河道、港口无线视频监控系统解决方案

一、项目背景及用户需求

1、项目背景：
    随着经济的发展，港口内陆河流与近海流域的船只不断增加，作业越来越繁忙。海域附近的各种船只由于作业繁忙，事故也不断增加，如何更好的管理河流与近海内附近船只的安全运行成了海洋渔业主管部门的一个急需解决的问题。
   由于船是在河流及近海附近作业，如何将船的时时视频信息传回监控中心，远程对作业船只进行监控。掌握船只工作的第一手信息，保证河流及近海附近航道的安全有序的运作，配合整个社会的和谐发展。
   本系统采用先进的无线视频传输技术，同时支持C/S结构的客户端监控和B/S结构的IE浏览器监控，还支持手机随时随地移动监控。    
                                                                                 
2、用户需求：
   苏州新导信息科技有限公司在与用户充分沟通之后， 计划在各河道安装无线网络视频监控和河道水位遥测设备，在监控中心安装远程监控系统，因为监控点都在较偏远的山区、野外，没有宽带传输条件，如果租用光纤则费用太高，所以，主干传输网络选用WLAN无线视频监控技术，配合目前疾速发展的3G数据传输技术、CDMA无线监控技术，完全可以满足常规的视频监控需求。
    纵观目前无线传输技术，利用WLAN传输方案是最为经济实用运行稳定的，此系统利用目前最有优势的基于2.4G频段的Wifi无线数据传输技术。该系统以高效率图像的压缩算法为手段，以Wifi无线传输作为数据传输方式，通过现场终端和监控中心的信息交互，实现对远程作业现场的有效实时图像监控。线方案进行视频传输。视频采用D1格式传输、每路视频图像码流为1-1.5Mbps。

二、项目建设技术方案

（一）、系统设计规划
1、系统带宽计算：根据需求描述，以项目有15个内陆监控点（每个船只监控点使用4只监控摄像机）为例，视频预计视频使用D1（高清视频格式）格式传输，视频码流为2Mbps，只有视频码流达到2Mbps的时候，才能保证在监控中心解码输出高质量的视频画面，但码流高，如果网络丢包就会出现马赛克图像或者图像卡壳。 
2、接入点设计：接入点架设应遵循：a、应建立在航道沿线能够无遮挡直视河道的地点；b、能够建立制高点的监控地点。
3、无线设备选型 ：由于监控图像属于固定传输，建议使用外接天线型远端无线收发器或者无线DVS外接定向天线，以避免在传输过程中无线图像的失真等等问题，加强点对多点的无线传输。
4.接入点无线设备选型：由于河道的地理位置以及制高点不相同，前端设备的天线则使用定向型天线，使无线收发器设备能无死角的与覆盖网络建立无线传输链路，达到无线视频数据传输的最好效果。
5.船载摄像机选型：由于设备长期处于户外，潮湿、阴冷的环境中，建议使用，防水，防雾的一体化无线网络摄像机/无线网络视频服务器设备。由于项目监控点有可能需要音频输出需求，无线网络摄像机/无线网络视频服务器设备均支持音频输入输出功能。

（二）、无线视频监控结构图
 
                                                                 图1系统架构图
系统架设了VPN服务器，为监管部门开放视频监控端口和账号，使监管部门监控联动中心能通过公前端视频情况了解到最新的视频取阅以及视频控制、系统录像的检索、回放、下载等操作。
系统在监控中心部署了存储服务器，存储服务器配置了10T的存储空间，可实现无线监控点视频图像历史视频备份≥15天的需求。
系统所使用的网络摄像机及网络视频服务器设备采用H.264视频编码标准，图像达到D1（720*576）的分辨率，图像质量得到保证，船载网络视频服务器均带有基于G.722音频编码标准的音视频输入输出端子。

（三）、无线网络设计说明
 
                                                               图2 应用场景图
1、在河道两岸及附近岛屿沿岸安装15到30（根据具体公里数量进行设计）台54Mbps无线收发器外接120/60度扇区天线（天线选型视具体环境决定）实现对北岸至南岸两条航道北岸部分的无线覆盖；河道两岸根据现场情况进行无线设备安装，54Mbps无线收发器外接120/60度扇区天线（天线选型视具体环境决定）实现对南岸至北岸两条航道北岸部分的无线覆盖； 
2、在渡船、河道执法船渡船船载54M无线收发器设备，与两岸的覆盖设备建立无线链路，传输无线视频监控图像数据。 
工作原理： 
    a、一体化网络摄像机采集的模拟视频信号直接采用H.264进行数字化处理； 
    b、数字视频数据通过双绞线接入无线远端网桥; 
    c、无线远端网桥外接全向天线将视频流媒体数据传到相应的无线接入点。
3、河道沿线无线接入设备落地接入有线网络，将船载监控设备采集到的数字视频回传到江心码头监控指挥中心；

工作原理：
    a、无线接入设备通过与船载无线远端网桥建立通信，接收回传的数字视频；
    b、无线接入设备接入有线网络，江心码头监控指挥中心通过有线网络与河道沿线无线接入设备建立通信；
    c、无线接入设备通过有线网络与江心码头监控指挥中心服务器建立通信后，将数字视频图像传回监控中心。

（四）、河道无线监控点结构说明
 
                                                         图3 无线远程监控点架构图
河道无线远程监控点的结构如上图所示，包括无线传输系统、网络摄像机两部分。执法船只采用的防水，防震一体化网络摄像机采集到模拟视频信号，通过自身视频编码系统得到H.264格式的数字视频。无线传输系统包括无线远端网桥和外接全向天线，之间通过射频馈线进行连接。无线网桥与无线网络摄像机之间直接采用无线网络系统连接，数字视频通过无线远端网桥回传到河道沿线的无线接入点。

（五）、频率干扰处理的考虑
    根据目前国内外固定无线宽带接入系统的建设经验，固定宽带无线接入系统干扰源主要来自系统内部的干扰和相邻系统间的干扰。对于系统内部以及相邻系统之间的同道、邻道干扰抑制能力主要取决于系统的载干比(C/I)。
    对于系统内部，可能的干扰有相邻扇区间的邻道干扰和相隔扇区间的同频干扰。克服系统内部干扰的主要手段是采用合理的频率规划方案及发射天线的极化方式。对邻道干扰，扇区之间最严重的干扰频率是两个相邻的载频点。在网络规划时期，通过采用合理的频率规划方案，调整天线的极化方式以减少邻道干扰的影响。对相隔扇区的同频干扰，在系统组网中目前主要采用背对背的频率2次复用，通过有效控制天线的前后比及天线的极化方式，来消除同频干扰。同时在满足系统传输指标的前提下，尽可能地降低基站发射功率使得不同基站间越区干扰电平降到最低。同时选择高性能天线，调整天线方向，合理设计扇区布局。尽可能地利用建筑物的阻挡以降低不同蜂窝之间的干扰。
    对于来自系统外部干扰，在站址选择时，要对地形、天线方位以及其它链路来的干扰等进行考虑，需要避开雷达、散射通信系统以及卫星通信等系统的外界干扰源。 因此对于干扰问题的解决，传播设计在无线网络规划中是至关重要的。而在给定路径和当地气候条件下，天线高度是传播控制的唯一手段，具体方法的选用需根据实际情况而定。当覆盖区域不重叠时，以邻道C/I作为干扰计算的依据；对于覆盖区域重叠情况，应保证基站之间保持足够的垂直和水平距离，并与干扰者协调，要求其降低功率，减轻干扰。
    对于我们目前建设的网络来说，由于地处偏远，频谱较为干净，系统间干扰很少。主要干扰将来自系统内干扰。因此我们在前期规划时，根据现场实际情况，充分利用地形地貌，做好频率规划，合理的选择站址和天线的运用，将能很好的提高系统的性能。