基于無(wú)線傳輸技術(shù)的智能樓宇視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：隨著我國(guó)生活水平的不斷改善，人們對(duì)居住方面的要求也越來(lái)越高，為了順應(yīng)這一需求，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)、整體的打造智能化的居住環(huán)境、工作環(huán)境已成為必然趨勢(shì)。近幾年，我國(guó)城市數(shù)字化、建筑智能化的發(fā)展取得了卓越的成效，進(jìn)程也日益加快。在智能化樓宇中，視頻監(jiān)控是一個(gè)重要的子系統(tǒng)，它讓遠(yuǎn)距離的、長(zhǎng)時(shí)間的視頻采集，動(dòng)態(tài)監(jiān)控成為可能。目前，利用視頻線為通訊方式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是市場(chǎng)的主流，但是有線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的線路鋪設(shè)及靈活性差、維護(hù)麻煩等缺點(diǎn)也日益凸顯，為了解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種利用Wi-Fi來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提高視頻系統(tǒng)的靈活性，讓施工、維護(hù)變得簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞：智能樓宇；視頻監(jiān)控；無(wú)線傳輸技術(shù)

隨著我國(guó)生活水平的不斷改善，人們對(duì)居住方面的要求也越來(lái)越高，于是智能化樓宇應(yīng)運(yùn)而生。日本電機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)樓宇智能化分會(huì)把智能化樓宇定義為：綜合信息通信、計(jì)算機(jī)等方面的最先進(jìn)技術(shù)，使建筑物內(nèi)的空調(diào)、電力、照明、防盜、防災(zāi)、運(yùn)輸設(shè)備等協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)建筑物通信自動(dòng)化（CA）、自動(dòng)化（BA）、辦公自動(dòng)化（OA）、消防自動(dòng)化系統(tǒng)（FAS）和安全保衛(wèi)自動(dòng)化系統(tǒng)（SAS），將這五種功能結(jié)合起來(lái)的建筑，外加結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)（SCS），結(jié)構(gòu)化綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（SNS），智能樓宇綜合信息管理自動(dòng)化系統(tǒng)（MAS）組成，就是智能化樓宇。智能樓宇為我們提供了一種舒適、高效、方便、安全可靠的生活、工作環(huán)境，其中視頻監(jiān)控子系統(tǒng)是智能樓宇的重要組成部分，通過(guò)視頻系統(tǒng)我們可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，報(bào)警以及影像的保存。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

視頻監(jiān)控經(jīng)歷了模擬視頻監(jiān)控、數(shù)字視頻監(jiān)控、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控三個(gè)階段[1]。目前，有線的視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然是市場(chǎng)的主流，因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)傳輸速率較高、并且穩(wěn)定、可靠，但是在監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多且分布廣、地形復(fù)雜的地方，有線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)成本高、施工難度大、維護(hù)工作量大[2]。如果是無(wú)線的監(jiān)控系統(tǒng)則這些問(wèn)題都可迎刃而解，避免了在小區(qū)里動(dòng)土施工，大大的縮短了施工周期，特別適合于老舊小區(qū)的改造，也避免了今后線路維護(hù)的工作，降低了維護(hù)的難度。

1.2 無(wú)線通信技術(shù)

近年來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)不斷發(fā)展，在我們生活中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，無(wú)線通信安裝容易、靈活性高、使用方便。我們根據(jù)是否在運(yùn)營(yíng)商所管轄范圍內(nèi)，無(wú)線傳輸可分為專用網(wǎng)和公用網(wǎng)兩種。

1.2.1 公用網(wǎng)

公用網(wǎng)就是通信運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要是指3G、4G網(wǎng)絡(luò)。3G是“第三代移動(dòng)通信技術(shù)”的縮寫，也就是指能實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊苿?dòng)通訊技術(shù)，它能夠處理圖像、音樂(lè)、視頻流等，速率一般在幾百kbps以上。4G是第四代通訊技術(shù)的簡(jiǎn)稱，4G網(wǎng)絡(luò)能夠以100Mbps的速度下載，上傳的速度最高可達(dá)到20Mbps，能夠與CDMA、GSM、TDMA完全兼容，也能與各類用戶設(shè)備實(shí)現(xiàn)并存互通，能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。其主要用到的技術(shù)有OFDM、SA、SDR、IPV6、MIMO等[3]。用戶使用公用網(wǎng)無(wú)需鋪設(shè)線纜，安裝簡(jiǎn)便，但要付費(fèi)，增加業(yè)主的負(fù)擔(dān)，因此在小區(qū)中一般不建議采用公用網(wǎng)。

1.2.2 專用網(wǎng)

專用網(wǎng)是某個(gè)單位為本單位的工作需要而建立的網(wǎng)，常用的有Zigbee，藍(lán)牙，Wi-Fi等技術(shù)，三種技術(shù)的參數(shù)比較見(jiàn)表1。Zigbee是一種短距離、低速無(wú)線技術(shù)，具備組網(wǎng)能力強(qiáng)、低功耗、低速率、低復(fù)雜度、可靠性高的特點(diǎn)[4]，主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制以及自動(dòng)控制等方面。藍(lán)牙也是一種低成本、短距離的無(wú)線通信技術(shù)，在2.45GHz波段上的傳輸距離通?？蛇_(dá)10m，傳輸速度可達(dá)1Mb/s，并引入了即添即用的功能[5]，主要應(yīng)用在移動(dòng)電話、耳機(jī)等設(shè)備上。但是視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要傳輸大量的視頻信號(hào)，這使得藍(lán)牙技術(shù)和Zigbee技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的使用受到了一定的局限。Wi-Fi是一種基于IEEE802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)[6]，它具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速度快、接入方便、聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)[7]，在功耗、安全、漫游等方面的缺點(diǎn)得到不斷得到改進(jìn)情況下，它的應(yīng)用領(lǐng)域肯定會(huì)越來(lái)越廣。智能樓宇視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是通過(guò)引入Wi-Fi技術(shù)來(lái)解決靈活性差，安裝維護(hù)困難等問(wèn)題的。

1.2.3 Wi-Fi技術(shù)

Wi-Fi全稱為Wireless Fidelity，是IEEE（電氣電子工程師協(xié)會(huì)）定義的無(wú)線局域網(wǎng)通信工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE 802.11。1997年IEEE公布802.11標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層和介質(zhì)訪問(wèn)接入控制層（MAC層）。物理層定義了其工作在2.4GHz的ISM頻段上，數(shù)據(jù)傳輸速率僅為2Mbps。1999年又補(bǔ)充了802.11a和802.11b兩個(gè)版本，802.1la定義了數(shù)據(jù)傳輸速率為54Mbps，物理層工作在5GHz的ISM頻段上，而802.11b定義了數(shù)據(jù)傳輸速率要達(dá)11Mbps，物理層工作在2.4GHz的ISM頻段上。后來(lái)IEEE又陸續(xù)發(fā)表了802.11c、802.11d、802.11f、802.11e、802.11g、802.11g、802.11n等版本，其中802.11g定義了數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)54Mbps，物理層工作在2.4GHz的ISM頻段上，802.11n定義了數(shù)據(jù)傳輸速率更是高達(dá)108Mbps，物理層工作在2.4GHz的ISM頻段上。由于世界上絕大多數(shù)國(guó)家采用的是2.4GHz的ISM頻段，因此802.11這一標(biāo)準(zhǔn)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，主流使用的是802.11b、802.11n、802.11g三種。

隨著Wi-Fi技術(shù)的不斷發(fā)展，近幾年Wi-Fi技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，越來(lái)越多人通過(guò)Wi-Fi技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò)，提供免費(fèi)Wi-Fi服務(wù)的公共場(chǎng)所也越來(lái)越多，并且大多數(shù)家電和移動(dòng)設(shè)備上都集成了Wi-Fi模塊。Wi-Fi技術(shù)正在讓各行各業(yè)發(fā)生變化。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能和構(gòu)架

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是智能化樓宇的一個(gè)重要組成部分，它可以通過(guò)控制攝像機(jī)，直觀的看到被監(jiān)視地點(diǎn)的所有情況，并且可以把被監(jiān)視地點(diǎn)的圖像傳送到控制中心的硬盤錄像機(jī)上，記錄和保存相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)有需要時(shí)，可以提供查詢，是處理很多事情的重要依據(jù)。

2.1 主要功能

通過(guò)安裝調(diào)試，智能樓宇中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下的功能：

（1）監(jiān)視器使用方面，能實(shí)現(xiàn)監(jiān)視器的圖像調(diào)整、瀏覽設(shè)置、視頻切換等等。

（2）利用矩陣主機(jī)，能實(shí)現(xiàn)矩陣輸出視頻的切換，包括輸出視頻的切換、不同輸出通道的切換、隊(duì)列切換等等，能進(jìn)行視頻追蹤。

（3）利用硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻切換，即多畫面和單畫面的切換。實(shí)現(xiàn)錄像功能，包括定時(shí)錄像，手動(dòng)錄像，錄像查詢。

（4）具備報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)錄像，外部報(bào)警輸入、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警輸入、聯(lián)動(dòng)錄像、云臺(tái)自動(dòng)控制及錄像查詢。

2.2 主要構(gòu)架

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括前端攝像設(shè)備，無(wú)線傳輸設(shè)備，終端設(shè)備。前端攝像設(shè)備有網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，比如云臺(tái)，或者是模擬攝像機(jī)。終端設(shè)備可以由計(jì)算機(jī)或者是監(jiān)視器、矩陣主機(jī)、硬盤錄像機(jī)以及相關(guān)的報(bào)警設(shè)備組成，即可完成對(duì)公共場(chǎng)所、智能大樓、小區(qū)等區(qū)域的視頻監(jiān)視及錄像。如圖1所示。

2.3 構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)要注意的幾個(gè)問(wèn)題

（1）在使用高速球的系統(tǒng)中，也就是云臺(tái)時(shí)，接線無(wú)誤的情況下發(fā)現(xiàn)云臺(tái)不受控制，就要檢查“系統(tǒng)設(shè)置”中的“通訊設(shè)置”，設(shè)置好高速球云臺(tái)攝像機(jī)的通訊協(xié)議、波特率、地址碼。波特率要參考系統(tǒng)的硬件設(shè)置情況，太高也會(huì)出現(xiàn)連接不上的情況，太低，靈敏度不夠。地址碼的設(shè)置和云臺(tái)頂上的撥碼開(kāi)關(guān)有關(guān)，必須保證兩邊一致。

（2）報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)，可以利用軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控，當(dāng)有人進(jìn)入設(shè)定區(qū)域時(shí)自動(dòng)報(bào)警并錄像。也可以通過(guò)添加硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警，在前端加上相關(guān)探測(cè)器即可，比如紅外對(duì)射探測(cè)器，紅外探測(cè)器，幕簾探測(cè)器，玻璃破碎探測(cè)器等等，這些探測(cè)器都是模擬信號(hào)，注意加上編碼器把信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并編碼。

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作者簡(jiǎn)介：蔡艷（1981-），女，漢，籍貫：廣西武宣，職稱：講師，學(xué)歷：研究生，單位：廣西第一工業(yè)學(xué)校，研究方向：電氣自動(dòng)化。