30213

Проектирование системы видеомониторинга

Дипломная

Информатика, кибернетика и программирование

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 видео и фотофиксацию различных типов нарушений ПДД: движение по...

Русский

2013-08-23

2.65 MB

48 чел.

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 видео- и 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.

Содержание

Аннотация…………………………………………………………………………….....5

Введение…………………………………………………………………………….......12

2 Расчетно-проектная часть…………………………………………..……………......17

2.1 Проектирование сети видеомониторинга…………………………………….17

2.2 Организация видеоконтроля…………………………………………...............19

2.2.1 Размещение камер видеонаблюдения на перекрестках……………..19

2.2.2 Расчет зон обзора видеокамер……………………………….……......20

2.2.3 Расчет необходимого количества видеокамер…………….…………25

2.2.4 Выбор средств видеоконтроля для оборудования объекта…………27

2.3 Подключение системы видеонаблюдения  к сети провайдера……………...34

2.3.1 Выбор и обоснование канала связи…………………………………..35

2.3.2 Выбор системы радиодоступа………………………………………...39

2.3.3 Выбор стандарта радиодоступа……………………………………….49

2.3.4 Выбор оборудования подключения к сети провайдера…………......55

2.4 Анализ стандарта сжатия видеоизображения………………………..…….....70

2.4.1 Критичность к задержке данных при передаче информации……....72

2.5 Расчет  радиоканала…………………………………………………………….74

2.5.1 Расчет необходимого уровня сигнала на входе приемника………...74

2.5.2 Расчет  зон радиопокрытия технологии bluetooth…………………...77

2.6  Расчет пропускной способности сети………………………………………...83

2.7 Расчет  необходимого объема жесткого диска и времени записи…………..86

2.8 Структурная схема организации связи……………………..…………..……..86

3 Конструкторско – технологическая часть………………………………………......87

3.1 Технические характеристики камеры……………………………..…………..87

3.2 Установка устройства …………………………………………….…………...90

3.3 Назначение IP-адреса камере и доступа к ней……………………………......94

3.4 Просмотр изображения, поступающего с камеры…………..………….…….95

4 Экономическая часть…………………………………………………..……………..98

4.1  Инвестиционный план…………………………………………………….…..99

4.1.1 Правовая основа функционирования предприятия………………….99

4.1.2 Лицензирование………………………………………………………100

4.1.3 Капитальные затраты………………………………………………...100

4.1.4 Дополнительное оборудование………………………….…………..101

4.1.5 Аренда помещения……………………………………….…………..102

4.2 Инвестиционные средства предприятия………………………...…………..103

4.3 Производственный план……………………………………………………...104

4.3.1 Структура предприятия……………………………..……………….104

4.3.2 Расчет затрат на эксплуатацию оборудования………….………….105

4.3.3 Налог на имущество……………………………………………….....106

4.3.4 Затраты на электроэнергию и коммунальные услуги…..………….107

4.4 План маркетинга………………………………………………………………108

4.4.1 Реклама………………………………………………………………..108

5 Безопасность и экологичность проекта …………………………………………...109

   5.1 Анализ и идентификация опасных и вредных производственных

         факторов…………………………………………………………………………...111

5.1.1 Недостаточная освещенность рабочего места……………………...112

5.1.2 Повышенный уровень электромагнитного излучения

                   оборудования участка сети………………………………………………...114

5.1.3 Опасность поражения электрическим током……………………….116

 5.2 Мероприятия по обеспечению безопасных и экологичных

         условий труда……………………………………………………………………...117

 5.2.1 Электробезопасность………………………………..……………….117

              5.2.2 Расчет освещения…………………………………………….............124

5.2.3 Защита от электромагнитного излучения………………..…………126

Заключение…………………………………………………………………………...129

Список литературы……………………………………………………………………130

Приложение А Схема транспортной сети провайдера……………………………..131

Приложение Б Зоны покрытия камер на перекрестке № 1…………………………132

Приложение В Зоны покрытия камер на перекрестке № 2………………………...133

Приложение Г Зоны покрытия камер на перекрестке № 3………………................134

Приложение Д Технические характеристики коммутатора………………..............135

Приложение Е Технические характеристики мультиплексора………….………....136

Приложение Ж Технические характеристики радиоприемника ………………….137

Приложение И Технические характеристики компьютера………………………...138

Приложение К Технические характеристики монитора видеонаблюдения………139

Приложение Л Технические характеристики платы видеозахвата……..…………140

Приложение М Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 1

                            на перекрестке ул. Пушкина – ул. Театральная………………….141

Приложение Н Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 2

                           на перекрестке ул. Пушкина – ул. Театральная…………………..142

Приложение П Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 3

                           на перекрестке ул. Пушкина – ул. Театральная………………......143

Приложение Р Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 1

                           на перекрестке ул. Ленина – ул. Октябрьской Революции………144

Приложение С Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 2

                            на перекрестке ул. Ленина – ул. Октябрьской Революции……...145

Приложение Т Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 3

                           на перекрестке ул. Ленина – ул. Октябрьской Революции………146

Приложение У Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 1

                           на перекрестке ул. Менделеева – ул. Бакалинская……………….147

Приложение Ф Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 2

                            на перекрестке ул. Менделеева – ул. Бакалинская………………148

Приложение Х Зона радиопокрытия технологии bluetooth камеры № 3

                           на перекрестке ул. Менделеева – ул. Бакалинская…………….…149

Приложение Ц Скриншот программы «Калькулятор»……………………………..150

Приложение Ш Структурная схема организации сети видеомониторинга……….151

Приложение Э Алгоритм функционирования системы…………………………….152

Приложение Ю Видеокамера D-Link 8906F…………………………………….…..153

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 [1].

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 видео- и 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

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 [2].

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

Место расположения

камер

Дальность обнаружения

D, м

Высота

подвеса

h, м

Длина мертвой зоны под видеокамерой

L, м

Перекресток

ул. Пушкина –

ул. Театральная

камера 1

11

4

1

камера 2

11

4

1

камера 3

11

4

1

Перекресток

ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

11

3

1

камера 2

11

3

1

камера 3

11

3

1

Продолжение таблицы 1

Перекресток

ул. Менделеева – ул. Бакалинская

камера 1

13

3

1

камера 2

13

3

1

камера 3

13

4

1

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 α1 до значения α2. 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;

β - угол между оптической осью камеры и вертикалью;

α - 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

Место расположения

               камер

αв, 0

β,0

Перекресток

ул. Пушкина –

ул. Театральная

камера 1

75

52,5

камера 2

75

52,5

камера 3

75

52,5

Перекресток

ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

70

55

камера 2

70

55

камера 3

70

55

Перекресток

ул. Менделеева –

ул. Бакалинская

камера 1

70

55

камера 2

70

55

камера 3

75

52,5

   

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

Место расположения   камер

αв,0

αг,0

Перекресток ул. Пушкина –

ул. Театральная

камера 1

75

100

камера 2

75

100

камера 3

75

100

Перекресток ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

70

93

камера 2

70

93

камера 3

70

93

Продолжение таблицы 3

Перекресток ул. Менделеева –

ул. Бакалинская

камера 1

70

93

камера 2

70

93

камера 3

75

100

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

                                                                                            (8)

                                                                                           (9)

где    Rв – разрешение телевизионной камеры, ТВЛ;

D – расстояние до объекта контроля, м;

Sг, Sв – размеры минимальной различимой детали объекта контроля по горизонтали и вертикали, мм;

аг, ав – 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” (4,8х3,6).

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 (γ - 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 [6].         

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: 640x480 точек. Существуют камеры с мегапиксельными разрешениями: 1280x1024, 1600x1200 и более высокими.   

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

Таблица 4 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам видеокамер

Параметры

AXIS 221

STC-IP2580

D-Link 8906F

Разрешающая способность

640x480 pix

640x480 pix

704x480 pix

Пороговая чувствительность

Цв.: 2 лк,
Ч/б: 0,6 лк, F1.4

0,3 лк/ F2.0

Цв.: 1 лк,
Ч/б: 0,2 лк, F1.4

Угол обзора

По горизонтали:

от 500 до 750

По вертикали:

от 450 до 500

75х360

По горизонтали:

от 850 до 1200

По вертикали:

от 600 до 850

Отношение сигнал/шум

более 40 дБ

более 48 дБ

более 60 дБ

Гамма-коррекция

0,45

0,4

0,45

Светочувстви-тельный элемент

1/2'' ПЗС- матрица

1/3" ПЗС- матрица

1/3" ПЗС- матрица

Встроенные сетевые интерфейсы

Интерфейс 802.11g

Порт 10/100BASE-TX Fast Ethernet

Порт 10/100BASE-TX Fast Ethernet

Интерфейс 802.15.3 Bluetooth

Порт 10/100BASE-TX Fast Ethernet

Продолжение таблицы 4

Электропитание

12 В, 24 В

12 В, PoE

PoE, 220 В, 12 В

Габариты

60х88х286 мм

62х99x250 мм

Диаметр 58 мм

длина 240 мм

Рабочий диапазон температур

-20…+50°C

-15…+40°C

- 30…+ 50° C

Цена

40400 руб.

38550 руб.

40510 руб.

Как видно из таблицы 4 видеокамера D-Link 8906F 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

Место расположения   камер

Sг, мм

Sв, мм

Перекресток ул. Пушкина –

ул. Театральная

камера 1

48,5

27

камера 2

48,5

27

камера 3

48,5

27

Перекресток ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

42,9

24,6

камера 2

42,9

24,6

камера 3

42,9

24,6

Перекресток ул. Менделеева –

ул. Бакалинская

камера 1

50,7

29,1

камера 2

50,7

29,1

камера 3

60,4

31,9

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 [11].

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.

В дипломном проекте будем использовать цифровую систему радиодоступа 5 поколения по ряду причин:

- наиболее современное и актуальное поколение радиодоступа;

- оборудование 5 поколения радиодоступа в настоящее время доступно с экономической и технической точки зрения;

- преимущества цифровой системы перед аналоговой;

- высокая скорость передачи данных;

- увеличение услуг связи;

- дальность действия;

- возможность применения в различных сетях.

Таблица 6 - Характеристики оборудования пяти поколений сетей радиодоступа

Характе-ристика

1-е поколение

2-е поколение

3-е поколение

4-е поколение

5-е поколение

Частота

0,03…1ГГц

1…26 ГГц

1…26 ГГц

2,4…42 ГГц

1…60 ГГц

Вид модуляции

F3E, F3D

G7W

G7W, DSSS, FHSS

G7W, OFDM, DSSS, FHSS

G7W, UWB, DSSS, FHSS

Услуги связи

Передачи речи и данных по коммути-руемым сетям

Речь, данные

Речь, данные, телематика, E1, IP

Речь, данные, телематика, E1, IP

Речь, данные, телематика, E1, IP

Скорость передачи данных в канале

19,2 кбит/с

64,144 кбит/с                      2 Мбит/с

0,2…10 Мбит/с

0,2…10 Мбит/с

до 100 Мбит/с

Место примене-ния

Офис, сельская местность

Корпоративные сети, офисные сети FWA

Городские сети (MAN), локальные сети (LAN), BWA, FWA

Городские сети (MAN) WiMax, локальные сети (LAN) WiFi

Городские сети, локальные сети,  внутри-офисные

Дальность действия

200 м                                        70км

5…15 км                  700 км

30 км (MAN)                        300 м (LAN)

7 км (MAN)                        300 м (LAN; PAN)

1...7 км (MAN)                        300…1000 м (LAN; PAN)

Продолжение таблицы 6

Техноло-гия доступа

FDMA, FDD

TDMA; FDD; TDD; СT2; DECT

CDMA; FDD; TDD; TCP/IP, UDP/IP

CDMA; FDD; TDD; TCP/IP,SDMA, TDMA, OFDMA

CDMA; FDD; TDD; TCP/IP,SDMA, TDMA, OFDMA

Стандарт

«Алтай», МРТ 1327, УТК, СТ0, СТ1

Стандарты  TDMA, CDMA CT-2, DECT.

 

Стандарты FH CDMA, DS CDMA, Bluetooth

v 1.1.

(802.15.1), 802.11, 802.11b

802.16 MAN, 802.11a MAN, LAN, 802.11g LAN, 802.15.4, Zig Bee, IMT-2000

802.16 a, e, d, Bluetooth

v 1.3.  (802.15.3), 802.15.3a

2.3.3 Выбор стандарта радиодоступа

Существующие стандарты радиодоступа достаточно хорошо проработаны и существует множество фактических реализаций. В таблице 7 приведена сравнительная характеристика стандартов беспроводной связи 4 и 5 поколений.

Таблица 7 - Сравнительная таблица стандартов беспроводной связи 4 и 5 поколения

Технология

Стандарт

Исполь-

зование

Пропускная способность

Радиус действия

Частота, ГГц

Wi-Fi

802.11а

WLAN

до 54 Мбит/с

до 100 м

5

Wi-Fi

802.11b

WLAN

до 11 Мбит/с

до 100 м

2,4

Wi-Fi

802.11g

WLAN

до 108 Мбит/с

до 100 м

2,4

Wi-Fi

802.11n

WLAN

до 600 Мбит/с

до 100 м

2,4-2,5 или 5

Продолжение таблицы 7  

WiMax

802.16d

WMAN

до 75 Мбит/с

6-10 км

1,5-11

WiMax

802.16e

Mobile WMAN

до 30 Мбит/с

1-5 км

2-6

WiMax

802.16m

WMAN, Mobile WMAN

до 1 Гбит/с (WMAN), до 100 Мбит/с (Mobile WMAN)

н/д

н/д

Bluetooth v 1.1.

802.15.1

WPAN

до 1 Мбит/с

до 10 м

2,4

Bluetooth v 1.3.

802.15.3

WPAN

от 11 Мбит/с до 55 Мбит/с

до 100 м

2,4

UWB

802.15.3a

WPAN

от 110 до 480 Мбит/с

до 10 м

7,5

ZigBee

802.15.4

WPAN

от 20 до 250 Кбит/с

до 100 м

2,4

ИК

IrDa

WPAN

до 16 Мбит/с

до 10 м

-

В нашем случае, при проектировании системы видеомониторинга целесообразнее всего использовать технологию bluetooth v 1.3., по следующим причинам:

-высокая скорость развертывания;

-возможность поэтапного развития сети, начиная с минимальной   конфигурации;

-низкие затраты на эксплуатацию;

-высокая пропускная способность;

-широкая инфраструктура, возможность масштабирования;

-радиус действия до 100 м. Этого  достаточно для организации радиодоступа на широких перекрестках, проспектах, кольцевых;

-мощность приемо-передатчиков Bluetooth - маленькая, на сегодняшний день они совсем дешевы и встраиваются даже в беспроводные гарнитуры;

-простота использования.

Технология Bluetooth обеспечивает обмен информацией между любыми устройствами на надежной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга [5].

Каждое устройство Bluetooth  имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц. Этот диапазон в большинстве стран отведен для промышленной, научной и медицинской аппаратуры и не требует лицензирования, что обеспечивает повсеместную применимость устройств. ISM-диапазон используется в различных бытовых приборах и беспроводных сетях.

Для Bluetooth  используются радиоканалы с дискретной (двоичной) частотной модуляцией, несущая частота каналов F = 2402+k (МГц), где                             k = 0-78. Кодирование простое - логической единице соответствует положительная девиация частоты, нулю - отрицательная. Передатчики могут быть трех классов мощности, с максимальной мощностью 1, 2, 5 и 100 МВт, причем должна быть возможность понижения мощности с целью экономии энергии.

Передача ведется с перескоком несущей частоты с одного радиоканала на другой, что помогает в борьбе с интерференцией и замираниями сигнала. Физический канал связи представляется определенной псевдослучайной последовательностью используемых радиоканалов (79 или 23 возможных частот). Группа устройств, разделяющих один канал (то есть использующих одну и ту же последовательность перескоков), образует так называемую пикосеть (piconet), в которую может входить от 2 до 8 устройств. В каждой пикосети имеется одно ведущее устройство и до 7 активных ведомых. Кроме того, в зоне охвата ведущего устройства в его же пикосети могут находиться «припаркованные» ведомые устройства: они тоже «знают» последовательность перескоков и синхронизируются (по перескокам) с ведущим устройством, но не могут обмениваться данными до тех пор, пока ведущее устройство не разрешит их активность. Каждое активное ведомое устройство пикосети имеет свой временный номер (1-7); когда ведомое устройство деактивируется (паркуется), оно отдает свой номер для использования другими.  При последующей активизации оно уже может получить иной номер (потому он и временный).  Пикосети могут перекрываться зонами охвата, образуя «разбросанную» сеть (scatternet). При этом в каждой пикосети ведущее устройство только одно, но ведомые устройства могут входить в несколько пикосетей, используя разделение времени (часть времени он работает в одной, часть - в другой пикосети). Более того, ведущее устройство одной пикосети может быть ведомым устройством другой пикосети. Эти пикосети никак не синхронизированы, каждая из них использует свой канал (последовательность перескоков).

Канал делится на тайм-слоты длительностью 625 мкс., слоты последовательно нумеруются с цикличностью 227. Каждый тайм-слот соответствует одной частоте несущей в последовательности перескоков (соответственно 1600 перескоков в секунду). Последовательность частот определяется адресом ведущего устройства пикосети. Передачи ведутся пакетами, каждый пакет может занимать от 1 до 5 тайм-слотов. Ведущее и ведомые устройства ведут передачу поочередно: в четных слотах передачу ведет ведущее устройство, а в нечетных - адресованное им ведомое устройство.

Радиолиния Bluetooth, использующая технологию расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты, устойчива к интерференции и замираниям. Расширение спектра является методом цифрового кодирования, в котором исходный сигнал преобразуется таким образом, что для случайного слушателя он становится больше похожим на шум. Операция кодирования увеличивает количество передаваемых битов и расширяет используемую полосу пропускания.

Используя такой же расширяющий код как и в передатчике, приемник сжимает расширенный сигнал обратно к исходной форме. Сигнал, передаваемый в расширенной полосе частот, более устойчив к различным помехам, что повышает надежность передачи данных и голоса. При псевдослучайной скачкообразной перестройке частоты, т.е. перескоках сигнала с одной частоты на другую по закону псевдошумовой последовательности, беспроводные системы становятся более конфиденциальными, т.е. защищенными от подслушивания

Между ведущим и ведомыми устройствами могут устанавливаться физические связи двух типов: синхронные и асинхронные.

Синхронные связи (они же изохронные) с установлением соединения, SCO link (Synchronous Connection-Oriented), используются для передачи изохронного трафика (например, оцифрованного звука). Эти связи типа «точка-точка» предварительно устанавливает ведущее устройство с выбранными ведомыми устройствами, и для каждой связи определяется период (в слотах), через который для нее резервируются слоты. Связи получаются симметричные двусторонние. Повторные передачи пакетов в случае ошибок приема не используются. По сетевой классификации связи SCO относятся к коммутации цепей [5].

Асинхронные связи без установления соединения, ACL link (Asynchronous Connection-Less), реализуют коммутацию пакетов по схеме «точка-множество точек» между ведущим устройством и всеми ведомыми устройствами пикосети. Ведущее устройство может связываться с любым из ведомых устройств пикосети в слотах, не занятых под SCO, послав ему пакет и потребовав ответа. Ведомое устройство имеет право на передачу, только получив обращенный к нему запрос ведущего устройства (безошибочно декодировав свой адрес). Для большинства типов пакетов предусматривается повторная передача в случае обнаружения ошибки приема. Ведущее устройство может посылать и безадресные широковещательные пакеты для всех ведомых устройств своей пикосети.

При создании системы цифровой связи ограничение потенциально возможных преднамеренных помех (ПРП) каким-либо одним или несколькими типами создает условия, при которых возможен отказ системы при воздействии непредвиденного типа ПРП. Поэтому целесообразно рассчитывать на максимальное возможное  разнообразие ПРП в пределах заданных ограничений на системе. Основные типы ПРП: узкополосные, шумовые, импульсные, ретранслированные, прицельные. С ПРП борьба ведется сменой структуры сигнала в частотно-временной области, либо программным (псевдослучайным) переключением рабочих (радио) частот, либо передачей широкополосными (шумоподобными) сигналами (ШПС) [8].

В физической среде bluetooth распространяется с помощью маломощного шумоподобного сигнала.

Использование шумоподобных сигналов (ШПС) обеспечивает безопасность передачи  конфиденциальной информации ввиду невозможности приема сигналов без знания структуры псевдослучайных последовательностей, используемых при генерации шумоподобных сигналов.

2.3.4 Выбор оборудования подключения к сети провайдера

Анализ коммутаторов провайдера

Сеть Metro Ethernet ОАО «Башинформсвязь» построена на базе коммутаторов Cisco ME 3400.  Коммутаторы Cisco решают две основные задачи: во-первых, это доставка Ethernet- пакетов непосредственно в помещения, а во-вторых, передача трафика от граничных устройств доступа в сеть оператора связи. Коммутаторы Cisco ME 3400 представляют собой 24-портовые устройства, которые спроектированы для размещения в служебных помещениях, предназначенных для обслуживания многоквартирных домов, офисных зданий и небольших районов. Коммутаторы комплектуются двумя оптоволоконными портами, подключенными к инфраструктуре оператора связи.

Технические данные коммутатора Cisco ME 3400 представлены в приложении Д.

Анализ мультиплексора провайдера

Аппаратура синхронной цифровой иерархии (SDH) всех видов должна соответствовать стандартам международного союза Электросвязи (МСЭ).

Волоконно оптическая магистраль Башинформсвязь построена на базе мультиплексоров OptiX OSN 3500 уровня STM-16 от фирмы «Huawei Technologies». Возможно использование данного оборудования в режимах мультиплексора  ввода/вывода для добавления в сеть или изъятия из нее цифровых потоков, или транспортных единиц и групп со скоростями 2, 34, 140 или 155 Мбит/с. OptiX OSN 3500 представляет собой построенный на единой платформе мультиплексор SDH с функцией ввода/вывода и гибкой архитектурой.

Главными достоинствами сетей реализованных на оборудовании «Huawei Technologies» являются:

- высокая надежность, за счет использования современных методов защиты, как оборудования так и трафика;

- простота обслуживания и развитие сети, модульный принцип построения оборудования и программного обеспечения;

- полное соответствие рекомендациям МСЭ;

- удобство обслуживания, наличие сервисных центров фирмы на территории России.

Оборудование OptiX OSN 3500 компании «Huawei Technologies» предназначено для организации по одному линейному тракту 30240 каналов ТЧ или ОЦК (основной цифровой канал) с тактовой частотой 2488 МГц. Мультиплексор обеспечивает транспортировку голосового и информационного трафика с высокой пропускной способностью и применяется в транспортных и магистральных сетях.

Особенностью OptiX OSN 3500 является то, что функции линейного блока, блока кросс-коммутации, блока синхронизации, блока SCC (System Control and Connection) интегрированы на одной плате, что высвобождает ресурсы слотов. В «корзине» 15 слотов для плат обработки, 16 слотов для плат интерфейсов, 1 слот для платы вспомогательного интерфейса и три модуля вентиляторов.

Технические данные мультиплексора OptiX OSN 3500 приведены в приложении Е.

Выбор оборудования технологии bluetooth v 1.3.

Анализ и обоснование выбора приемо-передатчика

Каждое устройство Bluetooth  имеет радиопередатчик и приемник, работающие в диапазоне частот 2,4 ГГц.

 В пункте 2.2.4 была выбрана камера D-Link 8906F. Она имеет встроенный передатчик bluetooth, мощность передатчика 20 dBm.

Рынок приемников bluetooth представлен огромным количеством фирм - производителей, таких, как: Nokia (Финляндия), Hicom (Россия), GlobalSAT (Корея), eXtreme, Cellink (Китай и Европа), Guidetek GSpace, D-Link (Тайвань) и многие другие.

Чаще всего приемники bluetooth используются для предоставления доступа устройствам (ноутбуки, принтеры, камеры и  т.д.) к стационарной локальной сети.

Конструктивно приемник bluetooth может быть выполнен как для наружного использования (защищенный от воздействий внешней среды вариант), так и для использования внутри помещений. Также существуют устройства, предназначенные для промышленного использования, учитывающие специфику производства.

Что касается функциональности, у различных приемников bluetooth она может существенно разниться, иногда предоставляя средства диагностики и контроля сети, удаленной настройки и устранения неисправностей.

Приемники bluetooth призваны выполнять самые разнообразные функции, как для подключения группы устройств (каждый с беспроводным сетевым адаптером) в самостоятельные сети (режим Ad-hoc), так и для выполнения функции моста между беспроводными и кабельными участками сети (режим Infrastructure).

Для режима Ad-hoc максимально возможное количество станций - 256. В Infrastructure-режиме допустимо до 2048 беспроводных узлов. На практике, один приемник bluetooth может обслуживать не более 15 клиентов одновременно.

Следует учитывать, что приемник bluetooth - это обычный концентратор. При нескольких подключениях к одному приемнику полоса пропускания делится на количество подключенных пользователей. Теоретически ограничений на количество подключений нет, но на практике стоит ограничиться, исходя из минимально необходимой скорости передачи данных для каждого пользователя.

Для сравнения представлены 3 приемника bluetooth: Bluetooth-to-LAN  D-Link DBT-900AP, GlobalSAT 3405, Cellink Bluetooth F8T030.

Таблица 8 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам радиоприемников

Параметры

DBT-900AP

GlobalSAT 3405

Bluetooth F8T030

Исполнение

уличное

уличное

уличное

Чувствительность приемника

-80 dbm

-70 dbm

-80 dbm

Отношение с/ш

40 дБ минимум

40 дБ минимум

40 дБ минимум

Антенна

1, съемная

2 dBi

1, съемная

2 dBi

1, съемная

2 dBi

Частотный диапазон в пределах

2,400-2,483 ГГц

2,400-2,483 ГГц

2,400-2,483 ГГц

Количество каналов приема

до 4

до 3

до 4

Габаритные размеры

8x10x3 см

7,5x8,5x2,5 см

6,8x7,5x1,6 см

Продолжение таблицы 8

Радиус действия

100 м

100 м

100 м

Настройка устройства

через web-интерфейс

через web-интерфейс

через web-интерфейс

Рабочая температура

-40…+60, °С

-30…+50, °С

-45…+60, °С

Влажность

90%

100%

100%

Электропитание

от сети 220 В

от сети 220 В

от сети 220 В

Цена

4200 руб.

4000 руб.

3500 руб.

Как видно из таблицы  8 радиоприемник Cellink Bluetooth F8T030 отличается большим количеством каналов приема, меньшими габаритными размерами, низкой стоимостью, широким диапазоном рабочих температур и лучшей  чувствительностью. Следовательно, выбираем радиоприемник Cellink Bluetooth F8T030 уличного исполнения.

Высота подвеса радиоприемника, исходя из условия обеспечения прямой видимости между приемо-передающим оборудованием,  берется 4,5 м.

Технические данные радиоприемника приведены в приложении  Ж.

Подключение приемника bluetooth к сети провайдера

В пункте 2.3.4 был выбран радиоприемник Cellink Bluetooth F8T030.

Комплектация радиоприемника:
- устройство;
- блок питания;

- кабель питания;
- кабель F/UTP4-Cat5e, 50 метров;
- компакт-диск с драйверами и документация.

Конструктивные параметры кабеля F/UTP4-Cat5e представлены в таблице 9. Электрические характеристики для F/UTP4 cat 5e представлены в таблице 10.

Таблица 9 - Конструктивные параметры кабеля F/UTP4-Cat5e

Номинальный диаметр по изоляции, мм

Наружный размер (диаметр) кабеля, мм

Масса меди,
кг/км

Масса кабеля,
кг/км

Обозначение по стандарту ИСО/МЭК 11801

1,07

6,7

20,1

44,2

F/UTP4-Cat5e

Таблица 10 - Электрические характеристики для F/UTP4 cat 5e

Частота, МГц

1,0

4,0

10,0

16,0

20,0

Коэффициент затухания не более, дБ/100м

2,1

4,1

6,5

8,3

9,3

Переходное затухание на ближнем конце (NEXT) не менее, дБ/100м

65,0

56,0

50,0

47,0

46,0

Возвратные потери (RL) не менее, дБ

-

-

-

-

25,0

Время задержки сигнала

не более, на/100м

570,0

552,0

545,4

543,0

542,1

Затухание (ослабление) оказывает наиболее существенное влияние на передачу данных. Затухание - отношение мощности сигнала на выходе из передатчика (приемник bluetooth) к мощности сигнала на входе в приемник (коммутатор провайдера) той же линии. Обуславливает постепенную потерю энергии сигнала в среде передачи, в результате которой мощность полезного сигнала уменьшается, определяется по формуле (10).

                                             дБ                                              (10)

Для оценки качества кабеля часто используется коэффициент затухания α, который отражает ослабление сигнала на единицу длины и определяется выражением (11):

                                                    дБ/м                                                   (11)

Спектр передаваемого с видеокамеры изображения имеет полосу до 6-8 МГц. Согласно таблице 9 в этой полосе частот кабель имеет коэффициент затухания α≈0,05 дБ/м (5дб/100м). При установке приемника bluetooth на расстояние 20 метров от коммутатора  провайдера, расход кабеля составит ориентировочно          L = 25 метров. Следовательно, вносимые кабелем затухания в передаваемый видеосигнал составят:

дБ

Это значит, что передаваемый от радиопередатчика до коммутатора сигнал по своей мощности уменьшится  на 1,25 дБ.

Выбор системы сбора и обработки информации

В данном подпункте необходимо осуществить выбор и обоснование системы сбора и обработки информации: видеосервера. Роль сервера играет компьютер с платой видеозахвата, расположенный в полке ГАИ, через который в дальнейшем организовывается доступ в сеть.

Выбор компьютера

При выборе компьютера внимание следует обратить не только на единовременные затраты, но и на возможность сэкономить в будущем в процессе эксплуатации. Таким образом, важнейшим критерием выбора оборудования становится его надежность. Отвечающий высоким требования надежности компьютер прослужит дольше даже при максимальной загрузке, не потребует частого ремонта, который во время гарантийного обслуживания пусть и не будет стоить больших денег, зато сможет значительно притормозить работу. Кроме того, вероятность случайной потери важных данных в случае частой поломки компьютерного оборудования создает трудности.

Так как компьютер будет работать с большим объемом информации, поступающей от камер, то при его выборе следует обратить внимание на: мощность видеокарты и объем оперативной памяти. Важно, чтобы подобранное аппаратное средство наиболее полно соответствовало той задаче, которая будет на нем решаться.

Видеомониторы предназначены для отображения информации непосредственно с видеокамер или с устройств обработки видеоизображения, таких как видеорегистраторы, квадраторы, мультиплексоры, матричные коммутаторы, компьютеры. В связи со спецификой работы оборудования системы охраны (круглосуточная работа,  частое переключение кадров и повышенные требования по защите информации), видеомониторы не могут быть заменены обычными телевизионными приемниками. Кроме этого, во многие видеомониторы встроены коммутаторы, позволяющие принимать видеосигналы от нескольких видеокамер. Для защиты от внешних электромагнитных полей и уменьшения пожароопасности, видеомониторы, в отличие от телевизоров, выпускаются в металлических корпусах.

Внимание должно быть уделено эргономичности и комфортности работы за компьютером. Операторам придется провести за компьютером большую часть дня, так что неправильно подобранные или некачественные видеомонитор, клавиатура не только причинят неудобство, но и вызовут раздражение и повышенную утомляемость, что скажется на эффективности работы сотрудника.

Лидерами по производству компьютеров являются следующие фирмы-производители: Acer, Toshiba, Apple, Samsung, Xerox, NEC, Dell, DEPO и т.д.

Для сравнения представлены 3 компьютера различных производителей: DEPO Ego 8751is,  Samsung Core 2 Quad Q9500 (2,83GHz), Dell OptiPlex.

Таблица 11 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам компьютеров

Параметры

Ego 8751is

Core 2 Quad Q9500

OptiPlex

Процессор

Intel® Core™ i3 Processor 530 (2,93GHz, 2,5 GT/s, 4Mb)

Core 2 Quad Q9500
(2,83 GHz, 2,5 GT/s, 4Mb)

Intel Core 2 Duo E7200 (2,93GHz; 2,5 GT/s, 4Mb)

Оперативная память

2GB DDR3-1333 Single Channel

4GB DDR2- Dual Channel

4GB DDR3-1333 Single Channel

Жесткий диск

320GB SATA hard drive (7200rpm)

500GB SATA hard drive (7200rpm)

750 Gb SATA hard drive (7200rpm)

Продолжение таблицы 11

Видеокарта

ATI Radeon™ HD 5570 (1024МБ, PCI-E DVI+HDMI+VGA)

Интегрированная, Intel® Extreme Graphics 2

(512МБ, PCI-E DVI+HDMI+DP)

NVIDIA GeForce GTS 250 (1024МБ, PCI-E DVI+HDMI+

+DP)

Звуковая карта

Интегрированный восьмиканальный звук

Интегрированный восьмиканальный звук

Интегрированный восьмиканальный звук

Сетевая карта

Интегрированная Gigabit Ethernet 10/100/1000Base-TX

Интегрированная Gigabit Ethernet 10/100/1000Base-TX

Интегрированная Gigabit Ethernet 10/100/1000Base-TX

Клавиатура

Keyboard Black PS/2 Russian

(в комплекте)

-

Keyboard Black PS/2 Russian

(в комплекте)

Мышь

Mouse Optical USB Black ( в комплекте)

-

Mouse Optical USB Black ( в комплекте)

Наличие оптического привода

DVD±RW

DVD±RW

DVD±RW

Цена

21220 руб.

23850 руб.

23400 руб.

Как видно из таблицы  11 компьютер  Dell OptiPlex отличается большим объемом жесткого диска и оперативной памяти, приемлемой стоимостью,  комплектующими: мышь, клавиатура, современная видеокарта на базе лидера в производстве графических решений.

Технические данные компьютера Dell OptiPlex приведены в приложении  И.

Выбор видеомониторов требует не меньше внимания, чем выбор остальных компонентов системы охранного видеонаблюдения. В случае если качество видеомонитора не будет соответствовать качеству видеокамер, то и вся система видеонаблюдения будет функционировать не на должном уровне.

При выборе видеомонитора нужно учесть следующие факторы: тип монитора (аналоговый или цифровой), размер экрана, размер зерна экрана, разрешающую способность, частоту кадровой развертки, объем памяти видеоадаптера, уровень радиации. Разрешающая способность видеомонитора должна соответствовать разрешающей способности видеокамеры.

Для сравнения представлены 3 видеомонитора:  TM-A170G компании JVC Professional, LCD-видеомонитор Smartec STM-260W и STM-200.  

Таблица 12 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам видеомониторов

Параметры

TM-A170G

STM-260W

STM-200

Монитор

32”

26”

20”

Эффективный размер экрана  (ГхВ)

697х392 мм

508х285 мм

490х250 мм

Разрешение

1366х768 pix

1366х768 pix

640х480 pix

Размер пикселя

0,51075х

х0,51075 мм

0,4215х

х0,4215 мм

0,6375х

х0,6375 мм

Количество цветов

16,7 млн.,

8 бит

16,7 млн.,

8 бит

16,7 млн.,

8 бит

Время отклика

8 мс

6,5 мс

25 мс

Контрастность

3000:1

2500:1

400:1

Продолжение таблицы 12

Яркость

500 кд/м2

450 кд/м2

450 кд/м2

Угол обзора (ГхВ)

178°/178°

176°/176°

88°/88°

Частота сканирования

60 Гц, цифровая прогрессивная развертка

60 Гц, цифровая прогрессивная развертка

60 Гц, цифровая прогрессивная развертка

Цена, руб.

50000 руб.

20110 руб.

19850 руб.

Наиболее подходящим вариантом по ряду причин является видеомонитор Smartec STM-260W. Его основные преимущества: высокое разрешение, оптимальная цена, оптимальный размер экрана для осуществления видеомониторинга,  небольшое время отклика.

Технические данные видеомонитора приведены в приложении К.

Выбор и обоснование платы видеозахвата

Плата видеозахвата это устройство, позволяющее обрабатывать информацию, поступающую с видеокамер.

В зависимости от характера и сложности решаемых системой задач могут применяться разные типы плат видеозахвата. Их внешний вид, функции и настройки могут сильно отличаться.

Видеосервер на базе компьютера состоит из материнской платы, процессора, видеокарты, оперативной памяти, винчестера и платы видеозахвата. Эти устройства соединены между собой и функционируют как единый комплекс.

При выборе платы видеозахвата для проектируемой системы следует обратить внимание на:

1) Разрешение записи платы видеозахвата. Для большинства качественных плат максимальным разрешением будет 720х576, 640x480 пикселей. Запись с меньшим разрешением может быть оправдана, но рассмотреть детали на такой картинке будет очень сложно;

2) Скорость записи платы видеозахвата – количество кадров в секунду на 1 канал. Запись в реальном времени (25 кадров/сек) может быть оправдана там, где много быстро движущихся объектов. В большинстве случаев достаточно скорости записи 10 кадров/сек;

3) Варианты записи плат видеозахвата – по детектору движения, по расписанию, по тревожным входам. У большинства плат присутствуют эти варианты записи. Особое внимание следует уделить качеству и настройкам детектора движения;

4) Удаленный доступ плат видеозахвата к системе видеонаблюдения с разграничением прав доступа. Доступ может осуществляться как по локальной сети, так и из любой точки мира через Интернет;

5) Совместимость платы видеозахвата с компонентами компьютера. Многие производители предъявляют специфические требования к компьютеру, что создает определенные трудности;

6) Поиск и просмотр записанных видеофайлов. Очень важно чтобы поиск был удобен и не занимал много времени. Некоторые платы позволяют одновременно просмотреть сразу несколько камер, что экономит время на поиск и выявление необходимых фрагментов видео;

7) Возможность расширения плат видеозахвата количества видео каналов путем добавления дополнительной платы видеозахвата. Данная возможность позволяет легко и при минимальных затратах расширить систему видеонаблюдения.

Платы видеозахвата производят следующие фирмы-производители: Hicap, Comart, Digi-it,  ADVANTECH,  CANON, Hawell и т.д.

Для сравнения представлены 3 платы видеозахвата различных фирм-производителей: Hicap 50 Comart, DIGI-IT DIT-9600, Hawell HW-9104V1.  

Таблица 13 - Сравнительная таблица по техническим характеристикам плат видеозахвата

Параметры

50 Comart

DIT-9600

HW-9104V1

Количество каналов видео

16

16

16

Количество каналов аудио

1 (звуковая плата) - 16 (Hera)

1 (звуковая плата) - 16 (Hera)

1 (звуковая плата) - 16 (Hera)

Поддерживаемые разрешения

704х576 pix

704х288 pix

352х288 pix

1920х1200 pix 1680x1050 pix 1600x1200 pix

720х576 pix 

     640х480  pix

     384х288 pix

Скорость вывода изображения

50 кадр/сек

100 кадр/сек

25 кадр/сек

Скорость записи

50 кадр/сек

100 кадр/сек

25 кадр/сек

Разъемы

BNC на кабеле

BNC на кабеле

BNC на кабеле

Метод компрессии

MJPEG или MPEG4

MPEG4

MJPEG или MPEG4

Продолжение таблицы 13

Конфигурация компьютера

Процессор: Intel Pentium III 866, материнская плата: на чипсетах Intel BX, 810, 815, 845, 850, видеокарта: ATI Chipset AGP type Card, память: 64 Мбайт, жесткий диск: 7200 об/мин от 40 Гбайт

Процессор: Core2Duo E6550, материнская плата: на чипсетах Intel 845, 865, 915, 945, видеокарта: ATI Radeon 9550/
NVIDIA 6200, память: 1024 Мбайт, 2x1024 Мбайт, жесткий диск: 7200 об/мин от 80 Гбайт

Процессор: Intel Core 2 Duo E7200 материнская плата: на чипсетах Intel BX, 810, 815, 845, 850, видеокарта: NVIDIA GeForce GTS 250, память: 64 Мбайт, жесткий диск: 7200 об/мин от 40 Гбайт

Цена

5000 руб.

7000 руб.

4550 руб.

Наиболее подходящим вариантом является плата видеозахвата Hawell HW-9104V1. Она совместима с компьютером, выбранном в пункте 2.3.4, приемлема по цене, имеет необходимое количество каналов видео, достаточную скорость записи, поддерживает методы компрессии MJPEG/MPEG4.

Технические данные платы видеозахвата приведены в приложении Л.

Функции записи и просмотра выполняет специализированное ПО, поставляемое вместе с платой. Длительность записи видеоданных определяется объемом жесткого диска компьютера.

Для нормального функционирования сервера производят его настройку, для  этого устанавливают ПО видеокамер, ПО платы видеозахвата, настраивают конфигурацию сетевых карт и при помощи патч-корда соединяют локальную сетевую карту с коммутатором.

2.4 Анализ стандарта сжатия видеоизображения

Одним из главных условий является наименьшая ширина полосы на выходе камер при заданном качестве изображения. То есть необходимо максимально уменьшить, сжать объем информации.

В качестве вычислительного ядра выбранная уличная камера использует фирменный процессор компрессии третьего поколения ARTPEC-2, который осуществляет оцифровку видеосигнала, сжатие его в форматы MJPEG и MPEG-4 и отправку по сети. Благодаря процессору ARTPEC-2 камера осуществляет в режиме реального времени параллельное сжатие и передачу по сети потоков MJPEG и MPEG-4, что позволяет максимально эффективно использовать ресурсы локальной сети. Для удаленного просмотра «живого» видео оптимально подходит MPEG-4;  если же возникает необходимость в детальном анализе видео, то можно использовать более ресурсоемкий формат MJPEG.   

Использование определенного стандарта сжатия информации осуществляется, основываясь на следующих требованиях:

- повышение степени сжатия при сохранении качества, что влечет за собой выигрыш в битрейте;

- приемлемое качество видео;

- критичность к задержке данных при передаче.

Для обеспечения наименьшей битовой скорости необходимо определить какой из предлагаемых камерой стандартов сжатия лучше («сильнее») сжимает.

При сжатии происходит устранение пространственной и временной избыточности.

В данной системе видеоконтроля наблюдение осуществляется за грузопассажирским движением. При расчете зон обзора и расстановки видеокамер было определено, что камеры не оснащены поворотными устройствами и как в следствии находятся в статическом состоянии. Следует, на наблюдаемом перекрестке происходит слабое движение, задний план не меняется. Изменения будут только при движении автотранспорта или людей. Ввиду простоты движения, видеоинформация при обработке не вызовет каких-либо затруднений у кодеков. Таким образом, в каждом кадре видеопотока существует временная избыточность. Для ее устранения используют кодирование видеопотока по стандарту MPEG. Также при такой видеосъемке существует пространственная избыточность, которую в свою очередь устраняют кодированием по стандарту M-JPEG.

Рассмотрим следующие стандарты кодирования видеопоследовательностей: M-JPEG и MPEG. Для определения различия между ними, введем три типа кадров I, P, B:

- I- interframe (внутрикадровое кодирование);

- P-predicted (предсказывание кадра);

- B-bidirectional (двунаправленное кодирование).

В стандарте M-JPEG все кадры I типа, то есть происходит только внутрикадровое кодирование. В стандарте MPEG же используются все три типа кадров. Таким образом, в стандарте MPEG помимо внутрикадрового кодирования происходит предсказывание кадра, в котором определяется вектор движения и разность кадров, и двунаправленное кодирование, в котором производится усреднение интенсивности кадров. Таким образом, происходит выигрыш в скорости в несколько раз, то есть повышается степень сжатия при сохранении качества.

2.4.1 Критичность к задержке данных при передаче информации

В процессе передачи информации в элементах системы контроля в полке ГАИ возникает задержка поступления их в точку назначения. Влияние задержки данных по времени проявляется в возможности (невозможности) восприятия оператором (человеком) того или иного фрагмента сообщения, в данном случае, цельного  видеофрагмента. Так, по субъективным оценкам, для указанных сообщений максимальная величина задержки информации от видеокамер до полка ГАИ не должна превышать 400 мс. Задержка строго определяется восприятием человека и требует передачи пакетов в реальном масштабе времени (с предельно малой задержкой).

Для выполнения этого условия необходимо определить задержку, за время сжатия данных, и обеспечить ее минимизацию, то есть при выборе кодека помимо скорости и качества выбрать наименьшее время сжатия.  

Основным критерием оценки времени сжатия является неравенство (12):

                                    ,                                            (12)

где - длительность процесса сжатия информации, сек.;

- длительность информации, cек.

Т.е. время сжатия информации должно быть меньше самой длительности информации. Иначе компрессор не будет успевать сжимать поток видеоданных, следует информация для обработки будет накапливаться, а это значит, что условие передачи информации в масштабе реального времени нарушается.

   

2.5 Расчет  радиоканала

2.5.1 Расчет необходимого уровня сигнала на входе приемника

При расчете уровня сигнала на входе радиоприемника важны три фактора:

- полученный сигнал должен обладать мощностью, достаточной для его обнаружения и интерпретации приемником;

- чтобы при получении отсутствовали ошибки, мощность сигнала должна поддерживаться на уровне, в достаточной мере превышающем шум;

- при повышении частоты сигнала затухание возрастает, что приводит к

искажению.

Первые два фактора связаны с затуханием интенсивности сигнала и использованием усилителей или ретрансляторов. Для канала связи мощность сигнала передатчика должна быть достаточной для четкого приема. В то же время интенсивность сигнала не должна быть слишком большой, так как в этом случае контуры передатчика или приемника могут оказаться перегруженными, что также приведет к искажению сигнала. Если расстояние между приемником и передатчиком превышает определенную постоянную, свыше которой затухание становится неприемлемо высоким, для усиления сигнала в заданных точках пространства располагаются ретрансляторы,  усилители и антенны. Задача усиления сигнала значительно усложняется, если существует множество приемников, особенно если расстояние между ними и  передатчиками непостоянно.

Третий фактор списка известен как амплитудное искажение. Вследствие того, что затухание является функцией частоты, полученный сигнал искажается по сравнению с переданным, что снижает четкость приема. Для устранения этой проблемы используются методы выравнивания искажения в определенной полосе частот. Одним из возможных подходов может быть использование устройств, усиливающих высокие частоты в большей мере, чем низкие.

Размеры зоны покрытия передатчика будут определяться дальностью связи между передатчиком и приемником bluetooth,  уровнем мощности приемника и передатчика.

Уровень мощности сигнала на входе приемной антенны определяется выражением (13):

                          , дБ/мВт,                     (13)

где  - уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика, дБ/мВт;

- затухание сигнала при распространении, определяемое по формуле (17) и (20), дБ;

Lдоп ≈ 15 - дополнительные потери сигнала при распространении на трассе, дБ;

Bэ ≈ 11,5 - дополнительные потери сигнала при распространении в здании, дБ.

Уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика рассчитывается по формуле (14):

                                ,                              (14)

где     pпрд = 20 – уровень мощности передатчика, дБм;

Вф прд= 0 - потери в фидере антенны передатчика, дБ;

ВД прд = 0 - потери в дуплексном фильтре на передачу, дБ;

Вк = 0 - потери в комбайнере (устройство сложения), дБ;

Gпрд= 2 - коэффициент усиления антенны передатчика в направлении связи, дБ.

Тогда уровень эффективной изотропно излучаемой мощности передатчика составит:

дБ

Основным условием обеспечения связи будет необходимость превышения уровня мощности сигнала на входе приемной антенны минимально необходимого уровня мощности Рпрм мин в дБм, определяемого техническими характеристиками приемника и вычисляемого по формуле (15):

                ,                          (15)

где     ρпрм = -80 - чувствительность приемника, дБм;

Вф прм = 0 - потери в фидере антенны передатчика, дБ;

ВД прм = 0 - потери в дуплексном фильтре на прием, дБ;

КМШУ = 0 - коэффициент усиления антенного тракта для приема, дБ;

Gпрм= 2 - коэффициент усиления антенны приемника в направлении связи, дБи;

Ви = 90 - уровень индустриальных помех, дБм.

Тогда минимально необходимый уровень мощности приемника составит:

дБ

Для того чтобы мощность сигнала на входе приемной антенны Рпрм, превышала минимальную мощность сигнала на входе приемной антенны Рпрм мин, исходя из чувствительности приемника, необходимо, чтобы выполнялось условие (16):

                                              ,                                           (16)

где  Lдоп - дополнительные потери в радиоканале.

Они учитываются с целью повышения вероятности обеспечения связи требуемого качества. Дополнительные потери обусловлены целым комплексом причин, включая ослабление сигнала в соединительных разъемах, потери из-за неточного совпадения плоскостей поляризации антенн (5-10 дБ); запас помехоустойчивости к внешним помехам, величина которого определяется электромагнитной обстановкой в районе размещения радиолинии и обычно задается в пределах от 5 до 15 дБ; атмосферное поглощение. В проектируемой радиолинии достаточно принять  Lдоп = 15 дБ.

Тогда:

, дБ

Если это условие не выполняется значит необходимо добавить усиления на радиолинию, т.е. выбрать антенны с большим коэффициентом усиления  и/или использовать дополнительные усилители.

2.5.2 Расчет  зон радиопокрытия технологии bluetooth

В данном пункте дипломного проекта рассчитываются затухания радиоканала приближенно и более точно по моделям Кся – Бертони и Окамура – Хата.

Модель Окамура – Хата не учитывает специфику зоны развертывания сети связи, т.е. этажность зданий, ширину улиц. Модель Кся – Бертони более точная,  учитывающая потери при распространении в свободном пространстве, затухания при дефракции от крыш близлежащих зданий, потери при многократном переотражении от стен зданий.

Первое приближение (модель Окамура – Хата)

Для районов типично городской застройки потери будут определяться выражением (17):

, дБ,   (17)

где     f – рабочий диапазон частот, МГц;

hпрм и hпрд – высоты подвеса приемной и передающей антенн, м;

– поправочный коэффициент зависящий от типа местности в которой действует система связи;

R – расстояние между антеннами, м. 

Для г. Уфа (большой город) поправочный коэффициент определяется выражением (18):

                                             (18)

Данные для расчета потерь и результаты вычислений сведены в таблицу 14.

Таблица 14 - Данные для расчета потерь и результаты вычислений

Место расположения   камер

hпрм, м

hпрд, м

R, м

L, дБ

Перекресток

ул. Пушкина – ул. Театральная

камера 1

4,5

4

20

-11,349

13,8

камера 2

4,5

4

6

-11,349

7,6

камера 3

4,5

4

21

-11,349

14,7

Перекресток

ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

4,5

3

15

-11,349

11,4

камера 2

4,5

3

3

-11,349

17,8

камера 3

4,5

3

15

-11,349

11,4

Перекресток ул. Менделеева –

ул. Бакалинская

камера 1

4,5

3

25

-11,349

20,6

камера 2

4,5

3

30

-11,349

23,9

камера 3

4,5

4

34

-11,349

23,2

Таблица 15 - Результаты вычислений уровня мощности сигнала на входе приемника по модели Окамура-Хата

Место расположения   камер

L, дБ

R, м

Pпрм, дБ

Перекресток

ул. Пушкина – ул. Театральная

камера 1

13,8

20

-18,3

камера 2

7,6

6

-12,1

камера 3

14,7

21

 -19,2

Перекресток

ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

11,4

15

   -15,9

камера 2

17,8

3

-22,3

камера 3

11,4

15

-15,9

Перекресток ул. Менделеева –

ул. Бакалинская

камера 1

20,6

25

-25,1

камера 2

23,9

30

-28,4

камера 3

23,2

34

  -27,7

Уточнение зон радиопокрытия (модель Кся – Бертони)

Рисунок 9- К определению ослабления радиосигнала

Ослабление сигнала в свободном пространстве в случае, когда антенна передатчика располагается ниже среднего уровня крыш (столбы) определяется по формуле (19):

                                      , дБ                                       (19)

Суммарное ослабление в дБ на радиолинии определяется из соотношения (20):

,    (20)

где     R - расстояние между антеннами, м;

λ = 1,25·105 - длина волны, м;

- высота подвеса антенны передатчика относительно средней высоты здания, м;

h0 = 10 - средний уровень крыш, м;

- среднее погружение антенны приемника относительно  средней высоты окружающих зданий, м;

,

где    х ≈ 20 – расстояние по горизонтали между антенной приемника и кромкой крыши, на которой дефрагментирует волна, м.

,

где     d = 0 - средний интервал между кварталами, м.

Данные для расчета потерь и результаты вычислений сведены в таблицу 16.

Таблица 16 - Данные для расчета потерь и результаты вычислений

Место расположения   камер

hпрм, м

hпрд, м

R, м

hв/

hм, м

L, дБ

Перекресток

ул. Пушкина – ул. Театральная

камера 1

4,5

4

20

-20/19,5

78,7

камера 2

4,5

4

6

-20/19,5

89,2

камера 3

4,5

4

21

-20/19,5

78,3

Перекресток

ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

4,5

3

15

-21/19,5

81,2

камера 2

4,5

3

3

-21/19,5

95,2

камера 3

4,5

3

15

-21/19,5

81,2

Продолжение таблицы 16

Перекресток ул. Менделеева –

ул. Бакалинская

камера 1

4,5

3

25

-21/19,5

76,8

камера 2

4,5

3

30

-21/19,5

75,2

камера 3

4,5

4

34

-20/19,5

74,1

Таблица 17 - Результаты вычислений уровня мощности сигнала на входе приемника по модели Кся – Бертони

Место расположения   камер

L, дБ

R, м

Pпрм, дБ

Перекресток

ул. Пушкина –

ул. Театральная

камера 1

78,7

20

-83

камера 2

89,2

6

-94

камера 3

78,3

21

-83

Перекресток

ул. Ленина –

ул. Октябрьской Революции

камера 1

81,2

15

-86

камера 2

95,2

3

-100

камера 3

81,2

15

-86

Перекресток

ул. Менделеева –

ул. Бакалинская

камера 1

76,8

25

-81

камера 2

75,2

30

-80

камера 3

74,1

34

-79

Результаты расчетов зон радиопокрытия технологии bluetooth представлены в приложениях М, Н, П, Р, С, Т, У, Ф, Х.

2.6  Расчет пропускной способности сети

В данной системе будут использоваться IP камеры, передача потока информации в которой осуществляется по локальной сети провайдера, использующей IP протокол. Локальная сеть построена на технологии Ethernet.

Цифровая система способна обеспечить высокое качество видеоинформации, быстро сохранить необходимый фрагмент видеозаписи, увеличить и масштабировать любой кадр, использовать фильтры для обработки изображения и работать по расписанию. Цифровые системы можно программировать.

Важное преимущество цифровых систем - возможность создания на их основе интегрированных систем безопасности. Можно управлять камерами на расстоянии, подключить различные охранные датчики, использовать встроенный детектор движения и, что важно, интегрировать цифровую систему видеонаблюдения с другими компьютерными системами безопасности.

Качество изображения ограничивают два фактора: ширина полосы частот видеосигнала (или число пикселов на один кадр) и битовая скорость.

Максимальная частота в спектре видеосигнала определяется  по формуле (21):

                                           , Гц,                                                (21)

где    k = - размер кадра;

z = 625- количество строк в кадре;

fк = 25- частота кадров.

Следовательно, максимальная частота в спектре видеосигнала равна:

                                  , МГц,                                    (22)

Процессор компрессии третьего поколения ARTPEC-2 выбранной камеры осуществляет сжатие до 15 к/с при любом разрешении. Из справочных данных, приемлемое по четкости видео получается уже при разрешении 320х240. Следует, максимальная частота в спектре видеосигнала равна:

                                    , кГц                                      (23)

Сигнал яркости содержит наибольшие видеочастоты. Частота дискретизации определяется из теоремы Котельникова , следует частота дискретизации равна 1152 кГц.

От уровня черного до уровня белого в форме телевизионного сигнала достаточно 200 градаций яркости (больше брать нет смысла, так как человеческий глаз не будет способен различить). Определим k по формуле (24):

                                       ,                                        (24)

где     m = 200- число уровней квантования.

Следовательно, k = 7 – 8.

Определим битовую скорость по формуле (25):

                                      , кБит/с                                          (25)

Таким образом, скорость цифрового потока или битовая скорость видеосигнала с выхода одной камеры равна 9 Мбит/с.

Необходимо учитывать, что при размещении в одной подсети IP-видеокамер, передающих изображение на видеосервер, потоки данных суммируются, что пропорционально увеличивает нагрузку на каналы связи.

Если пропускная способность окажется на грани 54 Мбит/с, то необходимо разносить видеокамеры в разные подсети.

Обработка, передача и запись аудиосигналов в подавляющем большинстве случаев требуют незначительной доли ресурсов цифровой системы видеонаблюдения. Допускается при расчете производительности видео-охранной системы долей ресурсов, выделяемой на использование аудиоконтроля, пренебречь.

2.7 Расчет  необходимого объема жесткого диска и времени записи

Расчет был осуществлен с помощью программы «Калькулятор 2.0». Скриншот программы представлен в приложении Ц. Результаты вычислений  сведены в таблицу 18.

Таблица 18 - Результаты вычислений необходимого объема жесткого диска и времени записи видеоданных

Параметр

Необходимый объем жесткого диска

для хранения данных

Время записи

на жесткий диск объемом 750 Гб

Видеоданные от камер

Средний размер кадра 17,5 кб

Скорость на 1 камеру 15 к/с

Число камер 9

Рабочих дней 350

Часов в день 24

Итого: 68132,40 Гб

92, 47 ч

3,85 дн.

2.8 Структурная схема организации связи

На схеме организации связи указаны оконечные пункты и транзитные пункты, где предусмотрено введение в сеть данных, все мультиплексоры, установленные в этих пунктах, а так же соединения между ними.

Связь организуется по схеме «линейная цепь», с резервированием по схеме 1+1.

Структурная схема организации связи представлена в приложении Ш.

Алгоритм функционирования системы приведен в приложении  Э.

3 Конструкторско – технологическая часть

3.1 Технические характеристики камеры

Таблица 19 – Технические характеристики камеры D-Link 8906F

Параметры

D-Link 8906F

Объектив

Pentax QD2V2814BE-DN, F1,4,

f=2,8–5,8 мм, фокус – от 0,3 м до бесконечности

Разрешающая способность

до 25 кадров/с при 160x120 pix

до 25 кадров/с при 176x144 pix

до 25 кадров/с при 320x240 pix

до 25 кадров/с при 640x480 pix

до 25 кадров/с при 704x480 pix

Разрешение

540 ТВЛ

Пороговая чувствительность

Цв.: 1 лк, Ч/б: 0,2 лк, F1,4

Угол обзора

Регулируемый

По горизонтали: от 850 до 1200 

По вертикали: от 600 до 850

Установка необходимого угла обзора и направления обзора

есть

Электронный затвор

от 1/60 до 1/15000 сек.

Дальность ИК подсветки

15 м

Гамма-коррекция

0,45

Отношение сигнал/шум

более 60 дБ

Продолжение таблицы 19

Светочувствительный элемент

1/3" ПЗС- матрица

Электропитание

PoE, 220 В, 12 В

Поддержка сетевых протоколов

CP/IP, RTSP, RTP, RTCP, HTTP, SMTP, FTP, NTP, DNS, DHCP, UPnP, DDNS

Встроенные сетевые интерфейсы

Интерфейс 802.15.3 Bluetooth

Порт 10/100BASE-TX Fast Ethernet

Поддержка алгоритмов сжатия видео

JPEG для стоп-кадров,

улучшенное сжатие видео при MPEG4

Скорость передачи:

Motion JPEG – до 15 к/с при любом разрешении,
MPEG-4 – до 15 к/с при любом разрешении

Мощность передатчика

20 dBm

Антенна

Съемная дипольная антенна с коэффициентом усиления 2dBi

Продолжение таблицы 19

Безопасность

Защита учетной записи администратора и группы пользователей,

аутентификация по паролю,

Безопасность беспроводной сети: шифрование данных

Корпус

Термокожух, пыле- влаго- защищенный.

Дальность передачи сигнала

20-50 м в закрытых помещениях, до 150 м в прямой видимости

Габариты

Диаметр 58 мм

длина 240 мм

Рабочий диапазон температур

- 30° C … + 50,° C

Цена

40510 руб.

Сборочный чертеж камеры представлен в приложении Ю. Задняя панель камеры представлена на рисунке 10:

Рисунок 10 - Задняя панель камеры

1) Возврат к заводским установкам;

2) Аудио выход;

3) Аудио вход;

4) LAN;

5) Гнездо тревожной сигнализации;

6) Датчик питания;

7) Видео выход;

8) Гнездо питания.

3.2 Установка устройства 

Установка камеры возможна следующими способами: подвешивание к потолку,  настольный монтаж, настенный монтаж, монтаж на столб. В дипломном проекте было в пункте 2.2.1 было решено устанавливать камере на столбах освещения и светофорах.

Необходимые инструменты для монтажа: электродрель, отвертка, монтажная лестница.

Порядок выполнения монтажа:

1) Подготовка всех деталей необходимых для установки камеры;

В комплект входят показанные рисунке 11 компоненты: камера, упаковка с кронштейном, хомут с регулируемым диаметром от 10,16 см до 75 см, пакет с шурупами и дюбелями, а также заглушка.

Рисунок 11 - Комплектующие детали

2) Накидываем хомут на столб освещения/светофор, фиксируем его  в планируемом для установки камеры месте и закрепляем;

3) Открываем упаковку с разобранным на 3 части кронштейном: основание, штанга и шарнир со стопорной гайкой;

4) Закрепляем основание кронштейна. Пользуясь электродрелью/отверткой, закрепляем основание кронштейна 4-мя входящими в комплект шурупами на хомуте как показано на рисунке 12:

Рисунок 12 - Крепление основания кронштейна шурупами к хомуту

5) Собираем кронштейн:

- до упора вкручиваем штагу в центральное отверстие в основании, как показано на рисунке 13:

Рисунок 13 - Соединение штанги и основания

- до упора прикручиваем шарнир со стопорной гайкой к штанге, как показано на рисунке 14:

Рисунок 14 - Соединение шарнира и штанги

6) Соединяем кронштейн с камерой:

верхняя сторона камеры направлена вверх. Совмещаем резьбовое отверстие на нижней части камеры с резьбой на шарнире и поворачиваем камеру до упора как показано на рисунке 15:

Рисунок 15 -  Соединение камеры и кронштейна

7) Вставляем заглушку в незадействованное винтовое отверстие камеры;

8) Настраиваем угол обзора камеры и застопориваем его с помощью барашка на шарнире. Установка камеры закончена.

Рисунок 16 - Установка завершена

3.3 Назначение IP-адреса камере и доступа к ней

Последовательность действия:

1) Установка программного обеспечения:

Вставляем в DVD-/CD-ROM компьютера прилагаемый диск с программой «Video Viewer». Процесс установки начнется автоматически. Следуя экранным командам, устанавливаем программное обеспечение. После установки на рабочем столе компьютера появляется иконка «Video Viewer».

2) Добавление IP-адреса или других сетевых настроек для входа в систему.

Патч-корд, сетевое имя, сетевой адрес и маску сети для сервера, сетевой адрес шлюза и пару сетевых адресов своих DNS серверов нам предоставляет провайдер.

3.4 Просмотр изображения, поступающего с камеры

Выполнив настройки сетевой информации, вводим имя пользователя и пароль, затем запускаем программное обеспечение «Video Viewer». Программа позволяет управлять до 16-ти сетевыми камерами одновременно. Скриншот представлен на рисунке 17:

Рисунок 17 -  Подсоединение к 4м сетевым камерам

Таблица 20 – Функции «Video Viewer»

Кнопка

Функция

Описание

Вывод

изображения на

экран

Для переключения на поле обзора другой камеры (при наличии в сети двух и более камер) нажмите на соответствующую голубую закладку.

Названия камер на закладках можно изменять (например, «01», «02», «03» и «04»). Заглавие по умолчанию – «Камера 1».

Масштаби-рование

Нажать для просмотра изображений в режиме 1-го, 4-х, 9-ти или 16-ти экранов.

Во весь экран

Нажать для просмотра изображения в полноэкранном режиме. Для выхода из полноэкранного режима нажмите «Esc» на клавиатуре компьютера.

Закрыть

Нажать для закрытия текущего режима вывода изображения на экран. При закрытии режима вывода изображения на экран вы автоматически выходите из системы.

Закрыть все

Нажать для закрытия всех текущих режимов вывода изображения на экран.

При закрытии режима вывода изображения на экран вы автоматически выходите из системы.

Продолжение таблицы 20

Адресная книга

Нажать для отображения предустановленного(-ых) IP-адреса(-ов). Вы можете добавлять, удалять или вести поиск IP-адресов для дистанционного входа в сетевую камеру.

Совместное управление

Нажать для отображения основных рабочих функций: регулировка уровня громкости звука, цветовые настройки, настройки режима записи, настройки сервера, модернизация и поиск списка

журнала статусов.

/

Запись/остановить запись

Нажать для начала/остановки записи вручную.

Снимок

Нажать для получения моментального снимка текущего изображения, который будет сохранен по пути, указанному вами.

Информация

Нажать для получения информации о текущем сетевом подключении.

4 Экономическая часть

Целью дипломного проекта является проектирование системы видеомониторинга грузопассажирского движения с использованием сети ОАО «Башинформсвязь», которая позволяет:

- распознавать автомобильные номера;

- распознавать транспортные средства по следующим типам: легковые, грузовые, автобусы, мотоциклы;

- сохранять в архиве снимки транспортных средств и распознанных ГРЗ по каждому идентифицированному транспортному средству;

- осуществлять мониторинг дорожной обстановки в режиме реального времени;

- фиксировать различные типы нарушений ПДД.

Использование уже существующей сети для проектирования системы видеомониторинга позволяет  обойти затраты на создание линии передачи и закупку большей части оборудования.

Проектирование  системы видеонаблюдения ведет ООО «Видеокон».

Юридический адрес фирмы – ул. Красина 13/1.

Данные от видеокамер, расположенных на перекрестках города, поступают в полк ГАИ, где фиксируются нарушения и ДТП с целью обеспечения безопасности на перегруженных перекрестках города. То есть потребителем (клиентом) услуг фирмы «Видеокон» в данном проекте является ГАИ (возможные потребители:  крупные операторы связи, потерпевшие в ДТП, юридические и физические лица).

Необходимость в организации сети видеомониторинга обусловлена ростом числа автомобилей, превосходящим темпы строительства новых дорог. Бурная автомобилизация влечет за собой все больше негативных последствий, среди которых увеличение ДТП и нарушений.

Потенциальными конкурентами являются  «UfaNet» и «Кристалл», которые могут развернуть систему видеомониторинга на базе свой сети; предприятия, в планах которых создание своей линии передачи и системы видеомониторинга; предприятия, заключившие договор с провайдером на использование существующей сети.

Предприятием «Видеокон» руководит генеральный директор, его заместителем является главный инженер. Общий штат сотрудников свыше 200 человек.

Уставный капитал компании составляют собственные средства учредителей общей суммой  375000 рублей.

В 2010 году планируется осуществить ввод в эксплуатацию сети видеомониторинга.

Источником инвестиций является банковский кредит общей суммой               1125000  рублей. Кредит будет получен в банке «УралСиб» под 18 % годовых.

Для увеличения количества клиентов необходимо популяризировать видеонаблюдение среди конечных потребителей. Для этих целей планируется проведение рекламы на телевидении, на сайтах, публикация статей в журналах и газетах, печать на листовках. Затраты на рекламу составят  25000 рублей в первый квартал.

 4.1  Инвестиционный план

4.1.1 Правовая основа функционирования предприятия

Для оказания услуг необходима организация юридического лица, разработка учредительных документов. Планируется создание общества с ограниченной ответственностью.

Стоимость регистрации составляет 6000 руб.

Открытие расчетного и депозитного счетов (2500 руб.)

4.1.2 Лицензирование

Необходимо получить лицензии на:

«Услуги передачи данных, за исключением услуг связи по передаче данных для целей передачи голосовой информации».

Лицензии выдает  Федеральная служба по надзору в сфере массовых коммуникаций, связи и охраны культурного наследия «Россвязьохранкультура».

Стоимость лицензии 15500 рублей.  

 

4.1.3 Капитальные затраты

Капитальные затраты – это расходы, связанные с покупкой необходимого оборудования и проведение монтажных работ по его установке.

Был заключен договор с ОАО «Башинформсвязь» об условиях предоставления линии связи и оборудования (арендная плата составляет 80000 рублей в месяц).

Для организации сети видеомониторинга используется оборудование, представленное в таблице 21.

Таблица 21 – Расходы на оборудование и проводимые работы

Наименование затрат

Поставщик

Стоимость единицы, руб.

Кол-во, шт.

Общая стоимость, руб.

Камера 8906F

D-Link

40510

9

364590

Приемник Bluetooth F8T030

Cellink

3500

3

10500

Монтажные работы

ООО

«Видеокон»

1200

1

1200

Итого:                                                                                                  376290

4.1.4 Дополнительное оборудование

Таблица 22 – Расходы на дополнительное оборудование

Наименование

затрат

Поставщик

Кол-во, шт.

Стоимость единицы, руб.

Общая стоимость, руб.

Видеомонитор

STM-200

ЗАО «NewTechnologis»

2

20110

40220

Плата видеозахвата

Hawell
HW-9104V1

1

4550

4550

Компьютер

Dell OptiPlex

ЗАО «NewTechnologis»

1

23400

23400

Принтер HP

Deskjet D5563

ЗАО «NewTechnologis»

1

2920

2920

Блок питания

БП-1АМ

Компания «КоСистем»

3

343

1029

Телефонный аппарат Panasonic KX-TS2362RUW

ЗАО «NewTechnologis»

4

500

2000

Кресло компьютерное

«Мебель»

2

800

1600

Стол офисный

«Мебель»

2

4000

8000

Шкаф офисный

«Мебель»

1

4500

4500

Итого:                                                                                                  88219

4.1.5 Аренда помещения

На время инвестирования денежных средств осуществляется аренда помещения в полке ГАИ для выполнения монтажных работ, а также для осуществления видеомониторинга (операторный зал).

Таблица 23 – Рабочие места персонала в полке ГАИ

Наименование

Габариты, м

Кол-во рабочих, шт

Всего, м2

Рабочее место: оператора

2,5х2,5

2

12,5

Рабочее место: электрика

3х3

2

18

Рабочее место: монтажника

3х3

4

36

Рабочее место: уборщицы

2х2

2

8

Проход

2х5

2

10

                Итого:                                                                              84,5

Общая площадь помещений, необходимых предприятию «Видеокон» для реализации системы видеомониторинга, представлена в таблице 24.

Таблица 24 – Общая площадь помещений

Наименование

Площадь помещений, м2

Кабинет генерального директора

15

Главный инженер

10

Главный бухгалтер

10

Специалист  маркетинга и продаж

9

Операторный зал

12,5

Помещение для монтажных работ

54

Другое

18

Общая площадь

128,5

По вышеперечисленным требованиям было выбрано здание, соответствующее действующим требованиям СН 245-71, правилам техники и пожарной безопасности, а также санитарным нормам и имеющее следующие характеристики [12]:

-высота потолка: 3,5 метра;

-пожарно-охранная сигнализация;

-приточно-вытяжная вентиляция;

-отопление;

Арендная плата 190 руб./м2   (в том числе коммунальные услуги). Ежеквартальная плата за аренду здания составит 73245 рублей.

Сумма капитальных затрат, согласно таблице 25, составила 511099 рублей.

Таблица 25 – Капитальные затраты

Затраты на регистрацию и лицензию

21500 руб.

Стоимость оборудования и офисной мебели

464509 руб.

Затраты на рекламу

25000  руб.

Сумма капитальных затрат:

511009  руб.

  

4.2 Инвестиционные средства предприятия

Для реализации проекта требуется  1500 000 рублей. Собственные средства составят  25% от этой суммы (375 000 руб.). Остальные 75% (1125 000 руб.) взяты в кредит. Кредит взят на 3 года.