攝像機動態查詢管理系統

鄭朝亮，方 雄，王少珠

（柳州市廣播電視臺 技術部，廣西 柳州 545006）

攝像機動態查詢管理系統

鄭朝亮，方 雄，王少珠

（柳州市廣播電視臺 技術部，廣西 柳州 545006）

柳州市廣播電視臺通過在攝像機內部安裝GPS軌跡記錄設備，自動記錄攝像機的移動情況，從而獲取攝像機的實際使用信息。并且利用自行開發的軟件實現了GPS數據的批量采集處理，能夠直觀地顯示設備移動軌跡圖，有利于加強管理，提高設備利用率。

GPS嵌入攝像機；GPS軌跡記錄；GPS數據自動處理；攝像機管理

柳州市廣播電視臺的攝像機采用集中收發、按需分配的管理方式。但隨著欄目、攝像員數量的增加，部分欄目會在沒有采訪計劃的情況下提前借出攝像機以作備用，一些攝像員會因預計任務較多而長時間占用攝像機，這些情況使得設備管理部門無法準確統計攝像機的實際使用情況和需求。

為了加強攝像機的收發管理，準確獲取攝像機的實際使用情況，盡量在不增加攝像機的前提下最大化提高設備的利用率，本文參考多方資料，成功開發了GPS動態查詢管理系統。

1 設計思路

本系統首先將GPS接收記錄單元安裝到攝像機內部，持續記錄設備借出后的移動軌跡。設備歸還后通過無線藍牙技術將記錄的數據上傳到服務器，服務器再對上傳的數據進行轉換分析，最終在網頁上生成攝像機的移動軌跡圖。本系統結構與流程大致如圖1所示。

圖1 系統結構流程圖

本系統硬件部分主要采用了支持藍牙輸出功能的小型GPS軌跡記錄儀。軟件部分則使用VS2010與Flash Builder 4開發，穩定性較好。軌跡顯示部分基于Web平臺，采用了國內常用的百度地圖API繪制，顯示效果直觀明了。

2 攝像機動態查詢管理系統硬件設計及組成

2.1 GPS設備選型

GPS軌跡系統主要分為GPS記錄儀和GPS追蹤器兩類產品[1]。GPS記錄儀可以按時間或者距離間隔將當前坐標數據寫入到內置存儲上，GPS追蹤器則在GPS記錄儀的基礎上升級了GPRS實時回傳功能。由于GPS追蹤器依賴于網絡運營商，使用成本較高，并且市面上常見的GPS追蹤儀一般體積較大，很難在攝像機內部找到合適的位置安裝，而GPS記錄儀體積較小，在多種攝像機內部均能找到安裝位置。

通過對多款GPS記錄儀的測試和對比，本文最終采用了聯發科技公司（MTK）所設計的低耗電量晶片MT3329記錄儀產品（如圖2所示），它具有靈敏度高、支持藍牙功能、支持多種參數設置、自帶電池、開機無需人工操作自動記錄等特點，其主要參數如下：

1）4 Mbyte內存可記錄高達200 000軌跡點；

2）66顆衛星追蹤頻道，可快速定位及重新定位；

3）頻率1 575.42 MHz，可達-165 dBm的超高敏感度；

4）藍牙頻率2.40～2.48 GHz，靈敏度-85 dBm；

5）低耗電，內置充電鋰電池，充滿電后可連續工作10 h；

6）防過熱保護裝置溫度過熱45℃時，保護電路便會啟動切斷電源。

圖2 記錄儀內部結構

2.2 GPS供電模塊

為了能夠在無需拆卸的情況下維持GPS記錄儀持續工作，因此需要在攝像機內部對GPS記錄儀提供電力支持。為了盡量降低對攝像機的影響，本文采用了直接從電池取電的設計。

GPS記錄儀需要使用5 V電壓進行充電，因此要增加降壓電路。對7.2 V電池采用了常見的線性穩壓IC7805，對16 V電池則采用了MC34063開關型DC/DC降壓模塊，該模塊適合壓降、電流較大的環境，圖3為MC34063工作原理圖。

圖3 降壓變換電路圖

設備借出時，只要掛上電池，記錄儀就會自動開機并為內置電池充電，模塊充電電壓為5 V/200 mA，充電時間為2 h，充滿自動停止，因功耗很低，基本不會影響攝像機的正常使用時間。

2.3 衛星轉發

GPS設備開機有冷啟動、溫啟動、熱啟動之分，代表搜星定位的時間，每個型號的GPS啟動所用的時間各不相同（實測所選的GPS冷啟動時間為2 min以內、溫啟動時間為33 s、熱啟動時間為1 s）。為保證記錄儀能在設備室借出過程中鎖定衛星信號，需要安裝GPS衛星轉發器在室內，完成衛星信號覆蓋，覆蓋范圍可達40 m2。圖4為轉發器室內衛星信號覆蓋強度指示。

圖4 轉發器室內衛星信號強度（截圖）

2.4 安裝與測試

為了不改變攝像機自身的外觀、電路，不影響攝像機的正常使用，本系統采用了GPS記錄儀內置式安裝。該方式需要在攝像機內部找到合適的空間位置，因此要求安裝者對攝像機較為熟悉，具有一定的維修經驗。

通過對不同機型的多次試驗，選擇合適的位置巧妙安裝，要求既不影響攝像機的使用和維護，又兼顧GPS記錄儀的信號強度。在多種攝像機型中，松下AG-HPX173MC便攜式攝像機整機結構緊湊、可利用空間小，屬于安裝較為困難的類型。通過拆解機器與反復測試，終于找到了合適的位置安裝記錄儀和天線。將接收天線固定在小尋像器內部（如圖5所示），記錄儀則安裝在機身內狹小空間里（如圖6所示），電源供電采用小型7805降壓IC直接從電池端取電，基本不占用空間。

圖5 尋像器內安裝接收天線

圖6 AG-HPX173MC記錄儀安裝位置

安裝的GPS記錄儀接收頻率1 575.42 MHz、藍牙頻率2.4 GHz均為開放頻率。通過用泰克WVR6100示波器比對記錄儀安裝前（如圖7所示）和記錄儀安裝后（如圖8所示）的模擬視音頻、SDI視頻信號、嵌入音頻信號，結果表明均未受到干擾。

圖7 安裝前波形圖（截圖）

圖8 安裝后波形圖（截圖）

3 攝像機動態查詢管理系統軟件設計[2]

一般GPS記錄儀都有專用的配套軟件用于數據的讀取和分析，但未見適合自動化批量處理的軟件，因此本文自行開發了一整套GPS軌跡處理軟件，主要包含分為數據采集、數據錄入、坐標轉換、數據分析和軌跡繪圖5個部分。

3.1 數據采集部分

數據采集程序部署在數據采集端，用于讀取攝像機上的GPS軌跡信息。數據采集程序是本系統軟件的核心部分。一般來說GPS記錄儀都有專用的配套軟件用于數據的讀取和分析，但需要大量人工操作，無法實現多個GPS設備的自動連接和數據讀取。因此只能自行開發一套數據采集軟件，實現連接設備、讀取數據、刪除數據與斷開設備等操作的完全自動化。

正常情況下，柳州市廣播電視臺要求每天19：00前歸還所有借出設備（超出該時間使用需特別申請），因此設置為每天19：30自動執行。數據采集程序執行時，會自動掃描藍牙范圍內（大約10 m）所有可用設備，自動識別設備是否為已登記的GPS軌跡儀，如果識別成功則連接并下載軌跡數據，下載成功后清空GPS軌跡儀上的記錄。為了避免因網絡問題造成的數據丟失，數據采集程序會在本地保留一份數據副本。

3.2 數據錄入部分

從GPS記錄儀中讀取到的原始軌跡數據是具有特殊格式的文本信息，無法直接獲取到軌跡點的直觀數據，必須通過運算解析后才能獲得軌跡點的時間、經緯度和海拔等信息。然而GPS廠商并沒有提供解析方法，只有通過大量GPS原始數據與實際記錄點位置信息的對比來分析原始數據的數據結構和存儲形式，最終實現原始數據到軌跡點信息的完整轉換。

數據錄入程序部署在數據采集端，是一個無窗體的控制臺程序，每間隔30 min執行1次。它會檢索數據采集程序文件夾是否有新的數據文件，如果有新數據文件則將原始的GPS數據文件轉換成軌跡點集合，并嘗試上傳到服務器，如果上傳失敗則在下次執行時重復以上操作，直至上傳成功為止。

3.3 坐標轉換部分

坐標轉換程序部署在服務器端，該程序是軌跡繪制的前提程序。一般來說GPS記錄的經緯度信息屬于WGS84坐標體系，在我國這個坐標體系是不能直接應用在互聯網服務上的，至少要經過國家測繪局的加密，一些互聯網上的地圖服務提供商甚至有自己的坐標體系。本項目繪制軌跡時使用的是百度地圖，因此要調用百度地圖的坐標轉換接口將原始的WGS84坐標轉換成百度坐標。

3.4 數據分析部分

數據分析程序部署在服務器端，該程序定時掃描數據庫中的新數據，并自動根據軌跡點的信息對數據進行分段、篩選，形成多個軌跡點的集合。程序預置為20 min分段，即設備停止移動20 min以上，則結束上一條軌跡路徑，準備開始下一條軌跡路徑。軌跡分段后，程序會對軌跡內的所有點進行合理性檢測，對于因GPS信號不穩定造成的不合理軌跡點進行排除。

GPS記錄儀設置為按距離記錄，也就是每當記錄儀距離上1個記錄點超過指定距離（100m）后，就記錄當前位置為最新記錄點。根據這個設置，數據分析程序會對軌跡內相鄰的3個點進行判斷，如果有1個記錄點和另外2個記錄點的距離都遠超過另外2個記錄點之間的距離，并且大于GPS每記錄距離（100 m），則將該點判斷為無效記錄點。

3.5 軌跡繪制部分[3]

軌跡繪制是Web應用程序[4]，使用者可以在地圖上繪制指定攝像機在指定日期的記錄軌跡，非常直觀明了。同時管理者也可以看到設備當日借出和歸還的記錄，方便對比攝像機的實際使用情況（見圖9）。

圖9 軌跡繪制圖（截圖）

4 結束語

從2012年5月使用至今，該系統運行穩定無故障，記錄軌跡達到原設計要求，為柳州市廣播電視臺設備管理提供了強有力支持。投入成本小（每臺約800元，無后續費用），使用效果明顯，大幅度提高設備使用效率，為全臺完成全年宣傳任務提供堅實的設備保證。

[1] 劉基余.GPS衛星導航定位原理與方法[M].北京：科學出版社，2008.

[2] 王華杰，張帆，戴伯勇.Visual Studio.NET程序設計教程[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[3] 孫穎.Flash ActionScript3殿堂之路[M].北京：電子工業出版社，2007.

[4] 盧靈，陳志華.基于Web瀏覽器的GPS定位地圖的下載與處理[J].電視技術，2012，36（18）：54-57.

TP274+.2

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鄭朝亮，工程師，本科，研究方向為計算機網絡；

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2013-07-09

【本文獻信息】鄭朝亮，方雄，王少珠.攝像機動態查詢管理系統[J].電視技術，2014，38（8）.

方 雄，助理工程師，本科，研究方向為視音頻技術；

王少珠，助理工程師，本科，研究方向為計算機網絡。