某大学海洋学院珊瑚礁养殖可视化监管系统

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1、某大学海洋学院珊瑚礁养殖可视化监管系统解 决 方 案某科技有限公司第1章概述11.1 项目背景11.2 需求分析11.2.1 业务需求11.2.2 系统需求21.3 设计亮点21.3.1 高清技术21.3.2 水温、PH值监控 21.3.3 灯光、电源控制31.4 设计依据3第2章系统设计42.1 总体目标42.2 总体架构42.2.1 用户层52.2.2 应用层52.2.3 支撑层62.2.4 网络层62.2.5 感知层62.3 系统详细架构62.3.1 系统拓扑图62.3.2 监控前端部分72.3.3 传输网络部分72.3.4 监控中心部分72.4 前端布点设计82.4.1 实验室治安监控

2、82.4.2 珊瑚礁生长情况监控82.4.3 珊瑚礁养殖池内环境监控 82.5 存储设计82.6 综合管理平台设计92.6.1 平台架构图 102.6.2 平 台组成 102.6.3 平台管理功能 112.7 系统特点 142.7.1 环境感知技术 1 42.7.2 生长过程可视化 152.7.3视频质量诊断 152.8 系统功能 152.8.1 实时预览 152.8.2 温度、PH值监控 162.8.3 环境波动预警 162.8.4 行为分析 162.8.5 移动客户端监控 162.8.6 视频质量诊断 162.9 类似案例 17第3章设备选型 183.1 变焦半球摄像机 183.2 普通半

3、球型摄像机 193.3 综合管理平台 203.4 网络硬盘录像机 213.5 视频动环一体机 223.6 解码器 223.7 环境温度传感器 243.8 PH值酸碱性变送器 25第1章概述1.1 项目背景珊瑚礁研究实验室是某大学海洋学院重点实验室，实验室信息化建设刻不 容；拟建设一套可视化的综合管理系统，借助现代信息技术和网络技术优势， 促进实验室各项工作的全面建设和发展。可视化综合管理系统，通过电脑管理 软件或手机APP，现场或远程实时预览高清图像（图像叠加养殖池水温、pH 值等信息）掌握珊瑚礁养殖情况，通过录像回放了解珊瑚礁生长规律，且能智 能控制灯光、电源等开关。1.2 需求分析1.2.

4、1 业务需求1.2.1.1 珊瑚礁养殖池环境监控珊瑚礁养殖池环境监控主要包括生长环境如温度、pH值的读取和灯光、 电源的智能控制。现阶段我国实验室养殖池尚未完成信息化建设，管理方式仍以人工巡检及 人工经验判断为主，可能导致水生生物个体长期活动于“逆境”中，通过各类 环境传感器实时感知环境因子（如温度、水体pH值）的变化，可理性评价水 生生物群体所处的生活条件。珊瑚礁养殖池环境监控通过设置各类环境指标的阈值，控制养殖池灯的开 关及各个功能排插电源通断，使水产品个体始终处于最佳活动环境中。1.2.1.2 珊瑚礁养殖池视频监控通过高清视频监控可代替人眼进行24小时盯防，记录珊瑚礁养殖池内发 生的重要

5、事件，24小时自动进行存储记录，形成一个针对养殖过程的历史信息库，通过回放录像可以清楚看到珊瑚礁生长变化及当时的水温、pH值等。1.2.2 系统需求根据珊瑚礁养殖实验室建设现状，在原有建设环境基础上，从不同角度来 看珊瑚礁养殖可视化监管系统项目面临的实际需求：1 .珊瑚礁养殖池内需通过动环主机接入水温、pH值等环境传感器，实时 了解养殖环境状况；2. 环境量与视频画面的叠加显示，可将环境传感信息叠加在视频图像上 进行显示，全方位展示生产现状；3. 当环境指标超过阈值时，系统立即发出报警信号通知管理员及时调控， 保证珊瑚礁个体始终处在一个舒适的活动环境中；4. 前端配备400万高清网络红外可变焦

6、摄像机，实现对珊瑚礁池全天候 7*24小时的实时监控与录像；5. 监控中心能够对所有监控点的情况进行实时监控、录像回放、智能检 索等操作；6. 平台系统具备完善的运维管理功能，对数量庞大的视频监控设备进行 自动化巡检，当巡检结束后自动生成报表，以便运维部门及时处理。1.3 设计亮点1.3.1 高清技术系统前端采用400万全高清摄像机，最高分辨率可达2560x1440，能清晰 地呈现珊瑚礁生长情况。1.3.2 水温、PH值监控通过对各个珊瑚礁养殖池温度、pH值传感器的读取可以实时监看珊瑚礁 生长池温度、pH值等，并能叠加在各个养殖池对应的监控图像上。1.3.3 灯光、电源控制通过动环主机可以实现

7、对每路灯光、电源独立定时控制或手动控制。1.4 设计依据系统建设依据国家相关法律规章、国家和行业相关标准、相关研究成果等 资料进行规划设计，具体如下：视频安防监控系统工程设计规范GB 50395-2007安全防范工程技术规范GB 50348-2004跨区域视频监控联网共享技术规范DB33/T 629-2007安全防范系统通用图形符号GA/T75-2000安全防范系统雷电浪涌防护技术要求GA/T670-2006智能建筑设计标准GB/T 50314-2015民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008综合布线系统工程设计规范GB 50311-2007第2章系统设计2.1 总体目标某大学海洋学院珊瑚礁

8、养殖可视化监管系统，对珊瑚礁养殖实验室实现以 可视化为核心的辅助系统综合管理。系统以现代信息技术为支撑，网络互联互 通、信息资源共享、应用功能完备，主要实现以下目标：1. 前端平台能够对珊瑚礁养殖实验室内视频监控、环境监测、安全警卫、 智能控制等辅助子系统实现统一接入及联动配置，有效节省管理及运维成本， 任何事件都能关联相应视频，做到事件能够被有效查询及追溯；2. 珊瑚礁养殖实验室的前端系统能够向上级监控中心实现互联互通，通 过前端系统上传的信息、图像，上级监控中心能够对实验室现场进行远程巡视， 使管理部门能够及时掌握珊瑚礁实验室珊瑚礁的生长情况；3. 系统能够对异动事件进行及时预警，从而通知

9、管理员进行有效防范， 降低和控制危险事件发生的风险；4. 系统形成前端珊瑚礁养殖池活动环境信息的各类统计报表，供主管部 门统筹决策。2.2 总体架构基于“高内聚、松耦合”设计原则和顶层模块化设计的思想，系统平台采 用了 SOA架构，平台提供统一的服务管理，各个应用或子系统，以及功能模 块的服务端以独立方式提供并注册到平台，具备良好伸缩性和业务扩展能力， 以确保系统符合信息技术发展的趋势并适应未来应用动态升级的需要。在项目建设总体思路、建设内容、系统定位等指导下，将系统划分为五个 层次，同时根据技术标准和设备标准进行保障。信息安全系统数疏中心运维管理系统2.2.1 用户层为平台各类用户提供具有良

10、好用户体验的终端展现界面，业务数据的自动 化录入，并提供多种前端接入方式，主要包括智能手机、拼接大屏、个人电脑 等设备。2.2.2 应用层用于支持不同权限管理者和用户的业务应用和智能化、自动化生产，主要 包括政府应用平台和企业/个人应用平台，政府应用平台与企业/个人应用平台 之间相互服务，数据共享。2.2.3 支撑层支撑层负责为应用系统的运行提供技术支撑服务，并将这些服务能力依据 不同功能划分，以松散耦合的形式组织成各类基础服务。这些基础服务在SOA 的总体架构内互相提供服务和数据，构成了上层应用系统所需要的底层应用支 撑。为上层系统提供数据支持，包括生产环境监测数据库、预警信息数据库、 视频

11、图像数据库、门禁管理数据库等。2.2.4 网络层主要指前端硬件设备上传数据所需传输网络，通过光纤、双绞线等有限传 输方式或无线网桥、4G/5G等无线传输方式实现与中心平台的连接。2.2.5 感知层主要指保障上层系统正常运行的硬件设备，包括各类环境量传感器、前端 监控摄像头及各类报警设施设备等。2.3 系统详细架构2.3.1系统拓扑图系统最主要的部分由监控前端、传输网络、监控中心组成，系统拓扑图如 下：2.3.2 监控前端部分前端采集子系统主要包含高清可变焦半球、安保半球、温度传感器、pH 值传感器，摄像机采集的视频数据及分析结果数据通过网络传输至后端管理子 系统进行存储，利用平台软件进行视频预

12、览与回放，记录环境量变化并进行数 据展现。2.3.3 传输网络部分前端通过网线直接接入交换机（距离90米以内）。2.3.4 监控中心部分监控中心的设计主要包括视频存储、动环主机、视频显示及实现统一管理 的平台软件。1、监控中心视频存储可采用NVR对高清视频图像进行存储。2、监控中心采用视频切换器切换各主机显示在监视器上。走廊55寸4K 电视机采用解码器解码实验室监控画面，监控中心或者管理人员通过管理平台 调整电视机显示画面。3、中心平台采用综合安防管理平台对视频监控设备和用户进行统一管理， 实现视频的预览、回放、权限控制等应用。2.4 前端布点设计前端设备依据功能的不同其安装位置也有不同的要求

13、，摄像机主要部署在 吊顶上，分别监视实验室现场环境及珊瑚礁生长情况；温度传感器、pH值传感 器安装在珊瑚礁养殖池内实时测量温度和pH值。2.4.1 实验室治安监控根据实际需要，配置普通半球安装在珊瑚礁实验室的三个角落及旁边小实 验室，共采用4台200万像素网络半球摄像机。2.4.2 珊瑚礁生长情况监控新建的2个大池子每个部署2台可变焦半球摄像机，四个并排小池部署2 台可变焦半球摄像机，原来的两个小池子部署1台可变焦半球摄像机，里面的 半包围池子部署4台可变焦半球摄像机，共采用11台可变焦4K半球摄像机。2.4.3 珊瑚礁养殖池内环境监控新建的2个大池子、四个并排小池子、原来的两个小池子里各部署

14、1个温 度传感器、1个PH值传感器（靠里的几个小池子暂时不部署），共采用8个温 度传感器、8个PH值传感器。2.5 存储设计本存储方案采用1台NVR存储4路外部环境录像，2台动环主机存储11路珊瑚礁生长环境录像。在计算存储空间时需先计算出所有路数存储一定的时间所需的存储总空 间，用总路数乘以每路码流大小，再乘以总的存储时间即可算出总的存储空间， 在计算过程中保持单位的一致性。存储空间计算公式：单路实时视频的存储容量(GB)=【视频码流大小(Mb)X 60秒X 60分X 24小时X存储天数/8】/1024下表为分别按照1路每天存储24小时、采用H.264算法进行编码，按照 D1、720P、108

15、0P、4K的分辨率存储不同天数所需的存储空间表，如下表。(H.265编码设备的码率为H.264设备的1/2，故存储空间也仅需1/2 )序号分辨率码流大 小1天存储空 间(TB )7天存储空 间(TB )15天存储空 间(TB )30天存储空 间(TB )1D11.5Mbp s0.01540.10810.23170.46352720P2Mbps0.02060.14420.30900.618031080P4Mbps0.04120.28840.61801.236044K8 Mbps0.08240.57681.23602.47204路外部环境录像采用H.265算法进行编码，存储分辨率为1080P，预计 一个月需要4*0.618 R 2.5T,采用1块6T的硬盘可以保存60天左右。