HPC集群机房的综合安保系统-建设与管理

本书所阐述的综合安保系统主要有视频监控系统、门禁系统和巡更系统。

6.3.2.1　HPC集群机房视频监控系统

HPC集群机房视频监控系统是利用视频技术探测、监视设防区域并实时显示、记录现场图像的电子系统或网络，其作用是利用前端的摄像设备，把被监视场所的图像内容传送到监控中心，使被监控场所的情况一目了然；它还可以把被监视场所的图像及声音全部或部分地记录下来，为日后对事件的处理提供重要依据。

（1）视频监控系统的主要性能与特点。

近几年来，随着CCD摄像机的成熟和商品化，电视远程系统得到了飞速发展。它使管理人员在控制室中就能观察到监控区域内的所有重要地点的情况，为保安系统提供良好的视觉效果。同时也为监控区域内各种设备的正常运行和人员活动提供了有力保障。

视频监控系统的主要性能如下：

①实时性：监控电视设备可以及时摄取现场景物的图像，并能立即传送到控制室。

②灵敏性：采用微光电视设备时，可在阴暗的夜间或星光条件下，拍摄到清晰的画面。

视频监控系统的主要特点如下：

①将非可见光信息转为可见图像：摄取红外线/紫外线和X射线等，并转为可见光图像。

②便于隐蔽和遥控：特殊监控点，使用小型摄像机，便于隐蔽和安装，并能远距离监视及进行录像。

③与云台配合使用可扩大监视范围：在监视范围内的空间安装多部摄像机，组成多层次、立体化监视，使监视范围不出现死角。

④可实现联动报警：当与防盗报警系统联动时，一日发生防盗报警，闭路电视监控系统的摄像部分就进入紧急状态，并实施定格录像，防盗报警中心立即发生警示。

（2）视频监控系统的组成。

闭路监视系统根据其使用环境的要求而具有不同的组成方式，但无论系统的规模大小和功能的多少，一般都是由前端摄像部分、传输部分、控制部分、图像处理四大部分组成。

①摄像部分的作用是，把系统所监视的目标图像化后送入系统的传输部分。摄像部分的核心是摄像机，它是光、电信号转换的主体设备，是整个系统的眼睛。摄像机的种类很多，不同的系统可以根据不同的使用目的选择不同的摄像机、镜头、滤色片等。

②传输部分的作用是，将摄像机输出的视频（有时也包括音频）信号馈送到中心机房或其他监视点。控制中心的控制信号同样通过传输都分送到现场，以控制现场的云台和摄像机工作。传输部分主要包括馈线、视频电缆补偿器、视频放大器等设备，完成视频信号和控制信号的传递工作。

③控制部分的作用是，在中心机房通过有关设备对系统的现场设备进行远距离遥控。包括控制器与相应的解码器、云台控制器、视频切换器等设备，完成电源的接通、关断、光圈大小、远距离、近距离（广角）变焦、水平旋转、垂直俯仰等遥控工作。

④图像处理是指对系统传输的图像信号进行切换、记录、重放、加工和复制等功能。包括视频切换器、画面分割器等图像处理设备，使用图像处理设备后，可以用一个监视器监视多台摄像机信号，也可以在视频信号上添加字符、时间等附加信号。图像显示部分的主要作用是完成图像的实时监视、图像存储、图像重放等工作。包括各种显示器、各种录像机等设备。随着计算机技术的发展，图像处理、控制和记录多由计算机完成，计算机的硬盘代替了录像机，完成对图像的记录。

（3）视频监控系统各组件的工作原理、设计选型要点。

本节主要介绍视频监控系统的前端摄像部分、传输部分、控制部分、图像处理显示及记录设备四个部分的工作原理及设计选型要点。

①前端摄像部分。摄像机是前端视频部分的核心，是图像信号的来源，其质量高低在极大程度上决定着整个CCTV系统的优劣。选择前端摄像机主要依据用户的具体需求，在建筑物入口、机房入口、公共走道、电梯、重要房间和建筑物周界设置摄像机，实现对整个机房及建筑物的全方位防护，应根据周围环境特点和监控需求合理选择摄像机类型。根据机房的不同位置，具体配置情况如下：

A.对于机房辅助空间、大厅及入口处：针对这些区域的面积较大、人流较多的特点，一般配置隐蔽性较好的彩色一体化高速智能球摄像机，对流动人员进行全方位的视频监控。此种摄像机具有的预置位功能及快速定位功能，可以在报警发生时迅速捕获到报警图像。

B.机房地下走道：有些数据中心（HPC集群机房），将UPS、电池、配电室等设置在地下室，一般不安装吊顶。对于这样没有吊顶的地下室走廊，一般选择数字彩色摄像机（套装机）。

C.楼层走廊、电梯、楼梯口和主机房：这些部位对摄像机的美观性和实用性要求较高，一般选择彩色固定半球摄像机，该摄像机可吸顶安装，隐蔽性好。

D.机房大院门口和机房建筑物四周：近几年，大型数据中心（HPC集群机房）不断涌现，许多企业都将整栋大楼建设成数据中心HPC集群机房），许多时候会将整个机房建筑的视频监控也纳入机房视频监控系统。对于建筑物室外摄像机，一般选用全天候彩色/黑白转换一体化高速智能球摄像机。

E.HPC集群机房地下车库、特殊库房：在HPC集群机房地下层的车库、特殊库房、自行车库、摩托车库等处一般设置彩色/黑白转换枪式云台摄像机（套装机）。

F.红外光源的选用：根据机房场地的不同要求，在某些特殊库房、档案库房、阅档室、密码机房、屏蔽室、计算机主机房、网络主机房等摄像机处需要安装红外光源，实现无照明情况下的摄像，以提高摄像质量，保证图像的清晰度。

摄像机的性能指标主要包括清晰度、照度和信噪比。

A.清晰度：一般为水平清晰度，要求彩色摄像机水平清晰度在300线以上，黑白摄像机在350线以上。这样的指标可以满足一般电视监控系统的要求。

B.照度：照度是衡量在什么光照强度下摄像机可以输出正常图像信号的一个指标。

C.信噪比（S/N）：这也是摄像机的一个重要技术指标。信噪比是摄像机的图像信号与其噪声信号之比。电视监控系统中使用的摄像机一般要求其信噪比高于46dB。

摄像机云台可分为手动云台和电动云台两类。

A.手动云台：又称为支架或半固定支架。手动云台一般由螺栓固定在支撑物上，摄像机方向的调节有一定的范围，调整方向时可松开方向调节螺栓进行调节。

B.电动云台：云台内装有两个电动机。一个负责水平方向的转动，另一个负责垂直方向的转动，承载摄像机进行水平和垂直两个方向的转动。既能左右旋转又能上下旋转的云台称为全方位云台。

②传输部分。一般来说，传输部分就是系统的图像信号通路，在某些系统中，除了要传输图像信号外，还需要传输声音信号、控制信号，故传输部分指所有要传输的信号形成的传输系统的总和。

对于图像信号的传输，重点在于图像信号经传输后不产生明显的噪声、失真，保证原始图像信号的清晰度和灰度等级没有明显下降。这样就要求传输系统在衰减方面、引入噪声方面、幅频特性和相频特性方面都具有良好的性能。

目前，电视监控系统多半采用视频基带传输方式，如果在摄像机距离控制中心较远的情况下，也可采用射频传输方式或光纤传输方式。对于以上不同的传输方式，所使用的传输部件及传输线路都有较大的不同。

A.同轴电缆传输。绝大多数闭路电视系统都采用同轴电缆来传送视频信号，有基带传输方式和调制传输方式两种。调制传输方式是将视频基带信号用调制器调制到某一高频载波上通过电缆传输，在监视端再解调成视频信号。这种方式可以达到频分复用的目的，实现用一条电缆传送多路视频信号的功能。

一般闭路电视信号传输距离在500m以内可以不考虑衰减的影响，大于500m时通常就应加装电缆补偿器。电缆补偿器就是均衡器加放大器，它对电缆中信号的高、低频成分进行均衡，同时将其放大。它的补偿量可根据电缆长度不同进行调整，并且有分挡变换、连续调节以及二者相结合三种方式，通常加入一级电缆补偿器可使传输距离增加500m，但加的级数不能太多，一般不能超过五级。

B.光纤传输。因为光纤的损耗很小，所以不加中继器的传输距离一般都有几千米到十几千米。若加中继器，则可达到几十千米至数百千米。因此，光纤传输方式最适合传输距离远的大型闭路电视系统，如城市交通管理系统，高速公路、铁路的监视系统以及大型智能建筑内的监视系统等。光纤传输时，需要在摄像端加装一台光发送机，把电信号变换为光信号，在监视端再接一台光接收机，把光信号变换为电信号。在HPC集群机房等数据中心行业，目前金融或电信的巨型园区式机房建筑会使用光纤传输。

C.双绞线传输。双绞线是平衡传输线，其特性阻抗为100Ω或120Ω，而摄像机和监视器的不平衡阻抗是75Ω。用双绞线传输视频信号时，在摄像端和监视端需加装一个变换器，进行不平衡/平衡变换。不加中继器时，双绞线的最大传输距离为900m，加装中继器时可达到几千米至十几千米。

③控制部分。

A.解码器。解码器完成对上述摄像机镜头、全方位云台的总线控制。变焦镜头通常有光圈、聚焦、变焦三个直流电动机，可以正反向旋转，共有4根控制线。电动云台通常有水平旋转和俯仰两个交流电动机，也可以进行正、反向旋转，两个电动机的公共端接在一起，共有5根控制线。

当摄像机与控制台距离比较近时，可用直接控制方式来操作摄像机，一共有9根控制线，再加上电源控制、雨刷控制就必须用13芯电缆。这样的控制方式只适用于不超过100m的距离。

当摄像机与控制台之间的距离超过100m时，则采用总线编码方式来操作摄像机，这时，一个摄像机的电动云台和镜头配备一个解码器，解码器主要是将控制器送来的串行数据控制代码转换成控制电压，从而能正确自如地操作摄像机的电动云台和镜头。用此方式，控制电缆可由13芯改为2芯，电动机的驱动电源就地供给，避免了电动机驱动电源长途传送时的能量损失。

B.视频矩阵主机。视频矩阵主机是电视监控系统的核心设备，对系统内各设备的控制均是从这里发出和控制的。视频矩阵主机的功能主要有视频分配放大、视频切换、时间地址符号发生、专用电源等，还可通过矩阵主机发出的串行控制代码，去控制云台、摄像机镜头等现场设备。

有的视频矩阵主机，采用多媒体计算机作为主体控制设备。有的视频矩阵主机还带有报警输入接口，可以接收报警探测器发出的报警信号，并通过报警输出接口去控制相关设备，一般可同时处理多路控制指令，供多个使用者同时使用系统。报警接口可以接入报警探头，并将报警信号回传给系统主机。当主机扫描到报警探头发生报警时，联动该现场图像的切换，显示在监视器上，同时将报警信号送到其他外设。由主机完成报警场面的调看，并控制外部设备，如录像机的录像、灯光的打开、警报的响起等。(www.xing528.com)

一般的矩阵主机都会配置全功能矩阵控制键盘，带文字面板，用于系统的控制和设置，自带定速及变速云台控制杆和变焦镜头控制器，变速控制功能可实现对云台/变焦/摄像一体机的变速控制。

④图像处理显示及记录设备。

A.视频信号分配器。视频信号分配，即将一路视频信号（或附加音频）分成多路信号。也就是说，它可以将一台摄像机送出的视频信号供给多台监视器成其他终端设备使用。当一路视频信号送到相距较远的多个监视器时，一般应使用视频分配器，分配出多路幅度为1V峰值、阻抗为75Ω的视频信号接到多个监视器，各个监视器的输入阻抗开关均拨到75Ω上。视频分配器除了有信号分配功能外，还兼有电压放大功能。

B.视频切换器。为了使一个监视器能监视多台摄像机信号，需要采用视频切换器。切换器除了具有扩大监视范围、节省监视器的作用外，有时还可用来产生特技效果，如画面混合、分割画面、特技图案、叠加字幕等处理。

视频切换器相当于选择开关的作用。采用电子开关形式，好处是干扰较少、可靠性强、切换速度快。目前，许多系统都有一种自动顺序切换器，又称时序切换器。

C.多画面处理器。在多个摄像机的电视监控系统中，为了节省监视器和图像记录设备，往往采用多画面处理设备，使多路图像同时显示在一台监视器上，并用一台图像记录设备（如录像机、硬盘录像机）进行记录。多画面处理器有单工、双工和全双工类型之分。

画面处理器具有较强时基校正功能，因而不需要用原来惯用的同步信号发生器来规范摄像机图形信号的切换、使各摄像机同步，及其他一些有同步要求的图像处理功能。这既简化了系统的构成，又使各信号在快速切换时是在同步状态下进行的。

D.监视器。监视器是CCTV系统的终端显示设备，它用来显示、监测被摄体的图像，整个系统的状态都体现在监视器的屏幕上，最终反映系统的优劣，因此监视器的选择在CCTV系统中显得尤为重要。

监视器的主要性能是视频通道频响、水平分辨率、灰度等级和屏幕大小等。

E.长时间录像机。也称为长延时录像机。这种录像机的主要功能和特点是可以用一盘180min的普通录像带，录制长达12/24/48h，甚至更长时间的图像内容。这种功能和特点减少了图像记录所需录像带的数量，节省了重放时的观看时间。

F.硬盘录像机。以视频矩阵、画面处理器、长时间录像机为代表的模拟的闭路监视系统，采用录像带作为储存介质，以手动和自动相结合的方式实现现场监控。这种传统方法常有回放图像质量不能令人满意、远距离传输质量下降很多、检索不易、不便于管理、对图像不能进行处理等缺陷。

硬盘录像机用计算机取代了原来模拟式闭路监视系统的视频矩阵主机、画面处理器、长时间录像机等多种设备，把模拟的图像转化成数字信号，因此也称为数字录像机。它以多种图像压缩技术实时存储于计算机硬盘中，存储量大，安全可靠。检索图像方便快速，通过扩展增加硬盘，增大系统存储容量，可以连续录像几十天以上。

数字录像机可存储报警信号前、后的画面。系统可以自动识别每帧图像的差别，利用这一点可以实现自动报警功能。在被监视的画面中设立自动报警区域（例如房间的某一区域、窗户、门等），当自动报警区域的画面发生变化时（如有人进入自动报警区域），数字监控录像机自动报警，拨通预先设置的电话号码，报警时间将自动记录下来，报警区域的图像被自动保存到硬盘中。

6.3.2.2　HPC集群机房门禁系统

门禁系统，即出入口管理系统（英文为Access Control），其主要功能是对什么人在什么时间进出哪个区域的门进行控制，也就是实现“何人、何地、何时”的管理。它不仅取代了传统意义上的机械锁开/关动作，而且可对进、出人员增加了记录功能，是多样化管理工具，只要通过方便快捷的操作程序便可管理大量的门禁作业。

（1）门禁系统的功能。

①出入管理功能：工作人员进出某个通道时，将卡在读卡器前轻轻刷过（无物理接触），读卡机感应到卡证中的信息，并且将之上传送给控制主机（门禁控制器），然后控制主机对此信号进行判断，包括卡号（人物）、门区（地点）、有效时间区（时间）；如果全部符合要求，控制主机执行合法动作（开门、记录信息等）；否则，将执行另一组动作（报警信息上传、拒绝开门等），从而达到出入安全管理功能。

门禁系统的出入管理功能如图6-17所示。

图6-17　门禁系统的出入管理功能

②自动控制功能：主要是为了提高系统对安全的管理，流程如图6-18所示。

图6-18　门禁系统的自动控制功能

③软件功能：门禁系统软件提供给用户的功能非常强大，系统的功能设置由软件来管理完成，包括员工资料、部门信息、卡证信息、人员出入区域、范围时间区、远程遥控、门区开关、防盗、消防的联动设置以及历史记录的查询、各种报表输出等。

（2）门禁系统的构成。

一般门禁系统的构成（如图6-19所示）大致包括下列几项。

①输入设备——读卡机：输入方式一般采用感应卡，也有采用指纹感应、掌纹感应及虹膜生物感应的。感应卡一般采用非接触感应式ID卡，可防水浸、耐磨、永不消磁，卡号是唯一性的，做到一人一号制，符合大型门禁系统的使用要求。

图6-19　门禁系统的构成

②控制设备：包括门禁控制器、门锁。

③电力设备：门禁系统一般会采用24V直流电，在断电情况下满足6h连续工作，数据30天不丢失，这在安全系统中是非常重要的一环。

④现场控制器：可满足单门、两门、四门等模式的门禁设计方式，并可依实际情况无限扩展。

⑤信号联动设备：可与门磁开关、消防火警、防盗报警联动（硬件联动），可在图形化报警管理软件中直接控制云台和前端摄像机镜头，并可在软件中切换视频画面（软件联动）。

⑥控制中心：软件的工作平台，基于NT技术构建的操作系统。

⑦传输标准：RS-485通信，TCP/IP通信协议（可实现全球联网）、API模块库。另配置考勤管理软件，利用楼层设置的读卡器可作为内部工作人员考勤使用。

6.3.2.3　HPC集群机房巡更系统

智能楼宇的出入口多，进出人员复杂，为了维护楼宇安全，必须由每人负责安全巡逻，在重要的地方还需设巡更站，定时进行巡更。智能楼宇的巡更系统是一个对巡更员考核和保护巡更员的重要手段和工具。

由于巡更系统是由智能卡系统发展而来的，运用设备和原理与智能卡系统相同，因此现在已经把巡更系统作为智能卡系统的重要组成部分。

（1）在线式巡更系统。

①系统的构成：常用电子巡更系统由巡更站、巡更控制器和装有巡更软件的微机管理中心组成。巡更站的数量和位置视楼宇的具体情况而定，一般有几十个点以上巡更站多安装于楼宇内的重要位置。巡更员按规定时间和路线到达每个巡更站，不能迟到，更不能绕道，并输入该站密码，向微机管理中心报到，信号通过巡更控制器输入计算机，管理人员通过显示装置了解巡更实况。巡更站可以是密码读卡器，也可以是电锁。

②系统的功能要求：

·巡更系统必须可靠连贯动作，停电后应能24h工作。

·备有扩展接口，应配置报警输入接口和输入信号接口。

·应有与其他子系统之间可靠通信的联网能力，具备网络防破坏功能。

·应具备先进的管理功能，主管可以根据实际情况随时更改巡更路线及巡更次数，在巡更间隔时间可调用巡更系统的巡更资料，并进行统计、分析和打印等。

（2）离线式巡更系统。

一种离线式巡更系统是在每一巡更站安置一个类似磁卡的记忆装置，各巡更站之间均无连接。巡更员只需拿着巡更器在每个巡更站感应一下，巡更站的资料就可输入巡更器，巡更员完成整个巡更路线后把巡更器交回保安中心，输入计算机，即可了解整个巡更情况。

这种系统比较简单，安装简便，也可达到数百个巡更点，并具有多条指定的、不规划的或受时限的巡更路线等优点。

但由于这类巡更系统无法实时显示，一旦巡更员在巡更过程中发生了意外事故，保安中心也无法收到报警信号以及确定出事地点，因而只适用于巡更点很多而要求又不是很高的情况。在巡更点多但要求又高的情况下，可采用无线发射式实时巡更系统。该系统的巡更器的数据可即时发射给保安中心进行处理，既避免了巡更点的布线，又实现了实时的功能。