Propozycja systemu CCTV IP dla osiedla mieszkaniowego

1. Istota telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego

Systemy telewizji przemysłowej dla osiedli mieszkaniowych oraz innych miejsc publicznych cieszą się coraz większą popularnością, która związana jest z coraz większym naciskiem społeczeństwa na kwestie bezpieczeństwa oraz stosunkowo wysokim poziomem urządzeń dla instalacji CCTV. Dodatkowo stale spadające koszty zakupu urządzeń CCTV sprawiają, że nawet niewielkie osiedla i wspólnoty mieszkaniowe mogą sobie pozwolić na budowę tego typu instalacji bezpieczeństwa bez nadmiernego obciążenia budżetu.

Realizacja systemów telewizji przemysłowej dla osiedli mieszkaniowych ma na celu:

• zniechęcanie potencjalnych przestępców do podejmowania działań w rejonie objętym monitoringiem (prewencja);
• nadzór nad miejscami mającymi kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa mieszkańców, ciągami komunikacyjnymi, parkingami itp.;
• uzyskiwanie materiału filmowego o jakości pozwalającej na ewentualne wykorzystanie go w procesie sądowym;
• zapewnienie skutecznych i szybkich interwencji w sytuacjach kryzysowych (we współpracy z policją oraz innymi służbami porządkowymi).

Przeprowadzone badania dowodzą, że instalacja systemu telewizji przemysłowej pozwala zredukować przestępczość w miejscach pracy kamer przemysłowych nawet o 80%. Jeżeli nawet dochodzi do ogólnego wzrostu przestępczości (np. na obszarze całego miasta), to na obszarach monitorowanych przez kamery jest zawsze niższa, niż w miejscach gdzie nadzór wizyjny nie występuje. Bardzo często, po instalacji systemu telewizji przemysłowej, dochodzi do migracji przestępczości w obszary nie objęte takim nadzorem, dlatego szczególnie ważne jest zastosowanie monitoringu na całym obszarze osiedla.

2. Techniczne aspekty prawidłowej realizacji systemu telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego

Przed przystąpieniem do budowy systemu telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego należy zapoznać się z technicznymi aspektami, które pozwolą na stworzenie prawidłowo działającego systemu telewizji przemysłowej. Równie ważne przy realizacji systemów telewizji przemysłowej, zwłaszcza w kontekście zapewnienia skutecznych i szybkich interwencji w sytuacjach kryzysowych, są kwestie organizacyjne oraz ustanowione przez administratora systemu procedury działania w określonych sytuacjach. Wynikają one z lokalnych uwarunkowań, polityki bezpieczeństwa władz dzielnicy lub miasta i możliwości integracji danego systemu CCTV z systemem monitoringu miasta.

Aby zbudować skuteczny w działaniu system telewizji przemysłowej, należy w pierwszej kolejności stworzyć jego koncepcję, tzn.:

• ustalić na podstawie rozmów z mieszkańcami oraz organami porządkowymi liczbę punktów kamerowych oraz ich typy (kamery stacjonarne, obrotowe, kolorowe, typu dzień/noc);
• określić, czy system będzie bezobsługowy, czy będzie posiadał centra nadzoru (oraz ustalić dokładną ich liczbę); udostępnić sygnały wizji innym użytkownikom, np. policji, mieszkańcom itp.
• dokonać wyboru medium transmisyjnego (światłowód, droga radiowa lub kable miedziane) oraz typu przesyłanych sygnałów (sygnał analogowy czy sygnał cyfrowy); ustalić sposób dystrybucji poszczególnych obrazów z kamer do centrów monitoringu oraz możliwości wykorzystania już istniejącej kanalizacji teletechnicznej;
• określić sposób oraz parametry archiwizacji, kopiowania i udostępniania nagranego materiału (czas archiwizacji, rozdzielczość, jakość);
• określić, czy budowany system jest docelowy, czy powinna istnieć możliwość jego rozbudowy i ewentualnej integracji z elementami już działającego systemu bezpieczeństwa.

3. Podstawowe wymagania systemowe

Celem jest stworzenie funkcjonalnego, nowoczesnego i efektywnego w działaniu systemu telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego, które w tym przypadku składa się z 8 obiektów (plan osiedla na Rys. 1). Projektowany system telewizji przemysłowej dla osiedla ma obejmować środowisko zewnętrze budynków, ze szczególnym uwzględnieniem placu zabaw dla dzieci (między budynkiem D i E), terenu zielonego (między budynkiem G i H), dwóch podziemnych parkingów (w budynkach: I, J) oraz wejść do wszystkich budynków.

Podstawowe wymagania dla realizowanego systemu CCTV:

• Praca w trybie ciągłym Dzień/Noc (24h na dobę przez siedem dni w tygodniu);
• Czas archiwizacji nagrań wideo: minimum 7 dni;
• Wysoka jakość wyświetlanych i nagrywanych obrazów;
• Identyfikacja numerów tablic rejestracyjnych (w związku z parkingami podziemnymi);
• Identyfikacja obserwowanych osób i obiektów;
• Możliwość zdalnego monitorowania z dowolnego punktu (dla uprawnionych użytkowników);
• Możliwość łatwej rozbudowy o dodatkowe kamery;
• Możliwość podłączenia do systemu monitoringu miasta;
• Centrum monitoringu obsługiwane przez pracowników ochrony.

Rys. 1 Plan osiedla mieszkaniowego, dla którego jest przewidywana instalacja telewizji przemysłowej

4. Wybór optymalnego rozwiązania

Po dokonaniu przeglądu dostępnych na rynku CCTV urządzeń oraz zapoznaniu się z obowiązującymi technologiami, które są stosowane we współczesnych systemach monitoringu wizyjnego zdecydowałem się na stworzenie systemu telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego w technologii IP. Tylko nowoczesny system CCTV IP jest w stanie zapewnić zgodną z wymaganiami systemowymi funkcjonalność, skalowalność oraz efektywność pracy.

Zdecydowałem się również na wybór urządzeń CCTV IP firmy Geovision, ponieważ w mojej opinii stanowią bardzo dobre połączenie jakości wykonania, funkcjonalności oraz ceny (która w ogólnym rozliczeniu jest równie ważnym czynnikiem).

5. Wykaz zastosowanych urządzeń

Projekt przewiduje system telewizji przemysłowej CCTV IP dla osiedla mieszkaniowego, w którego skład będą wchodzić następujące urządzenia:

• Kamera szybkoobrotowa IP GV-SD010-S18X (2 szt.) – przystosowana do pracy w środowisku zewnętrznym
• Kamera megapikselowa Dzień/Noc IR GV-BL110D (37 szt.) – przystosowana do pracy w środowisku zewnętrznym
• Kamera przemysłowa GV-IRCAM10M (2 szt.) – przystosowana do pracy w środowisku zewnętrznym
• Kopułkowa kamera megapikselowa GV-MFD110 (1 szt.) – przystosowana do pracy w środowisku wewnętrznym
• Serwer wizyjny GV-DSP LPR (2 szt.)
• Rejestrator sieciowy RPNVR 32GV (2 szt.) – jeden dodatkowo doposażony w aplikację identyfikacji numerów tablic rejestracyjnych GV-LPR Center
• 4 monitory LCD STM-19LA
• Zasilacz awaryjny UPS ACP 650LCD (2 szt.)
• Przełącznik sieciowy HP ProCurve 2520G-8-PoE Switch J9298A (7 szt.)
• Przełącznik sieciowy HP ProCurve 2520G-24-PoE Switch J9299A (3 szt.)

6. Opis techniczny systemu CCTV IP dla osiedla mieszkaniowego

6.1. Opis ogólny systemu CCTV IP

Proponowany system telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego opiera się na sieci IP, czterech typach kamer przemysłowych, dwóch serwerach wizyjnych (umożliwiających przesył obraz do sieci IP z kamer analogowych) oraz dwóch rejestratorach sieciowych (odpowiedzialnych za zarządzanie systemem i zapis strumieni wideo). W proponowanym systemie zastosowałem rozwiązanie mieszane, składające się zarówno z kamer cyfrowych, jak i kamer analogowych.

Kamery szybkoobrotowe IP z serii GV-SD010-S18X (oznaczone na Schemat 6.1. jako S1 i S2) zostały wykorzystywane do zabezpieczenia placu zabaw dla dzieci (między budynkiem D i E) oraz terenu zielonego (między budynkiem G i H). Dzięki wysokiej rozdzielczości generowanego obrazu (530 TVL) oraz możliwości dokonania 18-krotnego zbliżenia optycznego i 12-krotnego zbliżenia cyfrowego stanowią optymalne zabezpieczenie dla tych dwóch obszarów (możliwość szczegółowej identyfikacji obserwowanych osób). Istotną cechą użytkową zastosowanej kamery szybkoobrotowej IP jest możliwość automatycznego śledzenia obiektów, funkcja wideo detekcji ruchu oraz opcja maskowania stref prywatnych, pozwalająca na wyłączenie z monitoringu obszarów, których nie chcemy monitorować (np. okien mieszkań znajdujących się w polu widzenia kamer). Kamera GV-SD010-S18X posiada solidną obudowę o zgodności z normą IP66, która stanowi optymalne zabezpieczenie przed przedostawaniem się ciał stałych oraz szkodliwym działaniem wody. Wbudowana grzałka oraz system aktywnego chłodzenia zapewniają bezawaryjną pracę w szerokim zakresie temperatur. Kamera GV-SD010-S18X obsługuje także funkcję Dzień/Noc (dualny tryb pracy – kolorowy, monochromatyczny), co pozwala jej na prawidłową reprodukcję obrazu zarówno w dziennych, jak i w nocnych warunkach oświetleniowych (automatyczne dostosowanie trybu pracy do poziomu oświetlenia).

Do zabezpieczenia wejść do budynków oraz ich najbliższego otoczenia wykorzystałem kamery megapikselowe Dzień/Noc IR z serii GV-BL110D (oznaczone na Schemat 6.1. jako A1…J5), które podobnie, jak w/w kamery szybkoobrotowe posiadają obudowę o normie IP66 oraz dualny tryb pracy, którego możliwości zostały rozszerzone o wbudowany oświetlacz IR LED (możliwość prowadzenia obserwacji w całkowitych ciemnościach – czułość na oświetlenie na poziomie 0Lx). Zdecydowałem się na zastosowanie tego modelu z kilku powodów. Po pierwsze, kamera zintegrowana IP GV-BL110D oferuje obraz w rozdzielczości 1,3Mpx, co oznacza że ma znacznie większe pole widzenia, i tym samym pozwala na zabezpieczenie większego obszaru. Po drugie, model GV-BL110D został wyposażony w technologię zasilania PoE (ang. Power over Ethernet), dzięki czemu transmisja danych i zasilanie urządzenia może być realizowane przy pomocy tego samego przewodu, co w przypadku dużej ilości kamer (w proponowanym systemie 37 szt. modelu GV-BL110D) znacznie upraszcza proces ich montażu.

Trzecim typem kamery w proponowanym systemie monitoringu wizyjnego jest analogowa kamera GV-IRCAM10M (oznaczona na Schemat 6.1. jako LPR1 i LPR2), która została wykorzystana do zabezpieczenia dwóch podziemnych parkingów (budynek I, J). Model GV-IRCAM10M został odpowiednio dostosowany do pracy w trudnych warunkach oświetleniowych i atmosferycznych oraz do identyfikacji numerów tablic rejestracyjnych. Jako, że jest to urządzenie analogowe, zostało podłączone do sieci CCTV IP poprzez serwer wizyjny GV-DSP LPR (koduje analogowy sygnał wideo z kamer telewizji przemysłowej do standardu cyfrowego), który jest urządzeniem odpowiednio przystosowanym do pracy w sieciach komputerowych oraz w systemach identyfikacji numerów tablic rejestracyjnych. Kamery LPR1 i LPR2 zapewniają odpowiedni poziom ochrony dla osób znajdujących się w parkingu podziemnym oraz pozwalają na identyfikację numerów tablic rejestracyjnych (samodzielnie analizuje obraz wysokiej jakości w punkcie kamerowym, a do centrali przesyła siecią IP wyłącznie końcowy rezultat rozpoznania, np. numer rejestracyjny lub zdjęcie).

Kopułkowa kamera megapikselowa z serii GV-MFD110 (oznaczona na Schemat 6.1 jako B3) została zainstalowana w pomieszczeniu centrali monitoringu, które znajduje się w budynku B. Głównym zadaniem tej kamery jest śledzenie pracy operatorów systemu nadzoru wideo (możliwość uzyskania niezbitych dowodów w przypadku wystąpienia zaniedbań ze strony operatorów). Kamera GV-MFD110 jest zasilana za pomocą technologii PoE.

Ze względu na rodzaj i liczbę zastosowanych kamer (42 kamery IP) oraz stawiane wymagania systemowe (m.in.: możliwość identyfikacji osób, zdalne zarządzanie systemem, czas archiwizacji minimum 7 dni) prezentowana instalacja telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego bazuje na dwóch rejestratorach sieciowych RPNVR 32GV w obudowie przemysłowej RACK 19" 4U, umieszczonych w budynku B (umowne centrum monitoringu). Każdy z rejestratorów RPNVR 32GV pozwala na obsługę do 32 kamer sieciowych firmy Geovision (łącznie 64 kamery IP). Jak widać, zastosowane w systemie rejestratory oferują obsługę większej liczby kamer niż ta zaplanowana, co tym samym pozwala na łatwą rozbudowę systemu o dodatkowe urządzenia wizyjne w późniejszym czasie. Każdy z rejestratorów posiada po 8 dysków o łącznej pojemności 16TB, co w sumie daje 32TB pamięci na zapis materiałów wideo (czas archiwizacji nagrań wideo ponad 14 dni). Wbudowana nagrywakra DVD-RW Dual Layer zapewnia łatwy eksport danych na inne urządzenia oraz pozwala na tworzenie zewnętrznego archiwum nagrań video. Maksymalna częstotliwość odświeżania rejestrowanego i wyświetlanego obrazu na poziomie 25 kl./s dla każdej kamery zapewnia wysoką jakość nagrań wideo (możliwość wykorzystania jako dowód w sprawie sądowej). W celu zapewnienia odpowiedniej odporności na awarie, związane z zanikiem zasilania, do każdego z rejestratorów podłączono zasilacz awaryjny UPS ACP 650LCD. Ponadto, do każdego z zainstalowanych rejestratorów sieciowych podłączono po dwa indywidualne monitory kolorowe LCD STM-19LA o przekątnej 19” (każdy przystosowany do obsługi po 16 kamer w trybie pełnoekranowym). Całość zarządzana za pomocą intuicyjnego oprogramowania firmy Geovision w języku polskim, dzięki czemu obsługa systemu nie sprawia żadnych problemów (wystarczy proste przeszkolenie operatora systemu).

6.2. Opis sieci CCTV IP

Omawiany system telewizji przemysłowej dla osiedla mieszkaniowego bazuje na urządzeniach sieciowych, co oznacza że jego skuteczność działania jest silnie uzależniona od jakości wykonania sieci IP. Proponowany system CCTV IP korzysta przede wszystkim z kamer megapikselowych (maksymalna rozdzielczość obrazu 1,3Mpix), które muszą nieprzerwanie przekazywać strumień wideo w czasie rzeczywistym (częstotliwość odświeżania obrazu na poziomie 25 kl./s) do centrum monitoringu. W zależności od zastosowanej metody kompresji, strumień wideo w rozdzielczości 1,3Mpix przy częstotliwości odświeżania obrazu 25 kl./s dla każdej kamery wymaga przepustowości na poziomie od 2 do 12 Mb/s (wielkości strumieni w zależności od rozdzielczości i metody kompresji zostały zawarte w Tabela 6.1.).

Tabela 6.1. Wielkości strumieni wideo w zależności od rozdzielczości i metody kompresji

Oznacza to, że w proponowanym systemie nadzoru wideo dla osiedla mieszkaniowego, w skład którego wchodzą 42 kamery (z czego 38 to kamery megapikselowe), suma wszystkich strumieni danych nie przekroczy 100 Mb/s (podczas pracy kamer w kompresji H.264). Oczywiście jest to czysto teoretyczne założenie, gdyż w rzeczywistości wielkość strumieni danych generowanych przez kamery może być większa (wpływ mają różne czynniki np. metoda kompresji, miejsce pracy kamery, itp.). Z tego też względu, oraz biorąc pod uwagę fakt możliwości rozbudowy w przyszłości proponowanej instalacji CCTV IP o dodatkowe kamery, zdecydowałem się na stworzenie sieci IP o topologii mieszanej, to znaczy sieci szkieletowej w topologii pierścienia (w standardzie Ethernet 1000 Base-T na kablach miedzianych UTP kat.6) z punktami węzłowymi oraz lokalnymi odgałęzieniami od tych punktów w topologii gwiazdy (w standardzie Ethernet 100 Base-Tx realizowanych na kablach miedzianych UTP kat. 5). Oczywiście ze względu na sumę wszystkich strumieni danych w systemie (po rozbudowie systemu do 200 Mb/s), nic nie stoi na przeszkodzie by taką sieć wykonać w topologii gwiazdy, jednak w praktyce nie jest to najlepsze rozwiązanie. Duże odległości między poszczególnymi urządzeniami oraz sposób wykorzystania sieci IP (pod system bezpieczeństwa) sprawia, iż jest to rozwiązanie nie tylko karkołomne w realizacji (prowadzenie wszystkich przewodów do jednego punktu), ale także wymaga zastosowania dodatkowych urządzeń (wzmacniaczy), gdyż technologia Ethernet, w dowolnej swojej „miedzianej” odmianie, nie przewiduje możliwości transmisji danych na odległość rzędu kilkuset ­metrów. Podstawową zaletą użytkową proponowanego przeze mnie rozwiązania jest jego pewna nadmiarowość w części szkieletowej, gdyż pierścień z natury rzeczy jest tworem zamkniętym i jego przerwanie w jednym miejscu nie powoduje utraty połączeń między poszczególnymi składnikami, co z kolei zapewnia większą niezawodność pracy systemu CCTV IP.

W punktach węzłowych sieci IP zdecydowałem się na zastosowanie zarządzanych przełączników sieciowych firmy HP (zarządzane ponieważ w sieci CCTV IP mamy do czynienia z ciągłym przesyłem dużych strumieni danych), w tym siedmiu 8-portowych przełączników z serii HP ProCurve 2520G-8-PoE Switch (8 gniazd 10/100/1000Mbps) i trzech 24-portowych przełączników HP ProCurve 2520G-24-PoE Switch (24 gniazda 10/100/1000Mbps). Wybrałem te konkretne modele przełączników z kilku względów. Przede wszystkim każdy z nich obsługuje zarówno standard Fast Ethernet, jak i Gigabit Ethernet, co pozwala nie tylko na stworzenie wydajnej sieci szkieletowej o topologii pierścienia, ale także zapewnia wysoką funkcjonalność całej sieci IP (np. możliwość zastosowania w dowolnym punkcie sieci zapasowego serwera zapisu systemu CCTV). Przełączniki 2520G-8-PoE Switch zastosowałem w budynkach A, C, D, E, F, G, H. Jak widać na Schemat 6.1. nie wykorzystują one wszystkich posiadanych portów Ethernet, co tym samym pozwala na łatwe doposażenie każdego z budynków w dodatkowe kamery (np. kamery wewnętrzne monitorujące klatki schodowe). Przełącznik 2520G-24-PoE Switch zastosowałem w centrum monitoringu, które znajduje się w budynku B oraz w dwóch największych obiektach osiedla mieszkaniowego, mianowicie w budynku I i J (większa liczba portów sieciowych ze względu na charakter – centrum monitoringu - i rozmiar obiektów). Kolejną istotną cechą użytkową wykorzystanych przełączników sieciowych jest obsługa protokołu RSTP (ang. Rapid Spanning-Tree Protocol), który został stworzony dla zwiększenia niezawodności środowisk sieciowych (rozszerzenie protokołu STP). Umożliwia on konfigurację przełączników sieciowych (ang. network switch) i mostków sieciowych (ang. network bridge) w sposób zapobiegający powstawaniu pętli. Protokół RSTP tworzy graf bez pętli (drzewo) i ustala zapasowe łącza, które w trakcie normalnej pracy sieci są w stanie "discarding" (w tradycyjnym STP w stanie "blocking"). Wykorzystywana jest tylko jedna ścieżka, po której może odbywać się komunikacja. Na szczycie grafu znajduje się główny przełącznik tzw. korzeń (ang. root), zarządzający siecią. Korzeniem zostaje przełącznik na podstawie identyfikatora (w proponowanym systemie korzeniem jest przełącznik sieciowy w budynku B – centrum monitoringu). W momencie, gdy RSTP wykryje problem, np. zerwany link, to rekonfiguruje sieć uaktywniając łącze zapasowe. Aktywacja łącza zapasowego następuje natychmiastowo (w przypadku protokołu STP zajmuje to kilkadziesiąt sekund). Dzięki zastosowaniu przełączników sieciowych z obsługą protokołu RSTP, prezentowana sieć CCTV IP cechuje się zdecydowanie wyższą odpornością na awarie i kumulacje strumieni danych w jednym punkcie, co jest bardzo istotne, ponieważ jest to system bezpieczeństwa. Każdy z zastosowanych przełączników sieciowych oferuje zasilanie PoE, dzięki czemu w łatwy sposób możemy zamontować i zasilić kamery megapikselowe GV-BL110D i kamerę GV-MFD110 (brak konieczności stosowania dodatkowych przewodów zasilających).

Wszystkie przełączniki sieciowe wchodzące w skład sieci IP połączono ze sobą za pomocą kabli UTP kat. 6 4x2x0,57 mm (Gigabit Ethernet 1000Base-T). W ten sam sposób zostały podłączone do przełącznika B, rejestratory sieciowe systemu CCTV IP. Połączenie zostało zrealizowane za pomocą standardu Gigabit Ethernet, ponieważ rejestratory stanowią umowny punkt centralny sieci, w którym gromadzone (rejestrowane) są wszystkie strumienie danych z kamer. Poszczególne kamery systemu monitoringu podłączono do przełączników za pomocą kabli miedzianych UTP kat. 5 4x2x0,51 mm (Fast Ethernet 100Base-Tx).

Wszystkie elementy składowe systemu CCTV IP zostały skonfigurowane do pracy w sieci lokalnej LAN.

Adresacja poszczególnych urządzeń:

• Rejestratory sieciowe (RPNVR 32GV): 192.168.0.11, 192.168.0.12;
• Przełączniki sieciowe: 192.168.0.21…192.168.0.30;
• Kamery sieciowe (GV-SD010-S18X, GV-BL110D, GV-MFD110): 192.168.0.101…192.168.0.141;
• Serwery wizyjne z podłączonymi kamerami LPR1 i LPR2 (GV-IRCAM10M): 192.168.0.201, 192.168.0.202.
• Maska sieci: 255.255.255.0;
• Brama sieci: 192.168.0.1.

Tak skonstruowana sieć IP zapewnia nie tylko wydajną i bezawaryjną pracę sieciowego monitoringu wizyjnego, ale również pozwala na łatwą rozbudowę systemu, zapewnia możliwość podłączenia do monitoringu miasta oraz pozwala na prowadzenie zdalnego nadzoru wideo za pomocą Internetu z dowolnego miejsca (w celu uzyskania odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa konieczne jest podłączenie rejestratorów sieciowych RPNVR 32GV do routera z Firewall, a następnie zapewnienia dostępu do sieci Internet).

Maciej Mijalski

CTR Partner

Zobacz również nasze inne artykuły