基于流媒體的視頻監(jiān)控技術(shù)在施工工程中的應(yīng)用

摘要:視頻監(jiān)控技術(shù)在施工工程中具有十分重要的作用，可對施工現(xiàn)場重要目標(biāo)進(jìn)行集中監(jiān)控，使管理指揮部門實(shí)時了解現(xiàn)場情況，確保施工現(xiàn)場安全保質(zhì)高效。隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，無線流媒體技術(shù)已成為視頻傳輸中的重要方式。對基于流媒體的視頻監(jiān)控技術(shù)在施工工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，概述了視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了一種基于流媒體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對其網(wǎng)絡(luò)分層模型和系統(tǒng)功能組成進(jìn)行了闡述，對施工工程中視頻監(jiān)控技術(shù)的建設(shè)和發(fā)展具有一定的積極意義。

關(guān)鍵詞:視頻監(jiān)控;流媒體;施工工程

中圖分類號:TN948文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)14-3779-02

Application of Video-monitoring Technique Based on Streaming Media to Engineering Projects

LI Wan-hong

(No.2 Engineering Construction Co. Ltd. China Railway Engineering Bureau 5， Hengyang 421002， China)

Abstract: Video-monitoring technique plays a very important role in engineering projects. It can monitor the important targets in the engineering site， make the administrator know the situation on spot， and make sure that the engineering safely and efficiently. With the development of Internet， wireless streaming media technique has become an important way to video transmission. The application of video-monitoring technique based on streaming media to engineering projects is studied. The development of video-monitoring technique is summarized， a system of video-monitoring based on streaming media is proposed， and its network layered model and function components are discussed. The results have some value in the construction and development of video-monitoring technique in engineering projects.

Key words: video-monitoring; streaming media; engineering project

1 引言

隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)今分布式多媒體應(yīng)用(如視頻會議、視頻點(diǎn)播、IP可視電話、遠(yuǎn)程教育)不僅包含文本數(shù)據(jù)信息，還包括語音、圖形、圖像、視頻等各種類型的多媒體應(yīng)用。為了適應(yīng)視頻數(shù)據(jù)的傳輸要求，流媒體技術(shù)應(yīng)用而生。人們對流媒體的需求日益增加。流媒體技術(shù)使用需求將越來越廣泛。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，為了滿足用戶實(shí)時性的需求，對視頻數(shù)據(jù)的傳送也采用了流媒體技術(shù)[1]。

施工現(xiàn)場采用視頻監(jiān)控技術(shù)，目的是通過遠(yuǎn)距離實(shí)時監(jiān)控，結(jié)合先進(jìn)的行為自動分析和報警機(jī)制軟件，對施工工地的重要區(qū)段、重點(diǎn)隧道大橋等目標(biāo)進(jìn)行集中監(jiān)控，使管理指揮部門實(shí)時了解現(xiàn)場情況，及時發(fā)現(xiàn)異常情況和采取有效措施，安全監(jiān)控可以讓安全事故防范于未然，盡量杜絕安全事故發(fā)生，杜絕工程質(zhì)量的惡性事件發(fā)生，降低項(xiàng)目職工的勞動強(qiáng)度和難度，確保施工現(xiàn)場的施工安全和工程質(zhì)量;同時在事故災(zāi)害發(fā)生時可作為應(yīng)急救援的輔助手段，為決策提供依據(jù)[2-3]。本文對基于流媒體的視頻監(jiān)控技術(shù)在施工工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，概述了視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，提出了一種基于流媒體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對其網(wǎng)絡(luò)分層模型和系統(tǒng)功能組成進(jìn)行了闡述。本文的研究對施工工程中視頻監(jiān)控技術(shù)的建設(shè)和發(fā)展具有一定的積極意義。

2 視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展概述

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致可分為三個階段[4]:模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng);基于PC機(jī)數(shù)字化數(shù)據(jù)存儲視頻監(jiān)控系統(tǒng);基于快速網(wǎng)絡(luò)之上建造網(wǎng)絡(luò)專業(yè)視頻服務(wù)器的監(jiān)控系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)各個發(fā)展階段的原理基本相同，不同之處主要是由于電子硬件技術(shù)和軟件技術(shù)應(yīng)用能力不斷提高，每個階段都有各自優(yōu)缺點(diǎn)，只因每一代監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用和管理過程中優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，也為下一代監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了契機(jī)。第一代監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷是:硬件成本高;不利于建造維護(hù);技術(shù)上也不利于分布式綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn);監(jiān)控材料存儲主要靠磁帶，磁帶存儲雖然可長時間保存，但不利于回放視頻資料;回放耗時長。第二代監(jiān)控系統(tǒng)是基于PC的視頻監(jiān)控，在PC上增加視頻壓縮卡，結(jié)合外圍設(shè)備實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能。此結(jié)構(gòu)簡單，容易架設(shè)，數(shù)據(jù)數(shù)字化方式存儲于PC機(jī)硬盤中，方便視頻資料回放。但此系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)需要在高性能的公共操作系統(tǒng)之上，從而帶來各方面的不安全性及不穩(wěn)定行因素，此系統(tǒng)不宜在公共場合長時間開機(jī)，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，技術(shù)上很少利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)配合，因此很難實(shí)現(xiàn)分布式架設(shè)將所有監(jiān)控資料匯聚到一個中心點(diǎn)。第三代專業(yè)視頻監(jiān)控服務(wù)器的監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是借鑒第一、第二代技術(shù)及應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)同時避免其缺陷，它是基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上開發(fā)，可以在網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)過審核之后遠(yuǎn)程調(diào)用視頻資料，最重要的是，本系統(tǒng)充分利用微電子集成芯片，結(jié)合功能強(qiáng)大的專業(yè)視頻軟件，加上各類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)構(gòu)結(jié)合而成，有利于實(shí)現(xiàn)長時間、穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確、高清晰度的視頻監(jiān)控錄像，更便于實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的多主機(jī)分布，又可以在不就增加其它費(fèi)用的情況下，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將所有視頻資料匯聚到監(jiān)控中心室。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)引進(jìn)的新技術(shù)有[5]:1)視頻數(shù)據(jù)的壓縮解壓縮技術(shù)。視頻圖像的信息量是巨大的。視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)是數(shù)字化的關(guān)鍵，一般的壓縮方式主要是通過減少每幀圖像間上和空間上的冗余性和相關(guān)性信息來減少數(shù)據(jù)量。目前，常用的壓縮方案有H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、JPEG和小波等;2)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時同步傳輸技術(shù)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻數(shù)據(jù)往往需要實(shí)時處理。另外，聲音與視頻也必須保持同步。作為視頻傳輸這樣的特例，對時間十分敏感，因此，必須確保數(shù)據(jù)的實(shí)施性和同步性;3)紅外線成像技術(shù)。電磁波譜由產(chǎn)生和探測的輻射方法加以區(qū)分，可劃分出許多波長范圍，這些波長范圍稱為“波段”。電磁波譜的不同波段輻射之間都遵循著相同的法則，沒有本質(zhì)區(qū)別。唯一的區(qū)別僅在于波長不同;4)智能行為分析技術(shù)。智能行為分析視頻技術(shù)源自計算機(jī)視覺技術(shù)。計算機(jī)視覺技術(shù)是人工智能研究的分支之一，它能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計算能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容。視頻監(jiān)控中的智能行為分析技術(shù)主要是指:“自動的分析和抽取視頻源中的關(guān)鍵信息”。如果把攝像監(jiān)控頭看作人的眼睛，而視頻智能行為分析系統(tǒng)或設(shè)備則可以看作人的大腦。這種技術(shù)借助計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速分析，過濾掉用戶不關(guān)心的信息，僅僅為監(jiān)控者提供有用的關(guān)鍵信息。

3 基于流媒體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

流媒體技術(shù)就是把連續(xù)的音頻和視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮編碼后，放到專用的流媒體服務(wù)器上，讓用戶一邊下載一邊觀看，而不需要等待整個多媒體文件下載完成就可以即時觀看的技術(shù)。流媒體技術(shù)不是單一的技術(shù)，它是計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、電視技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)等多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉融合的產(chǎn)物。它涉及流媒體數(shù)據(jù)的采集、壓縮、存儲、傳輸以及網(wǎng)絡(luò)通信等多項(xiàng)技術(shù)。在涉及流媒體的多項(xiàng)技術(shù)中，同步問題是一個關(guān)鍵的技術(shù)。圖1所示的是流媒體同步的四層參考模型[1]。

基于流媒體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)際上是一個以多媒體技術(shù)為核心，涵蓋了工業(yè)控制、通信和計算機(jī)的較為復(fù)雜的綜合系統(tǒng)[7]。圖2為基于流媒體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分層模型，其中網(wǎng)絡(luò)層和傳輸曾主要負(fù)責(zé)服務(wù)器和客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸;會話層對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行管理，主要負(fù)責(zé)兩個互相通信的進(jìn)程之間建立、組織和協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸;表示層主要負(fù)責(zé)視頻流的解碼和播放;應(yīng)用層出于整個系統(tǒng)的最外層，直接面向具體用戶，用戶可以通過用戶界面進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。

基于流媒體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能組成結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要功能包括[8]:1)實(shí)時視頻監(jiān)控:在監(jiān)控終端上，接收來自前端的實(shí)時圖像;選擇不同的攝像機(jī);遙控云臺的轉(zhuǎn)動等;2)智能視頻分析:自動發(fā)現(xiàn)、識別和跟蹤畫面中的人、設(shè)備等目標(biāo);自動監(jiān)測入侵、逗留、盜竊等異常行為;用戶自定義規(guī)則，實(shí)時分析處理，多種軟硬件報警輸出機(jī)制;3)集中式數(shù)字視頻錄像:支持各種形式的數(shù)字視頻錄像，如計劃錄像等;4)報警聯(lián)動:實(shí)現(xiàn)設(shè)定報警聯(lián)動關(guān)系，在發(fā)生報警時啟動相應(yīng)設(shè)備;5)可視校驗(yàn):與常規(guī)四遙系統(tǒng)相配合，實(shí)現(xiàn)對某些必要的設(shè)備進(jìn)行可視化校驗(yàn)，其圖像還可方便地存入圖像數(shù)據(jù)庫中，作為歷史資料保存。

4 施工工程視頻監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)

一方面，通過Internet，公司領(lǐng)導(dǎo)、工程項(xiàng)目經(jīng)理以及相關(guān)管理人員能夠在辦公室、家中、外地隨時看到工地施工情況，掌握工程進(jìn)度，并能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)、指導(dǎo)工作，大大提高工作效率和管理水平，有效地節(jié)約管理費(fèi)用;另一方面，通過施工現(xiàn)場的視頻圖像和聲音，可以對現(xiàn)場的安全質(zhì)量狀況有一個全面的了解， 對一些安全隱患部位或過程(如工人不戴安全帽、不系安全帶、其它違反工地安全生產(chǎn)規(guī)定的其它安全隱患)通過圖像抓拍留下證據(jù)材料，對于必須立即制止的行為通過對講機(jī)、電話與現(xiàn)場管理人員聯(lián)系，由現(xiàn)場管理人員出面制止，還可以看施工工藝是否做到位，施工材料是否合要求;再者，安全宣傳，定期或不定期將工地現(xiàn)場的一些違規(guī)操作行為或其它安全宣傳材料剪輯成錄像，在全公司范圍內(nèi)對員工進(jìn)行宣傳教育，并對一些施工過程中可能出現(xiàn)的重大危險源和注意事項(xiàng)進(jìn)行講解，這樣一方面可以起到警示作用，一方面也做到了讓公司員工全面接受到安全教育，將安全教育工作更形象地深入到現(xiàn)場管理之中。

5 結(jié)論

近年來隨著網(wǎng)絡(luò)流媒體技術(shù)的普及，施工工程中的視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)支持流媒體的功能。目前該網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)正在快速開展。一方面，基于流媒體的視頻監(jiān)控技術(shù)可以更好地利用Internet的網(wǎng)絡(luò)資源;另一方面，通過網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，極大地提供了施工現(xiàn)場的管理水平，使施工工程的數(shù)字化信心和直觀形象化提升到了更高的層次。也為施工企業(yè)下一步的施工項(xiàng)目在信息技術(shù)管理上開辟了一條新的探索之路。可以預(yù)見，隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，基于流媒體的視頻監(jiān)控技術(shù)必將在今后的施工工程中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻(xiàn):

[1] 范俊輝.無線流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].西安電子科技大學(xué)，2006.

[2] 馮偉達(dá).青藏鐵路線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡介[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2007，4(4):48-50.

[3] 馮偉達(dá).青藏鐵路格拉段線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].鐵道通信信號，2007，43(9):50-51.

[4] 張勤常.視頻監(jiān)控在鐵路系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J].鐵路通信信號工程技術(shù)，2007，4(4):46-48.

[5] 王輝麟，蔣秋華，史天運(yùn)，等.智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路工程建設(shè)管理中的應(yīng)用[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2007，16(9):26-28.

[6] 陳雨.基于IPv6的視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].貴州大學(xué)，2007:24-27.

[7] 肖琨.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路上的應(yīng)用研究[J].鐵道工程學(xué)報，2008(2):69-72.