基于無線局域網的城市視頻監控系統

摘 要：無線局域網在城市組網時具有布線少、對市容影響小、便于施工等優點，通過一個實際工程案例，介紹了基于無線局域網的城市視頻監控系統的設計、調試和優化過程。通過專業軟件測試，系統性能達到了預期的要求。為了克服城市復雜地形對傳輸信號引起的多徑快衰落現象，研制雙極化天線用于城市視頻監控系統，提高了系統的傳輸性能。

關鍵詞：無線局域網；網絡結構；城市無線視頻監控；雙極化天線

中圖分類號：TN949292 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)09-026-03

City Video Monitor System Based on Wireless Local Area Network

LIU Tingting，LI Bonian，ZHANG Jinsheng，WANG Duoyin

(Department of Information Science Engineering，Lanzhou University，Lanzhou，730000，China)

Abstract：WLAN is easy to constructing in the city，making little effect to the appearance of the city and so on.In this paper，based on the advantage above，through a real project，introduces the design，debugging and optimization process of a whole wireless video monitoring system in detail.The performance of the system achieved the planning requirement by using the special text software.In order to overcome the multipath effect which is caused by the complicated landform in the city，researching dual-polarization antenna to improve the data transmission speed.

Keywords：WLAN;net pattern;city wireless video monitor;dual-polarization antenna

視頻監控技術以其直觀、方便、信息豐富的特點，近年來在銀行、重要建筑區、人流密集區等場合有著廣泛的應用。無線視頻監控系統是智能監控系統發展的新階段，隨著無線局域網技術的發展，無線視頻監控技術也在迅速發展并得到廣泛應用。

1 無線視頻監控系統在城市管理中的應用

隨著國民經濟的不斷發展，數字化城市的建設也在加快腳步，下面介紹甘肅某城市建立的無線視頻監控系統。

系統功能：

(1) 對被監控區域進行全天候(24小時)監控；

(2) 監控中心對各監控點的圖像進行存儲，以便日后隨時回放和圖像處理。

[BT3]1.1 系統組成結構

部分監測點分布如圖1所示，其中(2)號監測點所在的位置是城市中的最高位置，與指揮中心之間無障礙物，(1)號監測點與指揮中心之間有障礙物，(3)號監測點與指揮中心之間有正在施工的工程，所以，綜上考慮，我們在(2)號監測點設立中繼，采用如圖1所示的傳輸方式。

系統組成框圖如圖2所示。[LL]

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圖1 監測點分布圖

圖2 系統組成框圖

[BT4]1.1.1 監控攝像系統：攝像機等配套設施

指揮員通過矩陣鍵盤進行控制，矩陣主機將控制命令通過無線網橋傳給前端的視頻服務器，視頻服務器將控制命令轉換成RS 485控制信號，然后通過云臺解碼板控制兩臺步進電機，以此來控制云臺和鏡頭左右和上下的轉動，鏡頭的變焦。

[BT4]1.1.2 無線網絡傳輸系統：高功率帶寬無線網橋系統

網橋的傳輸方式有兩種：一種是點對點的傳輸方式，一種是中繼方式。點對點傳輸距離比較遠，但是由于2.4 GHz的穿透能力和繞射能力比較弱，所以在無線組網時一定要在“可視”的環境下架設才能發揮其優越性。如果在目標兩點間有阻礙的話，選用中繼技術來解決信號傳輸的遮擋，實現網絡鏈接。

無線局域網是干擾受限系統，同頻干擾會帶來接入點(AP)的性能下降，需盡量將兩個相鄰AP設定在頻率不相交疊的信道上。802.11 b/g頻率范圍為2 400～2 483.5 MHz，通信帶寬83.5 MHz，載頻間隔為5 MHz，共13個頻點。2.4 GHz WLAN工作時，每個信道占用帶寬約為22 MHz，所以相隔5個信道，可基本滿足頻率互不交疊的要求。為了盡量減少干擾，我們在設置AP的信道時選用了信道1，6，11。

1.1.3 監控中心系統

包括矩陣主機，視頻編解碼系統，碼分配器，畫面液晶顯示器等設備。

前端攝像機把所拍攝到的移動變化的圖像經視頻服務器編碼，再通過無線網橋以 TCP/IP 數據包的形式傳到監控中心，由碼分配器進行碼速變換之后進入矩陣主機，再由相關軟件進行處理。 

在監控指揮中心，可以及時準確地掌握所監視重點建筑物、重點路段周圍的車輛、行人的狀況，為指揮人員提供迅速直觀的信息，從而對監控現場所發生的意外狀況做出準確判斷并及時進行處理，以免造成更大損失。

1.3 鏈路分析

無線網絡的傳輸距離受諸多因素的影響，比如通信設備性能、收發天線的增益和方向性、架設高度等。設定在室外無線網橋的發射功率為PT，發射天線的增益為GT，工作頻率為f，網橋的接收功率為PR，接收天線的增益為GR，網橋接收靈敏度為SR，那么在無環境干擾的情況下，傳播途中的無線電波損耗Ls可通過下式計算：

.4 系統優化[CD2]雙極化天線

世界通信界總結出這樣一個規律：“網絡優化時天線投資僅占整個投資的3%~4%，而整個網絡的效率可提高30%~40%”，具有很高的投入產出比。城市里高樓云集，行人和車輛密集，多徑快衰落現象更加明顯，信號傳輸的衰減嚴重影響網絡性能。

分集技術是克服多徑效應的有效方法，針對以上情況，研制開發的雙極化天線是雙饋源、雙極化、高增益的板式定向天線，具有抗干擾能力強，增益高，副瓣小，前后比大，隔離度系數高，吸收話務量大，可以下傾或對準高層建筑上傾，安裝方便、快捷，可以滿足現代城市通信網絡建設和優化的要求。

其優勢主要體現在：

(1) 節省天線數目。由于采用雙極化、雙饋源，所以一副雙極化天線可相當于兩副單極化天線使用，節省投資。

(2) 抗干擾能力強。本天線的±45°極化正交特性，提供極化分集，抗多徑衰落和其他干擾效果顯著。

(3) 阻抗匹配良好。

(4) 雙極化天線的波束有方向性，可更好地控制輻射的范圍，降低同頻、鄰頻干擾，方便網絡的優化。

其中一個極化方向的駐波系數如圖5所示。

圖5 極化方向的駐波系數

雙極化板式天線其中一極化方向H面方向圖如圖6所示。

圖6 極化方向H面方向圖

1.5 數據測試

系統構建完成，通過相關軟件進行性能測試，得到的結果如表1所示。

熱穩定性測試，結果見表2。

抗干擾能力測試，結果見表3。由指揮中心視頻圖像檢測結果和數據測試結果分析，系統運行可靠、穩定，傳輸率滿足設計要求。

2 結 語

通過以上的設計和實施，成功組建了基于WLAN的城市視頻監控系統。系統搭建合理，傳輸速率滿足實際需求，圖象質量高，進行位置切換、多屏顯示和變焦等操作時畫面延遲小，圖象清晰，符合實際的需求。同時，雙極化天線的設計更是使得系統的性能得到優化。

由于本系統具有不需要布線、結構靈活等特點，因此不僅適用于廣場、學校等面積很大、人流密度很大的區域進行無線視頻監控，也適用于對存放危險品的庫房、存放貴重物品的場所、關鍵通道的門衛、移動性強的值班崗位的監視。

參 考 文 獻

［1］明亮，謝桂海，齊子元，等.基于無線網的遠程視頻智能監控系統\\[J\\].計算機工程與應用，2007，33(5):266-268.

［2］曹貝貞，李志康，薛松.基于無線網絡技術的數字視頻監控系統\\[J\\].計算機工程與應用，2007，33(1):247-249.

［3］劉乃安，李曉輝，張聯峰，等.無線局域網(WLAN)[CD2]原理、技術與應用\\[M\\].西安:西安電子科技大學出版社，2004.

［4］楊軍，李瑛，楊章玉.無線局域網組建實戰\\[M\\].北京:電子工業出版社，2006.

作者簡介

劉亭亭 女，1986年出生，江蘇連云港人，本科，就讀于蘭州大學信息科學與工程學院通信工程專業。研究方向為無線局域網的技術及其應用。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。