无线视频监控系统固定点解决方案

项目编号：05MON003 无线视频监控系统高速公 路固定点解决方案 2007 年 8 月 目目 录录 1. 引言 . 1 1.1 编写目的 . 1 1.2 定义 . 1 1.3 参考资料 . 2 2. 业务分析 . 3 2.1 业务概述 . 3 2.2 需求分析 . 4 2.3 系统目标 . 4 3. 系统设计 . 6 3.1 系统构成 . 6 3.2 系统拓扑 . 6 3.3 功能概述 . 7 3.3.1 采集器 . 7 3.3.2 服务器 . 7 3.3.3 客户端 . 8 3.3.4 风光互补 . 9 3.4 系统特点 . 10 3.5 风光互补供电系统 . 11 4. 系统优势 . 12 4.1 经济优势 . 12 4.2 应用优势 . 13 4.2.1 方便可靠的供电方式 . 13 4.2.2 全方位的外场设备监控 . 13 4.2.3 灵活的监控信息获取 . 14 4.2.4 方便的出行信息服务 . 14 5. 典型应用 . 15 5.1 方案一：风光互补的无线视频固定点应用 . 15 5.1.1 技术简介 . 15 5.1.2 设计与安装 . 15 5.2 方案二：市电供电的无线视频固定点应用 . 16 6. 行业解决方案 . 18 6.1 桥梁安全监控 . 18 6.2 交通状况监控 . 20 6.3 监控盲点 . 22 7. 设备型录 . 23 第 1 章 引言 1 1.1. 引言 引言 1.1 7B 编写目的 本方案旨在描述无线网络视频监控系统（简称无线视频）用于高速公路部署固 定点监控的解决方案，明确系统的结构、功能及其应用范围。 目标读者包括： ? 高速公路公司管理决策层 ? 高速公路公司监控技术人员 ? 高速公路公司监控管理人员 ? 高速公路管理中心监控技术人员 ? 一般监控系统技术人员 1.2 8B 定义 ? CDMA： CDMA 1X 是 CDMA 技术标准系列中的一环。CDMA One(中 国联通窄带 CDMA 网络采用的标准)的基础是 TIAEIAIS-95 标准， 属于移 动通信 2G 标准。CDMA2000 是移动通信 3G 标准，CDMA2000 技术支持两 种扩频速率，即所谓 1X(扩频速率 1)和 3X(扩频速率 3)，CDMA1X 作为 CDMA2000 的第一阶段，尚不能算真正的 3G 技术标准，而只能算 2.5G 技 术标准。 ? 风光互补供电系统（简称风光互补） ：是由太阳能电池与风力发电机发电， 经蓄电池贮能，给负载供电的一种新型电源，广泛应用于微波通讯、基站、 高速公路、海岛等的电力提供。具有独立供电、安装方便、无人值守、一次 性投资，无污染，免交电费等优点。 ? 采集器：采集器是指利用 CDMA 网络实现模拟视频的采集、压缩及的传输 的外场设备。 ? 中控服务器： 本方案中所提及的中控均指无线网络视频监控系统置于管理中 心的高效能计算机。该计算机连接到 INTERNET，用于接收采集器通过 CDMA 发送上来的监控视频图像数据，并负责数据分发到各类客户端。 第 1 章 引言 2 ? 多通道：指采集器的数据由不同的 CDMA 号码进行发送，一个通道表示一 个 CDMA 网络的号码。 ? 监控客户端：监控客户端是指无线网络视频监控系统的各种类型的查询、浏 览端，由客户端软件及运行环境共同构成。运行环境可以是普通计算机或是 使用 WINCE 作为操作系统的 PDA 手机。 1.3 9B 参考资料 ? 广东省综合交通“十一五”发展规划 ，广东省发改委，2007.2 ? 公路、水路交通信息化“十一五”发展规划 ，交规划发2006210 号 ? 关于加强交通信息化资源开发利用的指导意见 ，交科教发2005648 号 ? 交通（公路水路）信息化建设指南 ，交科教发2003462 号 ? 离网型户用风光互补发电系统技术条件 ，国标 GB/T 19115.2-2003 第 2 章 业务分析 3 2.2. 业务分析 业务分析 2.1 10B 业务概述 随着我国高速公路建设的飞速发展，车流量的不断增长，高速公路管理人员实 时掌握路况的需求越加迫切，而监控系统作为获取路况信息重要手段，事件快速反 映和准确决策的有力支撑，已成为交通行业发展的一个焦点。在通信、图像处理等 先进技术推动下，高效、清晰的视频回放已成为智能交通系统中一个重要的发展方 向。 随着监控技术的发展，高速公路的监控发展历程大致如下图： 目前，在已正常运营的高速公路和新建的高速公路的有线视频监控体系，均仍 存在下列问题： 第 2 章 业务分析 4 ? 由于成本的原因，监控摄像枪无法全路段覆盖，存在监控盲点、盲区； ? 受实际情况影响，扩展监控点难度较大。如光纤、电缆冗余不足、敷设困 难，维护成本高等； ? 系统层次结构不清，视频传输采用模拟信号，带宽利用率低； ? 监控系统改建及扩展难度很大，缺少有效的整合方法； ? 没有与 INTERNET 网联通，形成信息孤岛，监控信息不能共享； ? 监控点灵活性不够，无法实现按需布控； ? 监控通讯线路过于集中，若一段通讯光纤被破坏，会引起大片监控失效。 由上图可以看出，监控发展的第四阶段将采用无线网络实现数字化监控，除最 大程度的解决上述问题外，还可扩展到一些其它高速公路的业务应用，例如高速公 路车辆分流监控、道路路面监控等。 2.2 11B 需求分析 为规避上述有线监控系统的不足，提高高速公路监控的技术水平，仅依靠当前 的有线监控系统进行简单的扩展或者改建已经不能满足要求，而无线网络视频监控 以其成熟的技术优势，良好的整合性，很好的解决了现存问题。 此外，受近年来由于铜价的不断上涨的影响，多次发生不法份子为图一己私利 违法偷盗线缆等事件，对高速公路的安全生产和合法利益造成了极大的损害。 无线网络视频监控系统的建立完全符合监控系统的发展趋势。有线监控系统最 终会因其实现方式的限制而渐渐失去其固有阵地，而无线监控系统则会以有线监控 系统有益补充的“角色”进入监控领域，并逐渐成为主流。无线视频集成了音视频 压缩处理、无线传输、互联网连接等多种技术于一体，真正能实现“科技管理、以 人为本”的最终目标。 2.3 12B 系统目标 ? 利用无线移动视频监控技术解决全线突发事件现场监控盲区，采用无线 CDMA 网络传输监控图像； ? 辟除监控盲点，对某些特殊环境亦可部署固定式无线网络视频监控点； 第 2 章 业务分析 5 ? 在监控中心实现对监控图像的实时查看，能够远程控制无线固定点的云台， 完成变焦、转向等基本动作； ? 有效地减少监控盲点对高速公路交通的影响，充分发挥高速公路“高速、 安全、经济、舒适”的特点。 系统目标可用下图来表示： 各种情况下的视频图像经过无线网络传送到服务器，利用互联网进行监控视频 发布，无论是在办公室、出差甚至在乘车时，都可对监控图像查询浏览。 第 3 章 系统设计 6 3.3. 系统设计 系统设计 3.1 13B 系统构成 无线视频监控系统包含了三大部分： ? 固定点监控采集前端； ? 管理中心集中管理系统， 包括中控服务器、 无线视频解码器及矩阵系统等； ? 客户端系统，包括有一般互联网上的客户端、总控制中心的客户端以及手 持形式的监控客户端。 3.2 14B 系统拓扑 由拓扑图可以看出，固定点采集编码器的视频图像数据经过无线数据公网 CDMA 上传到管理中心的中控服务器，一般的互联网上的客户端可以通过访问中控 服务器进行数据下载，获取监控图像。 视频图像数据经由固定点通过联通基站上传到监控中心的中控服务器，由解码 器输出的图像可以输入到监控矩阵，达到与现有监控系统完全整合的目的。而同时 其它客户端则是通过互联网或者局域网连入到中控服务器取得图像数据，进行实时 监控。 第 3 章 系统设计 7 3.3 15B 功能概述 3.3.1 25B 采集器 完成无线移动视频图像的编码、解码实现本地和远程无线网络对的云台控制， 要求能确保图像连续长时间不间断发射，提供较高的带宽，使信号传输的延时控制 在较小的范围内，保证监控中心的接收端获得较高的图像质量。 ? 使用 12V 电源，可由风光互补系统或市电系统供电； ? 通过同轴电缆将摄像枪（或摄像机）的模拟视频数据源采集，自动识别接 入的视频制式； ? 通过专用的视频压缩模块对接入的模块视频数据源进行 A/D 转换； ? 为减少数字化后的文件长度，对数字视频数据进行 H.264 格式编码压缩； ? 将经过监控主机压缩后数据无线数据上传； ? 接受通过远程通过网络下发的云台控制指令； ? 接本地主机通过标准串口或者其它标准接口输出的云台控制指令； ? 接入专用键盘可以在键盘上进行控制云台； ? 云台控制速度可调，速度控制在本地及远程均可以实现； ? 监控视频可以本地的人机交互界面上显示； ? 系统运行参数远程可调。 3.3.2 26B 服务器 对无线视频监控系统的中控平台控制软件的功能要求如下： ? 用户管理：包括有采集端用户验证及系统客户端用户验证，通过采用系统 唯一标识的方式进行系统用户管理，所有的中控平台用户登入系统之前， 都必须进行身份验证，不得以其他任何形式接入系统。 ? 操作权限管理：中控平台可以定义不同级别的用户操作权限，细化至可定 义不同监控客户端的资源使用权限。 第 3 章 系统设计 8 ? 数据转发：在多个采集端及解码器同时在线的情况下，自动分辨设备的在 线情况，将采集端的数据转到不同的解码器进行解码； ? 全局同步： 在中控平台管理程序里面， 可进行系统级别设备 （包括客户端） 的全局参数步同步，包括时间同步、软件同步、参数同步； ? 采集端管理： 可以在中控平台对采集编码器进行远程管理， 包括状态管理、 传输管理、参数管理、采集编码器的软件管理等； ? 客户端管理：通过中控平台实现远程对客户端进行管理，包括状态管理、 传输管理、客户端参数管理及客户端软件的管理等； ? 解码器管理：在中控平台可以对解码器进行管理，包括状态管理、状态显 示、传输管理、与采集编码器的配对关系管理及解码器的软件级别的更新 管理等； ? 系统设置：在中控平台对系统的不同终端包括采集前端及解码器的系统各 类系统运行参数进行统一的设置管理； ? 中心服务器管理：中控平台必具有自身状态管理功能； ? 图像解码功能：中控平台可以对采集端的上传数据进行解码前进行图像回 放； ? 消息管理：系统的运行状态、运行情况等均使用大量的消息进行显示，另 外可以在中心与采集端或者是客户之间进行 IM 消息通讯； ? 存储管理：可以对系统的数据进行存储管理，包括录像、图片的删除、备 份等。 3.3.3 27B 客户端 客户端主要实现在远程对监控管理中心的数据下载及查看功能，利用它来实现 在远程对监控点的图像、图片查看功能。并且通过远程客户端，也能够实现监控中 心具有的功能，包括对现场设备的功能控制、变焦对焦等。 远程监控客户端主要有两大类型，分别是： ? IBM 兼容 PC 客户端； ? 手持式监控客户端，即 PDA； 第 3 章 系统设计 9 IBM 兼容 PC 客户端在使用时要求该 PC 必须能够连入到互联网，而对于 PDA 客户端则是要求处于无线网络供应商的覆盖范围。对于 PDA 客户端来说，如果该地 区处于联通网络的信号弱区，则会引起图像暂时卡滞问题。 客户端功能列表如下： ? 用户认证管理；非法用户将不能使用本客户端。采用多重认证手段保证系 统的安全性； ? 设备唯一性标识管理；每个设备、用户均在系统中具备有唯一标识符，防 止重登陆； ? 监控图像数据下载：实现基本的监控数据下载功能； ? 监控指令下载：接收指令，完成系统的信息交互； ? 现场设备控制：可以远程控制现场的设备，例如转向或者变焦等； ? 监控视频图像回放控制：监控数据下载完成后可以在客户端进行回放，并 进行回放控制，例如图像的放大缩小； ? 录像文件管理：基本录像文件管理； ? 录像文件回放；在客户端可以实现监控录像数据的保存、回放。 3.3.4 28B 风光互补 风光互补供电系统是针对无线视频监控固定点在部署过程中，为解决在实际情 况中受条件限制，存在供电问题而提出的监控固定点采集前端供电解决方法。 风光互补发电系统由太阳电池板、小型风力发电机组、控制器装置、蓄电池组 和逆变器等几部分组成，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性 第 3 章 系统设计 10 非常重要。一般来说，系统配置应考虑以下几方面因素： ? 用电负荷的特征 发电系统是为满足用户的用电要求而设计的，要为用户提供可靠的电力，就必 须认真分析用户的用电负荷特征。 主要是了解用户的最大用电负荷和平均日用电量。 最大用电负荷是选择系统逆变器容量的依据，而平均日发电量则是选择风机及光电 板容量和蓄电池组容量的依据。 ? 太阳能和风能的资源状况 项目实施地的太阳能和风能的资源状况是系统光电板和风机容量选择的另一个 依据，一般根据资源状况来确定光电板和风机的容量系数，在按用户的日用电量确 定容量的前提下再考虑容量系数，最后光电板和风机的容量。 风光互补发电系统是无线视频固定点监控在无法铺设电缆的情况下最合理的独 立电源供电方式，这种合理性表现在资源配置最合理，技术方案最合理，性能价格 最合理。正是这种合理性保证了无线视频系统固定点采集端的高可靠性。 3.4 16B 系统特点 无线监控与光纤监控系统相比，优势明显。包括有： ? 布网方式灵活，可扩展性好； ? 布网实施工程综合费用低，安装周期短，维护方便； ? 后期维护费用低， 无线网络采用公众信息服务资源， 免去了网络维护费用； ? 监控录像内容保存、编辑全数字化，有利于检索、查询方便； ? 安全性高，可以实现具有 ESSID、MAC 地址过滤及 WEP 加密等安全措施。 第 3 章 系统设计 11 3.5 17B 风光互补供电系统 ? 系统输入电压 DC12V ? 系统输出电压 AC220V/DC12V ? 系统输出功率：0.2K-5KW ? 运行状态：连续 ? 使用环境温度 -40+60 ? 环境湿度 85%(不结露) ? 风 机：额定风速 8.0m/s，额定功率 500w，自动过速保护； ? 太阳能电池板：额定功率 75 (WP)，额定电压(V) 16.8，额定电流(A) 4.46 第 4 章 系统优势 12 4.4. 系统优势 系统优势 4.1 18B 经济优势 系统所采用的无线通信链路由公众信息服务运营商（中国联通、中国移动等） 提供，无线通信网络的建设与维护均由运营商来完成，相对于传统的 CCTV 监控系 统，高速公路管理部门无需承担通信链路的铺设和维护的庞大支出。 固定点监控设备兼具硬盘录像机的功能，本系统的实施避免了建设单一固定点 录像机的重复投资。 此外，传统的 CCTV 监控系统投资巨大，而无线视频监控系统可实施对 CCTV 监控系统的补充和升级，对原有系统的功能进行深入地挖掘，实现了对监控图像的 远程无线查看，真正做到“将几千万的监控系统随身携带” ，这无疑是原有监控系统 的巨大增值。 风光互补的无线视频固定点监控其经济优势更加明显，下表为风光互补与传统 电网供电成本核算对比。 供电方式 传统电网供电 风光互补供电 基本配置 无 小型风力发电机 太阳能电池板 太阳能板支架 风光互补控制器 蓄电池 设备柜 供电方式 变电站供电 小型风力发电机及太阳能 电池板供电 年平均电能消耗量 1000 度/年 （设备 按 80100W 计算） 零耗电（不耗常规能源） 年维护成本 无法预计 很低 线路施工 开挖电缆沟埋线不需输电线路 第 4 章 系统优势 13 按上表的成本进行计算，传统电网供电系统未将电缆成本考虑在内，以及电缆 被盗后重新铺设的成本。 风光互补供电系统的初期投资过大是其缺点，但其优点也比较明显，运行费用 低、少维护或免维护等，使其成为独立供电系统的首选。从经济性上来讲，当电网 距离为 10km 以上时，常规电网供电成本大于太阳能发电和风力发电的成本。 4.2 19B 应用优势 4.2.1 29B 方便可靠的供电方式 单纯的风电和光电系统都存在一个共同的缺陷，就是资源的不确定性导致发电 与用电负荷的不平衡，而发电量受天气的影响很大，蓄电池组长期处于亏电状态， 这也引起蓄电池组使用寿命的降低。 由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电 独立系统在资源上的缺陷。风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源 条件进行系统容量的合理配置，即可保证系统供电的可靠性，又可降低发电系统的 造价。无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补发电系统都可做出最优化的 系统设计方案来满足用户的要求。 4.2.2 30B 全方位的外场设备监控 外场机电设备可能因车祸、盗窃或雷击等原因造成损坏。采用固定式无线监控 设备作为临时监控点，不但可以保证正常监控不受影响，还可将现场的损失情况用 视频信息详实记录保存，为今后处理赔偿时提供证据。 在进行重要机电设备的维护或维修时，可通过移动式无线监控系统与外地技术 人员实时交流，实现远程技术支持。保存的各种机电事故处理过程和维护操作等视 频信息也可作为今后指导案例或培训资料。 由于无线视频监控系统是一种建立在新兴技术基础上的系统集成应用，系统的 后期培训及维护工作相对比较重要，因此要求设备供应商具备较强的系统研发、集 成及产品的后期跟踪维护能力， 无线监控系统的远程通讯正好能满足这类应用需求。 第 4 章 系统优势 14 4.2.3 31B 灵活的监控信息获取 无线监控不仅实现了突发事件和日常运营过程中现场情况的及时获取，还满足 了投资者、业主和各级领导的查看需求，实现了信息化高速公路管理。无线监控系 统具备对现有监控系统兼容的能力， 不但可通过 INTERNET 网络利用计算机根据相 应的权限查视频监控图像， 还可通过无线 CDMA 网络利用手持终端(PDA)进行查看， 满足了现代化移动办公需求。 投资者、业主和各级领导可通过无线视频监控系统对高速公路运营状况和各类 突发事件现场情况及时了解，使其监督、管理、指导作用得到及时充分的发挥，体 现了对高速公路管理工作的理解和支持。 4.2.4 32B 方便的出行信息服务 无线视频监控系统的使用，使管理所需的信息更加及时、准确，加快了高速公 路管理部门的处理速度，迅速发布阻塞、改道、行车注意事项等信息，减少车辆等 待时间，提高车辆通行的安全性、避免不必要的纠纷发生。 此外，本系统还支持高速公路的实时交通情况进行网络发布，方便社会大众查 询当前交通情况， 提升管理部门的社会形象， 提高了高速公路交通运输的社会效益。 第 5 章 典型应用 15 5.5. 典型应用 典型应用 5.1 20B 方案一：风光互补的无线视频固定点应用 5.1.1 33B 技术简介 风光互补无线监控固定点是无线视频监控系统应用的重点之一，而其供电系统 的性能优劣将直接决定监控前端系统的成败。 在风光互补供电系统的设计上，主要采用以下技术路线： ? 考察监控设备安装地的太阳能、风能资源情况。如：当地年平均日照时数、 一年中逐月平均日照数数，一年中逐月平均风速、台风情况等； ? 调查负载使用情况。监控设备光源功率、光源性质、使用时间等； ? 太阳能光伏、风能发电系统的最佳配比，系统的优化设计问题； ? 太阳能、风能充放电控制系统设计，包括最大功率跟踪、光控、时控、风机 的保护功率等。 5.1.2 34B 设计与安装 风光互补供电系统由太阳电池组件构成的太阳电池方阵、 太阳能充电控制装置、 逆变器、蓄电池组、风力发电机等构成。太阳电池方阵在晴朗的白天把太阳光能转 换为电能，给负载供电的同时，也给蓄电池组充电；在有风的情况下，也可以通过 风力发电机给蓄电池充电，在无光照、无风时，由蓄电池给摄像机供电。 无线网络视频监控系统的功耗不包括云台及摄像枪的情况下仅为 25W，充分保 证了利用风光互补供电的可行性，而可靠的供电系统可保证为每一个监控点的前端 所有设备提供 72 小时的电力。下图是一个风光互补的实施图： 第 5 章 典型应用 16 5.2 21B 方案二：市电供电的无线视频固定点应用 作为有线监控系统的有效补充形式，市电供电下的无线网络视频固定点亦能够 应用在一些有线监控系统的监控盲点或者是临时性的监控区，既以减少投资，在需 要时又能起到监控的作用。 无线网络视频监控固定点，它既不会影响现有的监控系统，也不受到现有监控 系统的光纤布局设计的制约。理论上它可以安装在任何位置，但是为了避免资源浪 费，市电供电无线固定监控点的选取一般建议遵循以下两点原则： ? 现存监控系统的监控盲点：此类监控盲点由于原来有线监控系统在设计时 未有设计进去，导致产生盲点、盲区。而在后来高速公路的运营过程中发 现这些盲点区域是有必要进行视频监控的，这类地点可作为候选地点。 ? 临时监控点：高速公路的某些路段在因为天气或者是施工的原因，该路段 需要进行临时性质的监控，但是这个监控点不会长期存，随着气候变化或 第 5 章 典型应用 17 者是工程完工，监控点均有可能拆除。这一类监控点也可以作为固定式无 线网络视频监控点的候选点之一。 总之，市电供电的无线视频固定点强调的是对现有有线监控系统的有益补充， 增强了监控系统的扩展性。此外，市电供电无线监控点也可用于临时性监控等。 第 6 章 行业解决方案 18 6.6. 行业解决方案 行业解决方案 6.1 22B 桥梁安全监控 为加强各城市之间的交通连接，提高城际出行速度，我国在很多江河流域上建 设了跨江、跨河甚至是跨海大桥。这些桥梁对于提高居民生活水平，发展国民经济 起到很好的促进作用。 如虎门大桥，它连接珠江东、西两岸，我省东、西翼的重要交通枢纽，是贯穿 深圳、珠海、香港、澳门的咽喉，它的建成，可使东莞、深圳及粤东地区到珠海、 中山江门粤西地区的交通无须绕道，行车里程可缩短一百二十多公里，对我省的经 济发展和珠江三角洲的腾飞有着十分重要的意义。 但是由于一些桥梁并没有完善的视频监控系统，即使有也图像也仅能在桥梁管 理中心查看，信息不能共享。当桥梁出现各种问题时，容易造成交通堵塞，甚至是 引发交通事故。例如广东今年 6 月份的某大桥意外断裂事故，造成经济损失约 3 亿 元人民币。 第 6 章 行业解决方案 19 桥梁通讯网络的特殊性，使到无线视频监控系统在其应用上存在明显的优势， 监控内容包括桥梁的安全隐患监控、运行监控甚至事故现场布控等。 无线视频不需要敷设管线，不会破坏