船舶視頻監控方案及衛星通信網絡對比分析

徐航

摘 要 本文分析了船舶視頻監控系統的建設可行性和實用性，并結合船舶實際情況，對船端視頻監控系統建設，岸端視頻顯示監控方式做了詳細闡述。介紹了目前主流海上衛星寬帶通信網絡的優缺點。結合全球航運船舶的應用需求，分析了海事衛星第五代衛星通信系統的特點和功能。

關鍵詞 船舶視頻應用；衛星寬帶網絡對比；第五代海事衛星

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）199-0114-03

1 船舶視頻監控應用需求

運輸船舶常年處于全球各主要航線運行，由于行業特點和作業方式的特殊性，遠洋船舶需要在茫茫大海上連續作業和航行，對于船舶、人員和貨物安全要求也越來越高，迫切需要對海上作業現場的情況需要更加實時直觀的了解，以便進行監督管理和指揮調度從而提高海上作業現場的安全性和工作效率。高清視頻監控是直觀了解遠端現場作業情況的最佳方式，目前相關的視頻監控設備和技術已經非常成熟，在陸地上的各行各業得到了廣泛應用，但由于視頻監控需要較高帶寬，遠洋船舶衛星通信通道的帶寬和成本一直都是制約海上視頻監控應用的瓶頸。本方案從全球船岸寬帶衛星通信的角度提出了實現遠程視頻監控的思路，可以滿足遠洋船舶視頻監控應用需求。

2 船舶視頻監控方案概述

運輸船舶的航行區域遍布全球，要滿足對所有海上船舶視頻監控的帶寬需求，首先需要選擇一個能夠全面覆蓋全球航線區域、并且具有較高可靠性和較低使用成本的寬帶衛星通信網絡，另外針對航行作業環境和船員素質條件，需要對船載衛星通信設備的性能進行有針對性的選擇，以確保系統能夠長期穩定可靠運行，達到系統建設的預期應用效果。

系統總體結構如圖1所示。

船舶遠程視頻監控系統主要由船端視頻監控子系統、船端衛星通信子系統、岸端顯示控制子系統三大部分組成，各部分的詳細組成和功能如下。

2.1 船端視頻監控子系統

船端視頻監控子系統主要由分別安裝在大桅頂端和左右兩舷的三個云臺攝像機及視頻存儲和編解碼設備組成，根據對實際船上設備裝備的具體情況，本著充分利舊的原則，本方案針對已有視頻監控系統的船舶和沒有視頻監控系統的船舶設計了不同的解決方案。

2.1.1 船上已有視頻監控的船舶

在已經安裝了視頻監控系統的船上，可在充分利用原有視頻監控設備的基礎上，增加網絡視頻編解碼設備，用于將原有模擬視頻信號進行數字化編碼后以便通過衛星網絡傳輸到岸端指揮中心。系統結構如圖2所示。

2.1.2 船上沒有視頻監控的船舶

對于沒有任何視頻監控設備的船舶，本方案采用先進的IP高清云臺攝像機和網絡視頻錄像機（NVR）等設備組合，在船上新建一套純IP化的視頻監控系統。系統結構如圖3所示。

2.2 船岸寬帶衛星通信子系統

遠程視頻監控應用的核心是將遠端的視頻信號傳輸至指揮中心，實現對多個遠端地點的集中監控管理，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，為了保證傳輸質量，在陸地上的視頻傳輸方式主要依靠光纖寬帶網絡實現。針對陸地車輛等移動場所的視頻監控，通常采用降低圖像質量的信號并經專用的壓縮處理后，使用3G/4G網絡進行遠程傳輸。由于船舶與岸端的通信只能依靠成本較高的衛星通信實現，因此，需要在在用較高壓縮比例對視頻信號進行處理后，選用一種具有較高帶寬的衛星通信系統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控系統的視頻圖像遠程傳輸到岸上指揮中心。基于當前的視頻壓縮和傳輸技術限制，最低的船岸視頻監控傳輸帶寬也需要1Mbps以上，同時為了滿足全區域覆蓋的特殊需求，船岸寬帶衛星通信首先應選擇具有真正全球覆蓋能力和較高可靠性的衛星網絡，并且具有全球服務能力的網絡和設備供應商。

2.3 岸端顯示控制子系統

岸端控制子系統是岸上視頻監控用戶查看和控制船上視頻監控系統的客戶端，為用戶提供遠程查看、遠程控制攝像機和云臺、大屏幕播放等應用功能。同時支持手機移動端查看。

3 海事衛星L+Ka波段FleetXpress寬帶通信系統

海事衛星第五代衛星FX系統于2014年推出，在2016年3月份完成了全部三顆衛星發射并提供服務，構成了國際唯一真正覆蓋全球系統的Ka波段寬帶衛星通信網，系統通過遍布全球、互為備份的6個衛星地面站和可靠的環形地面網絡實現與地面網絡的可靠互聯互通；FX業務的Ka波段船載終端與船上現有的L波段FB終端實現自動無縫切換，提供具有最高可靠性的衛星通信保障，實現船岸間最高可達50Mbps帶寬的數據通信通道，可以為遠洋船舶提供真正可靠的全球寬帶衛星通信服務。

3.1 Ka+L雙波段高可靠性網絡結構

FX業務船端系統以Ka波段寬帶衛星通信終端為核心，解決了船岸寬帶通道問題，同時為了提高船舶通信可靠性，船上網絡通過自動切換方式實現與現有FB和船舶局域網系統整合，與船上的局域網接入并實現統一管理系統。船端網絡結構如圖5所示。

3.2 FX業務應用功能

FX寬帶衛星通信系統通過在船上加裝最先進的海事衛星五代星GX終端，并與船上現有的FB及船舶局域網相融合，為船隊提供全天候、全球覆蓋的可靠寬帶衛星通信保障。主要功能如下。

3.2.1 無限流量的全球覆蓋寬帶衛星通信

海事衛星FX系統是一個無限流量衛星寬帶通信系統，用戶只需選擇不同通信帶寬，無需關心通信數據量的大小，在L波段FB網絡和Ka波段VSAT網絡上都享受相同的資費政策，徹底改變單純使用FB或其他VSAT網絡時的數據流量的限制模式，在任意使用情況下，每月的通信費用完全可控。（FX系統內捆綁使用的FB設備不再單獨收取流量費）。

3.2.2 GX與FB自動無縫切換

通過船舶通信網關將Ka波段的GX終端與船上現有的L波段FB終端融合和自動切換，在日常使用時以GX寬帶業務為主，如因天氣等原因導致GX業務無法使用時，將自動切換到FB網絡以確保船岸通信全天候可靠暢通。在衛星網絡切換后，船上局域網的所有應用和服務的地址都不會受到影響。

3.2.3 系統自帶的IP語音（VoIP）電話直撥

船舶在GX網絡應用時，通過海事衛星成熟的地面網絡系統，目前標準的GX船端設備即可為船上提供最多5路IP語音電話直撥功能，使用此IP語音電話費用低，并且不占用系統的帶寬和數據流量，也不需要船舶和公司端的任何硬件和人力投入，即可實現全球直撥IP語音電話功能。

3.2.4 網頁瀏覽自動壓縮加速和訪問控制

船上網絡訪問的所有網頁，都會在地面站服務系統中對網頁內容進行自動壓縮、過濾和傳輸優化，還可對音視頻內容和彈出廣告等內容進行限制，以節省網絡流量和帶寬開銷，提高網頁訪問速度；系統還可根據網頁內容進行過濾和限制，確保船舶網絡訪問安全。

3.2.5 高頻率船位跟蹤

系統提供實時船位跟蹤功能，可實現對船舶位置的分鐘級的監控以及歷史軌跡查詢功能，并可在公司端進行集成展示和遠程控制，提高船舶管理工作效率。

3.3 衛星通信波段特點對比（見表1）

4 結論

隨著船舶信息化應用需求的不斷擴大，船舶視頻監控系統必定會在貨物監管、航行安全、船員遠程醫療等多方面有更廣闊的應用場景。而更優質、領先、高效的全球化衛星通信網絡更好的保障了上述船舶信息化系統的穩定運行。隨著船舶技術的不斷更新和突破，全球化的海上寬帶衛星網絡將發揮越來越重要的作用。endprint