由于水庫大壩等水利監(jiān)控點分布在較為廣闊的范圍內(nèi)，與監(jiān)控中心的距離較遠，利用傳統(tǒng)的有線連接的方式，線路鋪設成本高昂，并且施工周期長，有時還會因山川河流的阻礙難以架設線纜，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)在無線網(wǎng)絡主要有以下幾種：

　　· 衛(wèi)星通訊：衛(wèi)星通訊由于成本較高，需要預先申請等特點，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)模應用;

　　· 微波數(shù)據(jù)傳輸：在3G網(wǎng)絡沒有正式應用前，水利視頻監(jiān)控項目中很多采用微波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進行視頻傳輸，也可達到一般監(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)可以滿足實時視頻傳輸?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施的網(wǎng)絡覆蓋要求，但是在中大型的水利設施中，仍需要鋪設大量AP，項目的實施和安裝難度不亞于線纜連接方式;

　　· 基于運營商的無線網(wǎng)絡傳輸技術(shù)(2G或3G以及正在小規(guī)模應用的4G系統(tǒng))：基于運營商的無線網(wǎng)絡傳輸主要是指利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡運營商平臺進行網(wǎng)絡傳輸。

　　在運營商的網(wǎng)絡下，目前有GPRS/EDGE/CDMA/3G等多種方式，除3G方式外的實際數(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，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)中應用，主要原因如下：

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

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

　　· 防汛是水利部門的頭等大事，此時突發(fā)事件較多，監(jiān)控點位置不定，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時視頻是關(guān)鍵信息，通過無線方式對車輛和人員進行移動視頻監(jiān)控，實現(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到700Kbps的上傳速度，一般也可在400-500Kbps左右，滿足一般實時視頻監(jiān)控的要求。本文將結(jié)合無線視頻監(jiān)控項目實例對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)應用特點進行重點探討。

　　水利無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的需求特點

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

　　· 設備需滿足野外使用的要求，特別充分考慮防水、防雷、抗風等要求;

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

　　· 在缺乏現(xiàn)場供電的場合采用太陽能、風能等多種供電方式;

　　· 系統(tǒng)應預留多個串行和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)絡年使用費上應和電信等3G運營商充分溝通，在汛期提高流量帶寬以確保獲得較好的應用，建議按照年流量費用進行結(jié)算。

　　根據(jù)以上行業(yè)應用特點，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。

 表1 水利3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)品形態(tài)

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

　　水利行業(yè)3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　3G視頻監(jiān)控實現(xiàn)了視頻完全數(shù)字化、網(wǎng)絡化，使用戶隨時隨地都能通過網(wǎng)絡進行遠程監(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)主要分為四個部分。

圖1  定點無線監(jiān)控示意圖

　　無線監(jiān)控點

　　監(jiān)控點部分由攝像機、無線編碼器(包含內(nèi)嵌3G模塊) 組成，攝像機負責采集視頻數(shù)據(jù)并由無線編碼器進行編碼處理，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監(jiān)控點和無線定點監(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。

　　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方式進行視頻傳送，在實際應用中，需要對當?shù)氐倪\營商3G網(wǎng)絡進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營商的有線網(wǎng)絡。

　　指揮中心服務器

　　在指揮中心安裝相應的服務器系統(tǒng)和平臺軟件，實現(xiàn)對無線監(jiān)控點和有線監(jiān)控點的統(tǒng)一管理，并分發(fā)數(shù)據(jù)流和視頻流供工作人員進行監(jiān)控。實際應用系統(tǒng)中將包含多個服務器，主要有管理服務器、錄像服務器、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務器以及若干應用服務器，每個應用服務器供若干功能。

　　應用軟件

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

　　功能特點

　　3G視頻監(jiān)控，在水利行業(yè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)實時視頻監(jiān)控、報警、回放、事件和后臺管理以及地圖等功能。  [nextpage]

　　實時視頻監(jiān)控功能

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

　　· 全屏顯示：將實時視頻窗口以全屏方式顯示;

　　· 手動錄像：手動錄像當前窗口中視頻;

　　· 支持圖片抓拍功能;

　　· 可遠程控制攝像機轉(zhuǎn)動和燈光等設備的開啟，適合夜間水利監(jiān)控使用，可在視頻畫面上直接進行控制;

　　· 可直接在電子地圖上點擊GPS軌跡點獲得實時浮動視頻監(jiān)控窗，實現(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)務系統(tǒng)提供實時視頻。

　　報警功能

　　· 支持防盜報警、緊急報警以及水雨情報警(和水利數(shù)據(jù)庫聯(lián)動實現(xiàn));

　　· 支持報警后用戶確認功能;

　　· 報警時地圖上對應的監(jiān)控點或車輛高亮顯示，同時自動連接相應視頻。

　　回放功能

　　· 水利防汛車輛配備GPS時支持軌跡回放，錄像回放以及軌跡和錄像連動回放;

　　· 支持錄像回放拖動及快進;

　　· 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。

　　事件和后臺管理

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

　　·后臺管理：顯示后臺管理界面，后臺管理可以實現(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GOOGLE MAP 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、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)控點信息;

　　· 監(jiān)控點管理：可添加監(jiān)控點信息和其他業(yè)務信息。

▲  水利行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)圖  [nextpage]

　　其他功能

　　· 窗口雙屏：可將地圖和視頻分屏顯示;

　　· 設備IP地址顯示，獲取設備網(wǎng)絡流量統(tǒng)計;

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

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

　　· 在防汛時刻支持短信群發(fā)以進行緊急通知和報警;

　　· 支持RFID等門禁設備，可聯(lián)動短信或截圖功能，進一步實現(xiàn)小型水利設施的無人化管理。

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

　　設備性能要求

　　攝像機等需滿足水利野外應用的要求，同時具備IP66的防護等級;3G視頻服務器需要支持多路視頻同時編碼，輕巧易安裝并具備防雷功能;在安裝時應配備防水機箱以進一步實現(xiàn)防水，抗風等要求。

　　3G環(huán)境下視頻的傳輸優(yōu)化

　　目前的3G網(wǎng)絡可基本滿足一路CIF圖像的實時傳輸要求，但3G網(wǎng)絡還存在網(wǎng)絡帶寬波動較大以及盲區(qū)較多的問題，因此如果不對網(wǎng)絡傳輸部分進行特別設計，視頻效果將很不理想。為了更好地在現(xiàn)有無線網(wǎng)絡下進行數(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行優(yōu)化。

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

　　· 對發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)包進行適當糾錯處理，適應無線網(wǎng)絡誤碼高的特點;

　　· 增加緩沖池容量，采用流控桶的機制實現(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)絡轉(zhuǎn)換成2G 或者出現(xiàn)瞬間斷開時，將現(xiàn)有碼流降低到100K以下，并適當對視頻緩沖進行刷新以保證實時性，在3G網(wǎng)絡恢復過程中，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間，為此需要在下載時對事件發(fā)生點進行確認，并在錄像文件中實現(xiàn)精確到秒的下載以加快有效錄像的下載速度。

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

　　設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拖動等功能。

　　3G環(huán)境下的攝像機控制

　　在3G無線網(wǎng)絡環(huán)境下，由于視頻傳輸幀率有時達不到實時要求，同時整體延時較大，當視頻通過3G網(wǎng)絡傳輸?shù)剿h程監(jiān)控中心時，工作人員遠程操控攝像機會感到不夠靈敏，導致出現(xiàn)無法精確定位到目標點的情況。攝像機和3G視頻服務器及軟件緊密結(jié)合，當攝像機開始轉(zhuǎn)動時，加速刷新視頻之間的緩沖以提高攝像機的操控靈敏度。同時采用目標控制的方式更好的實現(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)獲得了初步應用，由于其可解決困擾水利行業(yè)視頻應用的諸多問題，可以預計未來在水利行業(yè)3G監(jiān)控將前景可期。