淺析海事衛(wèi)星在遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

中國(guó)交通通信信息中心 張 鵬 張 爍 鐘 南

本文介紹了使用海事衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控功能的方式，分析了海事衛(wèi)星海上寬帶技術(shù)應(yīng)用于視頻監(jiān)控的技術(shù)特點(diǎn)，給出了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控的系統(tǒng)范例，對(duì)海事衛(wèi)星海上寬帶技術(shù)在遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控方面的發(fā)展前景做了展望。

海事衛(wèi)星 海上寬帶技術(shù) 遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控

一、引言

由于遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶工作的特殊性，船舶需要長(zhǎng)期獨(dú)自在茫茫大洋上漂泊，如今海盜事件頻發(fā)，船舶安全問(wèn)題成為航行中的重中之重。在有重大安全問(wèn)題發(fā)生時(shí)，在岸的船務(wù)公司總部領(lǐng)導(dǎo)及安全監(jiān)管人員需要第一時(shí)間知曉船舶周邊環(huán)境及安保情況，以根據(jù)實(shí)際情況做出應(yīng)對(duì)措施指揮和部署。另外，船舶在具體工作中，很多情況下需要與在岸的領(lǐng)導(dǎo)和專家進(jìn)行音視頻通信聯(lián)絡(luò)，以便得到領(lǐng)導(dǎo)和專家直接、便捷的指揮和指導(dǎo)，提高遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶管理工作的效率和效果。海上船舶視頻信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)采集后，需要通過(guò)衛(wèi)星鏈路實(shí)時(shí)傳送到岸上船務(wù)公司總部，這就需要用到海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

二、海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)

一個(gè)典型的海事衛(wèi)星船載通信系統(tǒng)主要由三部分組成：衛(wèi)星、地面站、船載衛(wèi)星通信終端。如圖1所示。

圖1 海事衛(wèi)星船載通信系統(tǒng)示意圖

1.衛(wèi)星

第四代海事衛(wèi)星采用三顆地球同步靜止衛(wèi)星覆蓋全球北緯78°至南緯78°的區(qū)域，衛(wèi)星運(yùn)行于赤道上方36000km地球同步軌道處，完成通信信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)。衛(wèi)星與船載衛(wèi)星終端之間使用L波段通信，該頻段最大的優(yōu)勢(shì)在于具有很強(qiáng)的抗雨雪衰減能力。衛(wèi)星覆蓋圖如圖2所示。

圖2 第四代海事衛(wèi)星覆蓋圖

2.地面站

地面站是建立海上船舶經(jīng)由衛(wèi)星到陸地通信鏈路的地面接續(xù)樞紐，由拋物面天線、射頻系統(tǒng)與通信終端系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。地面站提供海事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與全球電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)之間的系統(tǒng)連接，一艘裝備了船載海事衛(wèi)星終端的船舶可以與世界上任何地方的電話、傳真或數(shù)據(jù)終端相連。此外，地面站還是衛(wèi)星和陸地網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)處理船載衛(wèi)星終端的業(yè)務(wù)申請(qǐng)、交換，分配用戶資源、容量，提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)建立等服務(wù)。中國(guó)境內(nèi)的海事衛(wèi)星地面站位于北京上莊，由北京船舶通信導(dǎo)航公司運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

3.船載衛(wèi)星通信終端

為完成視頻傳輸這樣的寬帶數(shù)據(jù)應(yīng)用，船載衛(wèi)星通信終端選用海事衛(wèi)星終端系列中的FB（Fleet Broadband）產(chǎn)品。FB是最新一代海上海事衛(wèi)星寬帶通信設(shè)備，可靠、高速的IP通信和常規(guī)語(yǔ)音通信可以同時(shí)進(jìn)行。FB產(chǎn)品中的250系列、500系列最高數(shù)據(jù)速率可以分別達(dá)到284kb/s，432kb/s，可以很好地滿足視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控高帶寬數(shù)據(jù)速率的要求。

FB設(shè)備專門(mén)針對(duì)海上環(huán)境設(shè)計(jì)，把傳統(tǒng)海事衛(wèi)星話音業(yè)務(wù)和新的寬帶通信結(jié)合起來(lái)，為船岸通信領(lǐng)域提供了專業(yè)的解決方案。FB業(yè)務(wù)前所未有的帶寬可滿足用戶對(duì)高速數(shù)據(jù)通信的更高需求。視頻會(huì)議、電子海圖信息、在線天氣數(shù)據(jù)、航線計(jì)劃編制和船員組呼都可以在同一時(shí)間完成，為船舶安全航行和高效運(yùn)營(yíng)提供了新途徑。FB設(shè)備具有以下特點(diǎn)：

⊙性能出眾。FB提供更快、更高效的數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)，支持語(yǔ)音和多個(gè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)同時(shí)在線。

⊙安全可靠。FB全球覆蓋，業(yè)務(wù)不受天氣和海況的影響，為船舶提供最穩(wěn)健的通信連接，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的可用性超過(guò)99.9%。

⊙使用靈活。FB提供最新的IP服務(wù)支持，還提供傳統(tǒng)的電路交換語(yǔ)音和數(shù)據(jù)服務(wù)，根據(jù)需要可以在標(biāo)準(zhǔn)IP數(shù)據(jù)服務(wù)和可選帶寬保證IP數(shù)據(jù)服務(wù)中自由選擇。

⊙業(yè)務(wù)全面。FB提供話音電話、傳真、短信和標(biāo)準(zhǔn)IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（最高達(dá)432kb/s）、可選帶寬保證IP數(shù)據(jù)服務(wù)（可選32 kb/s，64 kb/s，128 kb/s，256kb/s）。

三、遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控解決方案

遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以分為三部分：船舶本地視頻采集、衛(wèi)星鏈路傳輸、岸端控制與顯示。系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)圖

1.船舶本地視頻采集

如圖3所示，在船上羅經(jīng)甲板的左右舷和大桅上飛別安裝三個(gè)室外云臺(tái)攝像機(jī)，支持船上和岸段對(duì)攝像角度和焦距的控制，實(shí)現(xiàn)艙外無(wú)可視盲區(qū)。根據(jù)需要，攝像機(jī)可采用紅外線低照度攝像頭，實(shí)現(xiàn)夜間視頻監(jiān)控的需求。

在駕駛臺(tái)部署硬盤(pán)錄像機(jī)，采用硬盤(pán)錄像機(jī)作為視頻監(jiān)控的核心，與所有艙外云臺(tái)攝像機(jī)連接，攝像機(jī)所拍攝的視頻畫(huà)面可以在硬盤(pán)錄像機(jī)中24小時(shí)不間斷錄像并自動(dòng)保存。同時(shí)，船上的攝像頭控制鍵盤(pán)也是連接至硬盤(pán)錄像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像角度、焦距等的船端控制。硬盤(pán)錄像機(jī)支持畫(huà)面遠(yuǎn)程傳輸與本地輸出：遠(yuǎn)程傳輸可以使岸端人員通過(guò)FB設(shè)備建立起來(lái)的衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程觀看到硬盤(pán)錄像機(jī)的實(shí)時(shí)畫(huà)面；本地輸出是將攝像機(jī)的拍攝畫(huà)面實(shí)時(shí)輸出到駕駛臺(tái)的視頻監(jiān)視器，一方面使船上人員實(shí)時(shí)了解岸段人員遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的畫(huà)面內(nèi)容，另一方面在船舶離開(kāi)或?？看a頭時(shí)，左右舷的攝像頭拍攝畫(huà)面可以起到汽車“后視鏡”的效果，方便船長(zhǎng)操作船舶離港或停靠。

船上還可以配備一套移動(dòng)視頻傳輸終端，包括腰胯式主機(jī)、頭戴式攝像頭、頭戴式耳麥，采用Wi-Fi視頻傳輸技術(shù)與船上監(jiān)控中心通信，可由一人攜帶并在移動(dòng)中進(jìn)行單向視頻傳輸和雙向語(yǔ)音對(duì)講和圖像抓拍，并可經(jīng)由FB衛(wèi)星鏈路實(shí)現(xiàn)與岸端進(jìn)行音視頻通信。此項(xiàng)功能的主要用途為船舶機(jī)艙設(shè)備維修的遠(yuǎn)程指導(dǎo)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

另外，還可以在船上會(huì)議室或駕駛臺(tái)安裝視頻會(huì)議終端，將船上的視頻監(jiān)控畫(huà)面作為一路視頻信號(hào)輸入到視頻會(huì)議終端，視頻會(huì)議終端經(jīng)由FB衛(wèi)星通信鏈路與岸端視頻會(huì)議系統(tǒng)互通，可以使船、岸之間進(jìn)行便捷、高效的視頻會(huì)議。

2.衛(wèi)星鏈路傳輸

如前所述，衛(wèi)星鏈路傳輸選用海事衛(wèi)星FB業(yè)務(wù)。FB產(chǎn)品中的250系列、500系列最高數(shù)據(jù)速率可以分別達(dá)到284kb/s，432kb/s，可以很好地滿足視頻會(huì)議、視頻監(jiān)控高帶寬數(shù)據(jù)速率的要求。

視頻信號(hào)在船上發(fā)出經(jīng)由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)在北京海事衛(wèi)星地面站落地后，還需要地面線路傳輸?shù)桨抖吮O(jiān)控中心或會(huì)議室。此“最后一公里”的IP連接可以使用Internet連接，也可以使用專線連接。因?yàn)橐曨l監(jiān)控與視頻會(huì)議對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)性要求比較高，使用專線連接可以達(dá)到更好的傳輸效果。

3.岸端控制與顯示

岸端會(huì)議室安裝一個(gè)帶有快速切換鍵和搖桿功能視頻控制鍵盤(pán)，經(jīng)由FB海事衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)連接到船上的硬盤(pán)錄像機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控畫(huà)面的切換及攝像機(jī)的控制。

岸端會(huì)議室安裝一臺(tái)視頻會(huì)議MCU，可以實(shí)現(xiàn)多船同時(shí)和岸端會(huì)議室視頻通信，在管理的船舶數(shù)目較多時(shí)多點(diǎn)呼入功能就顯得至關(guān)重要。

為達(dá)到較好的顯示效果，可以在岸端會(huì)議室安裝投影儀或組合大屏幕。為節(jié)省成本，視頻監(jiān)控和視頻會(huì)議可以使用同一顯示設(shè)備，只需加裝一臺(tái)視頻源切換設(shè)備即可。此外，視頻會(huì)議還需要配備有源音箱和桌面麥克風(fēng)，以獲得較好的語(yǔ)音通信效果。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)際社會(huì)對(duì)船舶安全的關(guān)注程度日益提高，船載遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控與視頻會(huì)議也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。作為衛(wèi)星傳輸?shù)囊环N手段，海事衛(wèi)星FB業(yè)務(wù)可以很好地滿足視頻監(jiān)控視頻會(huì)議等高速數(shù)據(jù)帶寬的需求。此外，海事衛(wèi)星FB業(yè)務(wù)近期還升級(jí)了遇險(xiǎn)報(bào)警呼叫（“505”呼叫）系統(tǒng)，對(duì)船舶安全通信是一個(gè)很好的補(bǔ)充。海事衛(wèi)星FB業(yè)務(wù)將一如既往地在船舶安全方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。