水利行業(yè)3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案的應(yīng)用

標(biāo)簽：3G視頻  實(shí)時(shí)監(jiān)控  無限監(jiān)控點(diǎn)

由于水庫大壩等水利監(jiān)控點(diǎn)分布在較為廣闊的范圍內(nèi)，與監(jiān)控中心的距離較遠(yuǎn)，利用傳統(tǒng)的有線連接的方式，線路鋪設(shè)成本高昂，并且施工周期長，有時(shí)還會(huì)因山川河流的阻礙難以架設(shè)線纜，因此無線傳輸?shù)姆绞皆谒袠I(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中受青睞?，F(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)主要有以下幾種：

·衛(wèi)星通訊：衛(wèi)星通訊由于成本較高，需要預(yù)先申請等特點(diǎn)，一般僅在軍用或特殊場合使用，不適合在水利行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用;

·微波數(shù)據(jù)傳輸：在3G網(wǎng)絡(luò)沒有正式應(yīng)用前，水利視頻監(jiān)控項(xiàng)目中很多采用微波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行視頻傳輸，也可達(dá)到一般監(jiān)控的要求，但是微波技術(shù)需要視距傳輸，對地形的限制很多，只有在空曠處方能獲得較好效果;

·無線局域網(wǎng)技術(shù)：無線局域網(wǎng)可以滿足實(shí)時(shí)視頻傳輸?shù)囊?，并可通過中繼等方式顯著提高覆蓋半徑，已經(jīng)可以滿足小型水利設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求，但是在中大型的水利設(shè)施中，仍需要鋪設(shè)大量AP，項(xiàng)目的實(shí)施和安裝難度不亞于線纜連接方式;

·基于運(yùn)營商的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)(2G或3G以及正在小規(guī)模應(yīng)用的4G系統(tǒng))：基于運(yùn)營商的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸主要是指利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。

在運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)下，目前有GPRS/EDGE/CDMA/3G等多種方式，除3G方式外的實(shí)際數(shù)據(jù)上傳速度一般在60-80kbps左右，在這樣的帶寬下視頻效果不是很理想。由于3G網(wǎng)絡(luò)的日漸普及和成熟，3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)的熱點(diǎn)，相對于其它行業(yè)而言，3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)更適合在水利行業(yè)中應(yīng)用，主要原因如下：

·水庫大壩等水利監(jiān)控點(diǎn)分布在較廣闊的范圍內(nèi)，與監(jiān)控中心的距離較遠(yuǎn)，且比較孤立，利用傳統(tǒng)的有線連接方式，線路鋪設(shè)成本高昂，施工周期長，甚至往往由于河流山脈等障礙而難以架設(shè)線纜;

·由于水利設(shè)施多處于野外，易遭受雷擊，應(yīng)盡量減少線纜特別是金屬線纜的鋪設(shè);

·防汛是水利部門的頭等大事，此時(shí)突發(fā)事件較多，監(jiān)控點(diǎn)位置不定，急需可快速部署的視頻監(jiān)控解決方案;

·在水利行業(yè)抗洪搶險(xiǎn)作業(yè)中，人員和車輛的調(diào)度是重中之重，而在調(diào)度過程中，人員和車輛的位置和實(shí)時(shí)視頻是關(guān)鍵信息，通過無線方式對車輛和人員進(jìn)行移動(dòng)視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)可視化的調(diào)度和指揮。

目前在3G方式下的視頻傳輸最高可達(dá)到700Kbps的上傳速度，一般也可在400-500Kbps左右，滿足一般實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控的要求。本文將結(jié)合無線視頻監(jiān)控項(xiàng)目實(shí)例對3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)做一簡單介紹，并就如何更好滿足水利行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)探討。

水利無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求特點(diǎn)

水利部分的視頻監(jiān)控系統(tǒng)除具備3G系統(tǒng)的一般特點(diǎn)外，還具備以下行業(yè)特點(diǎn)：

·設(shè)備需滿足野外使用的要求，特別充分考慮防水、防雷、抗風(fēng)等要求;

·支持3G方式下的攝像機(jī)遠(yuǎn)程控制，具備較好的操控性，便于指揮中心進(jìn)行全局監(jiān)控;

·在缺乏現(xiàn)場供電的場合采用太陽能、風(fēng)能等多種供電方式;

·系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留多個(gè)串行和IO接口，便于其他水利檢測系統(tǒng)也可以通過3G系統(tǒng)上傳信息;

·網(wǎng)絡(luò)年使用費(fèi)上應(yīng)和電信等3G運(yùn)營商充分溝通，在汛期提高流量帶寬以確保獲得較好的應(yīng)用，建議按照年流量費(fèi)用進(jìn)行結(jié)算。

根據(jù)以上行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)，適合水利3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品形態(tài)如表1所示。

以上各類無線視頻編碼器可采用硬盤進(jìn)行存儲(chǔ)，也可采用FLASH進(jìn)行存儲(chǔ)，對于便攜和車載的場合，建議采用FLASH方式進(jìn)行存儲(chǔ)，一般目前16G的FLASH可滿足單路視頻保存3天以上實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)。

水利行業(yè)3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)介紹

3G視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了視頻完全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，使用戶隨時(shí)隨地都能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中管理，徹底解決了地域界限的限制，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。我們將本系統(tǒng)主要分為四個(gè)部分。

無線監(jiān)控點(diǎn)

監(jiān)控點(diǎn)部分由攝像機(jī)、無線編碼器(包含內(nèi)嵌3G模塊)組成，攝像機(jī)負(fù)責(zé)采集視頻數(shù)據(jù)并由無線編碼器進(jìn)行編碼處理，把編碼后的數(shù)據(jù)通過3G傳送到指揮中心，該部分主要分為移動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)和無線定點(diǎn)監(jiān)控兩種類型，考慮到系統(tǒng)的完整性，無線監(jiān)控系統(tǒng)中也可接入原有的有線監(jiān)控點(diǎn)。

傳輸部分

系統(tǒng)中將綜合采用無線和有線兩種傳輸方式。

·無線方式：采用3G方式進(jìn)行視頻傳送，在實(shí)際應(yīng)用中，需要對當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)營商3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測試并從中挑選合適的3G方式;

·有線方式：有線監(jiān)控主要采用有線寬帶方式傳送視頻，可租用電信或者其他運(yùn)營商的有線網(wǎng)絡(luò)。

指揮中心服務(wù)器

在指揮中心安裝相應(yīng)的服務(wù)器系統(tǒng)和平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)對無線監(jiān)控點(diǎn)和有線監(jiān)控點(diǎn)的統(tǒng)一管理，并分發(fā)數(shù)據(jù)流和視頻流供工作人員進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中將包含多個(gè)服務(wù)器，主要有管理服務(wù)器、錄像服務(wù)器、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器以及若干應(yīng)用服務(wù)器，每個(gè)應(yīng)用服務(wù)器供若干功能。

應(yīng)用軟件

工作人員通過客戶端軟件對本系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理，根據(jù)用戶權(quán)限獲取相應(yīng)的視頻和其他水利相關(guān)信息以盡快做出決策，同時(shí)也可通過本系統(tǒng)下達(dá)指令進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮。

功能特點(diǎn)

3G視頻監(jiān)控，在水利行業(yè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控、報(bào)警、回放、事件和后臺(tái)管理以及地圖等功能。

實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控功能

·多畫面監(jiān)控：將實(shí)時(shí)視頻窗口以多畫面的形式進(jìn)行監(jiān)控，最高支持36畫面，并支持多種窗口顯示模式;

·全屏顯示：將實(shí)時(shí)視頻窗口以全屏方式顯示;

·手動(dòng)錄像：手動(dòng)錄像當(dāng)前窗口中視頻;

·支持圖片抓拍功能;

·可遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和燈光等設(shè)備的開啟，適合夜間水利監(jiān)控使用，可在視頻畫面上直接進(jìn)行控制;

·可直接在電子地圖上點(diǎn)擊GPS軌跡點(diǎn)獲得實(shí)時(shí)浮動(dòng)視頻監(jiān)控窗，實(shí)現(xiàn)沙盤方式的視頻監(jiān)控，并可和水利目前的水雨情系統(tǒng)結(jié)合，向水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)視頻。

報(bào)警功能

·支持防盜報(bào)警、緊急報(bào)警以及水雨情報(bào)警(和水利數(shù)據(jù)庫聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn));

·支持報(bào)警后用戶確認(rèn)功能;

·報(bào)警時(shí)地圖上對應(yīng)的監(jiān)控點(diǎn)或車輛高亮顯示，同時(shí)自動(dòng)連接相應(yīng)視頻。

回放功能

·水利防汛車輛配備GPS時(shí)支持軌跡回放，錄像回放以及軌跡和錄像連動(dòng)回放;

·支持錄像回放拖動(dòng)及快進(jìn);

·支持截取部分錄像下載和回放;

·提供本地回放工具，適合多種視頻壓縮格式。

事件和后臺(tái)管理

·事件查詢：根據(jù)不同的用戶權(quán)限可以查詢相應(yīng)的事件信息;

·后臺(tái)管理：顯示后臺(tái)管理界面，后臺(tái)管理可以實(shí)現(xiàn)對多種信息(如：用戶、水利事件、權(quán)限等)的有效管理。

地圖功能

·支持MAPINFO和GOOGLEMAP兩種方式的地圖，兩種地圖可在一套系統(tǒng)中自由切換;

·縮放、拖拉和鷹眼等基本地圖操作，支持滾輪操作;

·地圖上畫點(diǎn)、畫線和地圖測量，包括距離測量、面積測量;

·信息查詢，查詢各種車輛和監(jiān)控點(diǎn)信息;

·監(jiān)控點(diǎn)管理：可添加監(jiān)控點(diǎn)信息和其他業(yè)務(wù)信息。

其他功能

·窗口雙屏：可將地圖和視頻分屏顯示;

·設(shè)備IP地址顯示，獲取設(shè)備網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計(jì);

·支持通過IP方式對設(shè)備發(fā)送短消息功能，在設(shè)備端屏幕上顯示，軟件平臺(tái)做記錄以備查;

·支持圖表功能，由客戶端根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行接入;

·在防汛時(shí)刻支持短信群發(fā)以進(jìn)行緊急通知和報(bào)警;

·支持RFID等門禁設(shè)備，可聯(lián)動(dòng)短信或截圖功能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)小型水利設(shè)施的無人化管理。

3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

設(shè)備性能要求

攝像機(jī)等需滿足水利野外應(yīng)用的要求，同時(shí)具備IP66的防護(hù)等級(jí);3G視頻服務(wù)器需要支持多路視頻同時(shí)編碼，輕巧易安裝并具備防雷功能;在安裝時(shí)應(yīng)配備防水機(jī)箱以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)防水，抗風(fēng)等要求。

3G環(huán)境下視頻的傳輸優(yōu)化

目前的3G網(wǎng)絡(luò)可基本滿足一路CIF圖像的實(shí)時(shí)傳輸要求，但3G網(wǎng)絡(luò)還存在網(wǎng)絡(luò)帶寬波動(dòng)較大以及盲區(qū)較多的問題，因此如果不對網(wǎng)絡(luò)傳輸部分進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，視頻效果將很不理想。為了更好地在現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，目前無線傳輸部分采用了以下方法在編碼器和軟件部分進(jìn)行優(yōu)化。

·通過分析3G模塊的無線連接強(qiáng)度和狀態(tài)，獲取無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)帶寬，并以此對無線視頻編碼器的視頻編碼參數(shù)和碼流控制進(jìn)行調(diào)整;

·對發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)包進(jìn)行適當(dāng)糾錯(cuò)處理，適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)誤碼高的特點(diǎn);

·增加緩沖池容量，采用流控桶的機(jī)制實(shí)現(xiàn)碼率均衡，保證數(shù)據(jù)的平穩(wěn)發(fā)送和接收;

·在3G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成2G或者出現(xiàn)瞬間斷開時(shí)，將現(xiàn)有碼流降低到100K以下，并適當(dāng)對視頻緩沖進(jìn)行刷新以保證實(shí)時(shí)性，在3G網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)過程中，逐漸增加碼流以保證平滑的視頻效果。

3G環(huán)境下的錄像調(diào)用

在3G無線環(huán)境下由于帶寬有限，整段錄像文件下載需要很長時(shí)間，為此需要在下載時(shí)對事件發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)，并在錄像文件中實(shí)現(xiàn)精確到秒的下載以加快有效錄像的下載速度。

用戶在選擇一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行錄像回放時(shí)，首先按照低幀率模式進(jìn)行回放，也可采用快進(jìn)或拖動(dòng)方式提高回放速度，用戶在該模式下確認(rèn)事件發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)，然后按照時(shí)間點(diǎn)查詢到該時(shí)間點(diǎn)左右?guī)追昼妰?nèi)的錄像，并下載包含全部幀的清晰圖像進(jìn)行詳細(xì)分析。

設(shè)備支持精確到秒的查詢和錄像文件分割，支持流媒體方式的快進(jìn)拖動(dòng)等功能。

3G環(huán)境下的攝像機(jī)控制

在3G無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，由于視頻傳輸幀率有時(shí)達(dá)不到實(shí)時(shí)要求，同時(shí)整體延時(shí)較大，當(dāng)視頻通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿h(yuǎn)程監(jiān)控中心時(shí)，工作人員遠(yuǎn)程操控?cái)z像機(jī)會(huì)感到不夠靈敏，導(dǎo)致出現(xiàn)無法精確定位到目標(biāo)點(diǎn)的情況。攝像機(jī)和3G視頻服務(wù)器及軟件緊密結(jié)合，當(dāng)攝像機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，加速刷新視頻之間的緩沖以提高攝像機(jī)的操控靈敏度。同時(shí)采用目標(biāo)控制的方式更好的實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。

結(jié)語

3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)已在水利行業(yè)獲得了初步應(yīng)用，由于其可解決困擾水利行業(yè)視頻應(yīng)用的諸多問題，可以預(yù)計(jì)未來在水利行業(yè)3G監(jiān)控將前景可期。