分體頭戴式無(wú)線音視頻傳輸記錄儀研制

國(guó)網(wǎng)白銀供電公司 張軍紅 張少輝 張樂楨

為了提高野外電力作業(yè)人員的安全和作業(yè)效率，利用作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)必須帶安全帽這一特性，將高清攝像頭、耳機(jī)、麥克風(fēng)和全雙工無(wú)線對(duì)講機(jī)微型化集成于安全帽上，設(shè)計(jì)了一套可無(wú)線全雙工對(duì)講、無(wú)線視頻傳輸和音視頻同步存儲(chǔ)的音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以幫助野外電力作業(yè)人員實(shí)現(xiàn)多人全雙工對(duì)講，并且指揮人員可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控作業(yè)人員和電力設(shè)備的工作情況，制定合理的決策并執(zhí)行，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)同步存儲(chǔ)音視頻數(shù)據(jù)，方便安全或質(zhì)量事故的判定處理。通過本系統(tǒng)的使用，可以解決野外電力作業(yè)無(wú)手機(jī)信號(hào)地區(qū)使用傳統(tǒng)對(duì)講機(jī)通信效果差且無(wú)法監(jiān)控指揮的問題，提高野外電力作業(yè)效率和管理水平。

一直以來(lái)野外電力作業(yè)特別是架空絕緣導(dǎo)線的維護(hù)都是比較困難的，在進(jìn)行野外現(xiàn)場(chǎng)電力作業(yè)過程中，作業(yè)人員一般都使用傳統(tǒng)的對(duì)講機(jī)向相應(yīng)指揮人員描述情況，并根據(jù)指示完成相應(yīng)工作。常規(guī)作業(yè)溝通方式的優(yōu)點(diǎn)為：成本低、傳輸距離較遠(yuǎn)，對(duì)講機(jī)通信有效傳輸距離大約為500m，能基本滿足工地現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。缺點(diǎn)為：現(xiàn)場(chǎng)人員在進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)手腳行動(dòng)不便，在使用傳統(tǒng)對(duì)講機(jī)進(jìn)行通信時(shí)需要用手按著對(duì)講機(jī)，才能把信息發(fā)送出去，且傳統(tǒng)對(duì)講機(jī)多為半雙工設(shè)備即要么接收，要么發(fā)送，只能同時(shí)完成一種功能；如果出現(xiàn)多人同一頻道發(fā)送，就會(huì)出現(xiàn)很大干擾，聽不清楚任何一個(gè)人的說(shuō)話；在使用對(duì)講機(jī)進(jìn)行通信時(shí)只能傳輸音頻，口述問題很難將問題描述清楚，也不直觀，很容易讓指揮人員理解歧義造成誤判；在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問題后由于沒有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)記錄，很難找到責(zé)任人。因此，研究一種溝通操作方便，能實(shí)時(shí)記錄傳輸?shù)耐ㄓ嵐ぞ?，具有較為重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，一種具有音視頻傳輸功能的安全帽，這種安全帽將高清攝像頭、耳機(jī)、麥克風(fēng)和全雙工無(wú)線對(duì)講機(jī)微型化集成于安全帽，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和全雙工通信并能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。該方案采用的是3G或是4G無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸雖然可以將音視頻信號(hào)傳輸?shù)角Ю镏?，使得溝通零距離，但使用時(shí)音頻視頻數(shù)據(jù)是通過3G、4G按流量計(jì)費(fèi)的，使用成本較高且無(wú)法在沒有信號(hào)覆蓋的地方無(wú)法使用。盡管現(xiàn)在說(shuō)手機(jī)信號(hào)全球通，但在野外的電力線路，很多地方是沒有手機(jī)信號(hào)覆蓋的，在這種情況下還是無(wú)法使用的。因此很有必要開發(fā)一種新式通訊工具，既具備音頻視頻實(shí)時(shí)傳輸、存儲(chǔ)功能，又不依賴3G、4G網(wǎng)絡(luò)。

本文針對(duì)以上問題利用現(xiàn)代先進(jìn)的電子信息技術(shù)和無(wú)線電技術(shù)，將電力作業(yè)時(shí)需要帶安全帽的特性與音視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，研究了一套適用于野外電力作業(yè)的智能音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在野外電力作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)快速搭建一套無(wú)線多人全雙工對(duì)講系統(tǒng)，不依賴外部網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需手工操作，就可實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)全雙工語(yǔ)音交流，并能夠?qū)崟r(shí)傳輸音視頻信息到主控箱幫助指揮人員了解作業(yè)人員和電力設(shè)備的情況，方便指揮人員調(diào)度指揮，與此同時(shí)還會(huì)同步存儲(chǔ)音視頻數(shù)據(jù)，方便安全或質(zhì)量事故的判定處理。

1 解決方案

1.1 系統(tǒng)主要裝置及結(jié)構(gòu)方案

野外電力作業(yè)智能音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)主要是基于WIFI寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)和數(shù)字音視頻監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)線寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)作為現(xiàn)有工業(yè)以太網(wǎng)的補(bǔ)充和完善，可以擴(kuò)充寬帶網(wǎng)的覆蓋范圍。

野外電力作業(yè)智能音視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)，由若干個(gè)安全帽部分、主控箱部分以及至少一個(gè)無(wú)線收發(fā)器。安全帽部分包括安全帽布套以及集成在安全帽布套上的攝像裝置、存儲(chǔ)裝置、音頻輸入輸出裝置、WIFI模塊和電源；電源為攝像裝置、音頻輸入、輸出裝置和WIFI模塊供電；攝像裝置和音頻輸入輸出裝置的數(shù)據(jù)線分別與WIFI模塊連接并且還將數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)裝置進(jìn)行存儲(chǔ)；主控箱部分包括主控?zé)o線收發(fā)器和移動(dòng)終端，無(wú)線收發(fā)器和主控?zé)o線收發(fā)器均內(nèi)置WIFI模塊和自組網(wǎng)模塊，各安全帽部份分別通過無(wú)線WIFI與無(wú)線收發(fā)器之間實(shí)現(xiàn)WIFI連接，無(wú)線收發(fā)器和主控?zé)o線收發(fā)器之間通過自組網(wǎng)模塊構(gòu)建成免費(fèi)頻段的無(wú)線自組網(wǎng)，移動(dòng)終端與主控?zé)o線收發(fā)器之間通過無(wú)線WIFI實(shí)現(xiàn)連接。當(dāng)開啟電源時(shí)系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)進(jìn)行自組網(wǎng)，作業(yè)人員無(wú)需手動(dòng)操作就可以實(shí)現(xiàn)全雙工對(duì)講，指揮人員也可以實(shí)時(shí)通過主控箱了解現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行同步指揮。

1.2 安全帽設(shè)計(jì)

針對(duì)野外不同工況下作業(yè)和對(duì)通信傳輸距離的要求，本文提出了兩套安全帽的設(shè)計(jì)方案。

安全帽由可穿戴的帽體部分和一個(gè)無(wú)線收發(fā)器兩部分組成，可穿戴帽體部分包括安全帽布套、攝像頭、耳麥、存儲(chǔ)裝置和WIFI模塊等組成，設(shè)計(jì)時(shí)考慮將電子設(shè)備在安全帽前后左右均勻分布，以保證安全帽的平衡性；無(wú)線收發(fā)器無(wú)需作業(yè)人員帶在身上，通過WIFI與各安全帽部分進(jìn)行連接通信，同時(shí)無(wú)線收發(fā)器和主控?zé)o線收發(fā)器之間通過自組網(wǎng)模塊構(gòu)建成免費(fèi)頻段的無(wú)線自組網(wǎng)進(jìn)行通信。

方案二主要是在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，針對(duì)每個(gè)安全帽配置一個(gè)無(wú)線收發(fā)器，并且無(wú)線收發(fā)器集成存儲(chǔ)裝置、WIFI模塊和電源，設(shè)計(jì)將無(wú)線收發(fā)器置于作業(yè)人員腰間的皮帶上，無(wú)線收發(fā)器和安全帽之間通過一個(gè)線連接，這樣無(wú)線收發(fā)器可以為安全帽上的電子元件供電并于主控單元自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)音視頻的傳輸。

對(duì)比方案二和方案一，方案一只配置一個(gè)無(wú)線收發(fā)器。由于WIFI模塊的作用距離一般只有幾十米的距離，因此，本方案適合于各施工作業(yè)人員相對(duì)比較集中的工作場(chǎng)合。在使用方案二時(shí)，各作業(yè)人員均可以通過無(wú)線收發(fā)器直接參與自組網(wǎng)，且自組網(wǎng)的距離比WIFI遠(yuǎn)得多，適合于沿線作業(yè)且各人員之間相距比較遠(yuǎn)的場(chǎng)合，但較方案一增加了無(wú)線收發(fā)器的配置成本，并且還需將無(wú)線收發(fā)器帶在身上增加作業(yè)人員負(fù)重，可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求合理的選配。

1.3 主控箱設(shè)計(jì)

主控箱部分由電池、天線、無(wú)線收發(fā)模塊、顯示器、電源等組成，主控箱的設(shè)計(jì)也采用了低功耗電路和輕質(zhì)的材料以保證長(zhǎng)續(xù)航和便攜。主控箱與無(wú)線收發(fā)器通過自組網(wǎng)模塊構(gòu)建成免費(fèi)頻段的無(wú)線自組網(wǎng)極進(jìn)行通信，無(wú)線收發(fā)器將現(xiàn)場(chǎng)的音視頻信號(hào)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和操作情況傳到主控箱并可以同步顯示在主控箱屏幕上。指揮人員可以通過主控箱實(shí)時(shí)的了解作業(yè)情況并通過語(yǔ)音系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)指揮，同時(shí)主控箱也會(huì)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行同步存儲(chǔ)。

2 系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)功能

（1）無(wú)線全雙工對(duì)講功能。多名使用者可通過配對(duì)組網(wǎng)快速搭建起一個(gè)臨時(shí)的無(wú)線音頻對(duì)講網(wǎng)絡(luò)，隨后網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的使用者可進(jìn)行完全實(shí)時(shí)的全雙工通話。

（2）無(wú)線視頻傳輸功能。通過安裝在安全帽上的微型攝像機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視頻的實(shí)時(shí)采集，經(jīng)由無(wú)線發(fā)射機(jī)將視頻圖像調(diào)制成射頻信號(hào)向外發(fā)射，附近被設(shè)置成同頻道的無(wú)線接收機(jī)接收到此射頻信號(hào)，經(jīng)解調(diào)還原后在監(jiān)視器上予以顯示。

（3）音視頻同步存儲(chǔ)。將使用者的通話內(nèi)容和微型攝像機(jī)拍攝得的視頻圖像經(jīng)數(shù)字化并壓縮處理后同步存儲(chǔ)于在終端機(jī)內(nèi)的TF存儲(chǔ)卡中，可方便地進(jìn)行回放或?qū)腚娔X中長(zhǎng)期保存。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)的移植性強(qiáng)，安全布套具有一定的收縮性，能夠適應(yīng)多種規(guī)格的電力安全帽且更換方便。

（2）整套系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)均采用低功耗元件，供電電池選用能量密度高充電快的輕質(zhì)鋰電池，使得整套系統(tǒng)重量較輕，便于攜帶連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)。

（3）在人機(jī)交互方面，系統(tǒng)在使用時(shí)只需接通電源即可，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)連接，操作簡(jiǎn)單對(duì)使用者十分友好。

（4）內(nèi)置無(wú)線電路，與無(wú)線收發(fā)器和控制箱之間通過自組網(wǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)交互，不產(chǎn)生任何費(fèi)用，可節(jié)省通信成本。

總結(jié)：本文根據(jù)電力作業(yè)人員在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)必須要戴安全帽這一特性，與音視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用于野外電力作業(yè)。該系統(tǒng)可以輔助作業(yè)人員在無(wú)需手動(dòng)操作的情況下，實(shí)現(xiàn)多人全雙工無(wú)線對(duì)講，并能夠?qū)崟r(shí)傳輸音視頻信息到主控箱，幫助指揮人員了解作業(yè)人員和電力設(shè)備的情況，方便指揮人員調(diào)度指揮與此同時(shí)還會(huì)同步記錄音視頻數(shù)據(jù)，方便安全或質(zhì)量事故的判定處理。本系統(tǒng)包含技術(shù)水平具有先進(jìn)性和創(chuàng)新性，關(guān)鍵技術(shù)多、難度較大，可以達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平，應(yīng)用于野外的電力作業(yè)中能提高作業(yè)人員的效率，有廣闊推廣應(yīng)用的前景。