利用流媒体技术实现林区远程视频监控

宋晓东

(广播电影电视管理干部学院,山西 太原 030013)

1 山西省林区监控的重要性

山西省位于黄土高原与华北平原的过渡地带,生态环境的优劣直接对首都乃至整个华北地区产生很大的影响。长期以来,山西省经济发展以能源重化工为主,生态牺牲、生态欠账、生态破坏很多,生存条件较差。因此,国家把山西省列为黄河流域天然林保护重点省份,保护森林仍是改善生态环境、促进经济和社会可持续发展的重要任务。

山西省林区范围广袤,地形复杂,交通不便,给森林的管护和监测带来了极大的困难,同时自然灾害和人为破坏相当严重,加之近年山西省林业生态建设步伐加快,成林面积会越来越大,森林保护任务会越来越繁重。为了保护现有森林,森林管理单位主要采用在林区建立望台、护林员巡查和在主要路口派人死看硬守等传统措施,但由于人力所限,很难实施全时、实时、全面、有效的监控。显然传统的管护办法已很不适应森林保护的要求,必须增加科技手段,采用先进技术来提高对林区的监控管理水平。随着通信、网络技术的发展,目前一种新的可用于野外监控的技术已经成熟,这是基于计算机网络的视频监控系统。该系统具有附属设备少、造价低、操作简单、维护方便等特点,可以克服以往传统人工、电子监控的不足,也将有助于领导和管理人员加强对林区现场的管理和森林事件的指挥调度。如果配合使用“3S”为核心的信息技术,可以大大提高林区的管理水平。

2 系统功能设计

多媒体数字化视频监控系统是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型数字视频监控系统。本方案以满足应用为首要目的,兼顾技术先进和节约投资两方面的要求,采用当前最先进的网络多媒体监控技术,实施对林区的远程、集中监控,并将监控系统接入各林场的内部局域网管理中心,通过级联的方式,逐级上传,最终将监控数据连接到山西省林业厅监控管理中心。

根据实际工作的需要,网络监控系统的主要设计目标是:将数字化、多媒体通信和流媒体技术集成为网络化的多媒体监控技术,在各林场所属的重点林区根据地形优势选定监控点,设立监控摄像头,在各林局设立监控中心,并设置大屏幕投影,采集、管理每个监控点的监控图像。具体目标是:

1)在各林局建立 1个监控中心,设置监控服务器和大屏幕投影,集中管理该局所属的各个现场摄像头;林场设立监控器,管理监视全场所属摄像头。通过监控终端的控制,可对某个指定监控点图像进行远近伸缩画面显示及全角度旋转;通过切换控制,可集中显示所有景点的指定场景;录制存储所有监控场景图像,存储时间为7 d;回放存储在硬盘中的所有监控场景图像。

2)根据需要在林场监控点安装监控摄像头若干个,对所需监控的部位进行监控摄像。具体要求是:摄像头应配备全方位云台,可在监控中心的远程控制下运转,具有足够的清晰度,能满足无人值守、操作的需要;将监控系统接入各林局的内部局域网;网络上的各级领导或其他经授权的用户通过 PC机上安装的客户端软件,登录网络访问监控中心,观看监控图像。建立1个连接林局监控中心到林区监控点的实时指挥调度系统,林局监控中心值班人员可通过监控系统呼叫相应的林场值班人员(或相反),双方在监控系统的显示界面上进行通话,实现实时的指挥调度。

3 整体方案

3.1 网络监控系统的组成

本方案选用国产科达 KDM系列网络监控设备,日本日安电子的摄像头以及相应的软件组成网络视频监控系统。在每个监控点配置1台KDM2400编码器,每台 KDM2400可对 1路或 2路视频信号进行编码。中心点配置 1台 KDM2010中心控制服务器,最大可支持 16个远端点的接入,可把接入的视频码流转发到KDM2500或桌面PC。各桌面PC可以通过WEB方式登陆到 KDM2010上,实现对远端的监控。若系统需要电视墙显示,可在局域网中配置多台 KDM2500解码器,把 KDM2010转发来的视频流解码后输出到电视墙。中心点还可配置 KDM2020数字录像服务器来提供数码录像功能和视频点播服务,配置 KDM2030网管服务器负责整个网络的全程管理。KDM2010和KDM2030可以合用1台高性能服务器。

1)远端景点。每个监控点配置 1台 KDM2400远端编码器,并根据监控部位的分布,架设若干个监控摄像头,每台远端编码器可接 1台～ 4台摄像头,摄像头与远端编码器 KDM2400的距离不超过500 m。编码器将摄像头得到的模拟视频信号转换成M PEG4码流,用于接受相应监控工作站的采集。远端编码器接收监控中心发来的控制指令,并通过RS232口控制摄像头云台转动。每个远端编码器KDM2400都有 1个专用的 IP地址,通过 2M的 IP专线或卫星传输电路与监控中心相连。

2)监控中心。监控中心配备 1台 KDM2010视频监控服务器,视频监控服务器安装监控管理软件,通过网络访问各林场监控点的远端编码器获得监控图像信号,再经过解码器 KDM2500解码之后得到远端图像。本方案中,1台视频监控服务器KDM2010可接入 30个远端编码器 KDM2400的视频流,若同时开通双向音频,则可接入 20个远端编码器 KDM2400的音视频流。各个监控终端获得的监控图像,经视频矩阵切换控制,送至大屏幕显示幕墙显示。大屏幕显示幕墙由画面分割器和大屏幕投影组成。监控中心配备 KDM2020硬盘录像服务器1台,录制存储所有监控场景的图像,存储时间为7 d,并配备KDM2030网管服务器软件,负责管理整个网络上所有设备的运行情况。

3)监控端。林局的相关领导和主管人员的桌面PC机可以根据权限通过 WEB方式登录到KDM2010上实现对远端的监控。

4)指挥调度系统。在远程监控系统上,利用音频对讲功能可以建立全网的指挥调度系统。在管理中心的值班人员面前安装摄像头、话筒,接入相应的远端编码器,值班人员可利用其中的音频通道实现呼叫和音频通话,从而实现全网的指挥调度。

5)传输网络。远端编码器 KDM2400与监控中心之间的通信有两种方式:E1专线方式和以太网方式。本方案推荐使用以E1专线方式接入监控中心的局域网,即每个远端编码器 KDM2400通过1条 E1专线接到监控中心的“E1-以太网协议转换器”上,“E1-以太网协议转换器”接入监控中心局域网的交换机上,从而实现与监控中心局域网的连接。

6)大屏幕显示。监控中心可以通过设置数字投影机或电视幕墙来实现大屏幕显示。使用数字投影机(正投或背投),因系统本身支持1/4/6画面显示,只需将监视器的 RGB图像信号接到数字投影机即可;使用电视幕墙需增加与编码器数量相同的KDM2500解码器,在经过解码器解码之后得到远端图像,送至电视幕墙实现多画面显示,通常1块大屏幕最多显示 16个画面,更多的画面就要通过大屏幕拼接来实现。

3.2 传输线路的解决

远程视频监控系统中,网络的搭建和线路的运营费用是个很大的问题,尤其是专网的搭建,往往要支付通信运营公司高额的线路租赁费用,因而制约了监控系统的建设和实施。因此,我们提出以下3种线路的解决方案。

1)互利,场地换线路的方案。网通、电信、卫通等通信公司在林区建设基站时,往往要申请土地、电力等支持,这些都须与当地林区进行洽谈,因此,可以由省林业厅和通信公司进行协商,由林业部门负责为通信公司在林区所有的无偿占地、建设、供电等相关事宜提供便利和配合,作为回报,通信公司将建设在林区的所有基站上,给林业系统提供一条 2M光纤,并且允许林业系统在通信基站上搭载视频监控摄像头及其他信号采集设备。这样,就可以以最小的投入,换取一套完整的光纤专网,用来传输林业监测的图像、数据等。优点:通信基站一般建设在高地、山顶上,可以为视频监控提供良好的视野,再配上远变焦摄像头,将附近大范围区域纳入监控范围;可以获得优良的网络环境,光纤专网保障了通信的畅通和数据的及时传输,林区指挥中心可以实时获得林区的详尽资料;大大地降低了建设成本和运营成本。缺点:覆盖范围有限,只能在有人烟、有基站的地方实施,无人烟的区域没有办法实施。场地换线路这种合作模式已经在我国个别地区的个别行业有了良好的先例,是可以实施的方法。

2)使用GPRS传输信息。在每个监控点及信息采集点安装 GPRS无线调制解调器,该设备可以利用移动公司的手机网络,只要有手机信号的地方,就可以使用该设备。采集点将视频信号和模拟传感器采集到的信号进行编码后,通过 GPRS网络传输到管理中心,管理中心将信息整理汇总后送入管理系统进行分析监控。优点:无线传输手段,灵活方便,不受线路的限制,只要有手机信号就可以安装使用;线路的使用费用低廉,对于林业系统来说比较实际,能够承受;在无电力供应的地方可以使用太阳能发电。缺点:只能传输静态图像,无法满足动态图像的传输要求。

3)使用卫星传输信息。监控点得到的信号直接传送到卫星,再由卫星传输到监控中心。优点:不受地域限制。缺点:传输费用较高。

4 建设原则

4.1 先示范后全面,先单控后联网

在林局建设视频监控系统,不宜一下子全面铺开,而要首先在重要地段建设 1个～ 2个示范点,再逐步推开。刚开始建设只能以林场为单位,1个监控系统对应 1个或者几个监控摄像头,而后在整个林局实现联网,从而大大节省软件和硬件的投资,提高设备利用率,提高监控效果。

4.2 技术一致,标准统一

在林局建设视频监控系统,应采用一致的技术,甚至统一的设备和软件,建设标准也应统一,这样才能设备共用,信息共享,软件兼容、支持,便于实现联网。不可各建一套,否则将造成巨大的浪费。

4.3 整合各方,统一规划

4.4 人机结合,提高效果

视频监控不是万能的,不能解决林区的所有管护问题,其监控也是有局限性的,存在留死角、不灵活、易受天气影响等不足,因此不能完全代替人工巡查。要采取人工与电子相结合的办法,取长补短,从而更好地发挥作用。同时也要提高人员素质,培养熟练的操作人员,提高监控效果。

[1]唐天虹,冯宝坤,胡晓鹏 .实战流媒体 [M].北京:科学出版社出版,2003.

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