利用流媒體技術實現(xiàn)林區(qū)遠程視頻監(jiān)控

宋曉東

(廣播電影電視管理干部學院,山西 太原 030013)

1 山西省林區(qū)監(jiān)控的重要性

山西省位于黃土高原與華北平原的過渡地帶,生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣直接對首都乃至整個華北地區(qū)產生很大的影響。長期以來,山西省經濟發(fā)展以能源重化工為主,生態(tài)犧牲、生態(tài)欠賬、生態(tài)破壞很多,生存條件較差。因此,國家把山西省列為黃河流域天然林保護重點省份,保護森林仍是改善生態(tài)環(huán)境、促進經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重要任務。

山西省林區(qū)范圍廣袤,地形復雜,交通不便,給森林的管護和監(jiān)測帶來了極大的困難,同時自然災害和人為破壞相當嚴重,加之近年山西省林業(yè)生態(tài)建設步伐加快,成林面積會越來越大,森林保護任務會越來越繁重。為了保護現(xiàn)有森林,森林管理單位主要采用在林區(qū)建立望臺、護林員巡查和在主要路口派人死看硬守等傳統(tǒng)措施,但由于人力所限,很難實施全時、實時、全面、有效的監(jiān)控。顯然傳統(tǒng)的管護辦法已很不適應森林保護的要求,必須增加科技手段,采用先進技術來提高對林區(qū)的監(jiān)控管理水平。隨著通信、網絡技術的發(fā)展,目前一種新的可用于野外監(jiān)控的技術已經成熟,這是基于計算機網絡的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有附屬設備少、造價低、操作簡單、維護方便等特點,可以克服以往傳統(tǒng)人工、電子監(jiān)控的不足,也將有助于領導和管理人員加強對林區(qū)現(xiàn)場的管理和森林事件的指揮調度。如果配合使用“3S”為核心的信息技術,可以大大提高林區(qū)的管理水平。

2 系統(tǒng)功能設計

多媒體數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)是新近崛起的以計算機技術及圖像視頻壓縮為核心的新型數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。本方案以滿足應用為首要目的,兼顧技術先進和節(jié)約投資兩方面的要求,采用當前最先進的網絡多媒體監(jiān)控技術,實施對林區(qū)的遠程、集中監(jiān)控,并將監(jiān)控系統(tǒng)接入各林場的內部局域網管理中心,通過級聯(lián)的方式,逐級上傳,最終將監(jiān)控數(shù)據(jù)連接到山西省林業(yè)廳監(jiān)控管理中心。

根據(jù)實際工作的需要,網絡監(jiān)控系統(tǒng)的主要設計目標是:將數(shù)字化、多媒體通信和流媒體技術集成為網絡化的多媒體監(jiān)控技術,在各林場所屬的重點林區(qū)根據(jù)地形優(yōu)勢選定監(jiān)控點,設立監(jiān)控攝像頭,在各林局設立監(jiān)控中心,并設置大屏幕投影,采集、管理每個監(jiān)控點的監(jiān)控圖像。具體目標是:

1)在各林局建立 1個監(jiān)控中心,設置監(jiān)控服務器和大屏幕投影,集中管理該局所屬的各個現(xiàn)場攝像頭;林場設立監(jiān)控器,管理監(jiān)視全場所屬攝像頭。通過監(jiān)控終端的控制,可對某個指定監(jiān)控點圖像進行遠近伸縮畫面顯示及全角度旋轉;通過切換控制,可集中顯示所有景點的指定場景;錄制存儲所有監(jiān)控場景圖像,存儲時間為7 d;回放存儲在硬盤中的所有監(jiān)控場景圖像。

2)根據(jù)需要在林場監(jiān)控點安裝監(jiān)控攝像頭若干個,對所需監(jiān)控的部位進行監(jiān)控攝像。具體要求是:攝像頭應配備全方位云臺,可在監(jiān)控中心的遠程控制下運轉,具有足夠的清晰度,能滿足無人值守、操作的需要;將監(jiān)控系統(tǒng)接入各林局的內部局域網;網絡上的各級領導或其他經授權的用戶通過 PC機上安裝的客戶端軟件,登錄網絡訪問監(jiān)控中心,觀看監(jiān)控圖像。建立1個連接林局監(jiān)控中心到林區(qū)監(jiān)控點的實時指揮調度系統(tǒng),林局監(jiān)控中心值班人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)呼叫相應的林場值班人員(或相反),雙方在監(jiān)控系統(tǒng)的顯示界面上進行通話,實現(xiàn)實時的指揮調度。

3 整體方案

3.1 網絡監(jiān)控系統(tǒng)的組成

本方案選用國產科達 KDM系列網絡監(jiān)控設備,日本日安電子的攝像頭以及相應的軟件組成網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在每個監(jiān)控點配置1臺KDM2400編碼器,每臺 KDM2400可對 1路或 2路視頻信號進行編碼。中心點配置 1臺 KDM2010中心控制服務器,最大可支持 16個遠端點的接入,可把接入的視頻碼流轉發(fā)到KDM2500或桌面PC。各桌面PC可以通過WEB方式登陸到 KDM2010上,實現(xiàn)對遠端的監(jiān)控。若系統(tǒng)需要電視墻顯示,可在局域網中配置多臺 KDM2500解碼器,把 KDM2010轉發(fā)來的視頻流解碼后輸出到電視墻。中心點還可配置 KDM2020數(shù)字錄像服務器來提供數(shù)碼錄像功能和視頻點播服務,配置 KDM2030網管服務器負責整個網絡的全程管理。KDM2010和KDM2030可以合用1臺高性能服務器。

1)遠端景點。每個監(jiān)控點配置 1臺 KDM2400遠端編碼器,并根據(jù)監(jiān)控部位的分布,架設若干個監(jiān)控攝像頭,每臺遠端編碼器可接 1臺～ 4臺攝像頭,攝像頭與遠端編碼器 KDM2400的距離不超過500 m。編碼器將攝像頭得到的模擬視頻信號轉換成M PEG4碼流,用于接受相應監(jiān)控工作站的采集。遠端編碼器接收監(jiān)控中心發(fā)來的控制指令,并通過RS232口控制攝像頭云臺轉動。每個遠端編碼器KDM2400都有 1個專用的 IP地址,通過 2M的 IP專線或衛(wèi)星傳輸電路與監(jiān)控中心相連。

2)監(jiān)控中心。監(jiān)控中心配備 1臺 KDM2010視頻監(jiān)控服務器,視頻監(jiān)控服務器安裝監(jiān)控管理軟件,通過網絡訪問各林場監(jiān)控點的遠端編碼器獲得監(jiān)控圖像信號,再經過解碼器 KDM2500解碼之后得到遠端圖像。本方案中,1臺視頻監(jiān)控服務器KDM2010可接入 30個遠端編碼器 KDM2400的視頻流,若同時開通雙向音頻,則可接入 20個遠端編碼器 KDM2400的音視頻流。各個監(jiān)控終端獲得的監(jiān)控圖像,經視頻矩陣切換控制,送至大屏幕顯示幕墻顯示。大屏幕顯示幕墻由畫面分割器和大屏幕投影組成。監(jiān)控中心配備 KDM2020硬盤錄像服務器1臺,錄制存儲所有監(jiān)控場景的圖像,存儲時間為7 d,并配備KDM2030網管服務器軟件,負責管理整個網絡上所有設備的運行情況。

3)監(jiān)控端。林局的相關領導和主管人員的桌面PC機可以根據(jù)權限通過 WEB方式登錄到KDM2010上實現(xiàn)對遠端的監(jiān)控。

4)指揮調度系統(tǒng)。在遠程監(jiān)控系統(tǒng)上,利用音頻對講功能可以建立全網的指揮調度系統(tǒng)。在管理中心的值班人員面前安裝攝像頭、話筒,接入相應的遠端編碼器,值班人員可利用其中的音頻通道實現(xiàn)呼叫和音頻通話,從而實現(xiàn)全網的指揮調度。

5)傳輸網絡。遠端編碼器 KDM2400與監(jiān)控中心之間的通信有兩種方式:E1專線方式和以太網方式。本方案推薦使用以E1專線方式接入監(jiān)控中心的局域網,即每個遠端編碼器 KDM2400通過1條 E1專線接到監(jiān)控中心的“E1-以太網協(xié)議轉換器”上,“E1-以太網協(xié)議轉換器”接入監(jiān)控中心局域網的交換機上,從而實現(xiàn)與監(jiān)控中心局域網的連接。

6)大屏幕顯示。監(jiān)控中心可以通過設置數(shù)字投影機或電視幕墻來實現(xiàn)大屏幕顯示。使用數(shù)字投影機(正投或背投),因系統(tǒng)本身支持1/4/6畫面顯示,只需將監(jiān)視器的 RGB圖像信號接到數(shù)字投影機即可;使用電視幕墻需增加與編碼器數(shù)量相同的KDM2500解碼器,在經過解碼器解碼之后得到遠端圖像,送至電視幕墻實現(xiàn)多畫面顯示,通常1塊大屏幕最多顯示 16個畫面,更多的畫面就要通過大屏幕拼接來實現(xiàn)。

3.2 傳輸線路的解決

遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,網絡的搭建和線路的運營費用是個很大的問題,尤其是專網的搭建,往往要支付通信運營公司高額的線路租賃費用,因而制約了監(jiān)控系統(tǒng)的建設和實施。因此,我們提出以下3種線路的解決方案。

1)互利,場地換線路的方案。網通、電信、衛(wèi)通等通信公司在林區(qū)建設基站時,往往要申請土地、電力等支持,這些都須與當?shù)亓謪^(qū)進行洽談,因此,可以由省林業(yè)廳和通信公司進行協(xié)商,由林業(yè)部門負責為通信公司在林區(qū)所有的無償占地、建設、供電等相關事宜提供便利和配合,作為回報,通信公司將建設在林區(qū)的所有基站上,給林業(yè)系統(tǒng)提供一條 2M光纖,并且允許林業(yè)系統(tǒng)在通信基站上搭載視頻監(jiān)控攝像頭及其他信號采集設備。這樣,就可以以最小的投入,換取一套完整的光纖專網,用來傳輸林業(yè)監(jiān)測的圖像、數(shù)據(jù)等。優(yōu)點:通信基站一般建設在高地、山頂上,可以為視頻監(jiān)控提供良好的視野,再配上遠變焦攝像頭,將附近大范圍區(qū)域納入監(jiān)控范圍;可以獲得優(yōu)良的網絡環(huán)境,光纖專網保障了通信的暢通和數(shù)據(jù)的及時傳輸,林區(qū)指揮中心可以實時獲得林區(qū)的詳盡資料;大大地降低了建設成本和運營成本。缺點:覆蓋范圍有限,只能在有人煙、有基站的地方實施,無人煙的區(qū)域沒有辦法實施。場地換線路這種合作模式已經在我國個別地區(qū)的個別行業(yè)有了良好的先例,是可以實施的方法。

2)使用GPRS傳輸信息。在每個監(jiān)控點及信息采集點安裝 GPRS無線調制解調器,該設備可以利用移動公司的手機網絡,只要有手機信號的地方,就可以使用該設備。采集點將視頻信號和模擬傳感器采集到的信號進行編碼后,通過 GPRS網絡傳輸?shù)焦芾碇行?管理中心將信息整理匯總后送入管理系統(tǒng)進行分析監(jiān)控。優(yōu)點:無線傳輸手段,靈活方便,不受線路的限制,只要有手機信號就可以安裝使用;線路的使用費用低廉,對于林業(yè)系統(tǒng)來說比較實際,能夠承受;在無電力供應的地方可以使用太陽能發(fā)電。缺點:只能傳輸靜態(tài)圖像,無法滿足動態(tài)圖像的傳輸要求。

3)使用衛(wèi)星傳輸信息。監(jiān)控點得到的信號直接傳送到衛(wèi)星,再由衛(wèi)星傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。優(yōu)點:不受地域限制。缺點:傳輸費用較高。

4 建設原則

4.1 先示范后全面,先單控后聯(lián)網

在林局建設視頻監(jiān)控系統(tǒng),不宜一下子全面鋪開,而要首先在重要地段建設 1個～ 2個示范點,再逐步推開。剛開始建設只能以林場為單位,1個監(jiān)控系統(tǒng)對應 1個或者幾個監(jiān)控攝像頭,而后在整個林局實現(xiàn)聯(lián)網,從而大大節(jié)省軟件和硬件的投資,提高設備利用率,提高監(jiān)控效果。

4.2 技術一致,標準統(tǒng)一

在林局建設視頻監(jiān)控系統(tǒng),應采用一致的技術,甚至統(tǒng)一的設備和軟件,建設標準也應統(tǒng)一,這樣才能設備共用,信息共享,軟件兼容、支持,便于實現(xiàn)聯(lián)網。不可各建一套,否則將造成巨大的浪費。

4.3 整合各方,統(tǒng)一規(guī)劃

4.4 人機結合,提高效果

視頻監(jiān)控不是萬能的,不能解決林區(qū)的所有管護問題,其監(jiān)控也是有局限性的,存在留死角、不靈活、易受天氣影響等不足,因此不能完全代替人工巡查。要采取人工與電子相結合的辦法,取長補短,從而更好地發(fā)揮作用。同時也要提高人員素質,培養(yǎng)熟練的操作人員,提高監(jiān)控效果。

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