利用閑置上行寬帶鏈路及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院,湖北 武漢 430064)

鄂北地區(qū)水資源配置工程線(xiàn)路從丹江口水庫(kù)起，以清泉溝輸水隧洞進(jìn)口為起點(diǎn)，自西北向東南方向輸水，先后穿越襄陽(yáng)市的老河口市、襄州區(qū)，棗陽(yáng)市，隨州市的隨縣、曾都區(qū)、廣水市,終點(diǎn)為孝感市大悟縣城附近的王家沖水庫(kù)，線(xiàn)路總長(zhǎng)度269.67km。輸水干渠設(shè)計(jì)流量1.8～38m3/s。主要建筑物包括暗涵38座，長(zhǎng)30.96km，占總長(zhǎng)的11.5%；隧洞55座，長(zhǎng)119.43km，占總長(zhǎng)的44.3%；倒虹吸11座，長(zhǎng)76.10km，占總長(zhǎng)的28.2%；渡槽22座，長(zhǎng)19.01km，占總長(zhǎng)的7.0%。鄂北地區(qū)水資源配置工程為Ⅱ等大(2)型，主體工程分成38個(gè)標(biāo)段進(jìn)行施工，施工總工期45個(gè)月。

工程沿線(xiàn)主要穿越湖北省鄂北山區(qū)和丘陵區(qū)域，建設(shè)期通信條件較差。為確保施工期安全、質(zhì)量及進(jìn)度管理順暢，利用城鎮(zhèn)公用閑置寬帶，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋和上行鏈路通信傳輸方式，實(shí)現(xiàn)了施工期全線(xiàn)全標(biāo)段全天候的施工期視頻監(jiān)控，節(jié)約了投資，提高了工程管理效率。本文主要介紹施工期在通信條件較差區(qū)域，實(shí)現(xiàn)大范圍監(jiān)控全覆蓋的信息化監(jiān)控布置及傳輸方式，對(duì)長(zhǎng)距離輸水工程有良好的借鑒作用。

1 通信傳輸總體布置方案

在每個(gè)施工區(qū)域安裝一定數(shù)量的視頻攝像裝置，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋傳輸?shù)巾?xiàng)目部，在項(xiàng)目部設(shè)有路由器，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)巾?xiàng)目法人及水行政主管部門(mén)的路由器上，詳見(jiàn)圖1。

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)視總體方案

2 通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋解決長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題(無(wú)線(xiàn)傳輸視頻)

2.1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋的設(shè)置需要結(jié)合工程施工特點(diǎn)進(jìn)行布置

鄂北調(diào)水工程全長(zhǎng)269.67km，很多工程線(xiàn)路很長(zhǎng)，項(xiàng)目部往往顧及不到數(shù)公里外的工區(qū)情況，另外，有些工程在山的背面，項(xiàng)目部更是無(wú)法顧及。而現(xiàn)場(chǎng)施工車(chē)輛往來(lái)頻繁，沙土堆置又回填，路況變化非常復(fù)雜，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)光纜，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋布置可以解決施工期費(fèi)用不足以及“長(zhǎng)途”傳輸?shù)膯?wèn)題。

2.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋供電結(jié)合施工區(qū)域用電統(tǒng)一考慮

施工區(qū)域因土建施工需要使用電氣設(shè)備，所以大多都有220V交流電，一些施工單位通過(guò)二級(jí)配電箱，將市電供電線(xiàn)路延伸，解決攝像頭供電問(wèn)題。

2.3 利用閑置的寬帶上行鏈路節(jié)約運(yùn)行成本

不論是生活還是工作，信息傳輸都經(jīng)歷了由數(shù)據(jù)到圖片再到視頻的變革。

隨著視頻技術(shù)的不斷發(fā)展，以及人們對(duì)視頻越來(lái)越清晰的需求，視頻攝像頭分辨率已經(jīng)由以前的模擬攝像頭QCIF(176×144)、CIF(352×288)、D1(704×480)發(fā)展到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像頭的標(biāo)清720P(1280×720)100萬(wàn)像素、高清1080P(1920×1080)200萬(wàn)像素。若采用現(xiàn)在壓縮率最高的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.265,每傳輸1路1080P視頻，傳輸帶寬為2Mbit/s。

對(duì)于鄂北工程來(lái)說(shuō)，施工標(biāo)段多，施工單位大小不一，為此，項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各區(qū)段的網(wǎng)絡(luò)通信情況進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)研，并根據(jù)鄂北工程施工期特點(diǎn)，確定了利用閑置寬帶上行鏈路的方式實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸。

a.施工期臨時(shí)工程的特點(diǎn)是可以利用閑置寬帶上行鏈路的方式實(shí)現(xiàn)寬帶傳輸。施工期的視頻不像閘門(mén)控制、銀行內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)饶菢有枰ＷC高可靠、高安全性(這些業(yè)務(wù)都需要走物理隔離專(zhuān)網(wǎng))，其安全性要求要低很多，對(duì)外人用處不大，所以視頻走互聯(lián)網(wǎng)完全可行。

b.工程沿線(xiàn)距離湖北省城鎮(zhèn)不遠(yuǎn)，當(dāng)?shù)赝ㄐ艓捰猩闲墟溌房沼嗫臻g，100M家庭寬帶上行鏈路帶寬一般是4M, 同時(shí)使用的概率很小，這個(gè)4M上行鏈路基本沒(méi)有使用滿(mǎn)荷，空載的部分正是可以借用的地方。

c.攝像頭視頻可以全碼流和子碼流兩種方式傳輸，高清200萬(wàn)像素1080P全碼流是傳輸帶寬為2Mbit/s，如果采用子碼流傳輸，傳輸帶寬為512Kbit/s, 這就意味著一條100M家庭寬帶可以免費(fèi)傳輸最多8個(gè)標(biāo)清視頻圖像。

d.年節(jié)約通信成本80%以上。由于利用的是上行鏈路閑置寬帶，費(fèi)用采用的是家庭寬帶的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，和租用VPN相比，成本只有其1/10。

無(wú)論是水利工程還是其他行業(yè)的工程，其大型工程工期較長(zhǎng)，一般幾百人(包括管理人員和工人)駐扎在營(yíng)區(qū)，上網(wǎng)是工程的管理部門(mén)必須要考慮的問(wèn)題，無(wú)論是工作中傳輸文件，加強(qiáng)規(guī)范管理，還是下班后瀏覽網(wǎng)頁(yè)、QQ聊天等，都離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)傳輸。利用閑置寬帶上行鏈路解決網(wǎng)絡(luò)傳輸問(wèn)題無(wú)疑是最可靠最經(jīng)濟(jì)的一種方式。

3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋設(shè)計(jì)參數(shù)

傳輸頻率一般采用5.8GHz，頻段干擾較少，傳輸距離較遠(yuǎn)，采用OFDM調(diào)制技術(shù)。802.11a支持最高達(dá)54Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，802.11n支持最高達(dá)300Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋采用的是業(yè)內(nèi)通用的5.8GHz頻段進(jìn)行傳輸，具有傳輸距離遠(yuǎn)(本方案采用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋傳輸距離5km)、帶寬高等優(yōu)點(diǎn)，但是5.8GHz屬于視距傳輸，要求兩端相互可視，中間不能有障礙物遮擋，如果有遮擋，需要用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋進(jìn)行中繼，見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋，將工程現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻傳輸匯聚到項(xiàng)目部的交換機(jī)里，5號(hào)位置的攝像頭經(jīng)過(guò)兩次中繼，將視頻傳回到項(xiàng)目部(圖3是一個(gè)實(shí)際的4.5km暗涵工程的工程視頻布置圖)。

圖3 2標(biāo)4.5km暗涵工程視頻傳輸線(xiàn)路圖

4 視頻管理

在項(xiàng)目部，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋匯聚的視頻傳送到項(xiàng)目部的交換機(jī)里，項(xiàng)目部的主機(jī)就可看到本NVR所轄的現(xiàn)場(chǎng)視頻。而該視頻流再通過(guò)路由器，就可將視頻信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)。

與互聯(lián)網(wǎng)相連接的鄂北局，部署了管理服務(wù)器及流媒體服務(wù)器，在視頻安裝時(shí)，標(biāo)段項(xiàng)目部的NVR需要在鄂北局的管理服務(wù)器登記、對(duì)接。這樣，該NVR無(wú)論是動(dòng)態(tài)IP還是固定IP, 鄂北局的服務(wù)器都能搜索到，當(dāng)然也能搜索到NVR所轄的視頻攝像頭。

上面的設(shè)備安裝完成后，連接到互聯(lián)網(wǎng)任何地方的電腦主機(jī)在擁有權(quán)限的情況下，登錄到鄂北局的此服務(wù)器地址的對(duì)外端口，就可以看到通過(guò)流媒體服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的該項(xiàng)目部的工程視頻，見(jiàn)圖4。

流媒體服務(wù)器的作用就是當(dāng)多人同時(shí)看某一路工區(qū)視頻時(shí)(假設(shè)占用2Mbit/s的帶寬)，該工區(qū)視頻上傳的占用帶寬始終都是2Mbit/s，不會(huì)有所增加。

每個(gè)項(xiàng)目部NVR都配置了監(jiān)控硬盤(pán)，存儲(chǔ)配置為能存儲(chǔ)該NVR所轄攝像頭15天的視頻錄像，循環(huán)存儲(chǔ)。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目部的NVR操作，可以對(duì)工程的特殊流程進(jìn)行存儲(chǔ)，長(zhǎng)期保留，也可以通過(guò)視頻平臺(tái)軟件，在電腦端進(jìn)行視頻存儲(chǔ)。

圖4 工程視頻流系統(tǒng)圖

本次工程視頻項(xiàng)目，均同時(shí)使用電腦客戶(hù)端和手機(jī)APP，在手機(jī)和電腦上都能訪(fǎng)問(wèn)鄂北工程現(xiàn)場(chǎng)的視頻。權(quán)限設(shè)置上，項(xiàng)目法人鄂北局能夠看到鄂北工程現(xiàn)場(chǎng)的所有視頻點(diǎn)的視頻，每個(gè)建管部的工程部管理人員只能看到自己建管部所轄的工程視頻，而施工方只能看到自己所轄的工程視頻，不同標(biāo)段的施工方不能看到對(duì)方的工程視頻，充分保證各自的管理職責(zé)以及各方權(quán)益。

5 設(shè)計(jì)效果分析

目前，鄂北工程總長(zhǎng)270km，共31個(gè)標(biāo)段，98個(gè)布置區(qū)，鄂北局下設(shè)3個(gè)建管部：廣悟部、棗隨部和丹襄部，分別地處廣水、棗陽(yáng)和襄陽(yáng)，全方位布置完成了視頻監(jiān)控。相關(guān)管理層可以足不出戶(hù)就能看到現(xiàn)場(chǎng)工程的進(jìn)展情況，督促建設(shè)各方開(kāi)展規(guī)范有序的生產(chǎn)，為保質(zhì)保量按時(shí)完成工程的建設(shè)任務(wù)提供了可靠措施。

建管部工程管理人員可以從視頻中截圖，更加直觀(guān)地與施工方溝通，指出問(wèn)題和不足，有視頻做輔助，不需要到現(xiàn)場(chǎng)就能完成工作，大大提高了工作效率，節(jié)省了成本。

6 結(jié) 語(yǔ)

該技術(shù)方案是為了滿(mǎn)足客戶(hù)想看遠(yuǎn)程的工程視頻需求，通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋、運(yùn)營(yíng)商鏈路和視頻3個(gè)方面技術(shù)的完美結(jié)合，最終達(dá)到了預(yù)期效果，是一次有益的技術(shù)創(chuàng)新。

該技術(shù)已經(jīng)在鄂北工程的31個(gè)標(biāo)段進(jìn)行全面實(shí)施應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)首個(gè)大型工程全線(xiàn)采用了工程視頻監(jiān)視系統(tǒng)。該技術(shù)方案對(duì)甲方的工程管理是一次創(chuàng)新，也是對(duì)項(xiàng)目部的工程管理和安全管理的一次創(chuàng)新，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 該技術(shù)方案特別適用于長(zhǎng)距離施工項(xiàng)目，便于提高各級(jí)層面的建設(shè)管理水平和安全管理水平，節(jié)約工程成本。