河道、港口無(wú)線(xiàn)視頻監控系統解決方案

一、項目背景及用戶(hù)需求

1、項目背景：
    隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，港口內陸河流與近海流域的船只不斷增加，作業(yè)越來(lái)越繁忙。海域附近的各種船只由于作業(yè)繁忙，事故也不斷增加，如何更好的管理河流與近海內附近船只的安全運行成了海洋漁業(yè)主管部門(mén)的一個(gè)急需解決的問(wèn)題。
   由于船是在河流及近海附近作業(yè)，如何將船的時(shí)時(shí)視頻信息傳回監控中心，遠程對作業(yè)船只進(jìn)行監控。掌握船只工作的第一手信息，保證河流及近海附近航道的安全有序的運作，配合整個(gè)社會(huì )的和諧發(fā)展。
   本系統采用先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)視頻傳輸技術(shù)，同時(shí)支持C/S結構的客戶(hù)端監控和B/S結構的IE瀏覽器監控，還支持手機隨時(shí)隨地移動(dòng)監控。    
                                                                                 
2、用戶(hù)需求：
   蘇州新導信息科技有限公司在與用戶(hù)充分溝通之后， 計劃在各河道安裝無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻監控和河道水位遙測設備，在監控中心安裝遠程監控系統，因為監控點(diǎn)都在較偏遠的山區、野外，沒(méi)有寬帶傳輸條件，如果租用光纖則費用太高，所以，主干傳輸網(wǎng)絡(luò )選用WLAN無(wú)線(xiàn)視頻監控技術(shù)，配合目前疾速發(fā)展的3G數據傳輸技術(shù)、CDMA無(wú)線(xiàn)監控技術(shù)，完全可以滿(mǎn)足常規的視頻監控需求。
    縱觀(guān)目前無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，利用WLAN傳輸方案是最為經(jīng)濟實(shí)用運行穩定的，此系統利用目前最有優(yōu)勢的基于2.4G頻段的Wifi無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)。該系統以高效率圖像的壓縮算法為手段，以Wifi無(wú)線(xiàn)傳輸作為數據傳輸方式，通過(guò)現場(chǎng)終端和監控中心的信息交互，實(shí)現對遠程作業(yè)現場(chǎng)的有效實(shí)時(shí)圖像監控。線(xiàn)方案進(jìn)行視頻傳輸。視頻采用D1格式傳輸、每路視頻圖像碼流為1-1.5Mbps。

二、項目建設技術(shù)方案

（一）、系統設計規劃
1、系統帶寬計算：根據需求描述，以項目有15個(gè)內陸監控點(diǎn)（每個(gè)船只監控點(diǎn)使用4只監控攝像機）為例，視頻預計視頻使用D1（高清視頻格式）格式傳輸，視頻碼流為2Mbps，只有視頻碼流達到2Mbps的時(shí)候，才能保證在監控中心解碼輸出高質(zhì)量的視頻畫(huà)面，但碼流高，如果網(wǎng)絡(luò )丟包就會(huì )出現馬賽克圖像或者圖像卡殼。 
2、接入點(diǎn)設計：接入點(diǎn)架設應遵循：a、應建立在航道沿線(xiàn)能夠無(wú)遮擋直視河道的地點(diǎn)；b、能夠建立制高點(diǎn)的監控地點(diǎn)。
3、無(wú)線(xiàn)設備選型 ：由于監控圖像屬于固定傳輸，建議使用外接天線(xiàn)型遠端無(wú)線(xiàn)收發(fā)器或者無(wú)線(xiàn)DVS外接定向天線(xiàn)，以避免在傳輸過(guò)程中無(wú)線(xiàn)圖像的失真等等問(wèn)題，加強點(diǎn)對多點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)傳輸。
4.接入點(diǎn)無(wú)線(xiàn)設備選型：由于河道的地理位置以及制高點(diǎn)不相同，前端設備的天線(xiàn)則使用定向型天線(xiàn)，使無(wú)線(xiàn)收發(fā)器設備能無(wú)死角的與覆蓋網(wǎng)絡(luò )建立無(wú)線(xiàn)傳輸鏈路，達到無(wú)線(xiàn)視頻數據傳輸的最好效果。
5.船載攝像機選型：由于設備長(cháng)期處于戶(hù)外，潮濕、陰冷的環(huán)境中，建議使用，防水，防霧的一體化無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )攝像機/無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器設備。由于項目監控點(diǎn)有可能需要音頻輸出需求，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )攝像機/無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器設備均支持音頻輸入輸出功能。

（二）、無(wú)線(xiàn)視頻監控結構圖
 
                                                                 圖1系統架構圖
系統架設了VPN服務(wù)器，為監管部門(mén)開(kāi)放視頻監控端口和賬號，使監管部門(mén)監控聯(lián)動(dòng)中心能通過(guò)公前端視頻情況了解到最新的視頻取閱以及視頻控制、系統錄像的檢索、回放、下載等操作。
系統在監控中心部署了存儲服務(wù)器，存儲服務(wù)器配置了10T的存儲空間，可實(shí)現無(wú)線(xiàn)監控點(diǎn)視頻圖像歷史視頻備份≥15天的需求。
系統所使用的網(wǎng)絡(luò )攝像機及網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器設備采用H.264視頻編碼標準，圖像達到D1（720*576）的分辨率，圖像質(zhì)量得到保證，船載網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)器均帶有基于G.722音頻編碼標準的音視頻輸入輸出端子。

（三）、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )設計說(shuō)明
 
                                                               圖2 應用場(chǎng)景圖
1、在河道兩岸及附近島嶼沿岸安裝15到30（根據具體公里數量進(jìn)行設計）臺54Mbps無(wú)線(xiàn)收發(fā)器外接120/60度扇區天線(xiàn)（天線(xiàn)選型視具體環(huán)境決定）實(shí)現對北岸至南岸兩條航道北岸部分的無(wú)線(xiàn)覆蓋；河道兩岸根據現場(chǎng)情況進(jìn)行無(wú)線(xiàn)設備安裝，54Mbps無(wú)線(xiàn)收發(fā)器外接120/60度扇區天線(xiàn)（天線(xiàn)選型視具體環(huán)境決定）實(shí)現對南岸至北岸兩條航道北岸部分的無(wú)線(xiàn)覆蓋； 
2、在渡船、河道執法船渡船船載54M無(wú)線(xiàn)收發(fā)器設備，與兩岸的覆蓋設備建立無(wú)線(xiàn)鏈路，傳輸無(wú)線(xiàn)視頻監控圖像數據。 
工作原理： 
    a、一體化網(wǎng)絡(luò )攝像機采集的模擬視頻信號直接采用H.264進(jìn)行數字化處理； 
    b、數字視頻數據通過(guò)雙絞線(xiàn)接入無(wú)線(xiàn)遠端網(wǎng)橋; 
    c、無(wú)線(xiàn)遠端網(wǎng)橋外接全向天線(xiàn)將視頻流媒體數據傳到相應的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)。
3、河道沿線(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入設備落地接入有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，將船載監控設備采集到的數字視頻回傳到江心碼頭監控指揮中心；

工作原理：
    a、無(wú)線(xiàn)接入設備通過(guò)與船載無(wú)線(xiàn)遠端網(wǎng)橋建立通信，接收回傳的數字視頻；
    b、無(wú)線(xiàn)接入設備接入有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，江心碼頭監控指揮中心通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與河道沿線(xiàn)無(wú)線(xiàn)接入設備建立通信；
    c、無(wú)線(xiàn)接入設備通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與江心碼頭監控指揮中心服務(wù)器建立通信后，將數字視頻圖像傳回監控中心。

（四）、河道無(wú)線(xiàn)監控點(diǎn)結構說(shuō)明
 
                                                         圖3 無(wú)線(xiàn)遠程監控點(diǎn)架構圖
河道無(wú)線(xiàn)遠程監控點(diǎn)的結構如上圖所示，包括無(wú)線(xiàn)傳輸系統、網(wǎng)絡(luò )攝像機兩部分。執法船只采用的防水，防震一體化網(wǎng)絡(luò )攝像機采集到模擬視頻信號，通過(guò)自身視頻編碼系統得到H.264格式的數字視頻。無(wú)線(xiàn)傳輸系統包括無(wú)線(xiàn)遠端網(wǎng)橋和外接全向天線(xiàn)，之間通過(guò)射頻饋線(xiàn)進(jìn)行連接。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )攝像機之間直接采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統連接，數字視頻通過(guò)無(wú)線(xiàn)遠端網(wǎng)橋回傳到河道沿線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)。

（五）、頻率干擾處理的考慮
    根據目前國內外固定無(wú)線(xiàn)寬帶接入系統的建設經(jīng)驗，固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入系統干擾源主要來(lái)自系統內部的干擾和相鄰系統間的干擾。對于系統內部以及相鄰系統之間的同道、鄰道干擾抑制能力主要取決于系統的載干比(C/I)。
    對于系統內部，可能的干擾有相鄰扇區間的鄰道干擾和相隔扇區間的同頻干擾。克服系統內部干擾的主要手段是采用合理的頻率規劃方案及發(fā)射天線(xiàn)的極化方式。對鄰道干擾，扇區之間最嚴重的干擾頻率是兩個(gè)相鄰的載頻點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò )規劃時(shí)期，通過(guò)采用合理的頻率規劃方案，調整天線(xiàn)的極化方式以減少鄰道干擾的影響。對相隔扇區的同頻干擾，在系統組網(wǎng)中目前主要采用背對背的頻率2次復用，通過(guò)有效控制天線(xiàn)的前后比及天線(xiàn)的極化方式，來(lái)消除同頻干擾。同時(shí)在滿(mǎn)足系統傳輸指標的前提下，盡可能地降低基站發(fā)射功率使得不同基站間越區干擾電平降到最低。同時(shí)選擇高性能天線(xiàn)，調整天線(xiàn)方向，合理設計扇區布局。盡可能地利用建筑物的阻擋以降低不同蜂窩之間的干擾。
    對于來(lái)自系統外部干擾，在站址選擇時(shí)，要對地形、天線(xiàn)方位以及其它鏈路來(lái)的干擾等進(jìn)行考慮，需要避開(kāi)雷達、散射通信系統以及衛星通信等系統的外界干擾源。 因此對于干擾問(wèn)題的解決，傳播設計在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )規劃中是至關(guān)重要的。而在給定路徑和當地氣候條件下，天線(xiàn)高度是傳播控制的唯一手段，具體方法的選用需根據實(shí)際情況而定。當覆蓋區域不重疊時(shí)，以鄰道C/I作為干擾計算的依據；對于覆蓋區域重疊情況，應保證基站之間保持足夠的垂直和水平距離，并與干擾者協(xié)調，要求其降低功率，減輕干擾。
    對于我們目前建設的網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，由于地處偏遠，頻譜較為干凈，系統間干擾很少。主要干擾將來(lái)自系統內干擾。因此我們在前期規劃時(shí)，根據現場(chǎng)實(shí)際情況，充分利用地形地貌，做好頻率規劃，合理的選擇站址和天線(xiàn)的運用，將能很好的提高系統的性能。