摄像机动态查询管理系统

郑朝亮，方 雄，王少珠

（柳州市广播电视台 技术部，广西 柳州 545006）

摄像机动态查询管理系统

郑朝亮，方 雄，王少珠

（柳州市广播电视台 技术部，广西 柳州 545006）

柳州市广播电视台通过在摄像机内部安装GPS轨迹记录设备，自动记录摄像机的移动情况，从而获取摄像机的实际使用信息。并且利用自行开发的软件实现了GPS数据的批量采集处理，能够直观地显示设备移动轨迹图，有利于加强管理，提高设备利用率。

GPS嵌入摄像机；GPS轨迹记录；GPS数据自动处理；摄像机管理

柳州市广播电视台的摄像机采用集中收发、按需分配的管理方式。但随着栏目、摄像员数量的增加，部分栏目会在没有采访计划的情况下提前借出摄像机以作备用，一些摄像员会因预计任务较多而长时间占用摄像机，这些情况使得设备管理部门无法准确统计摄像机的实际使用情况和需求。

为了加强摄像机的收发管理，准确获取摄像机的实际使用情况，尽量在不增加摄像机的前提下最大化提高设备的利用率，本文参考多方资料，成功开发了GPS动态查询管理系统。

1 设计思路

本系统首先将GPS接收记录单元安装到摄像机内部，持续记录设备借出后的移动轨迹。设备归还后通过无线蓝牙技术将记录的数据上传到服务器，服务器再对上传的数据进行转换分析，最终在网页上生成摄像机的移动轨迹图。本系统结构与流程大致如图1所示。

图1 系统结构流程图

本系统硬件部分主要采用了支持蓝牙输出功能的小型GPS轨迹记录仪。软件部分则使用VS2010与Flash Builder 4开发，稳定性较好。轨迹显示部分基于Web平台，采用了国内常用的百度地图API绘制，显示效果直观明了。

2 摄像机动态查询管理系统硬件设计及组成

2.1 GPS设备选型

GPS轨迹系统主要分为GPS记录仪和GPS追踪器两类产品[1]。GPS记录仪可以按时间或者距离间隔将当前坐标数据写入到内置存储上，GPS追踪器则在GPS记录仪的基础上升级了GPRS实时回传功能。由于GPS追踪器依赖于网络运营商，使用成本较高，并且市面上常见的GPS追踪仪一般体积较大，很难在摄像机内部找到合适的位置安装，而GPS记录仪体积较小，在多种摄像机内部均能找到安装位置。

通过对多款GPS记录仪的测试和对比，本文最终采用了联发科技公司（MTK）所设计的低耗电量晶片MT3329记录仪产品（如图2所示），它具有灵敏度高、支持蓝牙功能、支持多种参数设置、自带电池、开机无需人工操作自动记录等特点，其主要参数如下：

1）4 Mbyte内存可记录高达200 000轨迹点；

2）66颗卫星追踪频道，可快速定位及重新定位；

3）频率1 575.42 MHz，可达-165 dBm的超高敏感度；

4）蓝牙频率2.40～2.48 GHz，灵敏度-85 dBm；

5）低耗电，内置充电锂电池，充满电后可连续工作10 h；

6）防过热保护装置温度过热45℃时，保护电路便会启动切断电源。

图2 记录仪内部结构

2.2 GPS供电模块

为了能够在无需拆卸的情况下维持GPS记录仪持续工作，因此需要在摄像机内部对GPS记录仪提供电力支持。为了尽量降低对摄像机的影响，本文采用了直接从电池取电的设计。

GPS记录仪需要使用5 V电压进行充电，因此要增加降压电路。对7.2 V电池采用了常见的线性稳压IC7805，对16 V电池则采用了MC34063开关型DC/DC降压模块，该模块适合压降、电流较大的环境，图3为MC34063工作原理图。

图3 降压变换电路图

设备借出时，只要挂上电池，记录仪就会自动开机并为内置电池充电，模块充电电压为5 V/200 mA，充电时间为2 h，充满自动停止，因功耗很低，基本不会影响摄像机的正常使用时间。

2.3 卫星转发

GPS设备开机有冷启动、温启动、热启动之分，代表搜星定位的时间，每个型号的GPS启动所用的时间各不相同（实测所选的GPS冷启动时间为2 min以内、温启动时间为33 s、热启动时间为1 s）。为保证记录仪能在设备室借出过程中锁定卫星信号，需要安装GPS卫星转发器在室内，完成卫星信号覆盖，覆盖范围可达40 m2。图4为转发器室内卫星信号覆盖强度指示。

图4 转发器室内卫星信号强度（截图）

2.4 安装与测试

为了不改变摄像机自身的外观、电路，不影响摄像机的正常使用，本系统采用了GPS记录仪内置式安装。该方式需要在摄像机内部找到合适的空间位置，因此要求安装者对摄像机较为熟悉，具有一定的维修经验。

通过对不同机型的多次试验，选择合适的位置巧妙安装，要求既不影响摄像机的使用和维护，又兼顾GPS记录仪的信号强度。在多种摄像机型中，松下AG-HPX173MC便携式摄像机整机结构紧凑、可利用空间小，属于安装较为困难的类型。通过拆解机器与反复测试，终于找到了合适的位置安装记录仪和天线。将接收天线固定在小寻像器内部（如图5所示），记录仪则安装在机身内狭小空间里（如图6所示），电源供电采用小型7805降压IC直接从电池端取电，基本不占用空间。

图5 寻像器内安装接收天线

图6 AG-HPX173MC记录仪安装位置

安装的GPS记录仪接收频率1 575.42 MHz、蓝牙频率2.4 GHz均为开放频率。通过用泰克WVR6100示波器比对记录仪安装前（如图7所示）和记录仪安装后（如图8所示）的模拟视音频、SDI视频信号、嵌入音频信号，结果表明均未受到干扰。

图7 安装前波形图（截图）

图8 安装后波形图（截图）

3 摄像机动态查询管理系统软件设计[2]

一般GPS记录仪都有专用的配套软件用于数据的读取和分析，但未见适合自动化批量处理的软件，因此本文自行开发了一整套GPS轨迹处理软件，主要包含分为数据采集、数据录入、坐标转换、数据分析和轨迹绘图5个部分。

3.1 数据采集部分

数据采集程序部署在数据采集端，用于读取摄像机上的GPS轨迹信息。数据采集程序是本系统软件的核心部分。一般来说GPS记录仪都有专用的配套软件用于数据的读取和分析，但需要大量人工操作，无法实现多个GPS设备的自动连接和数据读取。因此只能自行开发一套数据采集软件，实现连接设备、读取数据、删除数据与断开设备等操作的完全自动化。

正常情况下，柳州市广播电视台要求每天19：00前归还所有借出设备（超出该时间使用需特别申请），因此设置为每天19：30自动执行。数据采集程序执行时，会自动扫描蓝牙范围内（大约10 m）所有可用设备，自动识别设备是否为已登记的GPS轨迹仪，如果识别成功则连接并下载轨迹数据，下载成功后清空GPS轨迹仪上的记录。为了避免因网络问题造成的数据丢失，数据采集程序会在本地保留一份数据副本。

3.2 数据录入部分

从GPS记录仪中读取到的原始轨迹数据是具有特殊格式的文本信息，无法直接获取到轨迹点的直观数据，必须通过运算解析后才能获得轨迹点的时间、经纬度和海拔等信息。然而GPS厂商并没有提供解析方法，只有通过大量GPS原始数据与实际记录点位置信息的对比来分析原始数据的数据结构和存储形式，最终实现原始数据到轨迹点信息的完整转换。

数据录入程序部署在数据采集端，是一个无窗体的控制台程序，每间隔30 min执行1次。它会检索数据采集程序文件夹是否有新的数据文件，如果有新数据文件则将原始的GPS数据文件转换成轨迹点集合，并尝试上传到服务器，如果上传失败则在下次执行时重复以上操作，直至上传成功为止。

3.3 坐标转换部分

坐标转换程序部署在服务器端，该程序是轨迹绘制的前提程序。一般来说GPS记录的经纬度信息属于WGS84坐标体系，在我国这个坐标体系是不能直接应用在互联网服务上的，至少要经过国家测绘局的加密，一些互联网上的地图服务提供商甚至有自己的坐标体系。本项目绘制轨迹时使用的是百度地图，因此要调用百度地图的坐标转换接口将原始的WGS84坐标转换成百度坐标。

3.4 数据分析部分

数据分析程序部署在服务器端，该程序定时扫描数据库中的新数据，并自动根据轨迹点的信息对数据进行分段、筛选，形成多个轨迹点的集合。程序预置为20 min分段，即设备停止移动20 min以上，则结束上一条轨迹路径，准备开始下一条轨迹路径。轨迹分段后，程序会对轨迹内的所有点进行合理性检测，对于因GPS信号不稳定造成的不合理轨迹点进行排除。

GPS记录仪设置为按距离记录，也就是每当记录仪距离上1个记录点超过指定距离（100m）后，就记录当前位置为最新记录点。根据这个设置，数据分析程序会对轨迹内相邻的3个点进行判断，如果有1个记录点和另外2个记录点的距离都远超过另外2个记录点之间的距离，并且大于GPS每记录距离（100 m），则将该点判断为无效记录点。

3.5 轨迹绘制部分[3]

轨迹绘制是Web应用程序[4]，使用者可以在地图上绘制指定摄像机在指定日期的记录轨迹，非常直观明了。同时管理者也可以看到设备当日借出和归还的记录，方便对比摄像机的实际使用情况（见图9）。

图9 轨迹绘制图（截图）

4 结束语

从2012年5月使用至今，该系统运行稳定无故障，记录轨迹达到原设计要求，为柳州市广播电视台设备管理提供了强有力支持。投入成本小（每台约800元，无后续费用），使用效果明显，大幅度提高设备使用效率，为全台完成全年宣传任务提供坚实的设备保证。

[1] 刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京：科学出版社，2008.

[2] 王华杰，张帆，戴伯勇.Visual Studio.NET程序设计教程[M].北京：中国铁道出版社，2003.

[3] 孙颖.Flash ActionScript3殿堂之路[M].北京：电子工业出版社，2007.

[4] 卢灵，陈志华.基于Web浏览器的GPS定位地图的下载与处理[J].电视技术，2012，36（18）：54-57.

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郑朝亮，工程师，本科，研究方向为计算机网络；

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2013-07-09

【本文献信息】郑朝亮，方雄，王少珠.摄像机动态查询管理系统[J].电视技术，2014，38（8）.

方 雄，助理工程师，本科，研究方向为视音频技术；

王少珠，助理工程师，本科，研究方向为计算机网络。