Проектирование системы видеомониторинга с использованием сети провайдера

Аннотация

1. Постановка цели и задач дипломного проекта

2. Расчетно-проектная часть

2.1 Проектирование сети видеомониторинга

2.2 Организация видеоконтроля

2.2.1 Размещение камер видеонаблюдения на перекрестках

2.2.2 Расчет зон обзора видеокамер

2.2.3 Расчет необходимого количества видеокамер

2.2.4 Выбор средств видеоконтроля для оборудования объекта

2.3 Подключение системы видеонаблюдения к сети провайдера

2.3.1 Выбор и обоснование канала связи

2.3.2 Выбор системы радиодоступа

2.3.3 Выбор стандарта радиодоступа

2.3.4 Выбор оборудования подключения к сети провайдера

2.4 Анализ стандарта сжатия видеоизображения

2.4.1 Критичность к задержке данных при передаче информации

2.5 Расчет радиоканала

2.5.1 Расчет необходимого уровня сигнала на входе приемника

2.5.2 Расчет зон радиопокрытия технологии bluetooth

2.6 Расчет пропускной способности сети

2.7 Расчет необходимого объема жесткого диска и времени записи

2.8 Структурная схема организации связи

3. Конструкторско-технологическая часть

3.1 Технические характеристики камеры

3.2 Установка устройства

3.3 Назначение IP-адреса камере и доступа к ней

3.4 Просмотр изображения, поступающего с камеры

4. Экономическая часть

4.1 Инвестиционный план

4.1.1 Правовая основа функционирования предприятия

4.1.2 Лицензирование

4.1.3 Капитальные затраты

4.1.4 Дополнительное оборудование

4.1.5 Аренда помещения

4.2 Инвестиционные средства предприятия

4.3 Производственный план

4.3.1 Структура предприятия

4.3.2 Расчет затрат на эксплуатацию оборудования

4.3.3 Налог на имущество

4.3.4 Затраты на электроэнергию и коммунальные услуги

4.4 План маркетинга

4.4.1 Реклама

5. Безопасность и экологичность проекта

5.1 Анализ и идентификация опасных и вредных производственных факторов

5.1.1 Недостаточная освещенность рабочего места

5.1.2 Повышенный уровень электромагнитного излучения оборудования участка сети

5.1.3 Опасность поражения электрическим током

5.2 Мероприятия по обеспечению безопасных и экологичных условий труда

5.2.1 Электробезопасность

5.2.2 Расчет освещения

5.2.3 Защита от электромагнитного излучения Заключение Список литературы Приложения

Аннотация

В данной работе представлен проект сети видеомониторинга грузопассажирского движения в Кировском районе г. Уфы.

В дипломном проекте рассматривается метод обеспечения безопасности дорожного движения на перегруженных перекрестках.

Целью проекта является проектирование системы видеомониторинга с использованием сети провайдера, которая позволяет:

1) Распознавать автомобильные номера;

2) Распознавать транспортные средства по следующим типам: легковые, грузовые, автобусы, мотоциклы;

3) Сохранять в архиве снимки транспортных средств и распознанных ГРЗ по каждому идентифицированному транспортному средству;

4) Осуществлять мониторинг дорожной обстановки в режиме реального времени;

5) Отслеживать, осуществлять видеои фотофиксацию различных типов нарушений ПДД:

— движение по встречной полосе;

— пересечение сплошной линии;

— нарушение рядности движения;

— остановки в неположенном месте;

— проезд на запрещающий сигнал светофора;

— переход пешехода на нерегулируемом пешеходном переходе.

— проверка транспортных средств по базам регистрационных номеров, в том числе по базам розыска;

— уведомление оператора о нарушениях ПДД и о появлении автомобиля, включенного в базу разыскиваемых ТС;

— уведомление о наличии пробок.

Для реализации поставленной цели, необходимо решить ряд задач:

— заключить договор с провайдером об условиях предоставлениях линии связи, оборудования;

— выбрать аварийно опасные перекрестки в городе;

— произвести расчет характеристик видеокамер, устанавливаемых на перекрестках. По рассчитанным параметрам выбрать модели видеокамер, выбрать места установки видеокамер на перекрестках. Рассчитать зоны покрытия видеокамер на перекрестках;

— выбрать канал связи для подключения к сети провайдера;

— выбрать оборудование сети видеомониторинга;

— организовать в полке ГАИ круглосуточное видеонаблюдение за выбранными перекрестками.

Практической ценностью дипломной работы является разработка эффективного, с точки зрения пропускной способности и экономичности, радиоканала передачи видеосигнала с использованием технологии bluetooth.

Пояснительная записка проекта включает: общую часть, расчетно-проектную часть, конструкторско-технологическую часть, организационно-экономическую часть, раздел безопасность и экологичность проекта, чертежи.

В общей части описаны такие вопросы, как: назначение и характеристика проектируемой сети видеомониторинга; анализ технической литературы и патентных исследований.

В конструкторско-технологической части рассмотрены вопросы: подключение системы видеонаблюдения к сети провайдера: выбор и обоснование канала передачи системы видеонаблюдения; чертеж зон покрытия камер; чертеж зон радиопокрытия камер; разработка чертежа сети видеомониторинга.

Организационно — экономическая часть представляет экономическую оценку проектируемого проекта, раскрывая такие вопросы, как: организация производства и управления; расчет фондов заработной платы; расчет капитальных затрат; расчет сметы расходов на содержание и эксплуатацию оборудования.

Рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности и охраны труда.

Введение

Россия переживает бурную автомобилизацию, причем рост числа автомашин значительно опережает темпы строительства новых дорог. Еще в 1998 году был превышен показатель 100 автомобилей на тысячу человек в среднем по стране, сегодня, в 2010 году, количество машин составляет 230−300 на тысячу человек, а годовые продажи легковых автомобилей перешагивают отметку 3 миллиона. Являясь одним из показателей благосостояния общества, высокая автомобилизация влечет за собой все больше негативных последствий, особенно в крупных городах. При чрезмерно высокой плотности транспортных средств скорость движения снижается настолько, что автомобиль полностью утрачивает одно из важнейших своих достоинств — динамичность. В часы пик скорость сообщения на улицах крупных городов составляет 5−10 км/ч, что дискредитирует саму идею, заложенную в автомобиль при его создании — экономию времени за счет высокой скорости сообщения.

Вторым негативным последствием роста автомобилизации населения является повышение количества дорожно-транспортных происшествий. ДТП наносят экономике России ущерб, размеры которого составляют 2,2−2,6% ВВП — портятся дорогостоящая техника и грузы, получают увечья и гибнут люди. Решение проблемы безопасности дорожного движения относится к наиболее приоритетным задачам развития страны.

Обеспечение быстрого и безопасного движения в современных городах требует применения комплекса мероприятий архитектурно-планировочного и организационного характера.

К числу архитектурно-планировочных мероприятий относятся строительство новых и реконструкция существующих улиц, многоуровневых транспортных развязок, подземных и надземных пешеходных переходов, объездных дорог вокруг городов для отвода транзитных транспортных потоков и т. д. Понятно, что такие мероприятия требуют значительных капиталовложений и не всегда осуществимы.

Организационные мероприятия способствуют упорядочению движения на уже существующей улично-дорожной сети. При реализации таких мероприятий особая роль принадлежит внедрению технических средств регулирования с применением ЭВМ, средств автоматики, телемеханики, диспетчерской связи и телевидения для управления движением в масштабах крупного района или целого города.

1. Постановка цели и задач дипломного проекта Источников, которые достаточно полно характеризуют общее состояние изученности темы и ее отдельных вопросов, достаточно много. Основные из них, которые будут использоваться для создания дипломного проекта, приведены в библиографическом списке. Источники содержат всесторонний анализ систем видеонаблюдения, технологии беспроводной и проводной передачи данных и т. д.

Так же был произведен патентный поиск, в ходе которого был найден ряд патентов на полезные модели системы видеомониторинга. Для сравнения с проектируемой системой, был выбран патент № HO4N7/18, который предлагает формулу полезной модели, состоящей из стационарных видеокамер с аналоговым интерфейсом, коммутатора и сервера архива соединенных с сетью Ethernet. Был произведен анализ аналога и проектируемой системы, выделены их отличительные признаки и технико-экономические преимущества разрабатываемого проекта. Основные отличия предложенного решения заключаются в:

1) Использовании существующей линии передачи для создания системы видеомониторинга. Это решение экономически выгоднее, т.к. при создании проектируемой сети достаточно большую часть затрат вызывает создание линии передачи;

2) Передаче видеоданных от камер в сеть провайдера по радиоканалу.

Предложенное в работе решение по организации системы беспроводной передачи данных позволяет решить задачу быстрой и простой организации каналов связи для осуществления видеомониторинга за дорожным движением.

Еще одним преимуществом является максимальная простота и удобство в установке и эксплуатации. Не требуется подключения специального программного обеспечения и интеграции с другими системами, что исключает возможные осложнения при обеспечении доступа в Интернет.

На основе анализа технической литературы и патентных исследований, было установлено, что разумным шагом по обеспечению безопасности на дорогах и управлению дорожным движением является установка на автомобильных дорогах систем видеонаблюдения. Во-первых, видеоизображение — это наиболее содержательный и адекватный человеческому восприятию способ подачи информации. Во-вторых, в дальнейшем систему видеонаблюдения можно расширить до системы, автоматически определяющей характеристики дорожного движения путем анализа изображения.

Технология компьютерной обработки изображений, сформированных при помощи телевизионной камеры, которая установлена вблизи определенного участка автодороги, обладает множеством неоспоримых преимуществ по сравнению с другими способами измерения характеристик транспортных потоков. Как уже было отмечено, видеоизображение — это наиболее содержательный и адекватный человеческому восприятию способ подачи информации. В отличие от людей, автомобили как объекты наблюдения имеют более простой и предсказуемый характер движения — заранее известны область и возможные направления их движения. При правильной установке телекамеры корпуса отдельных автомобилей на трассе не закрывают друг друга. Все это упрощает организацию видеонаблюдения за автомобилями и повышает качество работы подобных систем. Одновременно информация о транспортных средствах и характере их движения может представлять большую ценность для различных категорий потребителей.

Исходя из вышеизложенного, целью данной работы является проектирование системы видеомониторинга с использованием сети провайдера, которая позволяет:

1) Распознавать автомобильные номера;

2) Распознавать транспортные средства по следующим типам: легковые, грузовые, автобусы, мотоциклы;

3) Сохранять в архиве снимки транспортных средств и распознанных ГРЗ по каждому идентифицированному транспортному средству;

4) Осуществлять мониторинг дорожной обстановки в режиме реального времени;

5) Отслеживать, осуществлять видеои фотофиксацию различных типов нарушений ПДД:

— движение по встречной полосе;

— пересечение сплошной линии;

— нарушение рядности движения;

— остановки в неположенном месте;

— проезд на запрещающий сигнал светофора;

— переход пешехода на нерегулируемом пешеходном переходе.

— проверка транспортных средств по базам регистрационных номеров, в том числе по базам розыска;

— уведомление оператора о нарушениях ПДД и о появлении автомобиля, включенного в базу разыскиваемых ТС;

— уведомление о наличии пробок.

Для реализации поставленной цели, необходимо решить ряд задач:

— заключить договор с провайдером об условиях предоставлениях линии связи, оборудования;

— выбрать аварийно опасные перекрестки в городе;

— произвести расчет характеристик видеокамер, устанавливаемых на перекрестках. По рассчитанным параметрам выбрать модели видеокамер, выбрать места установки видеокамер на перекрестках. Рассчитать зоны покрытия видеокамер на перекрестках;

— выбрать канал связи для подключения к сети провайдера;

— выбрать оборудование сети видеомониторинга;

— организовать в полке ГАИ круглосуточное видеонаблюдение за выбранными перекрестками.

2. Расчетно-проектная часть

2.1 Проектирование сети видеомониторинга видеонаблюдение сеть сигнал камера Для проектирования системы видеомониторинга выбрана существующая сеть ОАО «Башинформсвязь»: от жилого дома до АТС — Metro Ethernet, между АТС — волоконно оптическая SDH магистраль мощностью 2,5 Гбит/с, построенная на базе мультиплексоров уровня STM-16.

Схема сети ОАО «Башинформсвязь», с предполагаемыми местами установки камер, представлена в приложении А.

На сегодняшний день технология SDH заслуженно считается не только перспективной, но и достаточно апробированной технологией для создания транспортных сетей. Технология SDH обладает рядом важных достоинств с пользовательской, эксплуатационной и инвестиционной точек зрения:

— умеренная структурная сложность, снижающая затраты на монтаж, эксплуатацию и развитие сети, в том числе подключения новых узлов;

— широкий диапазон возможных скоростей — от 155 Мбит/с (STM-1) до 2,488 Гбит/с (STM-16) и выше;

— высокая надежность системы, благодаря централизованному мониторингу и управлению;

— надежность сети, обусловленная тем, что сеть использует волоконно-оптические кабели, передача по которым практически не подвержена действию электромагнитных помех;

— архитектура и гибкое управление системы позволяет использовать защищенный режим работы, допускающий два альтернативных пути распространения сигнала с почти мгновенным переключением в случае повреждения одного из них, а также обход поврежденного узла сети.

Перечисленные достоинства делают решения, основанные на технологии SDH, рациональными с точки зрения инвестиций. В настоящее время она может считаться базовой для построения современных транспортных сетей.

Структурная схема транспортной сети SDH провайдера представлена на рисунке 1:

Рисунок 1 — Структурная схема сети SDH провайдера С провайдером заключен договор об услугах предоставления линий связи. Он предоставляет нам патч-корд, сетевое имя, сетевой адрес и маску сети для сервера, сетевой адрес шлюза и пару сетевых адресов своих DNS серверов.

Для создания системы видеомониторинга выбраны три перегруженных перекрестка Кировского района г. Уфы:

— ул. Театральная — ул. Пушкина;

— ул. Бакалинская — ул. Менделеева;

— ул. Ленина — ул. Октябрьской Революции.

На каждом из перекрестков планируется установка камер видеонаблюдения, данные от которых будут поступать по каналу связи в сеть провайдера и далее в полк ГАИ, где будут обрабатываться, храниться и фиксироваться.

2.2 Организация видеоконтроля

2.2.1 Размещение камер видеонаблюдения на перекрестках Важную роль в обеспечении нормальной работы видеокамер играет выбор места установки камер на перекрестке. При этом нужно обратить внимание на два момента. Во-первых, следует, по возможности, исключить засветки объектива прямым или отраженным солнечным светом либо мощными источниками искусственного освещения, например, прожекторами. И, во-вторых, нужно ориентировать видеокамеру таким образом, чтобы в поле зрения попадали все уязвимые места (окна, двери, люки и т. п.)[6].

Для того чтобы избежать засветок, рекомендуется:

— не ориентировать видеокамеру в южную сторону;

— устанавливать видеокамеру на потолке либо на стене или в углу с наклоном ее — вниз;

— использовать корпус или кожух;

— не направлять видеокамеру на блестящие, хорошо отражающие свет предметы (зеркала, лужи и т. п.), окна.

В качестве мест установки камер видеонаблюдения выбраны светофоры и столбы освещения. Выбор обусловлен рядом причин:

— решается один из важнейших вопросов с подачей питания к камерам;

— простота монтажа;

— при размещении на столбах камеры полностью охватывает территорию наблюдения.

2.2.2 Расчет зон обзора видеокамер Геометрическими размерами зоны определяется угол зрения камеры. Для видеонаблюдения, открытых площадок, на перекрестках применяются камеры с углом зрения около 90°, либо камеры с меньшими углами зрения, устанавливаемые на поворотных платформах. Так как в нашем случае видеокамеры устанавливаются на светофорах (на высоте h = 3 м) и столбах освещения (на высоте h = 4 м) — выбираем первый вариант.

Угол обзора видеокамеры по вертикали меньше угла обзора по горизонтали, что определяется соотношением сторон ПЗС — матрицы .

Расчет угла обзора по вертикали Необходимо получить следующие значения для камер:

Таблица 1- Необходимые значения камер видеонаблюдения

Так же верхняя граница угла обзора по вертикали должна быть не ниже горизонтальной линии.

Угол обзора по вертикали в градусах рассчитывается из соотношения (1), получаемого из рисунка 2:

Рисунок 2 — К определению угла обзора по вертикали

(1)

Если видеокамера устанавливается выше центра плоскости наблюдения, то необходимый угол обзора по вертикали будет уменьшаться от значения б₁ до значения б₂. В этом случае угол обзора по вертикали рассчитывается из соотношения (2), получаемого из рисунка 3:

Рисунок 3 — К определению угла обзора по вертикали

(2)

Таким образом, при установке видеокамеры на высоту h, абсолютное уменьшение требуемого угла обзора по вертикали рассчитывается по формуле (3):

(3)

Относительная ошибка в случае определении угла обзора по вертикали стандартным методом вычисляется по формуле (4):

(4)

Весьма важным вопросом при проектировании системы видеонаблюдения является учет мертвой зоны под видеокамерой.

Размер непросматриваемой камерой зоны L можно определить по формуле (5):

м, (5)

где h — высота установки камеры, м;

в — угол между оптической осью камеры и вертикалью;

б — угол зрения камеры в вертикальной плоскости;

L₁ — расстояние по горизонтали — удаление выходного зрачка телевизионной камеры от поверхности ее крепления (например, стены);

L₂ — размер непросматриваемой камерой зоны без учета удаления точки установки камеры от вертикальной поверхности крепления.

При размещении камеры нужно стремиться к тому, чтобы длина питающих и сигнальных кабелей была минимальной.

Видеокамеры удалены от поверхности крепления на расстояние L₁ = 0,1 м, так как крепятся на светофоры и столбы освещения с помощью кронштейна. Высота установки видеокамеры берется исходя из средней высоты столба освещения h = 4 м и светофора h = 3 м. Зададим мертвую зону L? 1 м. Верхняя граница угла обзора по вертикали должна быть не ниже горизонтальной линии, т. е.. Таким образом получаем систему (6):

(6)

Решив эту систему для каждой камеры, подставляя данные из таблицы 1, получим результаты, сведенные в таблицу 2.

Таблица 2- Результаты расчета угла обзора по вертикали

Расчет угла обзора по горизонтали Угол обзора по горизонтали в градусах рассчитывается из соотношения (7), получаемого из рисунка 4:

Рисунок 4 — К определению угла обзора видеокамеры по горизонтали

(7)

Угол обзора видеокамеры по вертикали меньше угла обзора по горизонтали, что определяется соотношением сторон ПЗС — матрицы .

Таблица 3- Результаты расчета угла обзора по горизонтали

Размеры минимальной различимой детали объекта контроля, которая может различаться с помощью камер, определяется выражениями (8) и (9):

(8)

(9)

где R_в — разрешение телевизионной камеры, ТВЛ;

D — расстояние до объекта контроля, м;

S_г, S_в — размеры минимальной различимой детали объекта контроля по горизонтали и вертикали, мм;

а_г, а_в — углы зрения объектива по горизонтали и по вертикали.

2.2.3 Расчет необходимого количества видеокамер Объектом наблюдения наших камер являются перегруженные транспортом перекрестки. Углы обзора видеокамер по горизонтали варьируются от 93⁰ до 100⁰. Чтобы площадь зон обзора камер покрывала площадь перекрестка достаточно установить три видеокамеры на каждом из перекрестков. При этом камеры не должны сосредотачиваться в одной точке, необходимо установить камеры так, чтобы их зоны обзора немного перекрывались.

Таким образом, количество видеокамер на одном перекрестке — 3.

Размещение камер видеонаблюдения на перекрестках представлено на рисунках 5, 6, 7 и в приложении Б, В, Г.

Рисунок 5 — Размещение камер видеонаблюдения на перекрестке ул. Пушкина — ул. Театральная Рисунок 6 — Размещение камер видеонаблюдения на перекрестке ул. Октябрьской Революции — ул. Ленина Рисунок 7 — Размещение камер видеонаблюдения на перекрестке ул. Бакалинская — ул. Менделеева

2.2.4 Выбор средств видеоконтроля для оборудования объекта Выбор варианта оборудования объекта средствами видеоконтроля следует начинать с его обследования. При обследовании определяются характеристики значимости объекта, его строительные и архитектурно-планировочные решения, условия эксплуатации средств видеоконтроля, параметры установленных (или предполагаемых к установке на данном объекте) систем. По результатам обследования определяются тактические характеристики и структура системы видеоконтроля, а также технические характеристики ее компонентов.

Выбор типа видеокамеры В этом разделе необходимо осуществить выбор видеокамер, исходя из полученных выше результатов. Для этого рассмотрим, существующие на сегодняшний день, типы камер и выберем наиболее подходящие к нашим условиям.

Перед тем как определиться с видом и марками видеокамер, следует выяснить требования, предъявляемые к ним.

Требования, предъявляемые к видеокамерам Выбор видеокамер производится в зависимости от поставленных задач. Различают видеокамеры:

— корпусные и бескорпусные;

— черно-белого и цветного изображения;

— обычной и повышенной чувствительности;

— обычного и высокого разрешения;

— для внутреннего и наружного наблюдения;

— для скрытого наблюдения.

В проектируемой системе видеомониторинга для надежной защиты от внешнего воздействия потребуются камеры с широким диапазоном рабочих температур и высокой прочности, так как камеры будут располагаться вне здания.

Скрытность наблюдения в данном случае можно не обеспечивать, поэтому будем использовать камеры с защитными термокожухами.

В нашей системе необходимо знать цвет объекта (автомобиля) и необходимо обеспечение детальной идентификации личности человека или ГРЗ автомашины. Поскольку наблюдение должно вестись и в ночное время, то необходимо наличие ИК — подсветки или электронной диафрагмы.

Угол обзора видеокамеры зависит от формата ПЗС — матрицы. Так, при одинаковых объективах камера с большим форматом матрицы имеет больший угол обзора, что может быть необходимым для видеонаблюдения за рассредоточенным объектом. Оптимальный формат матрицы 1/3″ (4,8×3,6).

Обоснование и выбор видеокамер Анализируя предлагаемые различными производителями видеокамеры для систем видеонаблюдения следует руководствоваться наличием общих требований для всех видов задач к камерам, которыми являются оптический формат, разрешающая способность (разрешение), пороговая чувствительность (чувствительность), синхронизация, электронный затвор (электронная диафрагма, автоматический электронный затвор, электронный ирис), автоматическая регулировка уровня (АРУ), отношение «сигнал/шум», гамма — коррекция видеосигнала (г — коррекция), компенсация «света сзади» (компенсация засветки), канал звука, конструкция узла присоединения объектива, напряжение питания и т. д., выходным интерфейсом (разъемы для линии связи, питающего кабеля), наличием защитных кожухов к видеокамере, цены.

Правильный выбор телевизионных камер является принципиально самым важным моментом в проектировании системы, так как именно характеристиками камер определяются, в конечном счете, характеристики других компонентов системы и в целом ее стоимость.

При выборе телекамеры и места ее установки учитываются:

— категория значимости зоны;

— геометрические размеры зоны;

— необходимость идентификации наблюдаемого предмета;

— ориентация зоны на местности;

— освещенность объекта наблюдения;

— расположение уязвимых мест (окон, дверей, люков и т. п.);

— условия эксплуатации;

— вид наблюдения — скрытое или открытое.

Рынок видеокамер наблюдения представлен огромным количеством фирм-производителей, таких, как: SANYO (Япония), KT&C (Корея), Hunt (Тайвань), БайтЭрг (Россия), Activision (Россия), AXIS (Швеция), Germikom (Россия), Mintron (Тайвань), PHILIPS (Нидерланды), WATEG (Россия), Sony (Япония), Mitsumi (Тайвань), PELCO (США), Panasonic (Япония), SAMSUNG (Корея), D-Link (Тайвань) и многие другие.

Существуют цветные, черно-белые видеокамеры и типа день-ночь. Необходимо определить какие видеокамеры будут использоваться в данной системе видеонаблюдения.

Поскольку видеомониторинг на перекрестках будет осуществляться круглосуточно, то оптимальным решением является использование камеры типа день-ночь. Это значит, что при дневной освещенности камера будет работать как цветная, а при снижении освещенности до определенного порога (указывается в технических данных на камеру) будет переходить в черно-белый режим. Камеры типа день-ночь устанавливаются, главным образом, там, где требуется знать цвет объекта (например, автомобиля) и где необходима детальная идентификация личности человека или ГРЗ автомашины (так как камеры типа день-ночь обладают достаточно высокими разрешением и чувствительностью? 540 ТВЛ) — что в нашем случае является необходимым параметром для осуществления видеомониторинга.

По типу выходного сигнала видеокамеры подразделяют на аналоговые и цифровые.

Аналоговые видеокамеры используются все реже, их используют там, где необходимо организовать видеонаблюдение, например, в небольшом помещении и информацию с видеокамер записывать на видеомагнитофон. Цифровой сигнал легче обрабатывать, проще хранить и воспроизводить, он не подвержен искажениям в процессе передачи информации. Поэтому аналоговые системы постепенно уходят в прошлое. Недостатки аналоговых систем:

— требуют постоянного обслуживания — смены и архивации кассет, периодической чистки и замены видеоголовок видеомагнитофона;

— ограниченность функций.

Достоинства:

— простота в настройке и работе;

— позволяет нанимать для обслуживания персонал меньшей квалификации.

Под IP (цифровой или сетевой) камерой понимают цифровую видеокамеру, особенностью которой является передача видеопотока в цифровой форме по сети использующей IP протокол. Являясь сетевым устройством, каждая IP камера в сети имеет свой IP адрес. Сетевая камера, в отличие от аналоговой, может содержать в себе блок компрессии видеоизображения, ОЗУ, флэш-память, сетевой интерфейс, беспроводной интерфейс, тревожные входы/выходы, детектор движения и т. п. Использование цифровых систем имеет ряд достоинств:

— обеспечивает высокое качество воспроизводимой видеозаписи;

— высокую скорость доступа к видеоархиву;

— возможность цифрового увеличения и масштабирования любого кадра;

— мгновенный поиск и просмотр видеозаписи по камере, дате и времени;

— возможность интеграции с другими системами безопасности;

— легкая и недорогая трансляция видеоархивов по каналам связи;

— возможность экспорта видеоинформации на совместимые внешние носители.

В отличие от аналоговых камер, при использовании IP камер, после получения видеокадра с ПЗС матрицы камеры, изображение остается цифровым вплоть до отображения на мониторе, следует, нет необходимости в блоке АЦП.

В качестве протокола транспортного уровня в IP камерах могут использоваться протоколы: TCP, HTTP, TFTP и другие сетевые протоколы стека TCP/IP.

Благодаря тому, что IP камерам не требуется передавать аналоговый сигнал в формате PAL или NTSC, в IP камерах могут использоваться большие разрешения, включая мегапиксельные. Типичное разрешение для сетевых камер: 640×480 точек. Существуют камеры с мегапиксельными разрешениями: 1280×1024, 1600×1200 и более высокими.

Для сравнения представлены 3 цифровые видеокамеры AXIS 221, Smartec STC-IP2580 и D-Link 8906 °F.

Таблица 4 — Сравнительная таблица по техническим характеристикам видеокамер

Как видно из таблицы 4 видеокамера D-Link 8906 °F отличается лучшим соотношением сигнал/шум, меньшими габаритными размерами, достаточно широким рабочим диапазоном температур, необходимыми для покрытия площади перекрестка углами обзора, встроенным беспроводным интерфейсом и наиболее высоким разрешением.

Размеры минимальной различимой детали объекта контроля, которая может различаться с помощью выбранной камеры определяются выражениями (8) и (9).

Для камеры № 1, расположенной на перекрестке ул. Пушкина — ул. Театральная, минимально различимая деталь объекта контроля по горизонтали и вертикали, составит:

мм (8)

мм (9)

Расчеты минимально различимой детали объекта контроля для остальных камер видеонаблюдения производятся аналогично, результаты вычислений сведены в таблицу 5.

Таблица 5 — Результаты расчета минимально различимой детали объекта контроля

2.3 Подключение системы видеонаблюдения к сети провайдера При проектировании системы видеомониторинга возникает вопрос: как связать видеокамеры с сетью провайдера, то есть, какой канал связи между ними использовать.

2.3.1 Выбор и обоснование канала связи При реализации проектов систем видеонаблюдения особое внимание необходимо уделять качеству линий передачи телевизионного сигнала: от видеокамер до коммутаторов провайдера. От характеристик линий связи во многом зависит качество получаемого телевизионного изображения. Существуют несколько способов и средств передачи видеосигнала, среди которых:

1) Коаксиальный кабель Достоинства:

— кроме передачи сигнала оплетка выполняет функцию экрана. На ней индуцируются внешние помехи, которые в последующем заземляются;

— он более устойчив к внешним помехам в полосе передачи ТВ сигнала (50 Гц — 6 МГц).

Недостатки:

— при прокладке коаксиального кабеля необходимо учитывать возможные наводки от кабелей электропитания, проходящих рядом, возможно появление паразитных земляных токов по экрану кабеля;

— подвержен образованию на оплетке и центральной жиле статических зарядов при прохождении грозового фронта.

— на протяженных коаксиальных видеолиниях неизбежно возникают амплитудно-частотные искажения видеосигнала, что приводит к потере качества телевизионного изображения в виде снижения контрастности и четкости.

2) Кабель медный, витая пара Достоинства:

— зачастую в зданиях уже имеются свободные витые пары в существующих кабелях, которые можно использовать для передачи видеосигнала, т. е. экономия;

— свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом.

Недостатки:

— применение экранированного кабеля приводит к снижению предельной дальности передачи ТВ сигнала приблизительно в 2 раза из-за влияния паразитной емкости экрана;

— уменьшение разрешения передаваемого изображения;

— витые пары подвержены грозовым импульсным наводкам, что может привести к выходу из строя выходного каскада передатчика и входного каскада приемника.

3) Волоконно-оптический кабель Достоинства:

— пропускная способность ВОЛС многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду;

— малое затухание света в оптическом волокне обуславливает возможность применения волоконно-оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей;

— волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и недоступна для несанкционированного использования;

— отсутствие «земляных токовых петель»;

— полная безопасность во взрывоопасных и пожароопасных помещениях.

Недостатки:

— дисперсия;

— оптиковолокно не подлежит ремонту, в случае повреждения участок приходится прокладывать заново;

— высокая стоимость прокладки.

4) Радиоканал Достоинства:

— удобен и выгоден в местах, где обычные кабели прокладывать нецелесообразно (рвы, траншеи, горы, небольшие реки и т. п.), в местах где установка проводов неэффективна и невозможна;

— экономически эффективны;

— позволяет соединять между собой практически любые устройства;

— технология стандартизирована, следовательно, проблемы несовместимости устройств от конкурирующих фирм быть не должно;

— высокочастотный (2,4 — 2,48 ГГц) приемопередатчик. Для использования этих частот не требуется лицензия;

— соединения типа точка-точка, точка-многоточка;

— скорость выделенного доступа от 64 Кбит/с до 54 Мбит/с с гарантированной пропускной способностью;

— мобильность — радиооборудование является мобильным, т.к. легко демонтируется и устанавливается на новом месте при переезде пользователя в другое помещение;

— освобождение городской телефонной линии — данные передаются по радиоканалу и не занимают линию связи.

Недостатки:

— необходимость обеспечения прямой видимости объектов;

— ограниченная дальность передачи: с ростом частоты падает дальность передачи;

— воздействие помех.

5) Телефонные линии и линии общего пользования Достоинства:

— легкость в управлении;

— быстрота соединения с вызываемым абонентом;

— устойчивость и бесперебойность соединения;

— повсеместная распространенность телефонной сети обеспечивает универсальную доступность для передачи данных.

Недостатки:

— специальная приемо-передающая аппаратура;

— узкополосный канал связи (3 кГц);

— скорость обновления кадров на приемной стороне может достигать нескольких десятков секунд. Это не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к системам видеонаблюдения, т. к. получаемое изображение не соответствует реальному масштабу времени;

— организация выделенного канала.

Вывод:

Выбор передающей среды обусловлен требованиями предъявляемыми к системе передачи данных:

— система должна быть недорогой;

— система должна иметь широкую инфраструктуру;

— иметь возможность к масштабированию.

В дипломном проекте система передачи данных не может быть расширена за счет проводных сетей по ряду причин:

— проблема прокладки кабеля к столбам, которая приводит к высокой стоимости сети;

— высокая стоимость работ;

— отсутствие телефонных линий.

Поэтому задача может быть решена за счет использования систем радиодоступа. Передача данных по радиоканалу во многих случаях надежнее и дешевле, чем передача по коммутируемым или арендованным каналам, и особенно по каналам сотовых сетей связи. В ситуациях, в связи с отсутствием развитой инфраструктуры связи, использование радиосредств для передачи данных часто является единственно разумным вариантом организации связи.

Система передачи с использованием радиопередатчиков и радиоприемников может быть развернута практически в любом географическом регионе.

Все беспроводные сети поддерживают как режим инфраструктуры (подключение через приемник) так и режим «равный с равным» (без применения приемника). Можно добавлять новых пользователей и устанавливать новые узлы сети в любом месте. Беспроводные сети могут быть установлены для временного использования в помещениях, где нет инсталлированной кабельной сети или если прокладка сетевых кабелей затруднена [2, 11].

2.3.2 Выбор системы радиодоступа К настоящему времени системы радиодоступа прошли несколько поколений и позволяют предоставлять услуги телефонной связи, передачи данных и телематических служб.

Радиосвязь сегодня делает самый большой шаг вперед: переходит с аналоговых стандартов на цифровые.

Цифровые системы радиосвязи имеют множество преимуществ перед аналоговыми: повышенное качество передачи данных, большая дальность действия, улучшенная защита от прослушивания, возможность интеграции с системами передачи данных и так далее, эффективность использования частотного ресурса. Каналы, по которым ранее передавался один вызов в единицу времени, теперь разделяются для того, чтобы можно было одновременно передать два. Преимущества цифровых систем по отношению к аналоговым показаны на рисунке 8.

Рисунок 8 — Преимущество цифровых систем по отношению к аналоговым Аналоговые системы радиодоступа К аналоговым системам радиодоступа относятся системы 1 поколения (1960 гг.) на базе стандартов МРТ 1327, УТК, СТ0, СТ1: аналоговые средства доступа к аналоговым автоматическим телефонным станциям (АТС). В большинстве это узкополосные системы, позволяющие подключить до нескольких десятков или сотен телефонных каналов. Как правило, используются в качестве радиоудлинителей линии связи между АТС и телефонными аппаратами либо беспроводных телефонных аппаратов [8, 11].

Диапазон частот аналоговых радиоудлинителей до 1 ГГц. В настоящее время они используются в малонаселенных сельских местностях.

Уже в 1960 гг. системы радиодоступа позволяли подключаться к сети общего пользования через одну базовую станцию или центральную станцию с возможностью нескольких независимых соединений.

В России радиодоступ к АТС осуществлялся через систему «Алтай». В последнее время ей на смену приходит оборудование стандарта МРТ 1327. Кроме того, для подключения к сетям общего пользования чаще используются аналоговые стыки по двухпроводным абонентским линиям.

В настоящее время в России производятся системы радиодоступа в диапазонах 30 — 57,5 МГц (Оборудование УТК-015), 300 МГц (оборудование «Алтай» и МРТ-1327), 450 МГц (оборудование УТК-01).

К первому поколению систем радиодоступа относятся и беспроводные телефонные аппараты диапазонов 30−40 МГц и 900 МГц.

Цифровые системы радиодоступа К цифровым системам радиодоступа относятся системы 2, 3, 4 и 5 поколения [5, 11]. Рассмотрим каждое из них:

— 2 поколение (на базе стандартов TDMA, CDMA, CT-2, DECT)

TDMA (Time Division Multiple Access) — множественный доступ с разделением по времени. Способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находятся несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи. TDMA предоставляет каждому пользователю полный доступ к интервалу частоты в течение короткого периода времени. TDMA в настоящее время является доминирующей технологией для мобильных сотовых сетей и используется в стандартах GSM, TDMA (ANSI-136), PDC.

CDMA (Code Division Multiple Access) — множественный доступ с кодовым разделением. Каналы трафика при таком способе разделения среды создаются присвоением каждому пользователю отдельного числового кода, который распространяется по всей ширине полосы. Нет временного разделения, все абоненты постоянно используют всю ширину канала. Полоса частот одного канала очень широка, вещание абонентов накладывается друг на друга но, поскольку их коды отличаются, они могут быть дифференцированы.

CТ-2 цифровой стандарт, позволяющий обеспечивать конфиденциальность переговоров на высоком уровне. CT-2 использует временное разделение каналов (TDD), в результате чего обмен сообщениями происходит на одном частотном канале. Основные недостатки CT-2 — небольшая абонентская емкость и возможность прослушивания разговора. Применяемый в нем алгоритм защиты не представляет собой шифрование в полном смысле слова. На сигнал накладывается специальный шум, который снимается по определенному алгоритму в приемнике. После «подсадки» на радиолинию с помощью специальной аппаратуры избавиться от шума не составляет большого труда. Притом наложение шума не способствует улучшению качества связи.

DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) — технология беспроводной связи на частотах 1880−1900 МГц с модуляцией GMSK. Цифровой стандарт DECT является наиболее популярным стандартом беспроводного телефона в мире благодаря простоте развертывания DECT-сетей, широкому спектру пользовательских услуг и высокому качеству связи. Стандарт DECT в России для домашнего пользования, не требует частотного разрешения. DECT основан на технологиях TDMA, FDMA, TDD. Это означает, что спектр радиоизлучения разделен как по времени, так и по частотам. Стандарт описывает взаимодействие базовой станции с мобильными терминалами (аппаратами) при этом может обеспечиваться как передача голоса, так и данных. Диапазон радиочастот, используемых для приема/передачи — 1880−1900 МГц в Европе, 1920;1930 МГц в США. Рабочий диапазон (20 МГц) разделен на 10 радиоканалов, каждый по 1728 КГц. Обмен информацией производится кадрами; с помощью временного разделения в каждом кадре создаются 24 временных слота; 24 слота обеспечивают 12 дуплексных каналов для приема/передачи голоса. При установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слота в каждом кадре: один для передачи голоса, другой для приема. Максимальная мощность станции и телефонных трубок в соответствии со стандартом — 10 мВт. Основные достоинства DECT: хорошая (в сравнении с аналоговыми системами) помехоустойчивость канала связи, благодаря цифровой передаче сигнала; вследствие этого — отсутствие множества помех во время разговора, которые присутствовали в аналоговых системах; хорошая интеграция с системами стационарной корпоративной телефонии, меньшее по сравнению с мобильными телефонами облучение абонента — уровень сигнала радиотелефона в соответствии со стандартом составляет 10 мВт (из-за многократно меньшей мощности передатчика, как трубки, так и базы). Основные недостатки DECT: небольшая дальность связи (из-за ограничения мощности самим стандартом); недостаточная защищенность стандарта, позволяющая дистанционное прослушивание переговоров. Наличие возможности шифрования не спасает ситуацию, поскольку злоумышленник может его отключить, не взламывая сам шифр.

— 3 поколение (на базе стандартов FH CDMA, DS CDMA, 802.15.1, 802.11, 802.11b)

TDMA, CDMA, используется частотное (FDD) и временное (TDD) уплотнение каналов.

FDMA (Frequency Division Multiple Access) — множественный доступ с разделением каналов по частоте. Способ использования радиочастот, когда в одном частотном диапазоне находится только один абонент, разные абоненты используют разные частоты в пределах соты. Поэтому, пока начальный запрос не закончен, канал закрыт к другим сеансам связи. Полная дуплексная (Full-Duplex) FDMA передача требует двух каналов, один для передачи и другой для получения. FDMA использовался в первом поколении (1G) аналоговой связи.

Bluetooth v 1.1. (IEEE 802.15.1). Стандарт обеспечивает обмен информацией между любыми устройствами на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте 2,4 — 2,4835 ГГц для связи на расстоянии от 10 до 100 м. Пропускная способность до 2 Мбит/с. Спецификация Bluetooth была разработана группой Bluetooth Special Interest Group. В нее вошли компании Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia. Впоследствии Bluetooth SIG и IEEE достигли соглашения, на основе которого спецификация Bluetooth стало частью стандарта IEEE 802.15.1.

— 4 поколение (на базе стандартов 802.16 MAN, 802.11a MAN/LAN, 802.11g LAN, 802.15.4, Zig Bee, IMT-2000)

Стандарт IEEE 802.16 MAN. Стандарт IEEE 802.16 описывает беспроводные сети масштаба города. 802.16 — это так называемая технология «последней мили», которая использует диапазон частот от 10 до 66 ГГц. Предоставляет широкополосный доступ к сети через радиоканал. Возможна передача звука и видео. Стандарт определяет пропускную способность 120 Мбит/с на каждый канал в 25 МГц.

IEEE 802.11 — набор стандартов связи, для коммуникации в беспроводной локальной сетевой зоне частотных диапазонов 2,4; 3,6 и 5 ГГц. Пользователям более известен по названию Wi-Fi, фактически являющемуся брендом, предложенным и продвигаемым организацией Wi-Fi Alliance. Получил широкое распространение благодаря развитию в мобильных электронно-вычислительных устройствах: КПК и ноутбуках. Изначально стандарт IEEE 802.11 предполагал возможность передачи данных по радиоканалу на скорости не более 2 Мбит/с.

IEEE 802.11a — стандарт сетей Wi-Fi. OFDM позволяет передавать данные параллельно на множественных подчастотах. Это позволяет повысить устойчивость к помехам и поскольку отправляется более одного потока данных, реализуется высокая пропускная способность. IEEE 802.11а может развивать скорость вплоть до 54 Мб/с в идеальных условиях. В менее идеальных условиях (или при чистом сигнале) устройства могут вести связь со скоростью 48 Мб/с, 36 Мб/с, 24 Мб/с, 18 Мб/с, 12 Мб/с и 6 Мб/с. Рабочий диапазон стандарта 5 ГГц. Стандарт IEEE 802.11a несовместим с 802.11b и 802.11g

IEEE 802.11g. Этот стандарт предусматривает использование диапазона частот 2,4 ГГц, обеспечивая скорость передачи 54 Мбит/с и превосходя, таким образом, ныне действующий стандарт IEEE 802.11b, который обеспечивает скорость передачи 11 Мбит/с. Кроме того, он гарантирует обратную совместимость со стандартом 802.11b.

IEEE 802.15.4 — стандарт, который определяет физический слой и управление доступом к среде для беспроводных персональных сетей с низким уровнем скорости. Цель стандарта IEEE 802.15. — предложить нижние слои основания сети для сетей типа беспроводных персональных сетей, ориентированных на низкую стоимость, низкую скорость повсеместной связи между устройствами. Акцент делается на очень низкой стоимости связи с ближайшими устройствами, совсем без (или с небольшой) базовой структурой, с целью эксплуатации на доселе небывалом низком уровне энергии. Основной предел приема — 10-метровая область связи со скоростью передачи 250 кбит/с. Компромиссы возможны в пользу более радикально встраиваемых устройств с еще более низкой потребностью в энергии, путем определения не одного, а нескольких физических уровней. Первоначально были определены низкие скорости передачи в 20 и 40 кБит/с, скорость в 100 кБит/с была добавлена в текущем перевыпуске.

ZigBee — название набора протоколов высокого сетевого уровня, использующих маленькие, маломощные радиопередатчики, основанные на стандарте IEEE 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). ZigBee нацелена на приложения, которым требуется большее время автономной работы от батарей и большая безопасность, при меньших скоростях передачи данных. Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при относительно невысоком энергопотреблении поддерживает не только простые топологии беспроводной связи («точка-точка» и «звезда»), но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Области применения данной технологии — это построение беспроводных сетей датчиков, автоматизация жилых и строящихся помещений, создание индивидуального диагностического медицинского оборудования, системы промышленного мониторинга и управления, а также при разработке бытовой электроники и персональных компьютеров.

IMT-2000 представляет собой аббревиатуру от International Mobile Telecommunications 2000. Под этим названием объединены пять стандартов, которые относятся к мобильной связи третьего поколения или 3G. Согласно стандартам IMT-2000 под мобильной связью третьего поколения понимается интегрированная сеть, обеспечивающая скорости передачи данных: для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) — не менее 144 кб/с, для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) — 384 кб/с, для неподвижных объектов на коротких расстояниях — 2,048 Мб/с.

— 5 поколение (на базе стандартов 802.16а, е, d, 802.15.3, 802.15.3a)

Стандарт IEEE 802.16а. Последовал за стандартом 802.16., использует диапазон частот от 2 до 11 ГГц. Стандарт поддерживает ячеистую топологию, не накладывает условие прямой видимости.

WiMAX (IEEE 802.16е) (Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16е, который также называют Wireless MAN.

Bluetooth v 1.3. (IEEE 802.15.3). Пропускная способность от 11 до 55 Мбит/с. Дальность связи до 100 м. Повсеместно доступная радиочастота 2,4 — 2,4835 ГГц.

IEEE 802.15.3а. Разработка принципов построения пикосети со скоростью обмена 110−480 Мбит/с и выше — до 1320 Мбит/с. Достичь таких высоких скоростей можно, только увеличивая спектральную ширину канала, переходя в область так называемой сверхширокополосной связи (СШП, UWB).

Вывод:

Анализ результатов развития технологий пользовательского доступа за последнее десятилетие показывает, что для предоставления услуг мультимедиа в настоящее время имеется широкий выбор беспроводных технологий пользовательского доступа, основные из которых сведены в таблицу 6.