根據科學家預測，隨著溫室效應不斷加劇，到本世紀末，全球升溫范圍將在1.1℃度到6.4℃度之間。從最新的溫室氣體排放速度看，地球氣候已經朝著升溫6℃到7℃的方向發(fā)展，大大超出了升溫2℃的地球生態(tài)警戒線，似乎在宣告地球正處在毀滅性氣候混亂狀態(tài)的邊緣。為此，全球各國正在一同聯手致力于節(jié)能減排。大量二氧化碳的排放，是造成極端天氣的元兇;而電能的消耗，則是二氧化碳排放的主要誘因，因此有效地節(jié)約電能，就可以減少二氧化碳的排放，是保護環(huán)境的必要措施。據不完全統(tǒng)計，目前國內建有約200多萬個各類風險等級的安防系統(tǒng)，每年新建和改建的各類安防系統(tǒng)超過了幾十萬個，全國現擁有數千家報警運營服務企業(yè)，入網總用戶達數百萬戶。監(jiān)控系統(tǒng)數量規(guī)模之大，能耗點位之多，對安防系統(tǒng)節(jié)能建設提出了新的需求。根據《中國安防行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的參考數據，2015年行業(yè)總產值將達到5000億元。按20%的年復合增長率估算，視頻監(jiān)控系統(tǒng)產值將突破1000億元，占安防電子系統(tǒng)的份額超過50%，成為其規(guī)模最大且最具增長潛力的細分領域。迅速發(fā)展的安防行業(yè)，其能耗對氣候和環(huán)境的影響將越來越明顯。

　　建設安防監(jiān)控系統(tǒng)的目的是準確記錄監(jiān)控場景，及時準確地報告所監(jiān)控區(qū)域內的異常事件，確保被監(jiān)控場所內的人、財、物的安全。從設計角度來看，優(yōu)先考慮的是檢測準確、圖像清晰、報警無誤、存儲及傳輸可靠。節(jié)能環(huán)保所考慮的是社會和經濟效益，通過一系列措施來實現節(jié)能環(huán)保，從而帶來可觀的經濟效益和社會效益。

　　節(jié)能環(huán)保的建設目標對安防監(jiān)控產品及其系統(tǒng)提出更高的要求。如電子元件和芯片的低功耗指標、電源轉換效率、算法的運算量等;對安防工程實施，如布線方式、輔材、供電方式等提出新的要求。

　　中國安防行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中指出，我國安防產業(yè)將堅持走科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型產業(yè)集約化發(fā)展道路，把增長方式轉變到速度與結構、質量、效益相統(tǒng)一的增長方式上來，實現節(jié)約發(fā)展、低碳發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。

　　安防行業(yè)第一次將“節(jié)能環(huán)保”寫入五年發(fā)展規(guī)劃，足以證明“節(jié)能環(huán)保”勢在必行。政府大力推動和扶持環(huán)保節(jié)能產業(yè)發(fā)展，使得處于迅速發(fā)展階段的安防行業(yè)遇到前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。在國務院印發(fā)的《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》中重點提出了推行政府綠色采購，逐步提高節(jié)能環(huán)保產品的比重。隨著安防應用在金融、能源、交通、政府等領域不斷深入，對于背靠“平安建設”成長起來的安防企業(yè)來說，能夠提供節(jié)能環(huán)保型的安防產品和安防工程的企業(yè)必將受到重視，會獲得長遠發(fā)展的機遇。那么，節(jié)能環(huán)保會給安防視頻監(jiān)控企業(yè)帶來哪些機遇和挑戰(zhàn)?現代安防視頻監(jiān)控行業(yè)又如何去實現節(jié)能環(huán)保的目標?如何實現將節(jié)能環(huán)保和建設新型安防監(jiān)控系統(tǒng)有機結合起來?等等是本文嘗試探討的問題。

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　　節(jié)能需求促進新商機

　　從辯證角度來看，節(jié)能環(huán)保不僅對安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了高要求，可能會增加成本，同時也會給監(jiān)控系統(tǒng)帶來新的技術革新和新的商機。當前的安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)正在從傳統(tǒng)的模擬視頻向數字化、高清化、智能化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展。安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括攝像機、安防傳感器、傳輸設備、存儲設備、解碼器、顯示設備、服務器，安裝工程及運維服務等。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)以模擬攝像機為監(jiān)控探頭，模擬視頻通過同軸電纜傳輸至DVR存儲，需要經過編碼及存儲等環(huán)節(jié)，對傳輸介質的要求較高，傳輸距離有限。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要實現節(jié)能環(huán)保目標，其技術上會遇到如下挑戰(zhàn)：(1)模擬攝像機如采用多顆大功率紅外LED，其效率低。(2)每個攝像機要求提供視頻和電源兩對電纜線，視頻信號易受噪聲干擾，傳輸距離短，須配置視頻分配器、編碼器或DVR設備等。(3)模擬攝像機不具備視頻智能分析功能，對視頻信號沒有選擇性，模擬信號全部傳送給編碼器或DVR處理，導致運算量和存儲量的資源浪費。傳統(tǒng)模擬監(jiān)控系統(tǒng)在能量損耗和材料損耗方面都存在較大問題，不符合節(jié)能環(huán)保的要求。近十年來，安防技術迅猛發(fā)展，新技術不斷涌現，不斷出現的低功耗芯片和應用方案、高效的視頻處理算法、EPON等無源傳輸技術、以及新材料、新工藝的應用使得新一代視頻產品更好地滿足節(jié)能環(huán)保要求。日益普及的云技術也是幫助實現節(jié)能環(huán)保的利器，云服務供應商提供較高級的IT設備方案，如虛擬化技術、服務器、大型存儲硬件等，讓多家客戶一同共享使用。安防監(jiān)控中心的數據中心通常依賴于獨立的機房、獨立的服務器和儲存設備等，如利用云服務供應商的數據中心，能減少硬件配件、降低管理資源，一方面節(jié)省了設備開支，另一方面有利于降低空調、服務器等帶來的能耗和材料消耗。節(jié)能環(huán)保對視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出更高的要求，迫使企業(yè)向數字高清、智能化監(jiān)控系統(tǒng)轉型。對掌握核心技術的安防企業(yè)而言，無疑是個巨大的商機。

　　新技術推動節(jié)能環(huán)保

　　節(jié)能從“芯”開始

　　技術革新為安防監(jiān)控系統(tǒng)降低能耗、提升效率奠定了可靠的基礎。作為安防產品的核心，安防芯片及其應用架構是影響安防產品功耗的關鍵因素。安防芯片按功能可分為三類，(1)DVR/NVR芯片，比如海思半導體的Hi3515，Hi3520應用于嵌入式DVR產品和嵌入式NVR產品，這類芯片是市場規(guī)模最大的一類芯片，占據了主壓縮芯片數量的60%左右;(2)IPC芯片，應用于網絡攝像機產品，側重于高清壓縮、智能化和ISP處理;(3)其它輔助芯片，用于智能化和ISP業(yè)務，以DSP和FPGA為主，主要用于模擬攝像機和智能分析產品。芯片及系統(tǒng)架構的技術進步不僅帶動了攝像機、存儲設備、服務器等性能的大幅提升，也大幅降低了設備功耗及減小了設備的尺寸。以海思DVR芯片Hi3520 和Hi3520A為例，Hi3520是去年的DVR主流芯片，其CPU內核是ARM 1176，工作頻率可達600MHz，其實時編碼或解碼的總性能達到 8路D1，768 pin的FPGA封裝，面積為 27mm x 27 mm; Hi3520A的內核是ARM CortexA9，最大頻率可達930MHz,實時編解碼性能與3520相當，并集成了智能分析加速引擎，可支持運動偵測、視頻診斷等智能分析應用，芯片自帶兩個SATA接口，支持DDR3接口，尺寸為 19mm x 19 mm。ARM Cortex-A9處理器是首款結合了Cortex應用級架構和用于可擴展性能的多處理能力的ARM處理器，在不到ARM11一半功耗的情況下，可提高基于ARM11處理器多達至三倍的性能增益。相比Hi3520的DVR方案，基于Hi3520A芯片的DVR在功耗、集成度、電路板面積等指標上都具有優(yōu)勢。上方的Hi3520A主板面積比Hi3520主板縮減了1/3，不僅實現了節(jié)能和節(jié)省材料的目的，成本上也更具優(yōu)勢。

　　傳感器對監(jiān)控探頭節(jié)能功不可沒

　　CMOS攝像機尤其是CMOS高清網絡攝像機市場份額的提升，不僅大幅降低攝像機價格，有助于普及網絡攝像機，而且攝像機的功耗和體積也不斷減小，更有利于節(jié)能環(huán)保。影響攝像機功耗的主要因素有光學模組、微處理器芯片、補光組件等。光學模組按成像原理分為CCD和CMOS兩類。CCD與CMOS光電轉換的原理相同，主要的差別在于信號的讀出過程不同;由于CCD僅有一個(或少數幾個)輸出節(jié)點統(tǒng)一讀出，其信號輸出的一致性非常好;而CMOS芯片中，每個像素都有各自的信號放大器，獨立進行電荷-電壓的轉換，其輸出信號的一致性較差。CCD為了讀出整幅圖像信號，要求輸出放大器的信號帶寬較寬，而在CMOS 芯片中，每個像素元中的放大器的帶寬要求較低，大大降低了芯片的功耗，因此CMOS芯片功耗比CCD要低許多。盡管降低了功耗，但是數以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲，這是CMOS相對CCD的固有劣勢。由于CMOS相對較低的制造成本和其先天的技術可塑性，新的CMOS器件不斷推陳出新，高動態(tài)范圍CMOS器件業(yè)已出現，消除了對快門、光圈、自動增益控制及伽瑪校正的需要，使攝像機接近且超過CCD的成像質量。相對于CCD，CMOS展現出蓬勃的活力，其市場份額不斷提升。以模擬攝像機為例，鎂光139芯片與索尼同清晰度芯片的對比應用，清晰度和色彩還原度并無明顯差異，但芯片價格及功耗卻低了不少。2012年秋季，鎂光139芯片強勢進入國內CMOS攝像機領域，短時間內便占據了半壁江山。鎂光139芯片的上市，這讓原本遭受PC1089 CMOS市場沖擊的CCD壓力倍增，CMOS大行其道，導致CCD廠家大量減產。

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　　補光技術讓能耗“綠”起來

　　攝像機補光光源是前端攝像機主要的能耗點，采取新型的LED光源可以有效提高夜視攝像機的能源效率。在夜視監(jiān)控領域，如果不采取補光配合監(jiān)控，監(jiān)控畫面的效果會完全得不到保障，這樣那就失去了監(jiān)控的意義。目前較為主流的做法是采用紅外補光，即采用大功率的紅外LED光源(俗稱“點陣式紅外燈”)或者采用激光光源進行同步補光，使得畫面的清晰度和亮度得到保證。近幾年，紅外高清球機和激光球機的普及，極大改善了過去球機在夜間超低照度環(huán)境下看不清的應用問題，許多高速球廠商也不遺余力地大量推出紅外高清球機產品。目前大量使用的紅外LED補光技術已經歷了三代發(fā)展，在紅外補光能量轉換效率以及使用壽命上，取得顯著進展。第三代點陣式紅外燈光源，采用特殊的封裝技術將光源18個月內的光衰控制在10%以內，電光轉化效能較第一代、第二代使用的三元晶片高出50%以上，降低了功耗，使用壽命是激光紅外與傳統(tǒng)紅外的5倍以上，散熱性能良好。第三代“點陣式紅外光源”出色地解決了第一代傳統(tǒng)紅外LED和第二代陣列式紅外燈熱量過大和亮度不足的問題，避免了傳統(tǒng)紅外LED燈在使用三個月后便出現光衰減的現象產生，而且大幅縮小了產品的體積。在相同發(fā)光功率下，單顆點陣式紅外光源相當于40顆傳統(tǒng)∮8 LED燈的光亮度，其發(fā)光功率好比傳統(tǒng)紅外LED燈的5倍光亮度。第三代紅外光源既有第二代體積小，散熱處理好，壽命長的優(yōu)勢，又解決了因偏心現象而不夠亮的缺點，價格更接近或低于傳統(tǒng)LED。目前主流的高清攝像機基本都采用了第三代紅外補光技術，如宇視的HIC24系列高清紅外一體機筒型網絡攝像機，采用第三代點陣式紅外LED方案，相比傳統(tǒng)方案體積縮小，散熱加快，使用壽命超過6萬小時。

　　共享運維更利于節(jié)能

　　存儲設備是影響監(jiān)控系統(tǒng)成本的關鍵因素，也是監(jiān)控系統(tǒng)中主要的能耗節(jié)點。普通PC硬盤的運行功耗一般為14.5瓦左右，監(jiān)控專用硬盤的運行功耗一般為8瓦左右，在數字硬盤錄像機中，如果安裝8片硬盤，那普通PC硬盤的運行總功耗為14.5W×8=116W，DVR專用硬盤的運行總功耗為8W×8=64W。DVR專用硬盤運行功耗僅相當于普通PC硬盤功耗55%，低的運行功耗不僅對電源系統(tǒng)有重要意義，而且對數字硬盤錄像機系統(tǒng)的散熱也有重要的意義，運行功耗中大概75%會轉變?yōu)闊崮?。如果采用普通PC硬盤，在數字硬盤錄像機這么小的空間內有這么高的發(fā)熱源，為了保障合理的硬盤工作溫度(0～60℃)，必須對硬盤系統(tǒng)進行有效的散熱。作為高清網絡監(jiān)控的存儲介質，采用硬盤數量多，存儲工作壓力較大，選擇監(jiān)控專用硬盤可以有效降低能耗并提升設備可靠性能。對于中小型規(guī)模的監(jiān)控應用，DVR其主選的存儲設備還是DVR/NVR，對于大型的監(jiān)控系統(tǒng)，目前運用最廣的是SAN存儲，發(fā)展方向將會是基于云存儲架構的高清海量視頻監(jiān)控系統(tǒng)。云技術能帶給用戶應用上的方便性，無可估計的計算能力和海量的存儲能力，云技術可以極大地降低網絡高清視頻監(jiān)控在部署過程中的成本，包括管理成本、維護成本和運營成本，其中運營成本就包括能耗和租用空間的費用。高清監(jiān)控需要傳輸帶寬更大、容量要求更高，監(jiān)控存儲服務器產品必須具備更高的容量和性能;存儲技術需要與監(jiān)控應用更緊密的結合，能夠針對特定的應用進行設計。

　　高清海量存儲部署的背后必然是大量的能源消耗、高昂的使用成本，從節(jié)能環(huán)保角度考慮，大型監(jiān)控存儲系統(tǒng)的低功耗設計必然是重點之一。 云存儲系統(tǒng)采用分布式可擴展的系統(tǒng)結構，選用超低功耗存儲服務器，集中供電、集中散熱，可以實現系統(tǒng)超高密度和超低功耗的優(yōu)化。通過存儲云中多臺服務器分擔存儲負荷，利用位置服務器定位存儲信息，提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和存取效率。如南京云創(chuàng)開發(fā)的基于Intel Atom的64位低功耗硬件存儲平臺，可提供總存儲容量高達1824TB，單存儲節(jié)點峰值功耗低于0.15KW，比傳統(tǒng)云存儲產品節(jié)能3倍，其空間密度和能耗指標遠勝于傳統(tǒng)存儲產品。云技術將從信息處理、存儲、發(fā)布等方面給視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來一場新的技術變革，為建設節(jié)能環(huán)保型的新型視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供了堅實的技術基礎。

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　　節(jié)能之路，源遠流長

　　安防系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保主要體現在兩個方面，一是產品的低功耗，二是系統(tǒng)部署服務過程中的低材料消耗和低環(huán)境污染。從市場規(guī)模來說，安防服務略大于安防產品，安防服務包括集成方案設計、安防工程實施、運行維護等。安防服務中除安防監(jiān)控產品設計和部署外，與節(jié)能環(huán)保直接相關的還有電源、空調、機房新風、燈光照明等。對于電源的建議，盡可能選擇集中供電模式，在配電柜端選用高效率的電源適配模塊和良好的散熱方案。對于網絡攝像機，盡量通過PoE供電，不僅節(jié)省一對電源電纜，更有利的是節(jié)省電能。有實驗數據表明，在25Ω的電纜上進行電能傳輸時，PoE技術在同步的四對線中使用同IEEE802.3at兼容技術可以將傳輸效率提升至94%。在IEEE802.3at-2009Type2系統(tǒng)的24端口(每端口傳輸功率達25.5W)中，能夠有超過50W的電能得到節(jié)省。對于機房環(huán)境維護，改變原來要求空調長期可靠不間斷地工作來維持機房內室溫的方法，安裝節(jié)能通風過濾系統(tǒng)，通過檢測室內外的溫濕度的變化，利用室外低溫空氣給機房設備散熱，動態(tài)控制空調的運行來達到節(jié)能目的，并大幅度降低電能消耗和運行成本，延長空調使用壽命。

　　與安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)密切相關的還有照明系統(tǒng)，統(tǒng)計數據表明，在電能消耗上，照明能耗占到整個建筑電量能耗的25%~35%。選擇LED光源照明，根據不同時間不同環(huán)境的光照度對光源進行合理管理，就能夠實現節(jié)能。對原有模擬監(jiān)控系統(tǒng)改造升級為高清數字監(jiān)控系統(tǒng)中，原監(jiān)控系統(tǒng)已在建筑物內敷設了大量的同軸電纜、控制線和電源線，進行二次布線組建網絡十分困難。有些情況下，這些線纜還遠未到使用壽命，考慮到二次利用這些大量的銅材，縮短項目的建設周期、減少建設成本以及人員成本，特別是考慮到節(jié)能減排和減少環(huán)境污染，可以選擇通過模擬電纜來傳輸高清視頻信號的方案。可供選擇的有HD-SDI、同軸電纜安全鏈路(SLOC)和大華的HDCVI方案。

　　我國政府大力推動和扶持節(jié)能環(huán)保產業(yè)發(fā)展，使得處于迅速發(fā)展階段的安防行業(yè)節(jié)能創(chuàng)新得到了前所未有的機遇?，F代安防產業(yè)正在不斷地增加對節(jié)能降耗技術和產品的研發(fā)投入，并已在很多應用中開始了對節(jié)能環(huán)保型安防產品和安防工程的實踐。安防企業(yè)無論是產品供應商、系統(tǒng)集成商、還是工程商和客戶，都可以通過技術創(chuàng)新、方案革新、工程和運維優(yōu)化等方式逐步達成節(jié)能環(huán)保目標，為創(chuàng)建人類美好的未來做出一份貢獻。