Planung von Überwachungsanlagen

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Planung von Überwachungsanlagen 2017-08-26T14:05:29+00:00

Fachartikel aus Sicherheit.info

Zeitgemäße Leitlinien

 

Die Norm DIN EN 50132 wurde in einer aktualisierten Form im April 2013 veröffentlicht. Im Teil 7 dieser Norm werden praxisbezogene Hinweise für das Design von professionellen Videoüberwachungsanlagen gegeben. Im Rahmen dieses Artikels werden wesentliche Teilaspekte der Norm beleuchtet.

 

 

Bild: Thinkstock/antikainen
Bei der Konzeption von Videoüberwachungsanlagen empfiehlt es sich, zu Beginn eine ausführliche Risikobewertung vorzunehmen. (Bild: Thinkstock/antikainen)

Als empfohlenes Verfahren für die Implementierung einer Videoüber-wachungsanlage werden in der Norm Verfahrensweisen beschrieben, die bei allen sicherheits-technischen Anlagen angewendet werden sollten: Risikobewertung ist hier die Grundlage für eine effektive Planung.

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Risikobewertung und Leistungsbeschreibung

Ergebnis dieser Bewertung ist die Festlegung des erforderlichen Sicherungsgrades aller Komponenten des CCTV-Systems sowie der verwendeten Übertragungswege. Nur auf dieser Basis kann eine fundierte Planung und Leistungsbeschreibung erfolgen.

Diese sollte folgende Aspekte beinhalten:

a) Welches grundlegende Ziel verfolgt die Anlage, welche Funktionalitäten sind gefordert? Soll CCTV zur Standortüberwachung eingesetzt werden oder soll eher die Detektion und Überwachung oder Aufzeichnung von Angriffen gegen Personen und Eigentum im Mittelpunkt stehen?

b) Welche Überwachungseinschränkungen sind gegeben? Gibt es durch die Gesetzgebung aufgelegte Einschränkungen, kommunale Regularien oder ähnliches? Gibt es Einschränkungen durch private Bereiche, die durch den Betreiber oder die Nähe von Nachbarn erforderlich sind?

c) Wie können die zu überwachenden Standorte definiert werden? Welche Gebäude, internen oder externen Bereiche oder mehr sollen durch CCTV abgedeckt werden?

d) Wie ist die aufzunehmende Aktivität definiert? Welche Ziele sollen in jedem Bereich des Standorts beobachtet werden? Bespiele hierfür sind das Beobachten von Unbefugten innerhalb eines definierten Bereichs oder die Erfassung von Fahrzeugen in bestimmten Bereichen.

e) Wie leistungsfähig müssen die Anlage und die zur Verfügung gestellten Bilder sein? Wie sieht zum Beispiel die Zeitskala aus, die dem Bedienpersonal zur Verfügung steht, um Personen zu beobachten und ihre Bewegungen überall in der Szene zu verfolgen? Wie hoch ist der Grad der erforderlichen Bilddetails in Live-Bildern, aufgezeichneten oder exportierten Bildern? Es kann vorteilhaft ein, hier verschiedene Auflösungen zu verwenden.

Neben diesen Aspekten werden in der Norm noch weitere detaillierte Leistungsbeschreibungen definiert, die bei der Projektierung zu berücksichtigen sind. Unter anderem sind hier Angaben zur Betriebsdauer der Anlage, zu den Bedingungen vor Ort, zur Ausfallsicherheit, zur Überwachung und Bildspeicherung, zum Export von Bildern sowie zu organisatorischen Kriterien der Alarmabarbeitung und zum Arbeitspensum des Bedienpersonals enthalten. Auch das Thema Schulung wird angesprochen. Mit diesen Leistungsbeschreibungen können anlagenbezogen sehr genaue Kriterien festgelegt werden.

Wenn man eine solche Leistungsbeschreibung erstellt hat, kann man ins Detail gehen und festlegen, welche Eigenschaften die Anlagenteile haben sollen. Die Videoüberwachungsanlage ist als Ganzes, das heißt auch unter Berücksichtigung der verwendeten Infrastruktur zu konzipieren.

Bildauflösung

Bei der Auswahl der Anlagenteile einer Kamera ist zu beachten: Die Kombination des Objektives mit der Kamera muss so gewählt sein, dass Anforderungen wie das Sichtfeld beziehungsweise die Objektgröße, die Bildauflösung sowie die Lichtleistung auch bei geringer Beleuchtung ausreichend erfüllt werden können. Bei den Themen Sichtfeld – Objektgröße – Bildauflösung unterscheidet die Norm folgende sechs Klassen: Überwachen, Detektieren, Beobachten, Erkennen, Identifizieren und Überprüfen.

Der Bezug zur Bildhöhe oder Auflösungsdichte in mm/Pixel stellt sich bei PALAuflösung wie folgt dar:

    • Um zu überwachen, oder für die Kontrolle von Menschenansammlungen darf das Beobachtungsziel nicht weniger als 5 Prozent der Bildhöhe betragen (oder mehr als 80 mm/Pixel);

 

    • Um zu detektieren, darf das Beobachtungsziel nicht weniger als 10 Prozent der Bildhöhe betragen (oder mehr als 40 mm/ Pixel);

 

    • Um zu beobachten, muss das Beobachtungsziel 25 Prozent der Bildhöhe betragen (oder mehr als 16 mm/Pixel);

 

    • Um zu erkennen, muss das Beobachtungsziel 50 Prozent der Bildhöhe betragen (oder mehr als acht mm/Pixel);

 

    • Um zu identifizieren, muss das Beobachtungsziel 100 Prozent der Bildhöhe betragen (oder mehr als vier mm/Pixel);

 

    • Um zu überprüfen, muss das Beobachtungsziel 400% der Bildhöhe betragen (oder mehr als ein mm/Pixel).

Bei den immer stärker an Bedeutung gewinnenden digitalen CCTV-Systemen werden in der Regel die Auflösungen verwendet, wie sie in Tabelle 1 (Seite 48) beschrieben sind. Entsprechend stellen sich die äquivalenten Personalbildschirmhöhen für unterschiedliche, gängige Auflösungen dar wie in Tabelle 2 in Prozent beschrieben. Die Auflösungsdichte lässt sich zur einfacheren Anwendbarkeit von mm/Pixel auch in Pixel/Meter umrechnen. Folgende Werte haben sich bezüglich der Auflösungsdichte als praxisgerecht erwiesen: Größer gleich 250 Pixel/Meter eignet sich für Identifikation, kleiner 250 Pixel/ Meter dagegen eher für Übersicht. Für die Erkennung von Kfz-Kennzeichen ist eine Auflösungsdichte von 320 Pixel/Meter erforderlich.

In der Norm wird auch auf den zu verwendenden Bildbetrachtungswinkel hingewiesen. Es sollen horizontale und vertikale Winkel von 22,5 Grad nicht überschritten werden. Grundsätzlich gilt: Je steiler die Kamera in Relation zum betrachteten Bildausschnitt montiert wird, umso weniger Detailinformationen sind im Bild erkennbar. Bei der Klasse Identifikation sollte der Betrachtungswinkel kleiner als 15 Grad sein (Praxiswert).

Bildkompression

Die Norm stellt weitere Aspekte für die Auswahl von Anlagenteilen für IP-Video dar. Ein wesentliches Kriterium für die Leistungsfähigkeit eines IP-basierenden Video-systems ist die eingesetzte Bildkompression. Als Standard hat sich auch vor dem Hintergrund der zunehmenden Anzahl von HD-Videoinstallationen das Codec H.264 durchgesetzt.

Als grobe Richtwerte für unkomprimierte Datenraten kann man folgende Werte ansetzen (die tatsächlichen Datenraten hängen vom Bildinhalt ab): SD-Video circa 400 MBit/s, HD 720p circa 1,3 GBit/s, HD1080p circa drei GBit/s.

Weitere auf dem Markt befindliche, nicht IP-basierende HD-Technologien wie HD-SDI, das aus der Broadcast-Technik stammt, oder PAL 960H verwenden unkomprimierte Videodaten. Auch in analogen Videosystemen findet bei der Bildübertragung keine Kompression statt. Dies ist besonders beim Thema Bildspeicherung zu berücksichtigen.

Bildrate

Die erforderliche Bildrate sollte für jede Kameraansicht individuell festgelegt werden. Folgende Faktoren sind bei der Auswahl der geeigneten Bildrate für eine Kamera zu berücksichtigen:

    • Das Risiko im Sichtfeld der Kamera gemäß Risikobewertung;

 

    • Die Zielsetzung der Kamera, wie in der Leistungsbeschreibung definiert;

 

    • Die erwartete Aktivität im zu beobachtenden Bereich;

 

    • Das Sichtfeld der Kamera;

 

    • Einfluss auf die die Bildrate durch externe Auslösung wie Einbruchalarm, Videosensorik oder ähnliches;

 

    • Die Beobachtung durch eine bedienende Person? (Bei langsamen Bildfrequenzen wird ununterbrochene Betrachtung sehr anstrengend).

Die Bildrate wird angegeben in Bildern pro Sekunde (frames per second, fps). Bei Videosystemen gemäß PAL-Standard sind Standardübertragungsraten von 25 fps üblich.

In Anhang D der Norm werden empfohlene Richtwerte von Bildübertragungsraten, bezogen auf verschiedene Risikograde genannt. Darin werden zum Beispiel für eine Bahnhofshalle mit niedrigem Risiko eine „Beobachten”-Auflösung mit zwei fps, für einen Parkplatz mit mittlerem Diebstahl-/Überfallrisiko das Videoprofil „Detektieren” mit sechs fps und demgegenüber für einen Geldausgabeautomat mit hohem Risiko eine Anlage mit „Identifizieren”-Auflösung und 12,5 fps Bildrate vorgeschlagen.

Hierbei ist zu beachten, dass die Standard-Bildrate verringert werden kann, wenn ein Auslösemechanismus verwendet wird, der eine Erhöhung der Bildrate bei Aktivierung veranlasst.

Speicherkapazität

Folgende Parameter sind für die Speicherkapazität eines CCTV-Recorders relevant:

    • Bildgröße: typische Werte fünf kB bis 50 kB

 

    • Bildrate: typische Werte ein bis 25 fps

 

    • Anzahl der Kameras

 

    • Betriebsstunden: typische Werte eine bis 24 Stunden

 

    • Aufbewahrungsfrist: typische Werte 24 Stunden bis 31 Tage

 

    • Speichermanagement: zuzüglich ein geschützter Tag

Entsprechend lässt sich die Dimensionierung des Speicherbedarfs ermitteln. Dazu gibt es auch dedizierte Berechnungstools.

Übertragungsnetz

Das Übertragungsnetz in einer CCTV-Installation muss sicherstellen, dass Videosignal und alle videorelevanten Steuersignale zuverlässig übertragen werden. Die kann auf viele verschiedene Arten in unterschiedlichen Videoformaten erfolgen: analog, digital und IP, komprimiert und unkomprimiert, mit Standard- und mit hoher Auflösung, dedizierte und verteilte Verbindungen, kabelgebunden oder drahtlos, und kurze oder weite Verbindungen.

Im Folgenden soll nur auf drahtgebundene Übertragungswege eingegangen werden; im Vordergrund steht die Betrachtung von Kabelinfrastrukturen. Analoge, nicht komprimierte Videosignale können über Koaxkabel, zwei-Draht-Strecken oder Lichtwellenleiter-Verbindungen übertragen werden; mit Multiplexing können mehrere Signale in einem physikalischen Übertragungsweg kombiniert werden.

Für die Übertragung analoger Videosignale mit hoher Auflösung empfiehlt sich eine geeignete Verkabelung für VGASignale. Hochauflösende, unkomprimierte, digitale Videosignale werden gemäß DVI- oder HDMI-Standard übertragen, hierbei sind Längenrestriktionen zu beachten, in der Regel maximal 15 Meter.

Verkabelung

Für die Übertragung von komprimierten Videodaten benötigt man entsprechend leis-tungsfähige IP-Netzwerke. Die Anforderungen für drahtgebundene Übertragungswege sind in der Norm DIN EN 50173 für strukturierte Verkabelungen festgelegt. Für die passive Verkabelung gilt: Geeignet sind Netzwerkkabel der Kategorien 5 bis 7. Diese Kabel erlauben Datenraten von bis zu einen GBit/s.

Komprimiertes IP-Video benötigt hiervon in der Regel höchstens zehn Prozent. Somit dürfte es im Normalfall keine Probleme geben, die durch die passive Verkabelung verursacht werden – außer es werden folgende Einflussgrößen nicht beachtet:

    • Die maximalen Lasten beim Einsatz von Power over Ethernet (POE) sind zu berücksichtigen;

 

    • Umgebungseinflüsse können zu einer Erwärmung führen, zum Beispiel Verlegung von Datenkabeln unter Blechdächern. Diese können die elektrischen Eigenschaften der Datenkabel erheblich verschlechtern;

 

    • Eine nicht normgerechte Verlegung von Datenkabeln, zum Beispiel gemeinsam mit Starkstromkabeln, kann zu Störungen führen.

Aktive Netzwerkkomponenten wie übliche GBit-Switches stellen in der Regel keinen Flaschenhals im Netzwerk dar und sind genügend performant. Es ist darauf zu achten, dass diese Quality-of-Service Standards (QoS) erfüllen. VPNs sind für die Übertragung von Videodaten empfehlenswert. Bei Servern und Endgeräten kommt es darauf an, wo dekomprimiert wird. Die Rechenleistung der entsprechenden Komponenten muss ausreichend sein, da der Aufwand zur Dekompression oft erheblich ist.

Daher sind Flaschenhälse im System meist bei den Ausgabegeräten an den Bedienplätzen zu suchen. Zur Bewertung der Netzwerkperformance lassen sich Netzwerke für den Einsatz von IP-Video in vier Leistungsklassen einteilen. Diese sind in der Norm DIN EN 50132-5-1 wie folgt definiert:

    • Zeitgenauigkeit für den Videotransportstrom: Klassen T1 bis T4

 

    • Verbindungen, Timing-Anforderungen: Klassen I1 bis I4

 

    • Möglichkeiten der Bandbreitenlimitierung: Klassen C1 bis C4

 

    • Priorisierung des Videostroms: Klassen P1 bis P4

 

    • Maximaler Paketverlust, Latenz und Jitter: Klassen S1 bis S4 und M1 bis M4

 

    • Überwachungsintervall für Verbindungen: Sicherungsgrade 1 bis 4

Zusätzlich müssen Redundanz und Sicherheit des Netzwerkes berücksichtigt werden.

Prüfplan und Dokumentation

In der Norm wird darauf verwiesen, dass anhand eines Prüfplanes zu dokumentieren ist, dass die CCTV-Anlage alle erwarteten Funktionen und Eigenschaften erfüllt. Dieser Prüfplan soll alle Anforderungen festlegen, die in der Entwurfsphase festgelegt worden sind. Dabei soll der Prüfplan zwei Hauptzielsetzungen erfüllen: Unterstützung bei der Abnahme der Leistungsfähigkeit der installierten CCTV-Anlage sowie Unterstützung bei der periodischen Überprüfung der Anlage und ihrer Funktionalität.

Die Prüfung beinhaltet zwei Komponenten: die Benutzerabnahmeprüfung und die technische Abnahme. Bei der Benutzerabnahmeprüfung bewertet ein geeigneter Anlagenbediener die Benutzerschnittstellen und Steuerungen, um sicherzustellen, dass die Spezifikation durch den Errichter richtig umgesetzt worden sind. Die technische Abnahme beinhaltet die Überprüfung der vorgegebenen technischen Spezifikationen. Die Norm gibt hier detaillierte Verfahrensanweisung sowie Testroutinen vor.

Die Dokumentation ist vor und nach der Installation notwendig. Es ist wichtig, frühzeitig eine Anlagendokumentation zu erstellen, um sicherzugehen, dass den Erfordernissen des Nutzers Rechnung getragen wird. Es sollten enthalten sein: Risikobewertung, Leistungsbeschreibungen, Spezifikationen des Anlagenentwurfs, Lageplan der CCTVAnlagen, und Prüfplan.

Installation und Inbetriebnahme der Anlage

Die Norm empfiehlt eine Werksabnahmeprüfung der Anlage. So kann der Hersteller/Errichter schon frühzeitig dokumentieren und sicherstellen, dass die Planungsvorgaben umgesetzt werden. Auch während des Installationsprozesses ist ein laufender Abgleich mit der bereits erstellten Dokumentation erforderlich. Der Errichter hat dem Nutzer ein Anlagenzertifikat vorzulegen, aus dem hervorgeht, dass die Anlage in Übereinstimmung mit der Leistungsbeschreibung installiert worden ist. Nach der Benutzerabnahmeprüfung kann die Inbetriebnahme und Übergabe erfolgen.

Hierbei ist die endgültige Dokumentation vorzulegen.

Die Norm DIN EN 50132-7 stellt eine Vielzahl von verbindlichen und zeitgemäßen Verfahrensanweisungen für alle Phasen eines Projektes von der Grundlagenermittlung über die Realisierung bis zur Abnahme und Dokumentation zur Verfügung. Zusammenfassend seien hier zum Schluss noch einige zentrale Faustregeln für die Verwendung von Netzwerkstrukturen für IP-Video genannt, die besonders zu beachten sind:

    • Eine klare Festlegung des Leistungsbedarfs und eine entsprechende Leistungsbeschreibung sind erforderlich.

 

    • Zu erwartende Netzwerklasten sind zu untersuchen und dokumentieren.

 

    • Erforderliche Bandbreiten sind zu berechnen.

 

    • Wo braucht man hohe Auflösungen und wo nicht?

 

    • Wo braucht man hohe Bildraten und wo nicht?

 

    • Konzepte für Bildauflösungen sowohl für Aufzeichnung als auch für Wiedergabe müssen erstellt werden.

 

    • Geeignete Netzwerkkomponenten, Einsatz von VLANs, QoS, Netzwerksicherheit, Netzwerkdesign, Redundanzkonzepte sind auszuwählen. Es ist empfehlenswert, frühzeitig IT-Verantwortliche bei der Planung hinzuzuziehen.

 

    • Mögliche Flaschenhälse sind zu ermitteln und zu beheben.

 

    • Hat das Netz auch zukünftig genug Reserven?

Markus Groben, Geschäftsführer der Groben Ingenieure GmbH