水利行业3G视频监控系统解决方案的应用

　　现有的无线网络主要有以下几种： 

　　·卫星通讯：卫星通讯由于成本较高，需要预先申请等特点，一般仅在军用或特殊场合使用，不适合在水利行业大规模应用；

　　·微波数据传输：在3G网络没有正式应用前，水利视频监控项目中很多采用微波数据传输技术进行视频传输，也可达到一般监控的要求，但是微波技术需要视距传输，对地形的限制很多，只有在空旷处方能获得较好效果；

　　·无线局域网技术：无线局域网可以满足实时视频传输的要求，并可通过中继等方式显著提高覆盖半径，已经可以满足小型水利设施的网络覆盖要求，但是在中大型的水利设施中，仍需要铺设大量AP，项目的实施和安装难度不亚于线缆连接方式；

　　·基于运营商的无线网络传输技术(2G或3G以及正在小规模应用的4G系统)：基于运营商的无线网络传输主要是指利用现有无线网络运营商平台进行网络传输。

　　在运营商的网络下，目前有GPRS/EDGE/CDMA/3G等多种方式，除3G方式外的实际数据上传速度一般在60-80kbps左右，在这样的带宽下视频效果不是很理想。由于3G网络的日渐普及和成熟，3G视频监控系统已成为水利视频监控系统的热点，相对于其它行业而言，3G视频监控系统更适合在水利行业中应用，主要原因如下：

　　·水库大坝等水利监控点分布在较广阔的范围内，与监控中心的距离较远，且比较孤立，利用传统的有线连接方式，线路铺设成本高昂，施工周期长，甚至往往由于河流山脉等障碍而难以架设线缆；

　　·由于水利设施多处于野外，易遭受雷击，应尽量减少线缆特别是金属线缆的铺设；

　　·防汛是水利部门的头等大事，此时突发事件较多，监控点位置不定，急需可快速部署的视频监控解决方案；

　　·在水利行业抗洪抢险作业中，人员和车辆的调度是重中之重，而在调度过程中，人员和车辆的位置和实时视频是关键信息，通过无线方式对车辆和人员进行移动视频监控，实现可视化的调度和指挥。

　　目前在3G方式下的视频传输最高可达到700Kbps的上传速度，一般也可在400-500Kbps左右，满足一般实时视频监控的要求。本文将结合无线视频监控项目实例对3G视频监控系统做一简单介绍，并就如何更好满足水利行业应用特点进行重点探讨。

　　水利无线视频监控系统的需求特点

　　水利部分的视频监控系统除具备3G系统的一般特点外，还具备以下行业特点：

　　·设备需满足野外使用的要求，特别充分考虑防水、防雷、抗风等要求；

　　·支持3G方式下的摄像机远程控制，具备较好的操控性，便于指挥中心进行全局监控；

　　·在缺乏现场供电的场合采用太阳能、风能等多种供电方式；

　　·系统应预留多个串行和IO接口，便于其他水利检测系统也可以通过3G系统上传信息；

　　·网络年使用费上应和电信等3G运营商充分沟通，在汛期提高流量带宽以确保获得较好的应用，建议按照年流量费用进行结算。

　　根据以上行业应用特点，适合水利3G视频监控系统的产品形态如表1所示。

　　以上各类无线视频编码器可采用硬盘进行存储，也可采用FLASH进行存储，对于便携和车载的场合，建议采用FLASH方式进行存储，一般目前16G的FLASH可满足单路视频保存3天以上实时视频数据。

　　水利行业3G视频监控系统介绍

　　3G视频监控实现了视频完全数字化、网络化，使用户随时随地都能通过网络进行远程监控和集中管理，彻底解决了地域界限的限制，具体结构如图1所示。我们将本系统主要分为四个部分。
　　无线监控点

　　监控点部分由摄像机、无线编码器(包含内嵌3G模块)组成，摄像机负责采集视频数据并由无线编码器进行编码处理，把编码后的数据通过3G传送到指挥中心，该部分主要分为移动监控点和无线定点监控两种类型，考虑到系统的完整性，无线监控系统中也可接入原有的有线监控点。

　　传输部分

　　系统中将综合采用无线和有线两种传输方式。

　　·无线方式：采用3G方式进行视频传送，在实际应用中，需要对当地的运营商3G网络进行测试并从中挑选合适的3G方式；

　　·有线方式：有线监控主要采用有线宽带方式传送视频，可租用电信或者其他运营商的有线网络。

　　指挥中心服务器

　　在指挥中心安装相应的服务器系统和平台软件，实现对无线监控点和有线监控点的统一管理，并分发数据流和视频流供工作人员进行监控。实际应用系统中将包含多个服务器，主要有管理服务器、录像服务器、流媒体转发服务器以及若干应用服务器，每个应用服务器供若干功能。

　　应用软件

　　工作人员通过客户端软件对本系统进行操作和管理，根据用户权限获取相应的视频和其他水利相关信息以尽快做出决策，同时也可通过本系统下达指令进行远程指挥。

　　功能特点
　
　　3G视频监控，在水利行业中，能够实现实时视频监控、报警、回放、事件和后台管理以及地图等功能。

　　实时视频监控功能

　　·多画面监控：将实时视频窗口以多画面的形式进行监控，最高支持36画面，并支持多种窗口显示模式；

　　·全屏显示：将实时视频窗口以全屏方式显示；

　　·手动录像：手动录像当前窗口中视频；

　　·支持图片抓拍功能；

　　·可远程控制摄像机转动和灯光等设备的开启，适合夜间水利监控使用，可在视频画面上直接进行控制；

　　·可直接在电子地图上点击GPS轨迹点获得实时浮动视频监控窗，实现沙盘方式的视频监控，并可和水利目前的水雨情系统结合，向水利业务系统提供实时视频。

　　报警功能

　　·支持防盗报警、紧急报警以及水雨情报警(和水利数据库联动实现)；

　　·支持报警后用户确认功能；

　　·报警时地图上对应的监控点或车辆高亮显示，同时自动连接相应视频。

　　回放功能

　　·水利防汛车辆配备GPS时支持轨迹回放，录像回放以及轨迹和录像连动回放；

　　·支持录像回放拖动及快进；

　　·支持截取部分录像下载和回放；

　　·提供本地回放工具，适合多种视频压缩格式。

　　事件和后台管理

　　·事件查询：根据不同的用户权限可以查询相应的事件信息；

　　·后台管理：显示后台管理界面，后台管理可以实现对多种信息(如：用户、水利事件、权限等)的有效管理。

　　地图功能

　　·支持MAPINFO和GOOGLEMAP两种方式的地图，两种地图可在一套系统中自由切换；

　　·缩放、拖拉和鹰眼等基本地图操作，支持滚轮操作；

　　·地图上画点、画线和地图测量，包括距离测量、面积测量；

　　·信息查询，查询各种车辆和监控点信息；

　　·监控点管理：可添加监控点信息和其他业务信息。

　　其他功能

　　·窗口双屏：可将地图和视频分屏显示；

　　·设备IP地址显示，获取设备网络流量统计；

　　·支持通过IP方式对设备发送短消息功能，在设备端屏幕上显示，软件平台做记录以备查；

　　·支持图表功能，由客户端根据实际现场环境进行接入；

　　·在防汛时刻支持短信群发以进行紧急通知和报警；

　　·支持RFID等门禁设备，可联动短信或截图功能，进一步实现小型水利设施的无人化管理。

　　3G视频监控系统关键技术点

　　设备性能要求

　　摄像机等需满足水利野外应用的要求，同时具备IP66的防护等级；3G视频服务器需要支持多路视频同时编码，轻巧易安装并具备防雷功能；在安装时应配备防水机箱以进一步实现防水，抗风等要求。

　　3G环境下视频的传输优化

　　目前的3G网络可基本满足一路CIF图像的实时传输要求，但3G网络还存在网络带宽波动较大以及盲区较多的问题，因此如果不对网络传输部分进行特别设计，视频效果将很不理想。为了更好地在现有无线网络下进行数据传输，目前无线传输部分采用了以下方法在编码器和软件部分进行优化。

　　·通过分析3G模块的无线连接强度和状态，获取无线网络的实时带宽，并以此对无线视频编码器的视频编码参数和码流控制进行调整；

　　·对发送的视频数据包进行适当纠错处理，适应无线网络误码高的特点；

　　·增加缓冲池容量，采用流控桶的机制实现码率均衡，保证数据的平稳发送和接收；

　　·在3G网络转换成2G或者出现瞬间断开时，将现有码流降低到100K以下，并适当对视频缓冲进行刷新以保证实时性，在3G网络恢复过程中，逐渐增加码流以保证平滑的视频效果。

　　3G环境下的录像调用

　　在3G无线环境下由于带宽有限，整段录像文件下载需要很长时间，为此需要在下载时对事件发生点进行确认，并在录像文件中实现精确到秒的下载以加快有效录像的下载速度。

　　用户在选择一个时间段进行录像回放时，首先按照低帧率模式进行回放，也可采用快进或拖动方式提高回放速度，用户在该模式下确认事件发生的时间点，然后按照时间点查询到该时间点左右几分钟内的录像，并下载包含全部帧的清晰图像进行详细分析。

　　设备支持精确到秒的查询和录像文件分割，支持流媒体方式的快进拖动等功能。

　　3G环境下的摄像机控制

　　在3G无线网络环境下，由于视频传输帧率有时达不到实时要求，同时整体延时较大，当视频通过3G网络传输到水利远程监控中心时，工作人员远程操控摄像机会感到不够灵敏，导致出现无法精确定位到目标点的情况。摄像机和3G视频服务器及软件紧密结合，当摄像机开始转动时，加速刷新视频之间的缓冲以提高摄像机的操控灵敏度。同时采用目标控制的方式更好的实现视频监控。

　　结语

　　3G视频监控系统已在水利行业获得了初步应用，由于其可解决困扰水利行业视频应用的诸多问题，可以预计未来在水利行业3G监控将前景可期。