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KJ1090s桥梁施工无线视频监控系统

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一、系统介绍

   随着大型桥梁的建设,桥梁建设管理从以前粗放式管理逐渐向信息化管理过渡,加强了对桥梁建设过程的集中管理, 要求建立包括桥梁远程视频监察平台,其目的是利用现场监察系统,实现安全管理和降低建设成本提供重要依据。 

   针对这种形式,我公司采用了全方位、远距离激光全天候监察系统,并且结合桥梁建设现场环境,精心设计了一套针对桥梁建设的视频监察解决方案——桥梁建设远程激光照明夜视监察系统。通过福建厦漳跨海大桥、浙江青山大桥、重庆永江大桥、重庆千斯门大桥等大量案例工程的实施,现在该套系统已经逐步趋于完善,普遍得到了直接用户及上层领导的肯定。 

   目前针对桥梁建设场所的电视监察,需要全方位全天候二十四小时不间断连续监察。但在室外夜间监察,特别是远距离、大范围监察方面成熟理想的解决方案还不多。采用LED红外灯作为夜间被监察目标的辅助照明,在几十米内范围监察的图像效果尚可,如超过100米,特别是超过200米监察距离,因固有的技术原因,效果难于满足监察图像的国

家标准。采用像增强技术(微光夜视技术)由于“增强”的能力有限,在环境照度很低(如星光)、监察目标较远(100米以上)时难于获得可满足视频电视监察基本图像质量要求(主观评价4级以上)的图像,而已有的热成像技术虽然监察距离比较远,但成像效果很难令人满意,并且造价昂贵,在这种形式下,采用激光照明,完成100米至3公里内的

夜视监察,能够取得相对不错的视频效果,成为了目前远程夜视监察的主流产品。在传输方式上,由于桥梁建设,森林,边防海防等场所,不便于铺设光纤或是电缆,所以采用无线传输似乎成了不二之选,目前先进的数字微波技术,基本解决了无线传输的干扰及延时问题,并且不受气候变化影响,基于这些方面考虑,该系统由前端的激光夜视监察系统、全方位变速云台、云镜控制解码器、无线视频服务器、数字微波传输系统、控制、显示及录像系统等子系统构成,各部分紧密配合,实现了全天候,全方位实时监察,并且可以随时启动录像及现场抓图,针对现场出现的任何不正常现象,时间为相关部门提供资料,以保证设备的正常运行及财产不受侵害。 

 

二、系统用途

   由于桥梁建设状况、桥梁周边的安全防范以及桥梁周边偷盗的情况,管理部门没有办法时间得到信息,长焦视频系统桥梁无数据通讯传输介质,在各长焦视频系统的视频数据传输还需架设无线无线。因此创造一个安全的建设和生活环境,同时保护、企业和工作人员的生命、财产安全,预防安全事故的发生、消除安全隐患是十分必要的。全视界数字视频监察系统是桥梁建设往“数字桥梁建设”发展的需要,是桥梁建设提出的人防、物防和技防三者结合的安全防范措施的一次完善。

   桥梁建设夜视视频监察系统主要涉及数字监察技术和无线无线监察技术。项目要求能够将现场实时、清晰的视频信息通过良好的无线技术传送至监察中心,并以数字的形式进行录像存储,保证监察图像连续流畅。现场前端设备要求能够满足白天3000米范围和夜晚1000--2000米范围的监察距离。 

   桥梁建设分布面积较广而且分散,各种建设设施经常遭人为破坏,偷料现象时有发生,如果发生偷料事件,不但材料流失,相关设施往往也会遭受破坏,为了修复被破坏的建设设施、清理现场环境,桥梁建设需要投入大量资金,同时也给建设一线的工作人员带来很多无形的工作量,直接影响了建设。如果不及时发现,桥梁建设所蒙受的损失将更大。桥梁建设传统的防盗防破坏方式大多由人工定期巡逻检查,由于桥梁数量多且分布范围大,而且防护人员数量有限,这种方式必然使保安人员劳动强度加重,但效果又不明显。为了有效的防范非法分子偷料和破坏建设设施,有效的保护国有资产,为相关部门提供时间的现场视频资料,从而有效的打击非法偷料者和破坏设施的不法分子,保护国有资产的流失,目前需要对建设桥梁进行视频监察。经过现场实地调研、测量,从系统实现的功能效果、以及从设备的选型、设备安装的位置、维护的便捷、系统的兼容性和扩展性等方面充分考虑,系统实现实时视频画面的远程传输、本地的实时监察、图像清晰、云台控制灵活、本地录像并回放等功能。 

   系统设计尽量满足监察无盲区效果,能够日夜监察,基本覆盖所有敏感地区。系统能够稳定可靠地运行,工作人员可以方便的使用、维护,而且可扩充性良好。在设计无线视频传输链路方面,由于无线链路在区域内相对较多,同时桥梁建设本身无线链路使用较多,设计及实施时必须考虑无线链路躲避干扰问题。由于无线链路传输的是视频流,其图像对传输链路的稳定性和在时延方面要求更高,所以在设计及实施时应该考虑有一定的带宽余量和考虑无线链路的稳定性,才得以保证视频25帧全实时。根据现场的无线无线情况,在无线链路的设备选择上使用2.4G/5G无线网桥。使用无线网桥在解决站区桥梁的安防和消除存在安全隐患的同时,也解决了以后长焦视频系统的通讯问题。

 

三、系统组成

 

   桥梁长焦监察系统由监察前端子系统、信号传输子系统、监察中心系统、后台远程监察子系统、无线网桥子系统、供电子系统等系统集成。

   监察点的视频信号均用无线网桥传输至监察中心。各子系统的显示内容及功能控制,集中到监察中心统一指挥与管理,形成一套完整的监察管理体系。

1、监察前端子系统 

   激光夜视监察系统主要由前端信号摄取、中间信号传输及后端信号还原处理(即位于控制室内的中央控制设备)三大部分构成。 

   前端设备负责信号的采集,主要包括摄像机、镜头、防护罩、云台、解码器、支架等设备。这些设备将现场的图像、数据等信号进行拾取并转换为中心控制设备能够处理的信号格式外,还具有其它的增强功能,如扩大监察范围的云台、变焦镜头;保证主要前端设备能够正常工作的防护设备,如防护罩。
   后端设备的作用是对前端设备进行控制和对传输到后端的图像进行处理。它的主要功能:1、对云台、镜头、防护罩上的雨刷器、红外灯及报警装置的设置和控制;2、视频信号的显示、切换和记录及图像检索查看等。设备主要可以包括(根据客户需求):矩阵控制主机、控制键盘、电视墙、画面分割器、控制台、录像机、多媒体计算机及无线视频传输设备等。后端设备是整个系统的心脏,是整个系统的控制指挥中心。 

   前端和后端设备的中间部分为传输系统。这一部分在方便走线的情况下,可以选择同轴电缆、双绞线及光纤传输、无线网桥等设备,以实现将视频信号传输至控制室同时将操作员发出的控制指令传输至前端设备的功能。而针对桥梁建设监察系统的传输,多数情况下并不方便直接布线,使用数字微波配合成熟的视频压缩技术,虽然会导致图像质量略有损失,但综合考虑性价比,比起卫星传输有着巨大的价格优势,效果又远好于基于GPRS或CDMA平台的点对点传输,可以说是目前系统的更佳选择,当然,最终还要根据现场环境选择更佳的传输方式。方案主要采用无线视频服务器和无线视频服务器将摄像机的视频信号转换为基于以太无线标准数据包方式。加上我公司的无线网桥进行全数字无线传输。无线网桥本身具有数据、语音、图像、控制等信号的无线传输功能。根据现场要求,可以中继,以得到更好的传输效果。 

   监察中心可得到全部显示图像,核心的无线视频监察系统采用标准的TCP/IP协议,能架构在局域网、广域网和无线无线之上,可以与各种类型的不同的以太网设备无缝连接。系统授权用户可在无线的任何计算机(或智能手机)上对监察现场实时监察,真正做到一网多用。使系统具有很强的开放性和兼容性,支持多人同时访问及控制的需求;具有良好的用户界面,使用者可利用IE浏览器,实现对远程现场的实时监察和对镜头进行控制,不必添置任何硬件设备即可成为远程视频监察系统的监察终端;管理员可远程对用户和地点管理维护,减少了人工操作和维护,极大地提高整个监察系统的稳定性和可靠性,特别适合在无人值守的环境中使用。同时,系统对PC机(或智能手机)的要求大为减少,一般普通配置即可。 

   由于系统采用了先进的数字处理技术,可以在回放以前资料的同时不影响正常录相,保证了资料的完整性,也可以利用抓拍功能使图像更加清晰,可以将重要资料进行备份和打印,这将有利于重要资料的保存和管理。 

   系统中心具有无线功能;支持LAN、PSTN、ISDN、DDN等无线功能,通过授权可以共享系统资源。在LAN上可以进行实时监察,或在INTERNET上进行远程监察并可控制前端设备。 

 

   监察系统前端设备主要包括:摄像机、镜头、云台、防护罩、支架、控制解码器、激光夜视仪等。合理选择这些设备,对提高桥梁长焦监察系统图像质量颇为重要。 

 

A. 摄像机的选择 

   摄像机是电视监察系统核心设备,根据用户要求,合理选择非常重要。现在安全防范用的电视监察系统一般都采用CCD摄像机,因为它与真空管摄像机相比具有体积小、重量轻;惰性小;灵敏度高;图像均匀性好;抗冲击性好;寿命长等优点。在实际工程中,如果监察目标照度不高,而用户对监察图像清晰度要求较高时,宜选用黑白CCD摄像机;如果用户要求彩色监察时,应考虑加辅助照明装置,或选用彩色与黑白自动转换的CCD摄像机,这种摄像机当监察目标照度不能满足彩色摄像要求时自动转为黑白摄像。本系统选用彩色宽动态摄像机和夜视红外摄像机。 

 

B. 镜头的选择 

   镜头种类繁多,分类方式就有好几种: 

   手动光圈定焦镜头;这种镜头用于监察固定目标,且光照度变化较小的场合。这种镜头价格比较便宜。焦距越大,视场角越小,监察范围越窄;焦距越小,视场角越大;监察范围越宽。 

   自动光圈定焦镜头:当进入镜头的光通量变化时,摄像机CCD成像面上产生的电荷也相应变化,使视频信号电平发生变化,产生一个控制信号,驱动镜头内的微型电机正向或反向转动,从而调整光圈的大小。当视场照度变化在100倍以上时,选这种镜头。但需注意的是:如果视场照度不均匀,特别是监察目标与背景光反差较大时,采用这种镜头摄像效果不理想。 

   自动光圈电动变焦镜头:此镜头与自动光圈定焦镜头相比增加了两个微型电机,其中一个电机与镜头的变焦环啮合,受控转动时,可改变镜头的焦距;另一个电机与镜头的聚焦环啮合,受控转动时完成镜头的聚焦。目前这种镜头应用较多。 

   电动三可变镜头:与自动光圈变焦镜头相比只是对光圈的调整由自动控制方式改为遥控器控制。它也含三个微型电机,通过一组6芯控制线与控制器相连。

   本系统选用大倍数电动两可变变焦镜头。 

 

C. 云台、防护罩、支架、控制解码器的选择 

云台 

   云台可以简单理解成安装摄像机的底座,只是这个底座可以全方位(水平和垂直两个方向)或(水平方向)转动。因此,云台的使用扩大了摄像机的视野。在电视监察系统中,需要巡回监察的场所都要使用云台。根据现场监察需要,本系统选用大功率、重载室外全天候云台。 

 

防护罩 

   用于保护摄像机的装置叫防护罩。有室内、室外之分,室内防护罩主要作用是防尘和散热降温;而室外防护罩除防尘之外,更主要的作用是保护摄像机在较恶劣自然环境(如雨、雪、低温、高温等)下工作。这不仅要求严格的密封结构,还要有雨刷装置等,同时具有升温和降温功能。 

   云台、防护罩在不同环境使用主要分:普通场所用,气体防爆使用,粉尘防爆,矿用防爆使用,耐腐蚀使用,耐高温使用等特种用途云台防护罩。 

支架 

   用于固定摄像机的部件,有壁装、吊装等型式。支架的选择比较简单,只要其负荷能力大于其上所装设备总重量即可,否则易造成支架变形,云台转动时产生抖动,影响监察图像质量。 

控制解码器 

   在有云台、电动镜头和室外防护罩的电视监察系统中,必须配有控制解码器。这样在控制室中操纵键盘相应按键即可完成对前端设备各动作及功能的控制。控制解码器必须与系统主机同一品牌,这是因为不同厂家建设的控制解码器与系统主机的通信协议、编码方式一般都不相同,除非某控制解码器在说明书中特别说明该设备与某个品牌的主机兼容,否则绝不可选用。 

摄像机辅助照明的选择 

   目前绝大多数电视监察系统均配置随摄像机转动的射灯以辅助照明,其更大好处是灵活、方便。黑白电视监察系统宜配置高压水银灯;彩色电视监察系统宜配置碘钨灯。当需夜间隐蔽监察时应用红外射灯。红外射灯一种是在普通照明灯前加滤光片,另一种是由红外发光二极管阵列构成。前者耗能较大,且常产生“红暴”(由于滤光不净,有少量红光被人眼看到);后者极少产生“红暴”,但照射距离较近。另外,还需提醒的是:红外射灯对彩色电视监察系统不起作用,这是由于红外光被彩色摄像机中的彩色滤色器滤掉的缘故。 

 

2、监察中心子系统 

   监察中心子系统的设备,安装在监察中心。设备(部分为选配设备)由DIC工业视频网关、矩阵、控制键盘、监察器、控制器、等组成。 

主要功能: 

   通过主控设备的操作可实现,对所有监察范围的图像选择/切换、云台镜头控制、全部图像的录像/回放、手动或报警触发对现场视频图像的录制、巡更资料回调等。 

   监察子系统的终端控制设备,采用先进的计算机鼠标控制监察画面。必要时可通过键盘组实现多人、多点同时监察与操作,提高了监察设备应付突发事件的能力。 

   桥梁建设监察中心,通过TCP/IP协议进行转化传输。 

监察中心: 

.. 监察中心整体布局合理,美观大方。 

.. 控制室面积不小于48平方米(或根据具体情况另定)。 

.. 中心安装有主控台。可将所有功能融为一体,使监察系统与报警系统的操作更方便、更完美。 

.. 工作温度:15~28摄氏度, 湿度:50%~85% 。 

.. 工作环境:无阳光直射、无粉尘、无腐蚀气体。 

.. 系统供电:220VAC,50HZ ,5KW左右(具体待定)。 

.. 空调、照明、控制设备均单独供电。 

.. 设置独立的安全保护接地,采用防静电地板铺设或绝缘垫层。 

.. 设置烟火自动报警装置与配备灭火器材。 

.. 机房设置应急照明灯。

 

3、后台远程监察子系统 

     系统采用集中管理机制,运用服务器\终端架构,对系统内所有设备和用户端进行集中管理、远程设置、远程升级、远程维护。将整个系统的管理、维护工作集中到一台服务器。对于无线中各项远程报警、视音频终端设备的维护,管理员不必到达设备现场,在远程就可监测设备运行状态,修改设备的各项参数,既提高了设备维护效率,又节省了人力与时间,也便于整个系统的管理,使整个监察系统的可靠性得到有力保障。

 

3.1系统结构 

   前端每个点采用无线视频编码器将模拟摄像机的图像进行数字压缩和无线化,压缩方式采用更先进的MPEG4 压缩新标准。监察中心,采用一台 PC 服务器作为系统服务器,对所有前端站点的无线视频图像(组播流)进行管理,通过用多台客户计算机作为监察主机,为实现大屏幕显示,需要输出到大屏幕的信号,在中心通过(无线视频解码器),解码输出模拟视音每个大屏幕都可以进行多画面显示。 

   根据系统构造和系统元素的功能不同,大体分为五个部分: 

〈一〉、无线监察管理服务器: 

   主要承担系统所有硬件设备配置信息和用户管理信息的数据存储及验证、任务调度、消息转发等功能。 

〈二〉、应用软件: 

   用户端软件为用户提供便捷的各项信息消费功能,用户分为管理员用户和普通用户两种,管理员用户和普通用户的更大区别是能否对服务器进行管理。 

〈三〉、报警&视音频服务器: 

  承担对前端设备采集的视频、音频、报警信息进行数字化处理、存储、转发等功能。 

〈四〉、外围设备: 

   包括摄像机、拾音器、云台、云台解码器、报警传感器,报警控制箱等硬件设备,负责采集视频、声音、报警信息和执行各种控制指令。 

〈五〉、传输无线: 

   提供监察以及其他系统增值业务的接入和承载平台。 

〈六〉、录像及回放: 

   系统提供多种录像及回放形式:

 

3.2系统主要功能 

(1)、服务器的主要功能 

   服务器端承担整个监察系统所有硬件设备配置信息及用户信息的管理、智能巡检、智能调度、数据转发等以下各项功能。
硬件设备的集中管理 

   硬件设备的管理是保障系统正常运行的基础,传统监察系统硬件设备主要集中在本地,便于维护,而大型分布式监察系统,硬件设备数量不仅多,而且地域分布广。为了保障系统可靠性更高,稳定性更强,监察系统根据以上需求,采取了对硬件系统的集中管理。由服务器对报警设备和音视频处理设备、各项硬件配置信息进行统一注册,分类管理。 

   音视频服务器的集中管理:由服务器对所有音视频处理设备进行统一注册管理。注册信息包括:IP 通信地址、网卡MAC地址、音视频板卡的类型、通道数等;云台解码器作为一项重要设备也需进行分类注册,注册信息如:云台解码器的类型、通讯端口地址、通道数等。管理员可以对各项硬件设备配置信息进行编辑,记录设备运行状态值。音视频处理设备的重新启动,不影响服务器端硬件配置信息的设置,硬件设备重新启动后即恢复到启动前硬件功能设置状态。 

   报警设备的集中管理:由服务器端对系统所有报警设备进行统一注册和日志管理。注册信息如:报警控制箱的类型、通讯端口地址、报警输入通道数、报警输出通道数等;日志的管理:报警日志按照时间、人员、操作(如:布防、撤防、报警、消警、报警解除)分类建档。 

   用户的集中管理 :针对大型多功能监察系统用户数量多的特点,为了给管理员提供便利的管理手段,服务器对系统所有用户进行统一管理,管理员在服务器端进行设置,就可完成对用户的管理,有效提高了管理效率,减少了管理上的薄弱环节,管理员并可按照部门—用户—管理权限的线索,便利地检索用户和察看用户的权限。
   用户的注册与验证:用户的注册包括用户部门、用户名、密码的分配。并可根据特殊行业的需求,对用户再增加特殊注册项,如:指定用户登陆监察系统专用电脑,可以增加相关电脑的IP地址和通讯口MAC地址,这样就可限制相关用户,使其只能用专用电脑访问系统。用户每次登陆监察系统,由服务器端统一进行验证,用户只需输入用户名和密码,服务器会自动对用户的各项注册信息进行验证。
   用户权限的管理:用户权限的管理分为用户设备访问权限的分配和用户优先控制权限的分配。设备访问权限的分配是根据用户的职能划分信息访问范围。用户优先控制权限的分配是指对访问相同设备的不同用户可以制定不同的优先控制权,如云台的控制权限,服务器会自动进行智能调度。 

   建立用户日志:服务器按照用户、时间、触发信息类别自动生成用户日志,完整地记录操作员登陆系统后的各项操作行为。 

 

智能巡检功能 

   对于大型监察系统,系统的维护是保障系统可靠性的关键因素。监察系统抛弃了传统被动型维护机制,建立了智能主动型维护机制。维护人员可设定服务器端,定时自动向前端设备发送监测设备运行状态的回传命令,管理员可根据提示信息及时判断故障,为实现高效的系统维护提供了有力保障,这是监察系统发展的一个里程碑。 

 

智能巡检功能 

   对于大型监察系统,系统的维护是保障系统可靠性的关键因素。监察系统抛弃了传统被动型维护机制,建立了智能主动型维护机制。维护人员可设定服务器端,定时自动向前端设备发


无线综合参数监测系统 KJ1060s综合参数检测系统