3G無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)在防汛抗旱應急通信中的應用探討

1 前言

2009年,中國3G元年,在這一年,我國三大移動通信運營商的3G網絡正式投入商用,中國移動通信領域也隨之步入3G時代。在3G時代,高速的語音和數(shù)據業(yè)務、流暢的無線移動視頻吸引著世人的眼球。中國移動、中國聯(lián)通、中國電信分別在原有固網平臺基礎上增加了依托3G網絡的“無線網絡視頻監(jiān)控”平臺,用戶可以通過各種終端遠程查看視頻監(jiān)控畫面、實時監(jiān)控管理。這為發(fā)展防汛抗旱應急視頻監(jiān)控系統(tǒng),提高管理效率、快速決策和應急指揮能力提供了非常好的機遇。當前以租用、聯(lián)合建設的方法,從三大電信運營商中選擇一家運營商,依托3G網絡,發(fā)展防汛抗旱3G無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng),是防汛指揮決策支持系統(tǒng)子系統(tǒng)——實時監(jiān)控系統(tǒng)建設的一種高效經濟的發(fā)展模式。該系統(tǒng)能實時監(jiān)控汛情、險情突發(fā)部位,及時向指揮中心傳遞工程現(xiàn)場視頻信息,第一時間為領導科學決策提供第一手資料,同時實現(xiàn)和各種預案的有效聯(lián)動。

2 3G無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概述

3G無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最新基于3G通信網絡的多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它把經過視頻壓縮編碼模塊壓縮的攝像機圖像,通過智能無線通訊終端發(fā)射到3G網絡,實現(xiàn)視頻數(shù)據的交互、發(fā)送/接收、加解密、加解碼、鏈路的控制維護等功能,根據應用把實時動態(tài)圖像傳到距離用戶最近的中國電信(中國移動、中國聯(lián)通)通信網絡(根據當?shù)?G網絡發(fā)展情況進行選擇)。用戶可以方便地通過Internet或手機從系統(tǒng)總監(jiān)控中心得到實時圖像信息。該系統(tǒng)整合了3G網絡和Internet網絡的優(yōu)勢,無論您身在何處、在何時間,都可以迅速接入系統(tǒng),隨時隨地進行遠程監(jiān)控管理。

2.2 系統(tǒng)功能結構

該系統(tǒng)主要由五部分組成,即前端視頻采集部分、承載網絡、中心平臺、監(jiān)控中心、訪問客戶端。

前端視頻采集部分:由高倍變焦攝像機、室外云臺、控制解碼器、3G無線網絡視頻服務器構成。

承載網絡:中國電信的CDMA2000網絡(中國移動TD-SCDMA網絡,中國聯(lián)通WCDMA網絡),根據本地網絡覆蓋情況,擇優(yōu)選擇一家電信運營商的3G網絡。

中心平臺:中國電信“全球眼”監(jiān)控平臺、中國移動“守望者”監(jiān)控平臺或中國聯(lián)通“寬世界-神眼”監(jiān)控平臺。

監(jiān)控中心:只要是一臺具有公網IP或者域名的服務器即可。啟動服務后,就等待各個監(jiān)控終端的連接;對于始終在線的終端,可以按照需要查詢當前的圖像情況,也可以自動不停地記錄監(jiān)控點的圖像變化。

訪問客戶端:用戶可通過移動智能終端、網絡終端等登錄移動監(jiān)控平臺來查看相應監(jiān)控畫面,實現(xiàn)對監(jiān)控現(xiàn)場的遠程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等,實現(xiàn)遠程視頻查看、遠程應急指揮功能。

3水利行業(yè)3G無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網方案

3.1 設計功能

水庫監(jiān)控:通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測水庫蓄水水位情況,監(jiān)視閘門和水流情況,監(jiān)測水庫、壩區(qū)的周邊環(huán)境。

河道監(jiān)控:通過一套視頻監(jiān)控系統(tǒng),及時了解上下游河流的水文情況,監(jiān)測水面清潔度,監(jiān)控河道沿線重要地段的情況。

防汛應急移動監(jiān)控:通過車載、便攜式3G視頻監(jiān)控系統(tǒng),第一時間將工程現(xiàn)場情況、汛情突發(fā)情況傳送到指揮中心,監(jiān)控指揮中心根據現(xiàn)場情況進行遠程監(jiān)控管理與指揮。

防汛通信、水雨情采集傳輸設備監(jiān)控:遠程監(jiān)控防汛通信設備和水文監(jiān)測儀運行狀態(tài),保障水利信息傳輸平臺的穩(wěn)定運行。

特殊情況報警:當監(jiān)控點發(fā)生異常情況時,及時把監(jiān)控圖像傳到指揮中心,并以手機短信的形式向相關權限人員發(fā)短信報警。同時具備現(xiàn)場喊話及光電警示、告誡功能。

現(xiàn)場指揮:遠端控制中心與水庫現(xiàn)場具備語音通訊功能,遇到情況時能夠做到遠距離指揮。

3.2 系統(tǒng)組成

根據以往水利項目和水利行業(yè)特點,對于河道、水庫等重要設施的監(jiān)控項目,往往涉及的地理范圍比較廣,監(jiān)控點比較多,需要監(jiān)控的人員相對分散,而且大規(guī)模的監(jiān)控項目對于系統(tǒng)穩(wěn)定性要求非常高,需要盡量減少日后的設備維護工作。

(1)前端視頻采集部分

前端視頻采集部分主要由3G視頻服務器、攝像機、聲音輸入輸出等外圍設備組成。

攝像機是整個系統(tǒng)的核心之一,包括鏡頭、CCD、云臺、解碼器、防護罩及支架等。根據被攝物體及攝像地點的不同,攝像裝置的具體配置也各不相同。現(xiàn)在室外一般采用一體化球形攝像機,自身帶云臺、解碼器、一體化變倍鏡頭和一體化球形防護罩,可靠性較高,效果好。根據具體環(huán)境需求,可以配置一些輔助設備,比如在閘門附近安裝大功率的探照燈及紅外線燈;系統(tǒng)可遠程控制燈光電源開關,保證遠程人員清楚地監(jiān)控到閘門的開合狀態(tài)。

3G視頻服務器是實現(xiàn)網絡化、數(shù)字化處理的重要設備,其內置3G無線modem,內部存放有3G的網絡連接端口協(xié)議,并嵌入式地實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議、POP3/SMTP協(xié)議,同時支持動態(tài)IP,完成與3G基站的無線連接與數(shù)據交換。它完成模擬視頻監(jiān)視信號的數(shù)字采集、影像壓縮、監(jiān)控數(shù)據處理、報警信號的采集、網絡的Web發(fā)布等功能。它可將前端的模擬信號同時處理成高清晰的實時數(shù)字圖像發(fā)布到網絡中,保證監(jiān)控中心和本地涵閘都能實時監(jiān)控到現(xiàn)場情況。

聲音輸入輸出設備,實現(xiàn)現(xiàn)場聲音實時監(jiān)聽、點對點語音對講、點對多點語音廣播、監(jiān)控中心指令下達、實時現(xiàn)場指揮等功能。

(2)承載網絡與中心平臺

根據本地的3G網絡覆蓋情況,優(yōu)先選擇一家電信運營商的3G網絡系統(tǒng)作為承載網絡(如中國電信的CDMA2000網絡及其“全球眼”平臺)。

3G能提供多種類型高質量的多媒體業(yè)務,能實現(xiàn)全球無縫覆蓋,具有全球漫游能力,在準靜止條件下能夠達到2Mbps的速率,即使在高速行駛的列車上,傳輸速率也可以達到144kbps,能夠支持音頻或低速率視頻等多媒體業(yè)務。3G網絡的發(fā)展,使得遠程視頻的無線傳輸已變成現(xiàn)實,可實現(xiàn)前端監(jiān)控點與監(jiān)控用戶之間的無縫鏈接。

(3)監(jiān)控中心控制部分

水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用Brower/Sever結構,用戶在水利廳(局)局域網設立一臺網關服務器通過Internet鏈接電信運營商的“視頻監(jiān)控平臺”平臺,并設置系統(tǒng)存儲服務器。該系統(tǒng)配合數(shù)據庫,主要完成現(xiàn)場圖像接收,用戶登錄管理,優(yōu)先權的分配,控制信號的協(xié)調,圖像的實時監(jiān)控,錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復等。

同時我們根據流域視頻監(jiān)控管理的特點,將系統(tǒng)分為兩級進行視頻監(jiān)控管理,即:監(jiān)控中心、本地涵閘。每一級都有相應的權限,并有其獨立的工作環(huán)境。監(jiān)控中心擁有最高的優(yōu)先權,所有下級用戶對涵閘的控制操作都需要向其申請,只有被授權的用戶才能在權限內實施操作;本地涵閘也是涵閘的直接控制端,根據分級控制的要求,在無高權限人員控制時,可執(zhí)行控制操作,以確保高級管理層的優(yōu)先權,規(guī)范閘門的管理制度。

監(jiān)控中心可以根據具體情況考慮安裝多畫面大屏幕顯示設備,配置相應數(shù)字視頻矩陣,任意切換圖像顯示。

(4)訪問客戶端

內網、公網、手機用戶安裝網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端,輸入合法的用戶名和密碼接入網絡,利用IE瀏覽器查看本地和遠程現(xiàn)場情況,實現(xiàn)對監(jiān)控現(xiàn)場的遠程視頻瀏覽、云鏡控制、錄像、視頻截圖等,滿足客戶遠程視頻查看、遠程應急指揮的要求。

4 系統(tǒng)特點

系統(tǒng)特點如下:

(1)代替光纖和專線,降低了網絡建設成本,為用戶節(jié)省大量的費用。

(2)機動性強,適用于各種復雜的地理位置。

(3)可靈活方便地進行安裝部署。

(4)提供高可靠性,保證不間斷的視頻監(jiān)控。

(5)傳輸速率高,圖像清晰流暢。

(6)支持網頁、手機、上網電腦瀏覽視頻。

(7)設備成本低,操作簡單,打開電源開關便可投入使用。

5 建設效益

發(fā)展有線視頻監(jiān)控需要鋪設網線和光纖,基礎網絡工程量很大,成本較高,而且在傳輸途中極易受到復雜地形的影響。水利行業(yè)水利工程眾多、流域面積廣,汛情險情突發(fā)地段不確定,所以在防汛應急通信領域發(fā)展有線監(jiān)控是不可能的。

采用3G視頻監(jiān)控,靈活、機動、快捷,在汛情險情突發(fā)地段,只需要架設一個攝像頭,在3G視頻服務器上安裝通信卡并接入3G網絡,就可以把視頻圖像信息傳送到指揮中心,相關人員在遠處進行決策,極大提高了科學決策指揮的時效性和科學性。

6 應用前景

3G網絡具有傳輸距離遠、帶寬高、速度快、抗干擾能力強、建設費用低等諸多優(yōu)勢,因此3G無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)將是未來防汛抗旱視頻監(jiān)控發(fā)展的主流。然而,使用費用卻是3G視頻監(jiān)控系統(tǒng)在推廣的過程中面臨的一個難題。業(yè)內人士對3G監(jiān)控系統(tǒng)在工作中產生的流量進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn):一個3G視頻探頭如果24小時不間斷工作,將產生4G的流量。按照中國移動提供的計費標準來計算,3G監(jiān)控系統(tǒng)運行一天需要花費近200元。如果安裝多個視頻監(jiān)控點的話,這個費用更高。這對經濟不太景氣的行業(yè)來說,還是一筆不小的開支。因此,目前只能在防汛抗旱應急領域作為應急使用。真正的大規(guī)模在防汛抗旱中使用3G無線網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)還需要等待3G網絡使用費進一步降低。

參考文獻

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[2]王華奎,李艷萍,張立毅,等. 移動通信原理與技術[M]. 北京: 清華大學出版社,2009.★

【作者簡介】

周顯政:工程師,工學學士,現(xiàn)任職于河南省信陽市防汛通訊總站,主要從事工作:防汛通信的規(guī)劃、設計、管理。