高校图书馆高清视频监控系统的应用研究——以中国矿业大学图书馆为例.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）图书情报 170 高校图书馆高清视频监控系统的应用研究以中国矿业大学图书馆为例 姜元鹏 都平平 贾志勇 王 群 中国矿业大学图书馆，江苏 徐州 221116 摘要：摘要：高清视频监控系统是图书馆保障公共安全的重要手段，对保护读者的人身、财产安全发挥了巨大的作用。对图书馆高清视频监控系统建设所重点涉及的系统架构、监控点设置、传输设备、存储设备这几个方面进行阐述,并对监控系统在图书馆的几个应用场景进行详细说明。注重高清监控系统的设计，拓展应用，提升安防系统可靠性，为图书馆高清视频监控系统建设提供参考。关键词：关键词：高清视频监控；监控点；人脸识别；客流统计；温湿度监控 中图分类号：中图分类号：G258.6 图书馆是具有海量纸质和数字资源的文献信息中心，是高校师生学习的重要场所。大多数图书馆采用库、阅合一的平面大开间开放布局，实行藏、借、阅、查一体化全方位开架服务模式，随着图书馆馆藏量的日益增加，服务的进一步深化，相关设备的不断增加，需要进一步强化图书馆的安全保障，提升图书馆服务保障能力。视频监控系统作为重要的辅助管理手段，是图书馆管理人员高质量管理的必要工具。而采用先进、高效、高清化、网络化的高清视频监控系统，能够满足图书馆的监控需求，达到“集中监控、集中维护、集中管理”的维护管理目标要求，通过人防、技防、物防三结合的图书馆综合建设安防体系1，利于加强图书馆的安全防范管理，给广大师生提供一个安全舒适的学习环境。通过查阅国内外文献关于图书馆视频监控系统的文章较少。通过本馆 EBSCO 外文检索平台以检索式“TI(video surveillance or video monitoring)AND TI(library or libraries)”检索本馆所购所有外文库检索出期刊 24 篇，涉及图书馆视频监控的只有4 篇，其中三篇关于介绍图书馆视频监控应注重隐私保护的问题2-4，一篇提出了一种通过视频监控对通过某一区域的人员进行计数的算法5；通过 CNKI 高级检索，以为检索词“(视频监控+监控系统)*图书馆”作为篇名检索，共检索出文章 37 篇，实际涉及图书馆视频监控的只有 6 篇6-8，只是对图书馆视频监控的简单介绍。本文详细介绍高校图书馆高清视频监控系统的实现及应用，并对在图书馆的几个主要应用场景进行了详细说明，以期对图书馆高清视频监控系统建设提供参考。1 系统功能的实现 1.1 系统的整体架构 根据中国矿业大学图书馆安防高清监控系统建设的需求及管理模式，网络视频监控系统的拓扑图如图 1所示。图书馆高清视频监控系统采用全数字化方式，从前端采集、编码传输、录像存储、解码回放等各环节均实现高清化处理，按功能共分四个部分：前端部分、传输部分、监控中心，远程访问。主要包括设备：高清网络摄像机、交换机、报警输入输出设备、高清解码器、CVR（视频中心存储）、综合管理平台服务器、客流统计服务器、人脸比对服务器、显示屏等。主要包括如下设备：高清网络摄像机、交换机、高清解码器、CVR（视频中心存储）、综合管理平台服务器、客流统计服务器、人脸比对服务器、显示屏等。共设有监控点共 342 个，其中南湖图书馆 276 个，文昌图书馆 66 个。全部采用三百万像素高清网络摄像机，以保证清晰的图像效果。综合管理平台可实现视频平台的远程管理与设置，主要包括用户角色管理、摄像机、系统参数设置，视频实时预览、录像回放、录像查询下载、视频智能分析等功能；通过管理平台可实时了解监控点发出的报警信息，根据平台软件事先设定的报警方案，报警区域附近的摄像图像自动切换到监控中心的监视屏幕上，通过语音等方式进行提示，并自动记录报警9。中文科技期刊数据库（全文版）图书情报 171 图 1 监控系统拓扑图 1.2 监控点位设置 图书馆根据馆内各场所的功能属性，进行科学论证规划，确定摄像头的数量及分布范围，摄像头应安装在公共场所的要害部位，重点分布在各阅览室、密集书库、中心机房、电梯以及其他公共通道及出入口；至于卫生间、盥洗室、更衣室和休息室等，则应该禁止安装视频监控，以免侵犯读者的隐私10。监控系统摄像机点位布局的合理性很重要11-13。表1 为图书馆监控点布局情况。在进行监控安装的时候，根据使用需求和监控设备的特点，对监控点进行合理布局；从监控的目的、目标、范围、地点、方位、照明情况等方面综合考虑，统一规划摄像机的选型和配置。例如，在借阅大厅、图书馆正门及后门入口采用带云台的星光级的网络高速球机，各个阅览室、自习室及密集书库出入口安装客流统计摄像机便于对出入其空间的人数进行统计，各个阅览室内采用日夜型低照度网络摄像机、储存书库采用热成像功能的半球、温湿度摄像机以便出现异常情况能及时得到通知信息；室外的视频监控点位应结合巡检对象、可视环境及地形等多种因素确定，优先选择覆盖范围广、可视效果好的点位。初步确定点位后，尽可能避免树木遮挡，确保监控设备的可视范围内巡检对象清晰可见；对于需要视频分析的监控区域所用的摄像机要采用带有视频分析功能的摄像机。表 1 图书馆监控点布局 监控地点 摄像机类型 监控区域 监控目的功能 门禁出入口；借阅大厅、图书馆正门及后门入口 云台半球 云台全球 门禁入口及出口 借阅大厅全景、图书馆正门及后门外部区域 图书资料安全、人脸比对，客流统计 各个阅览室、自习室及密集书库 半球 阅览室、密集书库出入口、阅览桌、靠近室外窗户、通往消防通道的防火门、书架的总通道 物品遗留检测,图书资料安全 客流统计 公共通道及出入口 枪机 半球 公共通道；读者较少的楼梯走道、楼梯口、地下通道出入口，连通卫生间走廊尽头 设备安全防范 消防安全 自助借还书处 半球 自助借还书机，借阅大厅、阅览室内 图书资料安全 电子存包柜处 半球 各层存包柜区域 重要物品、图书资料安全 电梯间 广角半球 电梯间内 读者安全 配电机房及计算机机房 半球、枪机 配电机房和计算机机房的入口及室内 设备安全 办公区域 枪机、半球 图书馆管理人员办公室外区域 设备安全 图书馆周界 枪机 一层靠室外窗户对应的室外就近地面区域、卫生间窗户所对应的室外的就近地面区域 图书资料安全、逗留检测、越界侦测、区域入侵侦测 地下车库 全球、枪机 地下车库内部及车库出入口 车辆安全、车牌捕获 特藏室 低照度半球 特藏室内部及出入口 图书资料安全 储存书库 热成像半球、温湿度摄像机 储存书库内部、书库入口 防火检测 温湿度检测 球机网络半球远程访问远程访问高清解码器CVR存储客户端综合管理平台客流统计服务器智能手机客户端核心交换机网络枪机人脸识别服务器热成像半球温湿度摄像机防火监控系统防火监控系统 视频监控系统视频监控系统监控中心监控中心监控中心客流统计摄像机客流统计系统客流统计系统人脸抓拍机监控内网监控内网温湿度监控系统温湿度监控系统 拼接屏显示器中文科技期刊数据库（全文版）图书情报 172 1.3 传输设备 传输设备由万兆核心交换机、千兆接入交换机组成，主干线路采用光纤传输，大楼主干铺设光纤接入到相应的楼层交换机，该光纤网络作为监控系统专用网络，与现有网络不复用，可以保障监控所需的高流量数据传输所需的带宽。由于图书馆从负一层到五层按弱电井的不同位置划分为三个区域，每个区域设一个交换机机柜，每个区域的摄像机的网络就近接入交换机，摄像机网线的传输距离控制在 80 米以内。南湖校区图书馆配置的 276 台摄像机分采用为 3个区域，每个区域按 100 台摄像机计算，帧率为 25fps、H.265 编码方式 300W 的摄像头（带宽 4.3M），其上联端口的转发速率为 4.3*100=430M，需配千兆交换机，一层监控室核心交换机配置满足核心交换的万兆交换机；文昌图书馆接入和汇聚交换机均为千兆交换机。1.4 存储设备的选择 视频监控目前常用的三种存储方式 NVR、IPSAN 和CVR。（1）NVR 存储。NVR 是通过网络接收网络摄像机传输的数字视频码流，进行存储、管理。NVR 主要用于中小型监控中，而对于大型公共监控的要考虑其扩展性、易管理性，一般采用 IP-SNA 或 CVR 的存储方式。（2）IPSAN。使用 iSCSI 协议传输数据，具有高I/O 性能和传输低延迟，应用广泛，可作为大型监控存储；为有效解决多个用户同时访问同一个实时视频数据对网络带宽占用大的问题，通常需配备流媒体服务器，降低网络阻塞的发生。（3）CVR 是安防监控专用视频存储设备，前端以流媒体协议直接写入存储，无需网络挂载，主动取流，避免服务器单点故障和性能瓶颈，确保服务的高稳定和高性能。并具有以下优点：高效的磁盘碎片免疫技术、高性能并发与秒级检索、多码流同步备份。从系统的经济性、可靠性、可扩展性方面考虑,选用 CVR 作为网络视频存储设备，南湖图书馆共使用 2台 CVR 保存视频，CVR 采用了高可靠性 VRAID 技术，即VRAID 中，坏 2 块盘以上，剩余好盘中的数据仍然可读，同时新数据可持续写入，提高了系统可靠性。每台CVR 配置 12 块 20T 盘，去除了 RAID 损失、硬盘格式化和系统冗余，实际可利用可用空间为 183T，2 台合计366T,采用 300 万像素的摄像机 276 路、编码类型为H.265、存储时间为 30 天，所需的储存容量为：276T，储存容量尚有剩余便于后期增加摄像机；文昌图书馆共 66 个监控点，同样采用 300 万像素的摄像机，所需的储存容量为 66TB。使用 1 台 NVR 设备，硬盘容量为96T 保存视频存储保存时间可达 43 天。2 监控系统的应用 2.1 智能视频分析 智能视频分析是通过数字图像处理和分析来解析视频画面中的相关性，从而识别不同的目标,发现监控画面中的异常情况,并能够发出报警信息,安保人员能及时获取警情，同步了解现场实时情形，事后还可对录像精准调阅以便查证14-15；当有以下任意情况发生时，系统自动产生声光电报警，并且弹出报警视频：绊线穿越检测、围栏攀爬检测、物品遗留检测。当出现报警时监控人员可以根据报警提示对报警现场采取相关处理措施。如，在图书馆 5 层可达顶楼的防火门处设置越线穿越检测；自习室书桌区域设置物品遗留检测。2.2 人脸识别 图书馆两个通道的门禁上安装有人脸识别摄像机，在这两个通道进入图书馆的读者进行人脸识别，进行智能建模和分析16,当识别的读者的脸部信息在人脸识别数据库中的信息比对成功，返回信息给摄像机并给门禁一个开门信号，门禁打开。门禁系统架构图如图2 所示。人脸识别数据库及门禁服务器需定时同一卡通数据库进行同步，同步卡号、学号等信息，门禁服务器需同步读者刷脸成功的信息以便在门禁服务器进行读者信息的统计17；门禁数据库采用 SQL 数据库，闸机的读者表以及进馆记录表保存在数据库中，读者表同一卡通数据库进行定时同步更新。以便读者刷校园卡进馆。图 2 门禁系统架构图 管理人员打开浏览器根据统计需求对进馆记录作中文科技期刊数据库（全文版）图书情报 173 出各种统计报表。可以按不同类型、不同部门以及类型和部门的组合，根据六种不同的时间选项（总数统计、年统计、月统计、周统计、日统计以及时间段统计），选择需要统计的区域或者分馆；进馆数据字段包括：卡号、姓名、读者部门、读者类型、进馆时间、闸机号。一旦有异常情况需查询某位进馆读者的信息，可以按姓名或卡号查询具体某位读者的进馆记录。2.3 防火监测及温湿度监测 距南湖校区图书馆 800 米的大学生创新训练中心负一层人防工程的的 6 个区域作为图书馆储存书库，为闭架书库，平时一般都是关闭的，当有读者提交委托借书申请借该阅览室的书时，图书管理人员每 2-3 天才会去储存书库查找取书。根据 图书馆建筑设计规范JGJ382015 的要求：基本书库的温度不宜低于 5且不宜高于 30；相对湿度不宜小于 30%且不宜大于 65%。为使管理人员不在的时候也能通过远程及时了解储存书库的安全情况，采取以下几种实现方式：（1）储存书库安装防火监测的红外摄像机，该摄像机除具备常规摄像机的功能外，也有着火点检测的功能，当书库出现着火点时，图书馆监控室大屏会弹窗预警，并伴有灯光报警提示；针对 UPS 电池区域，采用摄像机进行在线实时定点监测，其他区域采用球机在线实时轮询检测；当发生火情后，可以通过视频监控系统回放追溯火情的过程，对火灾事故发生的原因、起火点和火灾的发生进度等信息进行查看18，从监控视频中找到重要的证据和信息，便于火灾事故进行调查和取证时，为火灾事故调查提供重要的参考信息和依据。（2）储存书库安装温湿度摄像机，温湿度传感器连接于摄像机，书库的温湿度信息可在图书馆监控室显示屏幕显示出来19，可设温湿度上下限双控，当超过这一控制范围时，会通过监控室的声光报警设备进行报警，以便出现问题及时处理；图 1 中的综合管理平台可查询书库任意时间的温湿度情况及所有报警信息，也可将历史数据转化为曲线，方便查看历史环境状况。可多人绑定同一台设备，多人监控当前环境状况，当设备离线或者温湿度超出限值时可推送相应报警到手机或者推送报警信息至微信。（3）储存书库安装漏水检测系统。储存书库漏水监测器主要是对图书馆内空调冷凝水管道、加湿除湿机排水地漏处等易产生漏水隐患处，一旦漏水，漏水信号通过 485 信号线传到动环主机连接监控内网，通过图 1 中的综合管理平台可以收到报警信号，并能发出声光报警提示，同时将报警信息通过短信平台发送到相关管理人员，安防人员能够在第一时间接受到漏水报警信号，及时处理避免图书馆内的书籍不受水浸打湿。2.4 助力疫情防控流调 图书馆是读者借还书、图书阅览、学习的重要场所，每天人流量大，一旦发现有涉疫的读者进出图书馆，就要开展疫情防控流调工作，图书馆需积极配合做好疫情流调，开展流调溯源工作，查明传染源，阻断传播链。疫情防控流调的方式有以下几种：（1）读者刷校园卡通过门禁进馆，通过门禁服务器查询进馆的读者是否有涉疫人员。（2）读者通过人脸识别通过门禁，查询涉疫人员是否通过人脸识别进馆（3）涉疫人员是否通过预约座位进入阅览室学习。以上这 3 种方式都需结合对应区域的监控系统来看是否有密接的读者，而监控点的位置设计、摄像机的清晰度、重点区域的覆盖度设计是非常重要的。2.5 客流统计 客流统计系统是一种运用视频图像分析技术进行人流量统计的视频智能化应用系统，通过内置算法对视频中人数和人群流动方向等信息进行有效统计并生成报表，及时得到现场准确的人数和人群流量数据。客流统计摄像机基于双镜头视差原理从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间位置偏差，获取物体三维几何信息，对生成的 3D 立体信息进行智能分析，可以精确统计进入和离开人数。客流统计摄像机主要分布在图书馆出入口，各个阅览室、自习室、会议室、检索课教室等的出入口，对进出的客流数进行统计，得到出入口进出的人流数量，对于封闭场所，则可以通过几个出入口的综合统计得到该场馆的保有量，并提供保有量预警；通过准确的客流量化数据的收集分析来研究客流量规律，可以掌握监控区域实时动态信息，可真正地了解读者的行为趋势，有利于图书馆进行更高效的组织工作20，为科学决策提供数据支持。通过对客流统计系统与图书馆大数据显示系统对接，图书馆一层大厅大数据屏可显示图书馆阅览室等区域客流统计情况，即在大厅就可以准确的看到图书中文科技期刊数据库（全文版）图书情报 174 馆各个阅览室、自习室的读者分布情况。同时，管理员可以准确掌握每个重要区域的读者分布情况。参考文献 1Kumer,Neeral.Library Security Through Networking of CCTV Surveillance:A Study of Sikkim 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