利用流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)林區(qū)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

宋曉東

(廣播電影電視管理干部學(xué)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(duì)首都乃至整個(gè)華北地區(qū)產(chǎn)生很大的影響。長期以來,山西省經(jīng)濟(jì)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(hù)重點(diǎn)省份,保護(hù)森林仍是改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。

山西省林區(qū)范圍廣袤,地形復(fù)雜,交通不便,給森林的管護(hù)和監(jiān)測帶來了極大的困難,同時(shí)自然災(zāi)害和人為破壞相當(dāng)嚴(yán)重,加之近年山西省林業(yè)生態(tài)建設(shè)步伐加快,成林面積會(huì)越來越大,森林保護(hù)任務(wù)會(huì)越來越繁重。為了保護(hù)現(xiàn)有森林,森林管理單位主要采用在林區(qū)建立望臺(tái)、護(hù)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(shí)施全時(shí)、實(shí)時(shí)、全面、有效的監(jiān)控。顯然傳統(tǒng)的管護(hù)辦法已很不適應(yīng)森林保護(hù)的要求,必須增加科技手段,采用先進(jìn)技術(shù)來提高對(duì)林區(qū)的監(jiān)控管理水平。隨著通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,目前一種新的可用于野外監(jiān)控的技術(shù)已經(jīng)成熟,這是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有附屬設(shè)備少、造價(jià)低、操作簡單、維護(hù)方便等特點(diǎn),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(lǐng)導(dǎo)和管理人員加強(qiáng)對(duì)林區(qū)現(xiàn)場的管理和森林事件的指揮調(diào)度。如果配合使用“3S”為核心的信息技術(shù),可以大大提高林區(qū)的管理水平。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

多媒體數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)是新近崛起的以計(jì)算機(jī)技術(shù)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(yīng)用為首要目的,兼顧技術(shù)先進(jìn)和節(jié)約投資兩方面的要求,采用當(dāng)前最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)多媒體監(jiān)控技術(shù),實(shí)施對(duì)林區(qū)的遠(yuǎn)程、集中監(jiān)控,并將監(jiān)控系統(tǒng)接入各林場的內(nèi)部局域網(wǎng)管理中心,通過級(jí)聯(lián)的方式,逐級(jí)上傳,最終將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)連接到山西省林業(yè)廳監(jiān)控管理中心。

根據(jù)實(shí)際工作的需要,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是:將數(shù)字化、多媒體通信和流媒體技術(shù)集成為網(wǎng)絡(luò)化的多媒體監(jiān)控技術(shù),在各林場所屬的重點(diǎn)林區(qū)根據(jù)地形優(yōu)勢選定監(jiān)控點(diǎn),設(shè)立監(jiān)控?cái)z像頭,在各林局設(shè)立監(jiān)控中心,并設(shè)置大屏幕投影,采集、管理每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的監(jiān)控圖像。具體目標(biāo)是:

1)在各林局建立 1個(gè)監(jiān)控中心,設(shè)置監(jiān)控服務(wù)器和大屏幕投影,集中管理該局所屬的各個(gè)現(xiàn)場攝像頭;林場設(shè)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(duì)某個(gè)指定監(jiān)控點(diǎn)圖像進(jìn)行遠(yuǎn)近伸縮畫面顯示及全角度旋轉(zhuǎn);通過切換控制,可集中顯示所有景點(diǎn)的指定場景;錄制存儲(chǔ)所有監(jiān)控場景圖像,存儲(chǔ)時(shí)間為7 d;回放存儲(chǔ)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(diǎn)安裝監(jiān)控?cái)z像頭若干個(gè),對(duì)所需監(jiān)控的部位進(jìn)行監(jiān)控?cái)z像。具體要求是:攝像頭應(yīng)配備全方位云臺(tái),可在監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制下運(yùn)轉(zhuǎn),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(nèi)部局域網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)上的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)或其他經(jīng)授權(quán)的用戶通過 PC機(jī)上安裝的客戶端軟件,登錄網(wǎng)絡(luò)訪問監(jiān)控中心,觀看監(jiān)控圖像。建立1個(gè)連接林局監(jiān)控中心到林區(qū)監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)指揮調(diào)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(yīng)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(jìn)行通話,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的指揮調(diào)度。

3 整體方案

3.1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

本方案選用國產(chǎn)科達(dá) KDM系列網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備,日本日安電子的攝像頭以及相應(yīng)的軟件組成網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)配置1臺(tái)KDM2400編碼器,每臺(tái) KDM2400可對(duì) 1路或 2路視頻信號(hào)進(jìn)行編碼。中心點(diǎn)配置 1臺(tái) KDM2010中心控制服務(wù)器,最大可支持 16個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)的接入,可把接入的視頻碼流轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端的監(jiān)控。若系統(tǒng)需要電視墻顯示,可在局域網(wǎng)中配置多臺(tái) KDM2500解碼器,把 KDM2010轉(zhuǎn)發(fā)來的視頻流解碼后輸出到電視墻。中心點(diǎn)還可配置 KDM2020數(shù)字錄像服務(wù)器來提供數(shù)碼錄像功能和視頻點(diǎn)播服務(wù),配置 KDM2030網(wǎng)管服務(wù)器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全程管理。KDM2010和KDM2030可以合用1臺(tái)高性能服務(wù)器。

1)遠(yuǎn)端景點(diǎn)。每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)配置 1臺(tái) KDM2400遠(yuǎn)端編碼器,并根據(jù)監(jiān)控部位的分布,架設(shè)若干個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭,每臺(tái)遠(yuǎn)端編碼器可接 1臺(tái)～ 4臺(tái)攝像頭,攝像頭與遠(yuǎn)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(hào)轉(zhuǎn)換成M PEG4碼流,用于接受相應(yīng)監(jiān)控工作站的采集。遠(yuǎn)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(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)遠(yuǎn)端編碼器KDM2400都有 1個(gè)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(tái) KDM2010視頻監(jiān)控服務(wù)器,視頻監(jiān)控服務(wù)器安裝監(jiān)控管理軟件,通過網(wǎng)絡(luò)訪問各林場監(jiān)控點(diǎn)的遠(yuǎn)端編碼器獲得監(jiān)控圖像信號(hào),再經(jīng)過解碼器 KDM2500解碼之后得到遠(yuǎn)端圖像。本方案中,1臺(tái)視頻監(jiān)控服務(wù)器KDM2010可接入 30個(gè)遠(yuǎn)端編碼器 KDM2400的視頻流,若同時(shí)開通雙向音頻,則可接入 20個(gè)遠(yuǎn)端編碼器 KDM2400的音視頻流。各個(gè)監(jiān)控終端獲得的監(jiān)控圖像,經(jīng)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(wù)器1臺(tái),錄制存儲(chǔ)所有監(jiān)控場景的圖像,存儲(chǔ)時(shí)間為7 d,并配備KDM2030網(wǎng)管服務(wù)器軟件,負(fù)責(zé)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備的運(yùn)行情況。

3)監(jiān)控端。林局的相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和主管人員的桌面PC機(jī)可以根據(jù)權(quán)限通過 WEB方式登錄到KDM2010上實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端的監(jiān)控。

4)指揮調(diào)度系統(tǒng)。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上,利用音頻對(duì)講功能可以建立全網(wǎng)的指揮調(diào)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(yīng)的遠(yuǎn)端編碼器,值班人員可利用其中的音頻通道實(shí)現(xiàn)呼叫和音頻通話,從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的指揮調(diào)度。

5)傳輸網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)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(wǎng)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(wǎng),即每個(gè)遠(yuǎn)端編碼器 KDM2400通過1條 E1專線接到監(jiān)控中心的“E1-以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器”上,“E1-以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器”接入監(jiān)控中心局域網(wǎng)的交換機(jī)上,從而實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心局域網(wǎng)的連接。

6)大屏幕顯示。監(jiān)控中心可以通過設(shè)置數(shù)字投影機(jī)或電視幕墻來實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示。使用數(shù)字投影機(jī)(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(hào)接到數(shù)字投影機(jī)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(jīng)過解碼器解碼之后得到遠(yuǎn)端圖像,送至電視幕墻實(shí)現(xiàn)多畫面顯示,通常1塊大屏幕最多顯示 16個(gè)畫面,更多的畫面就要通過大屏幕拼接來實(shí)現(xiàn)。

3.2 傳輸線路的解決

遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)的搭建和線路的運(yùn)營費(fèi)用是個(gè)很大的問題,尤其是專網(wǎng)的搭建,往往要支付通信運(yùn)營公司高額的線路租賃費(fèi)用,因而制約了監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和實(shí)施。因此,我們提出以下3種線路的解決方案。

1)互利,場地?fù)Q線路的方案。網(wǎng)通、電信、衛(wèi)通等通信公司在林區(qū)建設(shè)基站時(shí),往往要申請(qǐng)土地、電力等支持,這些都須與當(dāng)?shù)亓謪^(qū)進(jìn)行洽談,因此,可以由省林業(yè)廳和通信公司進(jìn)行協(xié)商,由林業(yè)部門負(fù)責(zé)為通信公司在林區(qū)所有的無償占地、建設(shè)、供電等相關(guān)事宜提供便利和配合,作為回報(bào),通信公司將建設(shè)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?cái)z像頭及其他信號(hào)采集設(shè)備。這樣,就可以以最小的投入,換取一套完整的光纖專網(wǎng),用來傳輸林業(yè)監(jiān)測的圖像、數(shù)據(jù)等。優(yōu)點(diǎn):通信基站一般建設(shè)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(yuǎn)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(wǎng)絡(luò)環(huán)境,光纖專網(wǎng)保障了通信的暢通和數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸,林區(qū)指揮中心可以實(shí)時(shí)獲得林區(qū)的詳盡資料;大大地降低了建設(shè)成本和運(yùn)營成本。缺點(diǎn):覆蓋范圍有限,只能在有人煙、有基站的地方實(shí)施,無人煙的區(qū)域沒有辦法實(shí)施。場地?fù)Q線路這種合作模式已經(jīng)在我國個(gè)別地區(qū)的個(gè)別行業(yè)有了良好的先例,是可以實(shí)施的方法。

2)使用GPRS傳輸信息。在每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)及信息采集點(diǎn)安裝 GPRS無線調(diào)制解調(diào)器,該設(shè)備可以利用移動(dòng)公司的手機(jī)網(wǎng)絡(luò),只要有手機(jī)信號(hào)的地方,就可以使用該設(shè)備。采集點(diǎn)將視頻信號(hào)和模擬傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行編碼后,通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行分析監(jiān)控。優(yōu)點(diǎn):無線傳輸手段,靈活方便,不受線路的限制,只要有手機(jī)信號(hào)就可以安裝使用;線路的使用費(fèi)用低廉,對(duì)于林業(yè)系統(tǒng)來說比較實(shí)際,能夠承受;在無電力供應(yīng)的地方可以使用太陽能發(fā)電。缺點(diǎn):只能傳輸靜態(tài)圖像,無法滿足動(dòng)態(tài)圖像的傳輸要求。

3)使用衛(wèi)星傳輸信息。監(jiān)控點(diǎn)得到的信號(hào)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(diǎn):不受地域限制。缺點(diǎn):傳輸費(fèi)用較高。

4 建設(shè)原則

4.1 先示范后全面,先單控后聯(lián)網(wǎng)

在林局建設(shè)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(shè) 1個(gè)～ 2個(gè)示范點(diǎn),再逐步推開。剛開始建設(shè)只能以林場為單位,1個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng) 1個(gè)或者幾個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭,而后在整個(gè)林局實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),從而大大節(jié)省軟件和硬件的投資,提高設(shè)備利用率,提高監(jiān)控效果。

4.2 技術(shù)一致,標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一

在林局建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng),應(yīng)采用一致的技術(shù),甚至統(tǒng)一的設(shè)備和軟件,建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)統(tǒng)一,這樣才能設(shè)備共用,信息共享,軟件兼容、支持,便于實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。不可各建一套,否則將造成巨大的浪費(fèi)。

4.3 整合各方,統(tǒng)一規(guī)劃

4.4 人機(jī)結(jié)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(hù)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(jié)合的辦法,取長補(bǔ)短,從而更好地發(fā)揮作用。同時(shí)也要提高人員素質(zhì),培養(yǎng)熟練的操作人員,提高監(jiān)控效果。

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