水电施工现场无线视频监控系统方案设计探讨

摘要：在水电工程施工过程中，设置视频监控系统的主要目的是将施工现场的施工视频画面传送至后方办公管理区域，施工管理人员可以通过视频监控对工程施工的实时情况进行及时的了解与掌握，提高管理效率与效果，并能有效发挥防盗作用，因此本文提出一种基于无线局域网无线视频监控系统，具体介绍系统的组成与配置方案。

关键词：水电施工；现场；无线视频监控系统

中图分类号： [TM622] 文献标识码： A 文章编号：

在无线视频监控系统中包含了多种数字技术，比如计算机网络技术、通信技术、视频处理技术、流媒体及自动化技术等等，其属于一种以网络为基础的监控系统。在实际水电施工现场，无线视频监控系统要结合工程的实际需求进行方案设计。本文以某水电工程为例，提出以多媒体数字压缩及无线局域网技术来实现监控的设计方案，整个系统共分为监控前端、网络传输及监控中心等三个部分。

一、监控前端

在设置监控点时要参照各施工场所的状态及分布来进行，监控前端的的主要作用是进行图像采集，将采集到的图像数据进行压缩处理，再向监控中心的服务器传输。通常水电施工现场的钢筋、预制、模板、车场、拌和楼系统等工作场所需要设置监控装置，其中部分场所设置了有线视频监控系统，不过需要增加无线传输子系统才能实现与外界的通信。每个监控点包括四个部分，即无线传输模块、视频服务器、云台系统及摄像机等。在运行过程中，摄像机在采集到现场视频后，输出模拟视频信号，然后通过与视频服务器相连的视频连接线将视频信号传输致视频输入端；云台解码器通过控制线连接视频服务器的接口，可以接收到来自于监控中心的控制命令，也可以接收视频服务器传输过来的控制信息，然后再根据相应的控制命令驱动控制云台及摄像机等，令其完成旋转、变焦等控制命令。视频服务器中还设置有网络接口，其利用网络连接线连接无线传输模块，再用定向天线发送信息。由下图1可以直观的看出监控前端的结构组成：

图1：监控前端的组成结构

下面针对图中各部分结构进行分别介绍：

首先为视频服务器，其是整个监控前端的核心结构。视频服务器的主要作用是对音频、视频数据进行编码处理。在水利施工现场需要采集的模拟视频数据很多，相应的需要进行数模转化的数据量也非常大，所以对编码技术的要求就比较高，要求其应能在满足网络传输要求的技术指标的前提下进行高压缩比的编码，才能满足网络传输的要求。本工程联合视频工作组所采用的是H1264编码技术，其以H1263为基础，增加了更加复杂的运算，不仅可以有效降低码流，而且可以提高画面质量，实现了以现有带宽条件为前提的多种网络视频服务器的应用。比较而言，在重建图像质量相同的条件下，H1264与H1263相比，前者的码率至少可以节约一半，与根据MPEG4实现的视频格式相比，其在性能方面至少可以提高33%。

其次为摄像机与云台系统。摄像机的主要作用是对水利工程施工现场进行全天候、实时性的监控，在本工程中采用的是超低照度彩转黑专业摄像机，不仅可以在白天光线条件较充足的情况下提供高彩色监控画面，即使在晚上光线条件不好的情况上，借助辅助照明系统也可以提供比较清晰的黑白监控图像。由此可见，需要在光线不足的情况下采用辅助照明设备，以满足系统全天候、实时性的现场监控要求。现在市场上应用最广泛的辅助照明设备多为红外光源，不过其存在照射距离短、功耗高且效率低等问题，在远距离夜视条件下不适用。为解决这一不足，本系统采用的是红外光源与近红外激光光源相结合的方案，红外激光器不仅线性好，而且经过特制的光学发散系统可以将激光光束进行发散，并根据实际环境任意调整发散角度与照射方向，所以100m以内的近距离采用红外光源，而大于100m的远距离则采用近红外激光光源。

最后，其它设备。除上述主要设备外，还包括一些其它设备，比如镜头、防护罩、备用电源、防盗及断电报警探头、环境监测设备等等，在选择这类设备时需要注意水电工程施工过程中一些比较特殊的环境因素，比如气象条件、防爆条件、粉尘等。

二、网络传输模块

在进行网络传输模块的设计时，必须兼顾到系统结构的合理性与稳定性，还要考虑工程成本及后续的系统维护等。本工程中结合工程施工现场的实际情况选择有线与无线相结合的组网方式，其中无线网络设置于不便铺设线缆或频繁调整位置的监控点，网络传输模块的主要作用是实现视频图像信号与控制信号的传输，在本系统方案中采用了网络摄像机，可以利用计算机网络传输图像与控制信号，所以可以说网络传输模块即为原计算机网络和网络到摄像头的延伸；而诸如监控中心等位置则采用有线网络。网络传输模块采用的是双向传输模式，向监控中心传输的上行数据包括视频信号与报警信号，而下行数据则包括控制信号与语音信号。针对监控区域至网络接入点比较远的距离，采用光纤传输，由电信公司架设线路，再租用电信公司的线路，选择单纤数字光端机可以有效降低系统成本，通过一芯光缆实现数据的收发。

三、监控中心

监控中心的硬件系统包括视频服务器、矩阵主机、电视墙及磁盘阵列等，其主要作用是进行图像的录制、回放及保存。监控中心还配置数台视频服务器，其与监控前端的视频服务器互相对应、配套，每台视频服务器对应一个监控点，可以控制施工现场的摄像机；并且，通过视频服务器可以实现双向的报警功能，即从施工现场到监控中心、监控中心到施工现场。磁盘阵列的主要作用是将各个监控点的图像信息存储起来，根据实际需求对图像进行处理与查看。通过因特网可以实现监控中心与总部的通信连接，不同级别的管理人员对应不同的权限等级，登录系统即可对工程施工现场进行监控。

四、监控管理软件系统

由于本系统采用的是网络摄像机进行监控，并且摄像机上设置了独立的IP地址，所以接入网络的PC可以采用标准的网络浏览器直接访问即可，对施工现场的具体情况进行实时监控，并管理摄像机。不过需要注意两个问题，一是浏览器窗口每次只能显示一台设备，要观看多台设备必须将多个浏览器窗口同时打开，便捷性不足；另外一个问题则是由于摄像机本身集成的网页服务器处理能力十分有限，通常要限制访问才能保证图像质量与传输质量。针对该现象，可以通过监控管理软件来解决，以浏览多个设备图像，获得更好的显示效果。此外介绍索尼公司提供的RSM监控管理软件，在多点监视系统中，该软件可以实现多个网络摄像头的监控，并可以进行搜索、历史记录回放等操作。在计算机设备中安装RSM软件，连接网络后再与客户端系统相连接；服务器端安装RSM标准版，做好摄像头的注册与设置，再进行计算机、摄像头的共享配置；在客户端安装RSM控制器版本，可以实现服务器资源的共享，从而实现监控图像的查看与记录回放，并能根据实际需要对摄像头进行管理操作。客户端两种版本的最大区别在于功能方面的多少，浏览器版本只能进行图像和音频的监视与回放，而控制器版本除了上述功能外，还可以针对监控系统进行配置与调节。将系统软件的各个功能模块加载到监控中心的多媒体数据库服务机和客户机上，即可实现对整个工区的远程监控。

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