分體頭戴式無線音視頻傳輸記錄儀研制

國網(wǎng)白銀供電公司 張軍紅 張少輝 張樂楨

為了提高野外電力作業(yè)人員的安全和作業(yè)效率，利用作業(yè)現(xiàn)場必須帶安全帽這一特性，將高清攝像頭、耳機、麥克風和全雙工無線對講機微型化集成于安全帽上，設計了一套可無線全雙工對講、無線視頻傳輸和音視頻同步存儲的音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以幫助野外電力作業(yè)人員實現(xiàn)多人全雙工對講，并且指揮人員可以實時地監(jiān)控作業(yè)人員和電力設備的工作情況，制定合理的決策并執(zhí)行，同時系統(tǒng)會同步存儲音視頻數(shù)據(jù)，方便安全或質(zhì)量事故的判定處理。通過本系統(tǒng)的使用，可以解決野外電力作業(yè)無手機信號地區(qū)使用傳統(tǒng)對講機通信效果差且無法監(jiān)控指揮的問題，提高野外電力作業(yè)效率和管理水平。

一直以來野外電力作業(yè)特別是架空絕緣導線的維護都是比較困難的，在進行野外現(xiàn)場電力作業(yè)過程中，作業(yè)人員一般都使用傳統(tǒng)的對講機向相應指揮人員描述情況，并根據(jù)指示完成相應工作。常規(guī)作業(yè)溝通方式的優(yōu)點為：成本低、傳輸距離較遠，對講機通信有效傳輸距離大約為500m，能基本滿足工地現(xiàn)場的使用要求。缺點為：現(xiàn)場人員在進行高空作業(yè)時手腳行動不便，在使用傳統(tǒng)對講機進行通信時需要用手按著對講機，才能把信息發(fā)送出去，且傳統(tǒng)對講機多為半雙工設備即要么接收，要么發(fā)送，只能同時完成一種功能；如果出現(xiàn)多人同一頻道發(fā)送，就會出現(xiàn)很大干擾，聽不清楚任何一個人的說話；在使用對講機進行通信時只能傳輸音頻，口述問題很難將問題描述清楚，也不直觀，很容易讓指揮人員理解歧義造成誤判；在作業(yè)現(xiàn)場出現(xiàn)問題后由于沒有現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄，很難找到責任人。因此，研究一種溝通操作方便，能實時記錄傳輸?shù)耐ㄓ嵐ぞ?，具有較為重要的現(xiàn)實意義。目前，一種具有音視頻傳輸功能的安全帽，這種安全帽將高清攝像頭、耳機、麥克風和全雙工無線對講機微型化集成于安全帽，可實現(xiàn)遠程監(jiān)控和全雙工通信并能對現(xiàn)場的音視頻數(shù)據(jù)進行記錄。該方案采用的是3G或是4G無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，使用無線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸雖然可以將音視頻信號傳輸?shù)角Ю镏?，使得溝通零距離，但使用時音頻視頻數(shù)據(jù)是通過3G、4G按流量計費的，使用成本較高且無法在沒有信號覆蓋的地方無法使用。盡管現(xiàn)在說手機信號全球通，但在野外的電力線路，很多地方是沒有手機信號覆蓋的，在這種情況下還是無法使用的。因此很有必要開發(fā)一種新式通訊工具，既具備音頻視頻實時傳輸、存儲功能，又不依賴3G、4G網(wǎng)絡。

本文針對以上問題利用現(xiàn)代先進的電子信息技術和無線電技術，將電力作業(yè)時需要帶安全帽的特性與音視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，研究了一套適用于野外電力作業(yè)的智能音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在野外電力作業(yè)現(xiàn)場快速搭建一套無線多人全雙工對講系統(tǒng)，不依賴外部網(wǎng)絡，無需手工操作，就可實現(xiàn)多人同時全雙工語音交流，并能夠?qū)崟r傳輸音視頻信息到主控箱幫助指揮人員了解作業(yè)人員和電力設備的情況，方便指揮人員調(diào)度指揮，與此同時還會同步存儲音視頻數(shù)據(jù)，方便安全或質(zhì)量事故的判定處理。

1 解決方案

1.1 系統(tǒng)主要裝置及結(jié)構(gòu)方案

野外電力作業(yè)智能音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)主要是基于WIFI寬帶無線通信系統(tǒng)和數(shù)字音視頻監(jiān)控系統(tǒng)，無線寬帶無線通信系統(tǒng)作為現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)的補充和完善，可以擴充寬帶網(wǎng)的覆蓋范圍。

野外電力作業(yè)智能音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)，由若干個安全帽部分、主控箱部分以及至少一個無線收發(fā)器。安全帽部分包括安全帽布套以及集成在安全帽布套上的攝像裝置、存儲裝置、音頻輸入輸出裝置、WIFI模塊和電源；電源為攝像裝置、音頻輸入、輸出裝置和WIFI模塊供電；攝像裝置和音頻輸入輸出裝置的數(shù)據(jù)線分別與WIFI模塊連接并且還將數(shù)據(jù)輸入存儲裝置進行存儲；主控箱部分包括主控無線收發(fā)器和移動終端，無線收發(fā)器和主控無線收發(fā)器均內(nèi)置WIFI模塊和自組網(wǎng)模塊，各安全帽部份分別通過無線WIFI與無線收發(fā)器之間實現(xiàn)WIFI連接，無線收發(fā)器和主控無線收發(fā)器之間通過自組網(wǎng)模塊構(gòu)建成免費頻段的無線自組網(wǎng)，移動終端與主控無線收發(fā)器之間通過無線WIFI實現(xiàn)連接。當開啟電源時系統(tǒng)將會自動進行自組網(wǎng)，作業(yè)人員無需手動操作就可以實現(xiàn)全雙工對講，指揮人員也可以實時通過主控箱了解現(xiàn)場情況進行同步指揮。

1.2 安全帽設計

針對野外不同工況下作業(yè)和對通信傳輸距離的要求，本文提出了兩套安全帽的設計方案。

安全帽由可穿戴的帽體部分和一個無線收發(fā)器兩部分組成，可穿戴帽體部分包括安全帽布套、攝像頭、耳麥、存儲裝置和WIFI模塊等組成，設計時考慮將電子設備在安全帽前后左右均勻分布，以保證安全帽的平衡性；無線收發(fā)器無需作業(yè)人員帶在身上，通過WIFI與各安全帽部分進行連接通信，同時無線收發(fā)器和主控無線收發(fā)器之間通過自組網(wǎng)模塊構(gòu)建成免費頻段的無線自組網(wǎng)進行通信。

方案二主要是在方案一的基礎上進行了改進，針對每個安全帽配置一個無線收發(fā)器，并且無線收發(fā)器集成存儲裝置、WIFI模塊和電源，設計將無線收發(fā)器置于作業(yè)人員腰間的皮帶上，無線收發(fā)器和安全帽之間通過一個線連接，這樣無線收發(fā)器可以為安全帽上的電子元件供電并于主控單元自組網(wǎng)實現(xiàn)音視頻的傳輸。

對比方案二和方案一，方案一只配置一個無線收發(fā)器。由于WIFI模塊的作用距離一般只有幾十米的距離，因此，本方案適合于各施工作業(yè)人員相對比較集中的工作場合。在使用方案二時，各作業(yè)人員均可以通過無線收發(fā)器直接參與自組網(wǎng)，且自組網(wǎng)的距離比WIFI遠得多，適合于沿線作業(yè)且各人員之間相距比較遠的場合，但較方案一增加了無線收發(fā)器的配置成本，并且還需將無線收發(fā)器帶在身上增加作業(yè)人員負重，可以根據(jù)實際作業(yè)需求合理的選配。

1.3 主控箱設計

主控箱部分由電池、天線、無線收發(fā)模塊、顯示器、電源等組成，主控箱的設計也采用了低功耗電路和輕質(zhì)的材料以保證長續(xù)航和便攜。主控箱與無線收發(fā)器通過自組網(wǎng)模塊構(gòu)建成免費頻段的無線自組網(wǎng)極進行通信，無線收發(fā)器將現(xiàn)場的音視頻信號實時數(shù)據(jù)和操作情況傳到主控箱并可以同步顯示在主控箱屏幕上。指揮人員可以通過主控箱實時的了解作業(yè)情況并通過語音系統(tǒng)進行相應的技術指揮，同時主控箱也會對接收到的信號進行同步存儲。

2 系統(tǒng)的功能和特點

2.1 系統(tǒng)功能

（1）無線全雙工對講功能。多名使用者可通過配對組網(wǎng)快速搭建起一個臨時的無線音頻對講網(wǎng)絡，隨后網(wǎng)絡內(nèi)的使用者可進行完全實時的全雙工通話。

（2）無線視頻傳輸功能。通過安裝在安全帽上的微型攝像機進行現(xiàn)場視頻的實時采集，經(jīng)由無線發(fā)射機將視頻圖像調(diào)制成射頻信號向外發(fā)射，附近被設置成同頻道的無線接收機接收到此射頻信號，經(jīng)解調(diào)還原后在監(jiān)視器上予以顯示。

（3）音視頻同步存儲。將使用者的通話內(nèi)容和微型攝像機拍攝得的視頻圖像經(jīng)數(shù)字化并壓縮處理后同步存儲于在終端機內(nèi)的TF存儲卡中，可方便地進行回放或?qū)腚娔X中長期保存。

2.2 系統(tǒng)特點

（1）系統(tǒng)的移植性強，安全布套具有一定的收縮性，能夠適應多種規(guī)格的電力安全帽且更換方便。

（2）整套系統(tǒng)的電路設計均采用低功耗元件，供電電池選用能量密度高充電快的輕質(zhì)鋰電池，使得整套系統(tǒng)重量較輕，便于攜帶連續(xù)工作時間長。

（3）在人機交互方面，系統(tǒng)在使用時只需接通電源即可，系統(tǒng)會自動連接，操作簡單對使用者十分友好。

（4）內(nèi)置無線電路，與無線收發(fā)器和控制箱之間通過自組網(wǎng)無線數(shù)據(jù)交互，不產(chǎn)生任何費用，可節(jié)省通信成本。

總結(jié)：本文根據(jù)電力作業(yè)人員在作業(yè)現(xiàn)場必須要戴安全帽這一特性，與音視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合應用于野外電力作業(yè)。該系統(tǒng)可以輔助作業(yè)人員在無需手動操作的情況下，實現(xiàn)多人全雙工無線對講，并能夠?qū)崟r傳輸音視頻信息到主控箱，幫助指揮人員了解作業(yè)人員和電力設備的情況，方便指揮人員調(diào)度指揮與此同時還會同步記錄音視頻數(shù)據(jù)，方便安全或質(zhì)量事故的判定處理。本系統(tǒng)包含技術水平具有先進性和創(chuàng)新性，關鍵技術多、難度較大，可以達到同行業(yè)先進水平，應用于野外的電力作業(yè)中能提高作業(yè)人員的效率，有廣闊推廣應用的前景。