3G无线网络视频监控系统在防汛抗旱应急通信中的应用探讨

1 前言

2009年,中国3G元年,在这一年,我国三大移动通信运营商的3G网络正式投入商用,中国移动通信领域也随之步入3G时代。在3G时代,高速的语音和数据业务、流畅的无线移动视频吸引着世人的眼球。中国移动、中国联通、中国电信分别在原有固网平台基础上增加了依托3G网络的“无线网络视频监控”平台,用户可以通过各种终端远程查看视频监控画面、实时监控管理。这为发展防汛抗旱应急视频监控系统,提高管理效率、快速决策和应急指挥能力提供了非常好的机遇。当前以租用、联合建设的方法,从三大电信运营商中选择一家运营商,依托3G网络,发展防汛抗旱3G无线网络视频监控系统,是防汛指挥决策支持系统子系统——实时监控系统建设的一种高效经济的发展模式。该系统能实时监控汛情、险情突发部位,及时向指挥中心传递工程现场视频信息,第一时间为领导科学决策提供第一手资料,同时实现和各种预案的有效联动。

2 3G无线网络视频监控系统

2.1 系统概述

3G无线网络视频监控系统是最新基于3G通信网络的多媒体视频监控系统。它把经过视频压缩编码模块压缩的摄像机图像,通过智能无线通讯终端发射到3G网络,实现视频数据的交互、发送/接收、加解密、加解码、链路的控制维护等功能,根据应用把实时动态图像传到距离用户最近的中国电信(中国移动、中国联通)通信网络(根据当地3G网络发展情况进行选择)。用户可以方便地通过Internet或手机从系统总监控中心得到实时图像信息。该系统整合了3G网络和Internet网络的优势,无论您身在何处、在何时间,都可以迅速接入系统,随时随地进行远程监控管理。

2.2 系统功能结构

该系统主要由五部分组成,即前端视频采集部分、承载网络、中心平台、监控中心、访问客户端。

前端视频采集部分:由高倍变焦摄像机、室外云台、控制解码器、3G无线网络视频服务器构成。

承载网络:中国电信的CDMA2000网络(中国移动TD-SCDMA网络,中国联通WCDMA网络),根据本地网络覆盖情况,择优选择一家电信运营商的3G网络。

中心平台:中国电信“全球眼”监控平台、中国移动“守望者”监控平台或中国联通“宽世界-神眼”监控平台。

监控中心:只要是一台具有公网IP或者域名的服务器即可。启动服务后,就等待各个监控终端的连接;对于始终在线的终端,可以按照需要查询当前的图像情况,也可以自动不停地记录监控点的图像变化。

访问客户端:用户可通过移动智能终端、网络终端等登录移动监控平台来查看相应监控画面,实现对监控现场的远程视频浏览、云镜控制、录像、视频截图等,实现远程视频查看、远程应急指挥功能。

3水利行业3G无线网络视频监控系统组网方案

3.1 设计功能

水库监控:通过视频监控系统可监测水库蓄水水位情况,监视闸门和水流情况,监测水库、坝区的周边环境。

河道监控:通过一套视频监控系统,及时了解上下游河流的水文情况,监测水面清洁度,监控河道沿线重要地段的情况。

防汛应急移动监控:通过车载、便携式3G视频监控系统,第一时间将工程现场情况、汛情突发情况传送到指挥中心,监控指挥中心根据现场情况进行远程监控管理与指挥。

防汛通信、水雨情采集传输设备监控:远程监控防汛通信设备和水文监测仪运行状态,保障水利信息传输平台的稳定运行。

特殊情况报警:当监控点发生异常情况时,及时把监控图像传到指挥中心,并以手机短信的形式向相关权限人员发短信报警。同时具备现场喊话及光电警示、告诫功能。

现场指挥:远端控制中心与水库现场具备语音通讯功能,遇到情况时能够做到远距离指挥。

3.2 系统组成

根据以往水利项目和水利行业特点,对于河道、水库等重要设施的监控项目,往往涉及的地理范围比较广,监控点比较多,需要监控的人员相对分散,而且大规模的监控项目对于系统稳定性要求非常高,需要尽量减少日后的设备维护工作。

(1)前端视频采集部分

前端视频采集部分主要由3G视频服务器、摄像机、声音输入输出等外围设备组成。

摄像机是整个系统的核心之一,包括镜头、CCD、云台、解码器、防护罩及支架等。根据被摄物体及摄像地点的不同,摄像装置的具体配置也各不相同。现在室外一般采用一体化球形摄像机,自身带云台、解码器、一体化变倍镜头和一体化球形防护罩,可靠性较高,效果好。根据具体环境需求,可以配置一些辅助设备,比如在闸门附近安装大功率的探照灯及红外线灯;系统可远程控制灯光电源开关,保证远程人员清楚地监控到闸门的开合状态。

3G视频服务器是实现网络化、数字化处理的重要设备,其内置3G无线modem,内部存放有3G的网络连接端口协议,并嵌入式地实现了TCP/IP协议、POP3/SMTP协议,同时支持动态IP,完成与3G基站的无线连接与数据交换。它完成模拟视频监视信号的数字采集、影像压缩、监控数据处理、报警信号的采集、网络的Web发布等功能。它可将前端的模拟信号同时处理成高清晰的实时数字图像发布到网络中,保证监控中心和本地涵闸都能实时监控到现场情况。

声音输入输出设备,实现现场声音实时监听、点对点语音对讲、点对多点语音广播、监控中心指令下达、实时现场指挥等功能。

(2)承载网络与中心平台

根据本地的3G网络覆盖情况,优先选择一家电信运营商的3G网络系统作为承载网络(如中国电信的CDMA2000网络及其“全球眼”平台)。

3G能提供多种类型高质量的多媒体业务,能实现全球无缝覆盖,具有全球漫游能力,在准静止条件下能够达到2Mbps的速率,即使在高速行驶的列车上,传输速率也可以达到144kbps,能够支持音频或低速率视频等多媒体业务。3G网络的发展,使得远程视频的无线传输已变成现实,可实现前端监控点与监控用户之间的无缝链接。

(3)监控中心控制部分

水利视频监控系统采用Brower/Sever结构,用户在水利厅(局)局域网设立一台网关服务器通过Internet链接电信运营商的“视频监控平台”平台,并设置系统存储服务器。该系统配合数据库,主要完成现场图像接收,用户登录管理,优先权的分配,控制信号的协调,图像的实时监控,录像的存储、检索、回放、备份、恢复等。

同时我们根据流域视频监控管理的特点,将系统分为两级进行视频监控管理,即:监控中心、本地涵闸。每一级都有相应的权限,并有其独立的工作环境。监控中心拥有最高的优先权,所有下级用户对涵闸的控制操作都需要向其申请,只有被授权的用户才能在权限内实施操作;本地涵闸也是涵闸的直接控制端,根据分级控制的要求,在无高权限人员控制时,可执行控制操作,以确保高级管理层的优先权,规范闸门的管理制度。

监控中心可以根据具体情况考虑安装多画面大屏幕显示设备,配置相应数字视频矩阵,任意切换图像显示。

(4)访问客户端

内网、公网、手机用户安装网络视频监控系统的客户端,输入合法的用户名和密码接入网络,利用IE浏览器查看本地和远程现场情况,实现对监控现场的远程视频浏览、云镜控制、录像、视频截图等,满足客户远程视频查看、远程应急指挥的要求。

4 系统特点

系统特点如下:

(1)代替光纤和专线,降低了网络建设成本,为用户节省大量的费用。

(2)机动性强,适用于各种复杂的地理位置。

(3)可灵活方便地进行安装部署。

(4)提供高可靠性,保证不间断的视频监控。

(5)传输速率高,图像清晰流畅。

(6)支持网页、手机、上网电脑浏览视频。

(7)设备成本低,操作简单,打开电源开关便可投入使用。

5 建设效益

发展有线视频监控需要铺设网线和光纤,基础网络工程量很大,成本较高,而且在传输途中极易受到复杂地形的影响。水利行业水利工程众多、流域面积广,汛情险情突发地段不确定,所以在防汛应急通信领域发展有线监控是不可能的。

采用3G视频监控,灵活、机动、快捷,在汛情险情突发地段,只需要架设一个摄像头,在3G视频服务器上安装通信卡并接入3G网络,就可以把视频图像信息传送到指挥中心,相关人员在远处进行决策,极大提高了科学决策指挥的时效性和科学性。

6 应用前景

3G网络具有传输距离远、带宽高、速度快、抗干扰能力强、建设费用低等诸多优势,因此3G无线网络视频监控系统将是未来防汛抗旱视频监控发展的主流。然而,使用费用却是3G视频监控系统在推广的过程中面临的一个难题。业内人士对3G监控系统在工作中产生的流量进行统计后发现:一个3G视频探头如果24小时不间断工作,将产生4G的流量。按照中国移动提供的计费标准来计算,3G监控系统运行一天需要花费近200元。如果安装多个视频监控点的话,这个费用更高。这对经济不太景气的行业来说,还是一笔不小的开支。因此,目前只能在防汛抗旱应急领域作为应急使用。真正的大规模在防汛抗旱中使用3G无线网络视频监控系统还需要等待3G网络使用费进一步降低。

参考文献

[1]段丽. 移动通信技术[M]. 北京: 人民邮电出版社,2009.

[2]王华奎,李艳萍,张立毅,等. 移动通信原理与技术[M]. 北京: 清华大学出版社,2009.★

【作者简介】

周显政:工程师,工学学士,现任职于河南省信阳市防汛通讯总站,主要从事工作:防汛通信的规划、设计、管理。