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摘 要：本文通過實例，詳細(xì)闡述了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)在水閘管理中的成功應(yīng)用，所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，采取的質(zhì)量保障措施，技術(shù)先進(jìn)性，及其廣泛的推廣使用價值。
關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻 技術(shù) 水利 應(yīng)用
一 概 況
江蘇省通榆河視頻監(jiān)控系統(tǒng)是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分別由設(shè)在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的模擬監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心組成。通過對射陽河閘和新洋港閘視頻圖像采集，在鹽城市水利局能夠遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場攝像和萬向云臺，實時監(jiān)控閘上和河面交通、水流情況以及水閘、儀表運行狀況，便于防汛調(diào)度指揮。
遠(yuǎn)程現(xiàn)場的模擬監(jiān)控系統(tǒng)采用了架空明線的方式，攝像機(jī)安裝在高竿上，以擴(kuò)大監(jiān)控范圍；每座閘設(shè)置7臺彩色攝像機(jī)，配3個可變鏡頭和萬向云臺，上、下游和工作交橋各設(shè)置了2臺攝像機(jī)，分布在河兩岸的上、下游攝像機(jī)位置距閘身約150米，射陽河寬約400米，新洋港寬約200米；沿河兩側(cè)攝像機(jī)用于觀察閘門是否開啟及水流、水上交通情況；閘上安裝的攝像機(jī)用于觀察設(shè)備運行及交通狀況；在控制機(jī)房安裝的攝像機(jī)，用于觀察控制設(shè)施儀表運行情況。遠(yuǎn)程搖控端具有多畫面切換功能。
遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控現(xiàn)場射陽河閘和新洋港閘距監(jiān)控中心鹽城市水利局的直線距離分別為49.5KM、42KM，相距較遠(yuǎn)，根據(jù)監(jiān)控圖像傳輸方案比較，采用了2.4G無線擴(kuò)頻傳輸方式。在射陽河閘新建40米高鐵塔和利用新洋港閘住宅樓頂原有鐵塔（總高達(dá)35米），在鹽城市水利局辦公樓頂原有鐵塔（總高45米），保證了足夠的傳輸余隙。在控制中心機(jī)房，能對遠(yuǎn)程端站的任一攝像機(jī)進(jìn)行控制，實現(xiàn)對攝像機(jī)視角、方位、焦距、光圈、景深的調(diào)整，監(jiān)視時間可定義，并且采用數(shù)碼硬盤錄像系統(tǒng)對遠(yuǎn)程圖像進(jìn)行捕捉存儲。
二 相關(guān)技術(shù)問題
穩(wěn)定可靠的數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)需解決音頻、視頻編解碼、網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)端設(shè)備控制等技術(shù)問題，同時考慮系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定性，易用性，實時性。
基于局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，還應(yīng)考慮圖像傳輸與攝像機(jī)云臺、鏡頭控制動作的同步性、實時性。
由于數(shù)據(jù)流量大，實時性要求高，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性十分重要。首先應(yīng)保證網(wǎng)絡(luò)的完整性，不應(yīng)破壞原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
其次應(yīng)采用相關(guān)新技術(shù)，避免網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)擁塞，使網(wǎng)絡(luò)原來的數(shù)據(jù)傳輸功能免遭破壞。
無線路由器的數(shù)據(jù)傳輸速率必須保證傳輸圖像要求的2M bps的要求。
遠(yuǎn)距離（50KM）傳輸時，如何保證高速率數(shù)據(jù)傳輸及系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
三 傳輸技術(shù)的選擇
1、無線擴(kuò)頻：它是一種數(shù)字微波，故圖像、話音需進(jìn)行數(shù)字化處理，圖象質(zhì)量有損傷；但通訊帶寬達(dá)到2M bps，能滿足圖像傳輸速率的要求，CIF（352*288）時為25幀/秒，延時<0.1秒。故圖像傳輸較好。由于設(shè)備集成化程度高，小巧玲瓏，安裝、維護(hù)、管理方便，而且組網(wǎng)靈活，可以自成體系，無須占用郵電中繼站，以實現(xiàn)本行業(yè)內(nèi)的音頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的交換。可實現(xiàn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的延伸，技術(shù)等級最高，但造價較底，頻率資源豐富。由于采用數(shù)字壓縮、編碼技術(shù)，系統(tǒng)具有較高的保密性和安全性�？蓪崿F(xiàn)控制中心和現(xiàn)場的分級管理和控制。缺點是無線傳輸鏈路距離較短，難度較大，需要進(jìn)行相關(guān)技術(shù)處理，方可完全達(dá)到指標(biāo)，另外受外部環(huán)境（如頻率干擾）較大。
2、ISDN（或DDN）：圖像數(shù)字話處理，圖象質(zhì)量有損傷，但通訊帶寬僅達(dá)到128K bps，不能滿足圖像傳輸速率的要求，CIF（352*288）時為10幀/秒，延時<1秒。故圖像傳輸較差。同時不能提供話音，而且因三點距離較遠(yuǎn)，無法自建，須向電信部門申請專用線路，涉及市縣村三級管理體制，關(guān)系復(fù)雜、中間環(huán)節(jié)太多，所以造價較高，
3、模擬微波系統(tǒng)：因圖像話音不需要進(jìn)行數(shù)字化處理，而是直接傳輸，故圖象質(zhì)量不會損傷，傳輸質(zhì)量較高，圖像效果較好；盡管功能和性能與無線擴(kuò)頻相當(dāng)，但因該系統(tǒng)容量較大，組網(wǎng)不靈活，適用于組建大系統(tǒng)，對于一、二個點來說，顯得太浪費，性能價格比最低。
4、衛(wèi)星通信缺點十分突出，帶寬受限、時延長，投資高，維護(hù)管理技術(shù)要求高。
通過上述幾個傳輸技術(shù)方案的比較，經(jīng)過對無線電波實際傳輸鏈路進(jìn)行現(xiàn)場電路測試，電測數(shù)據(jù)表明，無線擴(kuò)頻方案具有可行性，最后采用了技術(shù)保障系數(shù)最大，性能價格比最高的無線擴(kuò)頻技術(shù)方案。
四 技術(shù)先進(jìn)性
主要體現(xiàn)在：
1、無線擴(kuò)頻技術(shù)采用直擴(kuò)序列（DSSS），保密性能好，抗干擾性能力強(qiáng)。
2、無線路由器的傳輸速率高達(dá)11Mbps，符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11B。實際數(shù)據(jù)傳輸速率為3.125 Mbps，超過圖像傳輸數(shù)據(jù)速率2Mbps的要求。
3、本系統(tǒng)傳輸電平余量大，適合于遠(yuǎn)距離無線通信的要求,保證系統(tǒng)在大霧、大雨、大雪、臺風(fēng)等各種沿海惡劣的天氣條件下能穩(wěn)定、可靠的正常工作。
4、Cserver1.0數(shù)字視音頻監(jiān)控服務(wù)器包含了MPEG視音頻壓縮及傳輸軟件、MPEG視頻頻解壓軟件及COMM組件，實現(xiàn)控制通道的復(fù)用，在圖像傳輸?shù)耐瑫r，傳送攝像機(jī)解碼器的控制命令，使圖像傳輸、云臺、鏡頭動作完全同步實時。
5、Pcanywhere軟件的使用，可隨意控制遠(yuǎn)程端視頻服務(wù)器的工作運行。
6、使用無線擴(kuò)頻技術(shù)，無中繼圖像傳輸距離達(dá)到50KM，圖像實時，傳輸信號帶寬超過2Mbps，技術(shù)領(lǐng)先于國內(nèi)同行水平。
7、壓縮和網(wǎng)絡(luò)延時小于100ms，網(wǎng)絡(luò)用戶控制動作和圖像幾乎完全同步。
五 質(zhì)量保證措施
1、 50KM遠(yuǎn)程無線擴(kuò)頻傳輸成功實施的技術(shù)措施：
在電測過程中，充分使用了22GHZ的信號源、22GHZ的頻譜儀，功率計等先進(jìn)的儀器儀表設(shè)備，保證了系統(tǒng)工作性能最佳。
新建鐵塔40米一基，增加電波傳輸余隙，減少傳輸損耗；
采用增益為30dB的高增益柵狀微波天線，在天線兩端各增加了30dB的功率放大器，增加系統(tǒng)傳輸余量；
采用輸出功率達(dá)500μW、接收增益達(dá)7—9dB高功率和可達(dá)-82dB高接收靈敏度的無線路由器（擴(kuò)頻設(shè)備）。
無線路由器、放大器均安裝在天線附近，可大大減少饋線損耗。
2、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實時性的技術(shù)措施：
選用頻點多達(dá)13個的無線擴(kuò)頻技術(shù)，提供抗頻率干擾能力。
用工控機(jī)，而且使用AGP顯卡，可保證設(shè)備的穩(wěn)定性。
UPS的使用，保證系統(tǒng)電源穩(wěn)定可靠，從而使設(shè)備可避免農(nóng)用電源突高突低不穩(wěn)定、或停電、或突然啟動所引起的故障。采用具有傳輸速率能自適應(yīng)功能的無線路由器（擴(kuò)頻設(shè)備）。
鐵塔全部采用鋼結(jié)構(gòu)，柵狀天線結(jié)構(gòu)輕，抗風(fēng)性能好，可經(jīng)受常年累月的臺風(fēng)。
定時器的使用，延長系統(tǒng)的使用壽命。
Pcanywhere1.0軟件的使用，中心站可控制遠(yuǎn)程點計算機(jī)程序的運行。
系統(tǒng)實際工作時的傳輸電平余量達(dá)到20dB，保證天氣劇烈變化時系統(tǒng)能正常工作。
網(wǎng)絡(luò)中斷后可以自動檢測恢復(fù)。
3、保證圖像性能的技術(shù)措施
壓縮和網(wǎng)絡(luò)延時小于100ms，控制動作和圖像幾乎完全同步；
對兩個遠(yuǎn)程站的計算機(jī)進(jìn)行Ping測試，在字節(jié)長度為8192時，響應(yīng)時間均為40ms，即可計算出實際傳輸速率為：8192*2*103/40=3276800bps=3.125Mbps。完全滿足圖像傳輸數(shù)據(jù)速率2M bps的要求。
中心站圖像分辨率為320*240，25幀/秒。
遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)把遠(yuǎn)端的多媒體信息通過網(wǎng)絡(luò)實時傳送到本地的不同監(jiān)控點,可使多個不同的部門同時查看遠(yuǎn)程點,也能使一個部門查看多個遠(yuǎn)程點.由于數(shù)據(jù)流量大,實時性要求高,網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性十分重要。
總之，本系統(tǒng)成功解決了數(shù)字圖像系統(tǒng)的直序擴(kuò)頻DSSS、音視頻編/解碼、長距離網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)端設(shè)備控制等技術(shù)問題，同時也充分考慮系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定性，實時性，易操作性，在一定程度上處于國內(nèi)同行領(lǐng)先水平,其遠(yuǎn)距離監(jiān)控功能及其較高的性能價格比在水利工程管理自動化方面具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。
該系統(tǒng)自開通以來，圖像傳輸在晴天、小雨、大霧、臺風(fēng)等惡劣天氣情況下基本穩(wěn)定、清晰，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程圖像實時傳遞。其硬件性能可靠，在野外條件下具有較好的穩(wěn)定性、可靠性；圖像質(zhì)量良好，帶寬超過2Mbps，幀速達(dá)到25幀/秒；在軟件功能上，本系統(tǒng)畫面自由切換，可遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程操作，位距調(diào)整，可實施錄像監(jiān)控及回放，完全達(dá)到了系統(tǒng)建設(shè)的預(yù)期效果，圖像遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)甚至超過了系統(tǒng)設(shè)計的指標(biāo)。
摘自《通訊世界》
