Как автоматизировать проектирование систем видеонаблюдения?
В поисках волшебного рецепта
В данной статье мы рассмотрим те аспекты автоматизации проектирование систем видеонаблюдения, которые можно внедрить в своей работе уже сегодня, чтобы оставаться конкурентоспособным на рынке труда в новое время.
Будущее наступило: роботы заменяют труд людей, ведутся работы над прикладными аспектами создания искусственного интеллекта; многие профессии становятся неактуальными. Аналогичные процессы идут и в сфере проектирования. И не стоит этого бояться — эффективность труда возрастает, мы можем решать все более сложные и творческие задачи. А повторяющиеся рутинные операции можно и нужно упрощать для человека, автоматизируя их с помощью современных программных продуктов, облачных сервисов, CAD- и BIM-систем.
Шаги проектировщика: от постановки задачи до оформления результатовпроектирования.
Проектирование — это сложная, комплексная задача, состоящая из принятия основных технических решений (ОТР) и оформления данных решений в соответствии с требованиями нормативно-правовых актов (НПА), постановлений и распоряжений Правительства РФ — прежде всего проектной и рабочей документации. Часть задач можно и нужно автоматизировать. Рассмотрим подробней шаги проектировщика на пути к оформленному проекту и возможно¬сти автоматизации решаемых задач.
Шаг 1. Определение проблемы
«Если лестница приставлена не к той стене, то сколько бы ступенек вы ни одолели, все равно придете не туда» (Стивен Кови). Это действительно так. Поэтому прежде чем приступить к проектированию, необходимо определить проблему или задачу, которую мы собираемся решить в процессе проектирования. Подробно данный шаг описан в британских рекомендациях полиции CCTV Operational Requirements Manual. В данной статье не будем углубляться в эту тему. Стоит лишь заметить, что данный шаг нельзя автоматизировать: сбор информации и ситуационный анализ требует квалифицированного труда проектировщика.
Шаг 2. Определение цели наблюдения
На втором этапе мы должны определить цели наблюдения. Цели должны быть логически связаны с задачами, определенными на первом шаге. Существуют рекомендации, позволяющие перевести язык эксплуатационных требований в количественные характеристики изображения, получаемого на экране монитора охраны. Руководствоваться можно как российскими рекомендациями МВД Р 78.36.008-99, так и европейскими EN 50 132-7 или британскими
Home Office Scientific Development Branch 2009.
После этого имеет смысл зафиксировать полученные данные в виде задания на проектирование (ТЗ). В ряде случаев задание на проектирование должно быть оформлено согласно требованиям ГОСТ Р 57839-2017 «Производственные услуги. Системы безопасности технические. Задание на проектирование. Общие требования» (вступают в силу 1 июня 2018 г.). Данный шаг также невозможно автоматизировать. Как правило, его выполняет техническая служба заказчика либо сам проектировщик по поручению заказчика для последующего согласования.
Шаг 3. Определение параметров зон обзора
После второго шага мы знаем конкретно, что хотим получить на экране монитора охранника. Теперь нам необходимо собрать данные по параметрам зон обзора, чтобы на следующем этапе путем простых вычислений получить необходимые характеристики камеры: фокусное расстояние и разрешение матрицы. То есть на шаге 3 мы собираем исходные данные для следующего шага, на котором уже можно выбрать конкретную модель камеры. Существует не так много параметров, которые полностью определяют положение камеры относительно объекта съемки:
1. высота установки камеры;
2. высота верхней границы зоны обзора;
3. расстояние до верхней границы зоны обзора.
Для каждой цели наблюдения мы определяем возможные места установки камеры и, исходя из этого, перечисленные выше параметры. Автоматизация стандартными средствами CAD-систем, такими как AutoCAD, NanoCAD, ZWCAD и др.
Шаг 4. Основные решения по камере: место расположения, фокусное расстояние, разрешение матрицы
Итак, мы уже примерно выбрали место расположения нашей камеры и знаем основные параметры зоны обзора. На четвертом шаге нужно рассчитать фокусное расстояние и разрешение матрицы. Это можно сделать и с помощью обычного калькулятора по формулам, приведенным в Р 78.36.008-99:
Углы зрения объектива по горизонтали (аг) и вертикали (ав) определяют по формулам:
где V, H — поле зрения объектива соответственно по горизонтали и вертикали, м; D — расстояние до объекта контроля, м.
Затем определяют фокусное расстояние объектива (f):
где V и Н — размер ПЗС-матрицы по горизонта¬ли и вертикали, мм;
f1, f2- фокусные расстояния объектива, мм. Далее определяют минимальную деталь объекта контроля, которая может различаться с помощью выбранных камеры и объектива:
2000 D а, „ 2000 D а, “ R 8 2 y 625 2
где R — разрешение телевизионной камеры (в данной формуле имеется в виду разрешение в ТВЛ);
D — расстояние до объекта контроля, м;
SH, SV — размеры минимально различимой детали (МРД) по горизонтали и вертикали, мм. После этого рассчитанное значение размера МРД сравнивают с показателями для решаемой данной камерой задачи (как правило, это идентификация, различение или обнаружение по классификации Р 78.36.008-99 либо аналогичные критерии иностранных рекомендаций, приведенные в рекомендациях МВД Р 78.36.008-99, EN 50 132-7 либо Home Office Scientific Development Branch 2009). Выбор документа — в зависимости от требований заказчика, прописанных в задании на проектирование.
Данные расчеты позволяют примерно очертить круг подходящих камер, а также оптимизировать расположение камеры на объекте по сравнению с шагом 3. Данный шаг — крайне трудозатратный для проектировщика. Безусловно, его можно и нужно автоматизировать. Есть два основных способа автоматизировать данную задачу без покупки дополнительного программного обеспечения: использовать бесплатные утилиты или онлайн-сервисы производите¬лей оборудования (существует бесплатное программное обеспечение — калькуляторы от производителей ПО для проектирования видеонаблюдения) либо создать/использовать готовую инструментальную палитру динамических блоков для CAD-систем, содержащих углы обзора с учетом мертвой зоны и распределение пространственного разрешения от камеры видеонаблюдения до потенциального объекта съемки.
Шаг 5. Учет не очевидных моментов: освещенность, контраст и скорость цели наблюдения, глубина резкости
Для того чтобы окончательно определиться с выбором конкретной модели, нужно учесть дополнительные факторы, которые важны для решения именно этой задачи. В зависимости от места установки камеры, условий съемки, объекта съемки бывает необходимо учесть параметры:
1. чувствительности;
2. глубины резкости;
3. настройки диафрагмы и затвора;
4. дисторсию объектива и др.
Кроме того, часто требуется учесть затенение зоны обзора препятствиями (при этом нужно помнить о высоте препятствия и о высоте установки камеры). Многие из приведенных условий на практике посчитать без использования специализированного программного обеспечения просто невозможно.
Автоматизация для данного шага не просто необходима, она еще и увеличивает скорость работы проектировщика, поднимает степень проработанности принимаемых решений на совершенно другой уровень.
Шаг 6. Выбор структуры и компонентов ЛВС. Расчет архива
Следующий шаг после выбора расположения и параметров камер — построение локальной вычислительной сети (ЛВС) и при необходимости — структурированной кабельной системы (СКС). На этом же шаге мы рассчитываем потребности в архиве видеонаблюдения. Возможная структура сети и подходы к построению известны и многократно описаны в специализированной литературе. Тем не менее без пони-мания специфики объекта грамотно построить ЛВС невозможно, поэтому данный этап слабо поддается автоматизации.
Другое дело — подсчет архива и проектирование СКС.
Расчет архива можно и нужно автоматизировать, хотя и тут существует доля субъективности и опыта проектировщика — современные меж¬кадровые кодеки сжатия видеосигнала дают слишком большой разброс требуемой «ширины» канала Ethernet, к тому же битрейт, как правило, переменный (VBR — Variable Bit Rate). Поэтому возможны «всплески» трафика, что заставляет проектировщика закладывать при проектировании существенный запас производительности ЛВС.
Автоматизация процесса проектирования СКС — это, прежде всего, заполнение кабельного журнала; маркировка оборудования; расчет коробов, лотков; учет в спецификации оборудования из баз данных производителей СКС, шкафов и кабеленесущих систем.
Резюмируем: автоматизировать проектирование архива и ЛВС можно и нужно, но без опыта проектировщика эти инструменты могут давать огромные погрешности вычислений.
Расчет ЛВС и архива
Основным способом является использование бесплатных утилит или онлайн-сервисов производителей оборудования.
Шаг 7. Выбор ПО, сервера, проектирование поста
наблюдения Выбор программного обеспечения (ПО) напрямую связан с первым шагом — постановкой задачи. Именно задача, решаемая системой видеонаблюдения, определяет то, какие функциональные модули программного обеспечения будут востребованы в конкретном проекте. Кроме того, на выбор ПО влияют размеры системы, выбор вендора камер и многие другие нюансы. Определение требуемых характеристик видеосервера — задача более формализуемая.
Минимальные требования к характеристикам видеосервера, как правило, известны из рекомендаций производителя. Для выбора конкретного сервера требуется учитывать количество каналов на запись и отображение, пара-метры видеопотоков, необходимость использования ресурсов процессора и видеокарты на дополнительные видео-аналитические функции и т.п. Основным способом автоматизации процедуры выбора сервера является использование бесплатных утилит или онлайн-сервисов производителей оборудования.
Более специфическая задача — это проектирование поста наблюдения. Без ручного труда проектировщика тут, увы, не обойтись. Требуется учесть особенности построения интерфейсов «человек — машина», эргономику рабочего места, алгоритм работы оператора видеонаблюдения и многое другое. Автоматизировать данную работу можно лишь частично, например можно смоделировать подробность изображений от камер в полиэкране, возможность вывести изображения с разных камер в разном размере, выбрать оптимальное количество и размеры мониторов, а также оптимальное рас-стояние наблюдения за этими мониторами с учетом особенностей проектируемой системы видеонаблюдения.
Шаг 8. Выполнение кабельного журнала, спецификации
После того как мы приняли все основные технические решения (ОТР), наступает этап подсчета количества требуемого оборудования, кабельной продукции, расходных материалов. Требуется заполнить кабельный журнал, подготовить спецификацию оборудования и мате¬риалов. Данный шаг идеально подходит для автоматизации ручного труда проектировщика, что может серьезно повысить производительность работы.
Расчет кабельного журнала
Основным способом является использование встроенных в CAD-системы функций учета длин линий (простой способ) либо написание небольших программ на языках типа LISP (более сложный вариант).
Расчет спецификации
CAD-системы, как правило, позволяют извлекать из чертежей количество и атрибуты бло¬ков, что позволяет достаточно быстро подготовить спецификацию. Более сложный вариант — полностью автоматизировать данный процесс за счет написания программы на языках типа LISP.
Шаг 9. Оформление документации
Работа проектировщика не ограничивается принятием ОТР. Кроме этого, данные решения должны быть грамотно оформлены в виде проектной или рабочей документации. Работы по оформлению рабочей документации также могут и должны быть автоматизированы.
Автоматизация оформления документации
CAD-системы, как правило, имеют развитый инструментарий для оформления итоговой документации. Необходимо только уметь грамотно пользоваться функционалом «Модель» и «Лист(ы)», «Видовые экраны», «Внешняя ссылка», «Поле», «Подшивки» и др.
Таблица. Основные направления и возможности автоматизации проектирования
| № пп | Задача проектировщика | Можно ли автоматизировать? | Что автоматизируем? | Чем автоматизируем? |
| 1. | Определение цели наблюдения | Нет | — | — |
| 2. | Определение параметров зон обзора | Да | Расчеты: высота установки камеры высота верхней границы зоны обзора расстояние до верхней зоны обзора | Стандартные средства CAD-систем Специализированное ПО |
| 3. | Основные решения по камерам | Да | Расчеты: фокусное расстояние разрешение матрицы Выбор: расположение камеры | Бесплатные утилиты или онлайн-сервисы производителей оборудования Создать/использовать готовую инструментальную палитру динамических блоков для CAD-систем Специализированное ПО |
| 4. | Учет неочевидных моментов: освещенность, контраст и скорость цели наблюдения, глубина резкости | Да | Выбор: светочувствительность камеры F-число объектива глубина резкости время экспозиции расположение прожекторов | Специализированное ПО |
| 5. | Выбор структуры и компонентов ЛВС. Расчет архива | Да | Расчеты: битрейт с камер емкость архива | Бесплатные утилиты или онлайн-сервисы производителей оборудования |
| 6. | Выбор видеосервера | Да | Определение требуемых характеристик видеосервера | Бесплатные утилиты или онлайн-сервисы производителей оборудования |
| 7. | Выполнение кабельного журнала, спецификации | Да | Расчеты: подсчетдлин кабельныхлиний подсчет количества используемого оборудования | Стандартные средства CAD-систем |
| 8. | Оформление документации | Да | Автоматизация: оформление штампов простановка номеров страниц другое | Стандартные средства CAD-систем |
Повышаем качество проектных решений
Несмотря на наличие большого числа различных бесплатных инструментов для проектирования видеонаблюдения, специализированное программное обеспечение пользуется спросом. Дело в том, что платные инструменты проектирования имеют функционал, значительно повышающий возможности проектировщика по оптимизации и обоснованию основных технических решений. Ну и, конечно, автоматизация рутины — также важный вектор усилий тех компаний, которые производят данное ПО.
Модель объекта, а не просто подложка
Одним из главных отличий современных специализированных CAD-систем проектирования видеонаблюдения является наличие простых и эффективных инструментов получения 3D- модели объекта из двухмерной подложки. Это позволяет учитывать высоту установки камер, влияние затенений от препятствий на зону обзора камеры, визуально оценивать правильность установки камер с учетом особенности объекта.
Визуализация расчетов: попытка понять друг друга
Вторым важным фактором, играющим на популярность CAD-систем проектирования видеонаблюдения, является возможность моделировать изображение с проектируемой камеры в окружении 3D-модели объекта и дополнительных 3D-моделей людей, автотранспорта, турникетов, шлагбаумов, элементов мебели для офиса и т.п. Это позволяет согласовать расположение и характеристики камер с заказчиком на понятным ему языке без углубления в специализированные термины.
Учет не учитываемого: расчет и обоснование выбора не очевидных параметров камер
Кроме вышеперечисленного, некоторые платные программные продукты для проектирования систем видеонаблюдения позволяют рассчитать и учесть в проекте совсем не очевидные моменты, которые без такого софта просто не учитывались бы при проектировании либо учет данных факторов носил бы эмпирический характер, основанный на опыте проектировщика. Основные факторы, которые позволяет учесть CAD-система проектирования:
1. освещенность на объекте;
2. светочувствительность камеры, степени раскрытия диафрагмы объектива (F-число);
3. влияние движения объекта («смаз» из-за движения) при заданном времени экспозиции;
4. влияние дисторсии объектива на распределение пространственного разрешения;
5. затенение препятствиями зоны обзора с учетом высоты установки камер и высоты препят-ствий и др.
Безусловно, наличие такого инструментария позволяет повысить точность принятия проектных решений на несколько порядков и, что немаловажно, — обосновывать принятые решения.
Толковая информация.