船舶視頻監(jiān)控方案及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)比分析

徐航

摘 要 本文分析了船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)可行性和實(shí)用性，并結(jié)合船舶實(shí)際情況，對(duì)船端視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，岸端視頻顯示監(jiān)控方式做了詳細(xì)闡述。介紹了目前主流海上衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合全球航運(yùn)船舶的應(yīng)用需求，分析了海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能。

關(guān)鍵詞 船舶視頻應(yīng)用；衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)對(duì)比；第五代海事衛(wèi)星

中圖分類(lèi)號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）199-0114-03

1 船舶視頻監(jiān)控應(yīng)用需求

運(yùn)輸船舶常年處于全球各主要航線(xiàn)運(yùn)行，由于行業(yè)特點(diǎn)和作業(yè)方式的特殊性，遠(yuǎn)洋船舶需要在茫茫大海上連續(xù)作業(yè)和航行，對(duì)于船舶、人員和貨物安全要求也越來(lái)越高，迫切需要對(duì)海上作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的情況需要更加實(shí)時(shí)直觀的了解，以便進(jìn)行監(jiān)督管理和指揮調(diào)度從而提高海上作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全性和工作效率。高清視頻監(jiān)控是直觀了解遠(yuǎn)端現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況的最佳方式，目前相關(guān)的視頻監(jiān)控設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在陸地上的各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，但由于視頻監(jiān)控需要較高帶寬，遠(yuǎn)洋船舶衛(wèi)星通信通道的帶寬和成本一直都是制約海上視頻監(jiān)控應(yīng)用的瓶頸。本方案從全球船岸寬帶衛(wèi)星通信的角度提出了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的思路，可以滿(mǎn)足遠(yuǎn)洋船舶視頻監(jiān)控應(yīng)用需求。

2 船舶視頻監(jiān)控方案概述

運(yùn)輸船舶的航行區(qū)域遍布全球，要滿(mǎn)足對(duì)所有海上船舶視頻監(jiān)控的帶寬需求，首先需要選擇一個(gè)能夠全面覆蓋全球航線(xiàn)區(qū)域、并且具有較高可靠性和較低使用成本的寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，另外針對(duì)航行作業(yè)環(huán)境和船員素質(zhì)條件，需要對(duì)船載衛(wèi)星通信設(shè)備的性能進(jìn)行有針對(duì)性的選擇，以確保系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)建設(shè)的預(yù)期應(yīng)用效果。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

船舶遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由船端視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、船端衛(wèi)星通信子系統(tǒng)、岸端顯示控制子系統(tǒng)三大部分組成，各部分的詳細(xì)組成和功能如下。

2.1 船端視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

船端視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要由分別安裝在大桅頂端和左右兩舷的三個(gè)云臺(tái)攝像機(jī)及視頻存儲(chǔ)和編解碼設(shè)備組成，根據(jù)對(duì)實(shí)際船上設(shè)備裝備的具體情況，本著充分利舊的原則，本方案針對(duì)已有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的船舶和沒(méi)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)了不同的解決方案。

2.1.1 船上已有視頻監(jiān)控的船舶

在已經(jīng)安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的船上，可在充分利用原有視頻監(jiān)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼設(shè)備，用于將原有模擬視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化編碼后以便通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)桨抖酥笓]中心。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.2 船上沒(méi)有視頻監(jiān)控的船舶

對(duì)于沒(méi)有任何視頻監(jiān)控設(shè)備的船舶，本方案采用先進(jìn)的IP高清云臺(tái)攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)（NVR）等設(shè)備組合，在船上新建一套純IP化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2 船岸寬帶衛(wèi)星通信子系統(tǒng)

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控應(yīng)用的核心是將遠(yuǎn)端的視頻信號(hào)傳輸至指揮中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)端地點(diǎn)的集中監(jiān)控管理，由于視頻傳輸所需帶寬非常高，一般每路全高清視頻（1080P）需要2Mbps帶寬，為了保證傳輸質(zhì)量，在陸地上的視頻傳輸方式主要依靠光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)陸地車(chē)輛等移動(dòng)場(chǎng)所的視頻監(jiān)控，通常采用降低圖像質(zhì)量的信號(hào)并經(jīng)專(zhuān)用的壓縮處理后，使用3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。由于船舶與岸端的通信只能依靠成本較高的衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)，因此，需要在在用較高壓縮比例對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理后，選用一種具有較高帶寬的衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為船岸間視頻信息的傳輸通道，以寬帶IP通信方式將船上視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像遠(yuǎn)程傳輸?shù)桨渡现笓]中心?；诋?dāng)前的視頻壓縮和傳輸技術(shù)限制，最低的船岸視頻監(jiān)控傳輸帶寬也需要1Mbps以上，同時(shí)為了滿(mǎn)足全區(qū)域覆蓋的特殊需求，船岸寬帶衛(wèi)星通信首先應(yīng)選擇具有真正全球覆蓋能力和較高可靠性的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，并且具有全球服務(wù)能力的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備供應(yīng)商。

2.3 岸端顯示控制子系統(tǒng)

岸端控制子系統(tǒng)是岸上視頻監(jiān)控用戶(hù)查看和控制船上視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶(hù)端，為用戶(hù)提供遠(yuǎn)程查看、遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)和云臺(tái)、大屏幕播放等應(yīng)用功能。同時(shí)支持手機(jī)移動(dòng)端查看。

3 海事衛(wèi)星L+Ka波段FleetXpress寬帶通信系統(tǒng)

海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星FX系統(tǒng)于2014年推出，在2016年3月份完成了全部三顆衛(wèi)星發(fā)射并提供服務(wù)，構(gòu)成了國(guó)際唯一真正覆蓋全球系統(tǒng)的Ka波段寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)，系統(tǒng)通過(guò)遍布全球、互為備份的6個(gè)衛(wèi)星地面站和可靠的環(huán)形地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與地面網(wǎng)絡(luò)的可靠互聯(lián)互通；FX業(yè)務(wù)的Ka波段船載終端與船上現(xiàn)有的L波段FB終端實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)縫切換，提供具有最高可靠性的衛(wèi)星通信保障，實(shí)現(xiàn)船岸間最高可達(dá)50Mbps帶寬的數(shù)據(jù)通信通道，可以為遠(yuǎn)洋船舶提供真正可靠的全球?qū)拵l(wèi)星通信服務(wù)。

3.1 Ka+L雙波段高可靠性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

FX業(yè)務(wù)船端系統(tǒng)以Ka波段寬帶衛(wèi)星通信終端為核心，解決了船岸寬帶通道問(wèn)題，同時(shí)為了提高船舶通信可靠性，船上網(wǎng)絡(luò)通過(guò)自動(dòng)切換方式實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有FB和船舶局域網(wǎng)系統(tǒng)整合，與船上的局域網(wǎng)接入并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理系統(tǒng)。船端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.2 FX業(yè)務(wù)應(yīng)用功能

FX寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)通過(guò)在船上加裝最先進(jìn)的海事衛(wèi)星五代星GX終端，并與船上現(xiàn)有的FB及船舶局域網(wǎng)相融合，為船隊(duì)提供全天候、全球覆蓋的可靠寬帶衛(wèi)星通信保障。主要功能如下。

3.2.1 無(wú)限流量的全球覆蓋寬帶衛(wèi)星通信

海事衛(wèi)星FX系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)限流量衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)，用戶(hù)只需選擇不同通信帶寬，無(wú)需關(guān)心通信數(shù)據(jù)量的大小，在L波段FB網(wǎng)絡(luò)和Ka波段VSAT網(wǎng)絡(luò)上都享受相同的資費(fèi)政策，徹底改變單純使用FB或其他VSAT網(wǎng)絡(luò)時(shí)的數(shù)據(jù)流量的限制模式，在任意使用情況下，每月的通信費(fèi)用完全可控。（FX系統(tǒng)內(nèi)捆綁使用的FB設(shè)備不再單獨(dú)收取流量費(fèi)）。

3.2.2 GX與FB自動(dòng)無(wú)縫切換

通過(guò)船舶通信網(wǎng)關(guān)將Ka波段的GX終端與船上現(xiàn)有的L波段FB終端融合和自動(dòng)切換，在日常使用時(shí)以GX寬帶業(yè)務(wù)為主，如因天氣等原因?qū)е翯X業(yè)務(wù)無(wú)法使用時(shí)，將自動(dòng)切換到FB網(wǎng)絡(luò)以確保船岸通信全天候可靠暢通。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)切換后，船上局域網(wǎng)的所有應(yīng)用和服務(wù)的地址都不會(huì)受到影響。

3.2.3 系統(tǒng)自帶的IP語(yǔ)音（VoIP）電話(huà)直撥

船舶在GX網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)，通過(guò)海事衛(wèi)星成熟的地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目前標(biāo)準(zhǔn)的GX船端設(shè)備即可為船上提供最多5路IP語(yǔ)音電話(huà)直撥功能，使用此IP語(yǔ)音電話(huà)費(fèi)用低，并且不占用系統(tǒng)的帶寬和數(shù)據(jù)流量，也不需要船舶和公司端的任何硬件和人力投入，即可實(shí)現(xiàn)全球直撥IP語(yǔ)音電話(huà)功能。

3.2.4 網(wǎng)頁(yè)瀏覽自動(dòng)壓縮加速和訪(fǎng)問(wèn)控制

船上網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)的所有網(wǎng)頁(yè)，都會(huì)在地面站服務(wù)系統(tǒng)中對(duì)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)壓縮、過(guò)濾和傳輸優(yōu)化，還可對(duì)音視頻內(nèi)容和彈出廣告等內(nèi)容進(jìn)行限制，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量和帶寬開(kāi)銷(xiāo)，提高網(wǎng)頁(yè)訪(fǎng)問(wèn)速度；系統(tǒng)還可根據(jù)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容進(jìn)行過(guò)濾和限制，確保船舶網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)安全。

3.2.5 高頻率船位跟蹤

系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)船位跟蹤功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶位置的分鐘級(jí)的監(jiān)控以及歷史軌跡查詢(xún)功能，并可在公司端進(jìn)行集成展示和遠(yuǎn)程控制，提高船舶管理工作效率。

3.3 衛(wèi)星通信波段特點(diǎn)對(duì)比（見(jiàn)表1）

4 結(jié)論

隨著船舶信息化應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)必定會(huì)在貨物監(jiān)管、航行安全、船員遠(yuǎn)程醫(yī)療等多方面有更廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。而更優(yōu)質(zhì)、領(lǐng)先、高效的全球化衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)更好的保障了上述船舶信息化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著船舶技術(shù)的不斷更新和突破，全球化的海上寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。endprint