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ БИОС

1.1 Обзор внутреннего устройства и назначения замкнутой системы жизнеобеспечения БИОС-3

1.2 Обзор существующей системы видеонаблюдения

2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

2.1 Состав комплекта оборудования

2.2 Преимущества сетевого IP видео

2.3 ПО для IP системы видеонаблюдения

2.4 Состав оборудования системы сетевого IP видео

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Планета Земля — практически замкнутая биологическая система. По большому счету на Земле давным-давно нет ни грамма воды, которую за сотни миллионов лет не выпило или не пропустило через себя живое существо. Ни грамма воздуха, который уже не прошел бы через чью-то дыхательную систему. Но мы сегодня пьем прекрасную родниковую воду, дышим восхитительным воздухом с одним и тем же содержанием кислорода. Все новое природа делает из старья — так установили философы и подтвердила практика. Возобновляемость обеспечивает круговорот воды, воздуха, минеральных веществ в природе. Некоторые циклические процессы идут на наших глазах, например смена времен года. Другие в обороте миллионы лет и не заметны даже для сотни поколений: движения континентов, перемещения пустынь и рек, глобальные изменения атмосферы. Ученые России практически создали замкнутую биологическую систему в небольших размерах. Люди в ней могли находиться неограниченное время без получения извне воды, воздуха, пищи.

Замкнутая система в Красноярске создавалась как серия установок «Биос» .

БИОС — 3 является замкнутой системой жизнеобеспечения человека с автономным управлением. Целью БИОС — 3 является прикладное тестирование моделей замкнутых экологических систем, созданных на основе изучения процессов круговорота веществ в биосфере Земли. На данный момент в БИОС-3 были проведены самые длительные эксперименты по нахождению человека в замкнутой системе жизнеобеспечения.

Создание замкнутых экологических систем обеспечивающих полноценную жизнедеятельность человека имеет важнейшее значение для долговременных межпланетных космических экспедиций. Тестирование и проведение экспериментов по обеспечению жизнедеятельности человека в изолированной системе крайне необходимо.

В состав БИОС — 3 входят следующие подсистемы:

§ Жилой модуль

§ Фитотроны

§ Система энергообеспечения БИОС — 3

§ Система оповещения

§ Информационно-управляющая система В свою очередь в состав информационно-управляющей системы входят: комплекс аппаратных средств ИУС; комплекс стандартного программного обеспечения ИУС; комплекс программного обеспечения контроля за состоянием внутренней среды БИОС — 3. Информационно-управляющая система является подсистемой БИОС-3 объединяющей в себе контроль и управление другими подсистемами.

Информационно-управляющая система включает в себя аппаратные средства и комплекс программного обеспечения.

Именно автоматизированная система управления предназначена для сбора данных с подключенных к ней датчиков и видеокамер и визуализацию этих данных.

При визуализации данных собранных с контролирующих устройств необходимо решить следующие вопросы:

Объединение технических устройств различных типов и производителей в одной системе и обеспечение их взаимодействия. Обеспечение удобства и простоты при отображении данных для пользователя и при предоставлении функционала по управлению системой.

Обеспечение разграничения доступа к данным.

Вопросы визуализации возникшие при выполнении работ по созданию информационно-управляющей системы в БИОС-3 уникальны, поскольку объединение настолько разноплановых устройств и функций в одном комплексе программного и аппаратного обеспечения не осуществляется. Эта уникальность вытекает из уникальности опыта построения закрытых систем жизнеобеспечения человека. Работы по созданию таких систем проводились только в США, Европе и России, но только в нашей стране была создана система, обеспечившая проживание людей внутри системы сроком до 6 месяцев. С созданием и внедрением информационно-управляющей системы планируется вывести БИОС-3 на новый уровень и обеспечить его техническое оснащение на самом современном уровне.

ОБЗОР ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ БИОС-3

1.1 Обзор внутреннего устройства и назначения замкнутой системы жизнеобеспечения БИОС-3

видеонаблюдение система программная сеть Все началось в шестидесятых годах. Тогда Гагарин только побывал в космосе, а ученые уже думали о дальних полетах. Инициатором начать работы в этом направлении выступил Сергей Павлович Королев. Суть проблемы буднична: собираясь в дальний полет, даже к Марсу, что протянется примерно полтора года, космонавты вынуждены брать с собой тонны и тонны запасов кислорода, воды, пищи. С пищей вопрос решается проще. В сутки на человека требуется всего 0, 5 килограмма сухого вещества. А где взять уйму воды и кислорода? Химия и физика, то есть восстановление воды и воздуха с помощью специальных процессов, — не решение проблемы. И вода, и воздух там, в космосе, должны быть такими, какими используем их мы — облагороженными, живыми. Сделать их земными может только биологический круговорот веществ в космическом корабле. Цепочка давно известна ученым. Человек выделяет углекислоту, ее должны поглощать растения и в свою очередь выделять кислород. Таким образом, круговорот газа в небольшой системе будет идти сколько угодно долго. Не нужно никаких фильтров, озонаторов и прочей химии. Все это при условии, что круговорот будет работать безотказно, как на Земле. По расчетам профессора Лисовского, для обеспечения кислородом и растительной пищей человека требуется не менее 13−18 квадратных метров зелени. То же самое с водой. Человек пьет воду, выделяет ее уже смешанную с солями, другими отходами. Растения должны все это переработать и впитать в себя нужную концентрацию. Человек съест тот же огурец или получит сок из овощей. Или выпьет воду, обеззараженную растениями. Искусственно подобраны условия, с помощью которых вегетационный период созревания пшеницы резко ускоряется: два с небольшим месяца вместо трех-четырех в полевых условиях. По существу выведены новые сорта — короткостебельные, с большим колосом, но изнеженные. В условиях поля они моментально приобретают тысячи болезней и умирают. Такая пшеница способна жить только в замкнутых системах. Едва обеспечили человека растительными белками, как встал вопрос жиров. Тут выручила чуфа. В свое время очень известное в Средней Азии растение. В клубеньках корней оно накапливает повышенное количество растительных жиров. Их хватит, чтобы полностью обеспечить астронавтов. Но эксперименты подсказали, если у астронавтов один за одним пойдут дни, с большой физической нагрузкой, им обязательно нужны продукты животного происхождения.

Человек — дитя природа. Однако ему не даны миллионы лет осмотреться, приучить растение к условиям космического корабля. Но и остановиться нельзя. Теперь ясно, без круговорота ряда важных для человека веществ на корабле никуда лететь нельзя.

В Институте биофизики СО РАН сформировано и развивается новое направление в биофизике надорганизменных систем, обосновавшее возможность интегрального подхода к диагностике состояния биологических систем различного уровня организации и сложности.

Широкий диапазон объектов исследования — от бактерий и простейших до высших организмов, включая человека, до природных экосистем -, объединенный общим методологическим подходом, заключающемся в анализе механизмов управления биосинтезом в биологических множествах, успешно развивается, а полученные результаты общепризнанны.

Биофизический подход, первоначально примененный к анализу состояния и динамике эритроидных популяций, использован для исследования системы красной крови в организме животных и человека. На основе изученных закономерностей в лаборатории биофизики разработаны методы дисперсионного анализа системы кроветворения по кинетике гемолиза (метод эритрограмм) и выявлены основные закономерности управления данной системой.

Возможности биофизического подхода, примененного изначально при изучении системы красной крови, далее стали успешно развиваться в новом направлении работ — параметрическом управлении биосинтезом продуцирующих клеточных популяций. Теоретические и экспериментальные исследования показали возможность создания устойчиво функционирующих биофизических систем непрерывного биосинтеза. В таких биосистемах рабочим телом служат живые организмы, а управление режимом их функционирования осуществляется автоматизировано по показаниям датчиков состояния организмов и среды обитания. Экспериментально доказано, что в данных управляемых биотехнических системах возможно управление скоростью и биохимической направленностью синтеза организмов в пределах их генотипа. Это позволило за сравнительно короткий срок создать автоматизированные биотехнические системы параметрически управляемого биосинтеза организмов различного уровня сложности — низших и высших фототрофов, литоавтотрофных и гетеротрофных бактерий, дрожжей, простейших, высших растений, изолированных органов и тканей, а также искусственных биоценозов и микроэкосистем.

Полученными результатами продемонстрировано, что в созданных управляемых системах биосинтеза возможна реализация огромного потенциала генетически обусловленной программы роста и биосинтеза организмов при максимальной интенсивности, без каких-либо ограничений роста и развития. Реализованная идея параметрического управления биосинтезом позволила обосновать возможность создания реально действующей замкнутой системы жизнеобеспечения человека (СЖО).

Такие замкнутые системы, моделируя уникальное свойство биосферы — замкнутость круговорота веществ, представляют большой фундаментальный интерес для экспериментального изучения закономерностей существования биосферы.

В практическом отношении СЖО позволяют обеспечить высокое качество жизни для человека за пределами границы биосферы в космосе, а также в экстремальных условиях полярных широт, пустынь, высокогорья, под водой.

В 1964 году впервые осуществлена замкнутая по газообмену двухзвенная система жизнеобеспечения «человек-хлорелла», в 1965 — реализовано замыкание по воде, а в 1968 — проведены первые эксперименты в трехзвенной системе «человек — микроводоросли — высшие растения» .

Рисунок 1.1 — Комплекс БИОС-3

На основе этих результатов был спроектирован и создан экспериментальный комплекс «БИОС-3», представляющий собой замкнутую экологическую систему жизнеобеспечения человека с автономным управлением.

Эксперименты в «БИОС-3» при участии экипажа из 2−3-х человек достигли полугодовой длительности при полном замыкании системы по газу и воде и при воспроизводстве пищи до 80% от потребностей экипажа.

Непрерывные культуры микроорганизмов оказались удобной моделью для количественного изучения экологических и эволюционных процессов. Теоретико-экспериментальные исследования позволили уточнить общую картину и найти ряд количественных закономерностей микроэволюции в микробных популяциях, описать явление автоселекции и использовать его для получения быстрорастущих микроорганизмов и сверхсинтетиков целевых продуктов.

Открытые в 50-е годы и малоизученные микроорганизмы с уникальным типом метаболизма (хемолитоавтотрофные водород-, СОи железоокисляющие бактерии) в 70-е годы стали объектом активного изучения; на основе этих микроорганизмов в Институте биофизики СО РАН исследованы, разработаны и реализованы уникальные эффективные биосистемы получения белка одноклеточных, разрушаемых термопластичных биополимеров; биогидрометаллургические процессы извлечения цветных металлов из руд, концентратов и горных пород.

1.2 Обзор существующей системы видеонаблюдения

Для видео-наблюдения за ходом эксперимента используются две сетевых видеокамеры VN-C30U производства JVC Professional. Каждая камера снабжена поворотным устройством позволяющим осуществлять поворот на 320° в горизонтальной и 90° в вертикальной плоскости со скоростью 100° в секунду. Это позволяет оперативно направлять видеокамеру на нужный участок зоны видео-наблюдения. Камеры имеет сетевой интерфейс Ethernet и поддерживают протокол TCP/IP, что позволяет подключать их непосредственно в локальную сеть системы. Это позволяет увеличить надежность системы в целом.

Таблица 1.1 — Технические характеристики камеры VN-C30U

Сервер видеоархива Для записи хранения информации с видеокамер используется сервер-видео архива.

Технические характеристики:

Процессор 2 x P4 Xeon 2.8GZg

ОЗУ 2×512 Mb

HDD 4×200Gb

Канал мониторинга освещенности, температуры и влажности воздуха.

Датчики.

Для измерения освещенности, температуры и влажности воздуха используются датчики ОБ-К1, ОБ-К2, ОБ-К3 производимые ООО «Оберон-К». Все три типа датчиков выполнены по единой схеме и отличаются только количеством измеряемых параметров.

Датчики имеют встроенный микропроцессор и нормированы при производстве.

Выходной интерфейс RS485 позволяет подключать данные датчики параллельно на общую шину.

Таблица 1.2 — Технические характеристики датчиков

Сервер телеметрии Сервер телеметрии производит сбор и хранение информации с датчиков ОБ-К1, ОБ-К2, ОБ-К3.

Технические характеристики:

Процессор P4 2.4GZg

ОЗУ 2×256 Mb

HDD 200Gb

Управляющая рабочая станция Технические характеристики:

Процессор P4 2.4GZg

ОЗУ 2×256 Mb

HDD 40Gb

Видео Radion 9600 pro

Монитор TFT 17″

Система отображения информации Плазменные панели Для вывода телеметрических данных и изображения с камер наблюдения используется плазменная панель Samsung PS-50P2HTR.

Рисунок 1.2 — Структурная схема сети видеонаблюдения БИОС-3

Условные обозначения: К — камера внутренненго наблюдения; ЖД — сервер хранения данных; ПК — персональный компьютер; М — монитор наблюдения; ДУ — пульт управления камерами (если это позволяют камеры).

Таблица 1.3 — Технические характеристики плазменной панели

Сервер видеовывода

Формирования и вывод изображения на плазменные панели осуществляют два сервера видеовывода.

Технические характеристики:

Процессор P4 2.4GZg

ОЗУ 2×256 Mb

HDD 40Gb

Видео Radion 9600 pro

Связь с сетью Internet

Доступ к сети Internet осуществляется через маршрутизатор Cisco 3500, обеспечивающего терминацию VPN и защиту от не санкционированного доступа к системе.

Программное обеспечение Все сервера работают под управлением ОС FreBSD. Рабочие станции используют ОС Windows XP. Также используется прикладное ПО которое позволяет управлять системами телеметрии и видео-наблюдения, собирать и накапливать данные, выводить их в текстовом и графическом представлении, проводить анализ. Для связи компонентов системы и удаленного доступа к ней используется протокол TCP/IP

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Сеть видеокамер Сеть видеокамер должна быть отдельной потому, что видеонаблюдение — это замкнутая система, которая должна работать автономно и непрерывно. Кроме того, большой поток данных, создаваемый IP-видеокамерами, способен исчерпать ресурсы локальной сети и тем самым нарушить работу бизнес-приложений.

Другое дело, что для построения сети камер можно использовать существующую СКС (структурированная кабельная система). То есть поставить в узлах СКС отдельные коммутаторы и подключить к ним камеры, воспользовавшись существующими линиями. Те порты СКС, к которым непосредственно подключаются камеры, можно утопить внутрь короба (коробки) и таким образом скрыть соединение от людей. Только следует обязательно позаботиться о резервировании питания коммутаторов и камер. Для этого в узлы СКС необходимо установить UPS, а камеры запитать по PoE.

Для организации сети видеокамер применяются управляемые коммутаторы не ниже второго уровня (L2). Пароли самых популярных камер открыто передаются в каждом пакете данных, поэтому их можно легко перехватить и после этого перенастроить или подменить камеры. Еще легче определить и атаковать IP-адреса камер. Для этого можно использовать, например, ноутбук и ПО мониторинга сети.

Порты коммутатора, обслуживающие камеры должны поддерживать скорость 100 Мбит/с и PoE (802.3 af), порты восходящих линий (UpLinк) должны обеспечивать 1 Гбит/с. Для подключения уличного узла камер удобно использовать коммутаторы со сменными оптическими модулями (SFP, Mini-GBIC и т. д.).

Предельная допустимая нагрузка на гигабитный порт коммутатора достигается при обслуживании 96 мегапиксельных камер. При большей нагрузке нужно либо создать отдельные сети для разных групп видеокамер, либо воспользоваться возможностью агрегации (объединения производительности) нескольких гигабитных портов (перед выбором коммутатора стоит внимательно его изучить).

Серверы камер и массивы дисков Выявлено, что для обслуживания 20—25 2-мегапикселных камер нужен сервер с двумя четырехядерными процессорами, то есть на одну 2-мегапиксельную камеру должен приходиться приблизительно 1 ГГц вычислительной мощности. Это соответствует рекомендациям производителей камер. Линейная зависимость производительности сервера от сумм частот всех ядер процессоров проверена экспериментальным способом, тестами на обратное преобразование Фурье и распаковку Хафмана. Производительность прочих компонентов сервера (в том числе оперативной памяти) в сумме влияет не более чем на 10% от общей производительности всего сервера.

Забегая чуточку вперед, следует заметить, что настольные компьютеры высокой мощностью не обладают, поэтому на сервер должна быть возложена задача перепаковки кадров до размера, выводимого на экран монитора пользователя.

Серверы с двумя четырехядерными процессорами сегодня присутствуют в линейке каждого производителя, при этом являются наиболее распространенными и доступными по цене. Более производительные серверы стоят значительно дороже, поэтому устанавливаются редко. Снижение производительности сервера, в случае подключения излишне большого числа камер, может не произойти, если мегапиксельные камеры «разбавить» камерами стандартного разрешения и если к одному серверу подключить несколько рабочих мест, а на экран каждого вывести небольшое количество камер, допуская, что часть картинок на сервере перепаковываться не успевает. В последнем случае нагрузка распределяется между сервером и рабочими местами.

Рассчитывать на увеличение времени хранения архива за счет детекции движения в IP-системах видеонаблюдения необходимо достаточно осторожно. Во-первых, с ростом размера картинки пропорционально растет вероятность ложных тревог; во-вторых, мегапиксельные камеры обеспечивают такую глубину сцены, что каждая мелкая деталь является существенной; в-третьих, отдельная группа пикселей IP-камеры «шумнее», чем такая же группа пикселей аналоговой камеры (в том числе за счет компрессии); в-четвeртых, мегапиксельные камеры в первую очередь устанавливаются на улицу, а там картинка «живет» постоянно.

В зависимости от применяемого интерфейсного модуля (экспандера) дисковые полки становятся SAS — или iSCSIдисковыми массивами (сами диски могут быть как SAS, так и SATA). SASинтерфейс позволяет подключить к серверу несколько массивов, соединив их последовательно с помощью специальных кабелей (сразу стоит отметить, что кабели бывают разного типа). iSCSIинтерфейс позволяет с помощью коммутаторов создать отдельную сеть дисковых массивов.

Для поддержки дисковых массивов в сервер должен быть установлен специальный контроллер, совместимый как с массивами, так и с сервером.

Если на совместимость с массивом как-то можно рассчитывать, покупая изделия одной торговой марки, то возможность работы с сервером требует отдельной проверки. Во-первых, сервер может запретить вход контроллера в BIOS; во-вторых, они могут оказаться не совместимыми конструктивно, то есть могут не совпасть слоты, работа нужного слота может зависеть от конфигурации соседнего, может не совпасть высота слотов, помешать радиаторы и т. д.

2.1 Состав комплекта оборудования

Что такое IP видеонаблюдение? Попробуем ответить на этот вопрос, рассмотрев несколько схем организации охранного телевидения, двигаясь от простого к сложному.

Камера — монитор. В такой системе видеокамера получает и передает аналоговый видеосигнал на монитор. Никакой цифровой обработки сигнала не происходит, т.к. в этом нет необходимости. Соединение осуществляется по коаксиальному (антенному) кабелю.

Камера — цифровой регистратор — монитор. Здесь уже происходит оцифровка видеосигнала. Осуществляет ее видеорегистратор. Делается это для различных целей: сжатия изображения для последующей записи и хранения, одновременной работы с несколькими видеокамерами, реализации дополнительных полезных функций (детекция движения, распознавание автомобильных номеров и пр.) Соединение «камера — цифрой регистратор» осуществляется по коаксиальному (антенному кабелю)

IP камера — [сеть LAN, Ethernet, Internet] - [регистратор, ПК, сервер…] - монитор. Т. е. мы получаем распределенную цифровую систему охранного видеонаблюдения (ip видеонаблюдение) на базе стандартной сетевой архитектуры. Подобная схема позволяет применять для анализа и обработки данных современные информационные технологии. Подключения осуществляются по медным или волоконнооптическим кабелям связи.

Рисунок 2.1 — Схема IP видеонаблюдения Пояснение к схеме:

Аналоговая камера — охранная телекамера, имеющая аналоговый видео выход для передачи изображения по коаксиальному кабелю. Обычно кабель подключается с помощью BNC-разъема.

IP камера — специализированная охранная сетевая (web) камера, с встроенным процессором оцифровки и сжатия видеоизображения. Имеют стандартный разъем RJ-45 для подключения в сеть Ethernet по витой паре.

IP видеосервер (кодер) — устройство для оцифровки (кодирования), сжатия и транслирования в сеть Ethernet видеосигнала с аналоговых видео камер. Может обрабатывать изображения с нескольких камер наблюдения.

IP видеосервер + IP видеорегистратор — система, совмещающее в одном корпусе устройство кодирования видеосигнала и его запись на жесткий диск.

IP декодер — специализированнее устройство для преобразования цифрового видеосигнала в несколько каналов аналоговых (по числу камер).

IP декодер + IP видеорегистратор — название говорит само за себя, в одном корпусе преобразователь цифрового видеосигнала в аналоговый и записывающее устройство.

ПК — персональный компьютер, подключенный к сети, позволяет просматривать изображение с ip и аналоговых (через сервер) видеокамер, а также, хранящийся на жестких дисках регистраторов, видеоархив.

Охранный монитор — специализированный монитор для вывода изображения с устройств обработки видеосигнала. Таким образом, при построении подобной схемы охранного теленаблюдения осуществляется работа только с цифровыми данными, которые транслируются и обрабатываются в общей сети. Аналоговый видеосигнал оцифровывается либо самой видеокамерой (ip камера), или это выполняет ip видеосервер.

Далее цифровые видеоданные могут быть записаны на любой, в том числе удаленный, видеорегистратор (-ры). Просмотр осуществляется либо с подключенного в сеть персонального компьютера, либо на экране охранных мониторов через ip сервер. Все эти функции могут быть реализованы в любом, произвольном порядке и совместно. Например, с персонального компьютера можно вывести картинку одновременно с отдельной ip камеры и записанное изображение с любого регистратора.

2.2 Преимущества сетевого IP видео

Сетевые видеосистемы IP предлагают целый ряд преимуществ над традиционными аналоговыми системами. Удобство, экономичность и общая эффективность системы CCTV играют важную роль в решении перейти на IP.

Доступность

В то время как развивается тенденция по сокращению количества персонала, занимающегося эксплуатацией охранных систем, сети IP позволяют осуществить дальнейшую централизацию. Один оператор может отслеживать дистанционные и беспроводные камеры в любой точке сети, а видеоизображение может сохраняться также удаленно.

Упрощенная установка при малых затратах Сетевые видеосистемы IP не требуют прокладки дорогого коаксиального кабеля как в аналоговых системах, а соединяются через САТ-5 или беспроводные системы связи, которые уже имеются во многих зданиях.

Снижение затрат на хранение Когда замкнутая телевизионная система вступает в сетевой мир, она позволяет Вам воспользоваться преимуществами IT-технологий, такими как подключаемое к сети устройство хранения данных и архитектура «сервер-хранилище данных», которые могут вмещать в себя огромные объемы информации. Система использует выделенные серверы с большой плотностью хранения, вместо того чтобы полагаться на единственный накопитель на жестких дисках. Видеоизображения на этих серверах становится доступным каждому пользователю сети.

Надежность Межсетевой протокол IP использует преимущества веб-технологии для создания более надежной системы защиты. Он может автоматически переадресовать видеотрафик в резервную систему хранения в случае нарушения электроснабжения или выхода сети из строя.

Расширяемость IP-сети предлагают повышенную универсальность для расширения системы CCTV. Можно не просто добавить камеры, но и увеличить объем хранения, распределяя его по всей сети. Кроме того, IP-сети способны поддерживать многочисленных абонентов. Подобно тому, как сервер электронной почты может одновременно отправлять информацию большому количеству получателей, сетевой коммутатор способен клонировать видео и использовать одни и те же данные много раз.

Качество видеоизображения Современные IP-системы используют формат MPEG-4, который позволяет более эффективно использовать сеть по сравнению с форматом M-JPEG. Для тех случаев, когда более низкое качество является достаточным и помогает управлять объемом сохраняемой информации, IP предоставит Вам возможность выбирать качество видеоизображения и устройства хранения в соответствии с Вашими потребностями.

Системы управления видеоизображением — соединение возможностей компьютерного и аналогового просмотра Лучшие системы CCTV позволяют просматривать видео на компьютерных и аналоговых мониторах. Система управления видеоизображением (VIDOS)обеспечивает единые средства управления обоими мониторами, что является самым эффективным способом управления видеоинформацией в замкнутой телевизионной системе на базе IP-сети.

Кстати, MPEG-4 сохраняет лишь обозначенные опорные кадры, а затем различия между последующими кадрами. Так что если вид шоссе остается неизменным несколько часов, эта сцена и любые изменения в ней требуют минимальной памяти. А количество опорных кадров задается в зависимости от конкретных нужд пользователя.

Двойная потоковая передача

В зависимости от выбранной модели пользователи могут регулировать частоту кадров, стандарт сжатия и/или разрешающую способность для управления качеством видеоизображения с разными целями одновременно — от локального просмотра до просмотра через спутник или Интернет, а также для архивирования. В результате достигается способность управлять частотой кадров и разрешением для каждого потока видео данных.

Встроенное обнаружение движения Обнаружение движения через шифратор IP обычно используется для доведения сигнала тревоги до оператора, увеличения частоты кадров записи с целью более детальной фиксации события и становится причиной того, что видео тревожного сигнала надежно сохраняется на месте или на удаленном сетевом видеорегистраторе.

Многоадресная передача Сетевая IP-технология позволяет переключить сеть на автоматическое клонирование информации, если многочисленные получатели хотят просмотреть одно и то же видео. Нужный переключатель позволяет многочисленным абонентам видеть одну и ту же камеру по локальной или глобальной сети без нагрузки на единственный шифратор. Это важный компонент расширяемого решения.

Регулирование пропускающей способности Даже выделенные сети CCTV периодически могут подвергаться перегрузке. Частота кадров может временно снижаться при сохранении резкости каждого изображения, или, наоборот, то же самое количество кадров может записываться с меньшим разрешением. Каждый шифратор может программироваться таким образом, чтобы используемая им пропускная способность повышалась и понижалась по мере необходимости для сохранения частоты кадров и разрешения. Пользователь может зафиксировать максимальный порог для гарантии того, что даже если каждый шифратор в сети окажется активным, система все же не превысит общее значение допустимой пропускной способности

Влияние IP на технологию защиты

Наиболее эффективными охранными системами являются те, которые способны учесть все аспекты. Но для этого подсистемы должны общаться на одном языке. IP-технология и является этим общим языком. В системе на базе IP клиенты могут интегрировать оптимальные решения для систем проникновения и доступа с камерами CCTV, которые уже адаптированы к IP.

Аудио Подобно Интернет-радио, IP позволяет передавать звуковые сигналы на огромные расстояния. А так как это цифровой звук, а не аналоговый, его качество не снижается на больших расстояниях. После архивации звуковой сигнал может воспроизводиться снова и снова без ухудшения качества. Более важно то, что не нужно прокладывать отдельные провода для микрофона или громкоговорителя от камеры до наблюдателя. Вся связь осуществляется через сеть Ethernet.

Сигналы тревоги Сигналы тревоги могут запускаться с помощью огромного диапазона продуктов, включая контакты, датчики и прочие системы. Но теперь, вместо передачи по двум проводам при наличии напряжения, они стали битами информации, которые могут быть получены по сети кем угодно — даже многочисленными абонентами.

Ретрансляторы Центральные пункты слежения просто не могут позволить себе иметь выделенные провода, проложенные к каждому месту и устройству, которые нужно контролировать. IP-технология позволяет оператору включить и выключить что угодно и контролировать это из любой точки земного шара.

Последовательные порты Средний последовательный кабель становится ненадежным уже через 3−4 метра. Но, превращая последовательно передаваемые данные в IP, те же самые данные можно передавать по всей планете в обоих направлениях. В системах видеонаблюдения это особенно важно для надежной работы камер PTZ на большие расстояния.

Беспроводные технологии Успехи беспроводных технологий подогревались спросом на повышенную мобильность и простоту монтажа. IP-продукты моментально подхватили эту тенденцию, не требуя каких-либо изменений в своей технологии. Где зародилась эта технология? Представьте, что Вы прогуливаетесь с единственным беспроводным планшетом и наблюдаете за любой камерой в сети. Или моментально устанавливаете камеры вдоль туннелей и мостов без каких-либо кабелей кроме силовых. Эта технология быстро развивается. Будущее не за горами.

2.3 ПО для IP системы видеонаблюдения

Архитектура TRASSIR реализована таким образом, что все задачи, связанные с видеонаблюдением и аудиозаписью выполняются непосредственно в нем, а часть, отвечающая за контроль доступа или охранную и пожарную сигнализацию, частично или полностью выведена на уровень взаимодействия с другими системами безопасности путем встраивания дополнительных программных и аппаратных модулей.

Структура программного обеспечения выполнена таким образом, что управление всеми процессами системы можно осуществлять с одной рабочей станции. Реализация структуры «от простого к сложному» позволяет осуществлять доступ ко всем необходимым оперативным настройкам путем одного нажатия правой кнопки мыши, а расширенные настройки управления системой доступны из панели управления интерфейса пользователя при работе в режиме администратора. В этом режиме инженер, осуществляющий монтаж, настройку и дальнейшее сопровождение продукта, имеет доступ к встроенному инструменту диагностики работы системы.

В TRASSIR все операции, включая мониторинг, запись архива, просмотр архива, настройки, доступ по сети, просмотр архива по сети, а также взаимодействие с интегрированными системами безопасности осуществляются параллельно в одной программе в едином интерфейсе. Дополнительные программы под специальные задачи не нужны.

TRASSIR имеет удобную двухуровневую систему настроек по принципу «от простого — к сложному»: основной уровень для быстрого доступа оператора к индивидуальным настройкам каждой камеры и расширенный уровень для администратора, где в одном месте сконцентрированы все настройки системы и статистические данные. Можно регулировать разрешение, уровень сжатия, задать скорость ввода, настроить яркость, контрастность и освещенность.

Работа с архивом

В системах TRASSIR запись в архив ведется с использованием прогрессивной технологии «MultiStor»: при наличии нескольких накопителей запись с каждой камеры ведется по очереди на каждый из них. За счет этого в случае выхода из строя одного из накопителей, информация на других сохраняется. В настройках записи в архив можно указывать объем оставляемого места на диске, какой объем информации удалять за один раз, какой объем места может занимать архив, а также предусмотрена система диагностики и статистики свободного места на каждом из накопителей. Просмотр записи по локальной сети и Интернет. Фрагменты из архива можно просматривать в любом порядке, прокручивать вперед и назад, увеличивать и уменьшать скорость просмотра, просматривать покадрово, создавать снимки в форматах *.BMP или *.JPG. Осуществляется запись по расписанию и по детекции. Предусмотрена предзапись.

Работа с окнами

В программном обеспечении TRASSIR есть редактор шаблонов, с помощью которого можно задавать собственную конфигурацию окон, их размер, расположение на экране, в выборочном порядке распределять камеры по окнам.

Детектор движения

В программном обеспечении TRASSIR можно устанавливать порядка от 100 до 12 000 зон детекции в зависимости от модели системы. Предусмотрены детектор быстрого движения, медленного движения и детектор оставленных предметов.

Работа с сетью

Программное обеспечение TRASSIR является одновременно «Клиентом» и «Сервером», поддерживает многопользовательский режим с возможностью разграничения прав доступа. Для работы по сети предназначено программное обеспечение «Клиент», которое поставляется бесплатно в любом количестве и рассчитано на неподготовленного пользователя (отсутствует управление настройками системы). Программа «Клиент» обеспечивает не только удаленный мониторинг текущих событий, но и полноценный доступ к архивам, отвечающий требованиям безопасности данных. Количество серверов и клиентов в распределенной системе видеонаблюдения не ограничено. В систему встроен механизм диагностики и статистики передачи потока по сети.

Цифровая система видеонаблюдения и аудиозаписи TRASSIR позволяет выводить видеоизображение сразу на несколько мониторов одновременно, при этом организовать многомониторный режим работы можно двумя способами: с помощью функции xScreen и программно-аппаратного комплекса TRASSIR MDI.

Функция xScreen входит в стандартный пакет программного обеспечения TRASSIR, включая серверную и клиентскую версии, и позволяет выводить изображение на несколько (до 4) VGA мониторов через стандартные графические видеоадаптеры.

Программно-аппаратный комплекс TRASSIR MDI — дополнительный программный модуль для плат преобразования видеосигнала из цифрового в аналоговый формат. Каждая плата TRASSIR MDI имеет по 2 видео и аудиовыхода, по одному на каждый аналоговый CCTV монитор. К видеорегистратору TRASSIR можно подключить до 32 аналоговых CCTV мониторов. Это позволяет организовать на большом объекте с распределенной структурой камер видеонаблюдения удобный комплекс охраны. TRASSIR MDI идеально подходит для использования системы видеорегистрации TRASSIR с видеостенами, аналоговыми мультиплексорами, матричными коммутаторами, телевизионными приемниками; преобразования цифровых видеои аудиосигналов в аналоговые; постепенного внедрения цифровой системы видеонаблюдения, при наличии на объекте аналогового варианта. Также как и функция xScreen, TRASSIR MDI доступен как в серверной, так и в клиентской версии программного обеспечения TRASSIR.

Базовые возможности стандартного программного обеспечения TRASSIR

Программное обеспечение TRASSIR в стандартной комплектации обладает всеми возможностями, присущими классической системе цифрового видеонаблюдения. Функции, заявленные ниже, доступны в любой линейке продукта:

· Система TRASSIR многозадачная, что позволяет пользователю одновременно наблюдать в реальном времени за охраняемым участком, вести запись в видеоархив и просматривать фрагменты из архива во время или сразу после возникновения внештатных ситуаций.

· Расположение камер на мониторе можно составлять произвольно, используя мастер шаблонов. Программа поддерживает одновременное использование нескольких шаблонов. Каждому отдельному окну можно самостоятельно задать свою камеру путем ее перетаскивания (drag&drop) в форму окна.

· Для определения объекта и типа угрозы используется полный набор стандартной видеодетекции: детекторы быстрого и медленного движения, детектор оставленных предметов.

· Запись видеоизображения в архив производится как постоянно, так и по детекции, расписанию и правилам.

· Планирование записи видеоизображения по расписанию для каждой камеры отдельно.

· Регулирование степени компрессии видеоинформации.

· Гибкая настройка дискового пространства. Поддерживаются все типы носителей: от жестких дисков до съемных дисков. В случае сбоя записи на один из носителей выдается предупредительное сообщение о прекращении записи, а система продолжает работать и вести запись на другие диски. Поддерживается неограниченное количество носителей.

· Функция циклической записи предохраняет диски от переполнения и автоматически удаляет из архива наиболее старые видеофрагменты, что дает возможность оператору не задумываться о количестве свободного места на носителях.

· Поддержка многопользовательского режима работы: многоуровневая система разграничения доступа позволяет создавать большое количество пользователей с различными правами.

· Циклический просмотр видеоканалов и шаблонов (последовательное переключение).

· Поддержка автовхода в систему (без пароля) и задания нового пароля не менее определенного количества символов. Доступ на управление и отображение для каждой камеры задается индивидуально.

· Широкий спектр настроек для каждого видеоканала: яркость, контрастность, цветность, сжатие, скорость записи, настройки детекторов и др.

· Программа-сервер поддерживает удаленный доступ по сети для неограниченного количества пользователей.

· Во время работы по сети TRASSIR отображает статистические данные, предназначенные для мониторинга за состоянием соединения: скорость передачи данных, скорость видеопотока.

· Возможность переноса и просмотра видеоархива на других компьютерах с помощью внешнего плеера.

· Подробный журнал событий: все события отображаются и сортируются в журнале событий и сохраняются на компьютере в виде лог-файлов.

· Управление телеметрией и поворотными камерами (PTZ), более 100 моделей.

· Поддержка многомониторного режима работы: базовая поддержка до 4 VGA мониторов, опциональная поддержка до 32 аналоговых CCTV мониторов.

· Готовность к интеграции с системами охранно-пожарной сигнализации, контроля доступа и системой распознавания автомобильных номеров Auto-TRASSIR.

· И многое другое.

Таблица 2.1 — Характеристика ПО

2.4 Состав оборудования системы сетевого IP видео

Рисунок 2.2 — Структурная схема сети видеонаблюдения Условные обозначения: К — камера внутренненго наблюдения; ЖД — сервер хранения данных; ПК — персональный компьютер; М — монитор наблюдения; ДУ — пульт управления камерами (если это позволяют камеры); В — видеорегистратор; ДМ — дисковый массив.

Рисунок 2.3 — Компактная PTZ-камера Sanyo VCC-HD5400P

2-мегапиксельная камера VCC-HD5400P компании Sanyo Electric имеет оригинальный корпус купольного типа, оснащена вариообъективом с 6,3−63 мм, PTZ устройством и подходит для систем видеонаблюдения самых разных объектов. Она использует фирменные технологии обработки видеосигнала Xacti HD-Pro и Optimum IP-Pro и позволяет дополнить функциональность PTZ камеры видеоаналитикой. VCC-HD5400P оснащена ½, 5″ CMOS-сенсором, может формировать видео при минимальной освещенности 2,0/0,1 лк и передавать по сети до 4 потоков в H.264/M-JPEG с разрешением до Full HD 1080p при 25 к/с. Поворотное устройство камеры обеспечивает панорамирование на 360? и наклон от -20? до 200? со скоростью 350?/сек. Кроме того, эти камеры поддерживают двунаправленное аудио, технологии 3D DNR и PoE, имеют детектор движения, 4/2 тревожных входа/выхода, слот для карт SDHC, разъем для подключения внешнего HDD, выход HDMI, и могут работать под управлением ПО Sanyo VMS и др. производителей.

Компактная модель VCC-HD5400P входит в состав модельного ряда мегапиксельных камер 2009 года компании Sanyo Electric. Она полностью готова к установке внутри помещения, позволяет оператору видеосистемы управлять PTZ функциями и обеспечивает разрешение Full HD в сочетании с полнокадровым форматом трансляции видео. В отличие от других моделей этой линейки, VCC-HD5400P использует систему Twin Engine: две фирменные технологии обработки видеосигнала Xacti HD-Pro и Optimum IP-Pro, которые повышают производительность PTZ камеры и скорость передачи видео, за счет того, что обработку, формирование изображения, и трансляцию видео по сети обеспечивают два отдельных процессора. В дополнение к этому, купольные модели Sanyo с Twin Engine поддерживают алгоритмы анализа видеоизображений, что немаловажно для охранных видеосистем.

Мегапиксельный варифокальный объектив с фокусным расстоянием 6,3−63 мм, которым оснащена эта модель Sanyo, позволяет не только вести видеосъемку с высокой степенью детализации изображения, но и задействовать PTZ-функционал VCC-HD5400P. При этом 10-кратное оптическое увеличение модели дополняет 16-кратный цифровой зум, благодаря чему максимальное суммарное увеличение PTZ камеры достигает 160 крат. За счет наличия функций ручной и автоматической фокусировки, оператор видеосистемы может выбрать оптимальный для условий видеонаблюдения режим, например, настроить VCC-HD5400P таким образом, чтобы фокусировка производилась автоматически при переходе камеры из цветного в монохромный режим и обратно. С помощью поворотного устройства, купольная камера способна выполнять непрерывное панорамирование на 360° в горизонтальной плоскости, а также наклон в вертикальной плоскости от -20° до 200°. При этом скорость кругового вращения и наклона у Sanyo VCC-HD5400P составляет 350°/сек. Поворотное устройство этой PTZ камеры программируется на 256 предустановок, а оператор охранной видеосистемы с соответствующими пользовательскими правами может назначать для нее туры патрулирования, активировать режим автоматического панорамирования, функции PTZ, автовозврата и др.

В отличие от многих аналогов, эта 2-мегапиксельная камера оснащена ½, 5-дюймовым CMOS-сенсором с прогрессивной разверткой и способна вести съемку любых, в том числе, быстро движущихся объектов, формируя цветное/черно-белое видео при освещенностях до 2,0/0,1 лк. В меню настроек VCC-HD5400P можно установить требуемые параметры PTZ камеры и активировать такие функции как режим накопления кадров, шумоподавления 3D-DNR, компенсации встречной засветки, АРУ, автоотслеживание баланса белого и др. Через композитный видеовыход к камере можно подключить сервисный монитор и выполнить настройку, в том числе PTZ, не только по сети, но и непосредственно на месте ее работы.

При трансляции видеоизображения по сети, VCC-HD5400P позволяет оператору видеосистемы отрегулировать характеристики каждого из 4 потоков камеры: можно выбрать алгоритм сжатия изображения — прогрессивный H.264 или ресурсоемкий M-JPEG, форматы кадра — 4:3 и 16:9 и др. Помимо этого, в настройках PTZ камеры предусмотрены различные варианты разрешения кадра и фреймрейта. Например, VCC-HD5400P может передавать видео с максимальным разрешением Full HD 1080p (1920×1080 пикселей) при 25 к/с как в H.264, так и в M-JPEG. Для защищенной передачи видеоданных высокого разрешения имеется HDMI выход. VCC-HD5400P оборудована 3,5 мм входом для внешнего микрофона и 3,5 мм линейным выходом для подключения к камере динамика, и применяет стандарт аудио компрессии G.711. Она поддерживает двунаправленную передачу аудиосигнала в режиме «полный дуплекс» и позволяет создать на объекте видеосистему с аудиосопровождением. При этом возможно как прослушивание звука с PTZ камеры одновременно с наблюдением в режиме реального времени, так и одновременная запись видео и звука. Кроме того, в меню настройки аудио, камера предусматривает отдельный пункт, позволяющий прерывать передачу звука во время реализации ее PTZ возможностей. Эта купольная камера быстро монтируется на любой потолок и позволяет инсталлятору подавать на нее электропитание напрямую от источников постоянного/переменного тока 12/24 В, либо по технологии Power over Ethernet (PoE). После инсталляции в системе, доступ к видео с PTZ камеры могут получить одновременно не более 20 пользователей. Sanyo VCC-HD5400P обеспечивает сетевую безопасность аудиои видеоданных с помощью современных инструментов защиты, включая SSL, базовую аутентификацию (ID/пароль), фильтрацию IP-адресов и др. Повысить эффективность наблюдения позволяют такие функции, как Cropping Function, когда из целого кадра могут быть вырезаны и переданы по сети изображения с VGA разрешением, а также цифровое PTZ управление, когда поворот/наклон/зум картинки выполняется с помощью электроники.

Бесплатное ПО VA-SW3050LITE поставляется в комплекте с VCC-HD5400P и поддерживает одновременную работу до 128 IP-устройств с управлением через единый веб-интерфейс и функциями видеомониторинга, в том числе, в мультиэкранном режиме. Наряду с этим, настройка камеры, просмотр видео и управление PTZ возможны при помощи веб-браузера. Для создания масштабируемых сетевых или гибридных видеосистем с возможностью централизованного и локального мониторинга предназначено ПО Sanyo VMS VA-SW60 с русифицированным интерфейсом, клиент-серверной архитектурой и неограниченным числом удаленных подключений. В это ПО могут быть интегрированы все PTZ камеры Sanyo и многие другие IP-устройства более 40 известных марок. Кроме того, SDK (Software Development Kit) позволяет интегрировать VCC-HD5400P в ПО других производителей, например, NetStation или Milestone XProtect.

Купольная PTZ модель VCC-HD5400P имеет 4 тревожных входа, к которым могут быть подключены внешние охранные датчики, и 2 выхода для управления исполнительными устройствами, такими как сигнальные лампы, зуммеры, защелки, электромеханические замки и др. Она снабжена видеодетектором движения и поддерживает функции оповещения службы безопасности о тревоге. Дополнительно PTZ камеры имеют слот для сменных карт памяти SD/SDHC для записи и кратковременного хранения данных, и исключения потерь информации в случае сбоя связи с сервером. Более того, камера снабжена USB-портом для прямого подключения опционального HDD.

Таблица 2.1 — Основные технические характеристики на PTZ камеры Sanyo VCC-HD5400P