分體頭戴式無線音視頻傳輸記錄儀研制

國網白銀供電公司 張軍紅 張少輝 張樂楨

為了提高野外電力作業人員的安全和作業效率，利用作業現場必須帶安全帽這一特性，將高清攝像頭、耳機、麥克風和全雙工無線對講機微型化集成于安全帽上，設計了一套可無線全雙工對講、無線視頻傳輸和音視頻同步存儲的音視頻監控指揮系統。本系統可以幫助野外電力作業人員實現多人全雙工對講，并且指揮人員可以實時地監控作業人員和電力設備的工作情況，制定合理的決策并執行，同時系統會同步存儲音視頻數據，方便安全或質量事故的判定處理。通過本系統的使用，可以解決野外電力作業無手機信號地區使用傳統對講機通信效果差且無法監控指揮的問題，提高野外電力作業效率和管理水平。

一直以來野外電力作業特別是架空絕緣導線的維護都是比較困難的，在進行野外現場電力作業過程中，作業人員一般都使用傳統的對講機向相應指揮人員描述情況，并根據指示完成相應工作。常規作業溝通方式的優點為：成本低、傳輸距離較遠，對講機通信有效傳輸距離大約為500m，能基本滿足工地現場的使用要求。缺點為：現場人員在進行高空作業時手腳行動不便，在使用傳統對講機進行通信時需要用手按著對講機，才能把信息發送出去，且傳統對講機多為半雙工設備即要么接收，要么發送，只能同時完成一種功能；如果出現多人同一頻道發送，就會出現很大干擾，聽不清楚任何一個人的說話；在使用對講機進行通信時只能傳輸音頻，口述問題很難將問題描述清楚，也不直觀，很容易讓指揮人員理解歧義造成誤判；在作業現場出現問題后由于沒有現場數據記錄，很難找到責任人。因此，研究一種溝通操作方便，能實時記錄傳輸的通訊工具，具有較為重要的現實意義。目前，一種具有音視頻傳輸功能的安全帽，這種安全帽將高清攝像頭、耳機、麥克風和全雙工無線對講機微型化集成于安全帽，可實現遠程監控和全雙工通信并能對現場的音視頻數據進行記錄。該方案采用的是3G或是4G無線數據網絡進行數據傳輸，使用無線數據網傳輸雖然可以將音視頻信號傳輸到千里之外，使得溝通零距離，但使用時音頻視頻數據是通過3G、4G按流量計費的，使用成本較高且無法在沒有信號覆蓋的地方無法使用。盡管現在說手機信號全球通，但在野外的電力線路，很多地方是沒有手機信號覆蓋的，在這種情況下還是無法使用的。因此很有必要開發一種新式通訊工具，既具備音頻視頻實時傳輸、存儲功能，又不依賴3G、4G網絡。

本文針對以上問題利用現代先進的電子信息技術和無線電技術，將電力作業時需要帶安全帽的特性與音視頻監控系統結合，研究了一套適用于野外電力作業的智能音視頻監控指揮系統。該系統可以在野外電力作業現場快速搭建一套無線多人全雙工對講系統，不依賴外部網絡，無需手工操作，就可實現多人同時全雙工語音交流，并能夠實時傳輸音視頻信息到主控箱幫助指揮人員了解作業人員和電力設備的情況，方便指揮人員調度指揮，與此同時還會同步存儲音視頻數據，方便安全或質量事故的判定處理。

1 解決方案

1.1 系統主要裝置及結構方案

野外電力作業智能音視頻監控指揮系統主要是基于WIFI寬帶無線通信系統和數字音視頻監控系統，無線寬帶無線通信系統作為現有工業以太網的補充和完善，可以擴充寬帶網的覆蓋范圍。

野外電力作業智能音視頻監控指揮系統，由若干個安全帽部分、主控箱部分以及至少一個無線收發器。安全帽部分包括安全帽布套以及集成在安全帽布套上的攝像裝置、存儲裝置、音頻輸入輸出裝置、WIFI模塊和電源；電源為攝像裝置、音頻輸入、輸出裝置和WIFI模塊供電；攝像裝置和音頻輸入輸出裝置的數據線分別與WIFI模塊連接并且還將數據輸入存儲裝置進行存儲；主控箱部分包括主控無線收發器和移動終端，無線收發器和主控無線收發器均內置WIFI模塊和自組網模塊，各安全帽部份分別通過無線WIFI與無線收發器之間實現WIFI連接，無線收發器和主控無線收發器之間通過自組網模塊構建成免費頻段的無線自組網，移動終端與主控無線收發器之間通過無線WIFI實現連接。當開啟電源時系統將會自動進行自組網，作業人員無需手動操作就可以實現全雙工對講，指揮人員也可以實時通過主控箱了解現場情況進行同步指揮。

1.2 安全帽設計

針對野外不同工況下作業和對通信傳輸距離的要求，本文提出了兩套安全帽的設計方案。

安全帽由可穿戴的帽體部分和一個無線收發器兩部分組成，可穿戴帽體部分包括安全帽布套、攝像頭、耳麥、存儲裝置和WIFI模塊等組成，設計時考慮將電子設備在安全帽前后左右均勻分布，以保證安全帽的平衡性；無線收發器無需作業人員帶在身上，通過WIFI與各安全帽部分進行連接通信，同時無線收發器和主控無線收發器之間通過自組網模塊構建成免費頻段的無線自組網進行通信。

方案二主要是在方案一的基礎上進行了改進，針對每個安全帽配置一個無線收發器，并且無線收發器集成存儲裝置、WIFI模塊和電源，設計將無線收發器置于作業人員腰間的皮帶上，無線收發器和安全帽之間通過一個線連接，這樣無線收發器可以為安全帽上的電子元件供電并于主控單元自組網實現音視頻的傳輸。

對比方案二和方案一，方案一只配置一個無線收發器。由于WIFI模塊的作用距離一般只有幾十米的距離，因此，本方案適合于各施工作業人員相對比較集中的工作場合。在使用方案二時，各作業人員均可以通過無線收發器直接參與自組網，且自組網的距離比WIFI遠得多，適合于沿線作業且各人員之間相距比較遠的場合，但較方案一增加了無線收發器的配置成本，并且還需將無線收發器帶在身上增加作業人員負重，可以根據實際作業需求合理的選配。

1.3 主控箱設計

主控箱部分由電池、天線、無線收發模塊、顯示器、電源等組成，主控箱的設計也采用了低功耗電路和輕質的材料以保證長續航和便攜。主控箱與無線收發器通過自組網模塊構建成免費頻段的無線自組網極進行通信，無線收發器將現場的音視頻信號實時數據和操作情況傳到主控箱并可以同步顯示在主控箱屏幕上。指揮人員可以通過主控箱實時的了解作業情況并通過語音系統進行相應的技術指揮，同時主控箱也會對接收到的信號進行同步存儲。

2 系統的功能和特點

2.1 系統功能

（1）無線全雙工對講功能。多名使用者可通過配對組網快速搭建起一個臨時的無線音頻對講網絡，隨后網絡內的使用者可進行完全實時的全雙工通話。

（2）無線視頻傳輸功能。通過安裝在安全帽上的微型攝像機進行現場視頻的實時采集，經由無線發射機將視頻圖像調制成射頻信號向外發射，附近被設置成同頻道的無線接收機接收到此射頻信號，經解調還原后在監視器上予以顯示。

（3）音視頻同步存儲。將使用者的通話內容和微型攝像機拍攝得的視頻圖像經數字化并壓縮處理后同步存儲于在終端機內的TF存儲卡中，可方便地進行回放或導入電腦中長期保存。

2.2 系統特點

（1）系統的移植性強，安全布套具有一定的收縮性，能夠適應多種規格的電力安全帽且更換方便。

（2）整套系統的電路設計均采用低功耗元件，供電電池選用能量密度高充電快的輕質鋰電池，使得整套系統重量較輕，便于攜帶連續工作時間長。

（3）在人機交互方面，系統在使用時只需接通電源即可，系統會自動連接，操作簡單對使用者十分友好。

（4）內置無線電路，與無線收發器和控制箱之間通過自組網無線數據交互，不產生任何費用，可節省通信成本。

總結：本文根據電力作業人員在作業現場必須要戴安全帽這一特性，與音視頻監控系統結合應用于野外電力作業。該系統可以輔助作業人員在無需手動操作的情況下，實現多人全雙工無線對講，并能夠實時傳輸音視頻信息到主控箱，幫助指揮人員了解作業人員和電力設備的情況，方便指揮人員調度指揮與此同時還會同步記錄音視頻數據，方便安全或質量事故的判定處理。本系統包含技術水平具有先進性和創新性，關鍵技術多、難度較大，可以達到同行業先進水平，應用于野外的電力作業中能提高作業人員的效率，有廣闊推廣應用的前景。