利用闲置上行宽带链路及无线网桥的视频监控系统

(湖北省水利水电规划勘测设计院,湖北 武汉 430064)

鄂北地区水资源配置工程线路从丹江口水库起，以清泉沟输水隧洞进口为起点，自西北向东南方向输水，先后穿越襄阳市的老河口市、襄州区，枣阳市，随州市的随县、曾都区、广水市,终点为孝感市大悟县城附近的王家冲水库，线路总长度269.67km。输水干渠设计流量1.8～38m3/s。主要建筑物包括暗涵38座，长30.96km，占总长的11.5%；隧洞55座，长119.43km，占总长的44.3%；倒虹吸11座，长76.10km，占总长的28.2%；渡槽22座，长19.01km，占总长的7.0%。鄂北地区水资源配置工程为Ⅱ等大(2)型，主体工程分成38个标段进行施工，施工总工期45个月。

工程沿线主要穿越湖北省鄂北山区和丘陵区域，建设期通信条件较差。为确保施工期安全、质量及进度管理顺畅，利用城镇公用闲置宽带，通过无线网桥和上行链路通信传输方式，实现了施工期全线全标段全天候的施工期视频监控，节约了投资，提高了工程管理效率。本文主要介绍施工期在通信条件较差区域，实现大范围监控全覆盖的信息化监控布置及传输方式，对长距离输水工程有良好的借鉴作用。

1 通信传输总体布置方案

在每个施工区域安装一定数量的视频摄像装置，通过无线网桥传输到项目部，在项目部设有路由器，通过互联网传输到项目法人及水行政主管部门的路由器上，详见图1。

图1 施工现场视频监视总体方案

2 通过无线网桥解决长距离传输问题(无线传输视频)

2.1 无线网桥的设置需要结合工程施工特点进行布置

鄂北调水工程全长269.67km，很多工程线路很长，项目部往往顾及不到数公里外的工区情况，另外，有些工程在山的背面，项目部更是无法顾及。而现场施工车辆往来频繁，沙土堆置又回填，路况变化非常复杂，无法在现场布设光缆，通过无线网桥布置可以解决施工期费用不足以及“长途”传输的问题。

2.2 无线网桥供电结合施工区域用电统一考虑

施工区域因土建施工需要使用电气设备，所以大多都有220V交流电，一些施工单位通过二级配电箱，将市电供电线路延伸，解决摄像头供电问题。

2.3 利用闲置的宽带上行链路节约运行成本

不论是生活还是工作，信息传输都经历了由数据到图片再到视频的变革。

随着视频技术的不断发展，以及人们对视频越来越清晰的需求，视频摄像头分辨率已经由以前的模拟摄像头QCIF(176×144)、CIF(352×288)、D1(704×480)发展到现在的网络数字摄像头的标清720P(1280×720)100万像素、高清1080P(1920×1080)200万像素。若采用现在压缩率最高的视频压缩标准H.265,每传输1路1080P视频，传输带宽为2Mbit/s。

对于鄂北工程来说，施工标段多，施工单位大小不一，为此，项目设计时，对各区段的网络通信情况进行了系统调研，并根据鄂北工程施工期特点，确定了利用闲置宽带上行链路的方式实现宽带传输。

a.施工期临时工程的特点是可以利用闲置宽带上行链路的方式实现宽带传输。施工期的视频不像闸门控制、银行内部数据传输等那样需要保证高可靠、高安全性(这些业务都需要走物理隔离专网)，其安全性要求要低很多，对外人用处不大，所以视频走互联网完全可行。

b.工程沿线距离湖北省城镇不远，当地通信带宽有上行链路空余空间，100M家庭宽带上行链路带宽一般是4M, 同时使用的概率很小，这个4M上行链路基本没有使用满荷，空载的部分正是可以借用的地方。

c.摄像头视频可以全码流和子码流两种方式传输，高清200万像素1080P全码流是传输带宽为2Mbit/s，如果采用子码流传输，传输带宽为512Kbit/s, 这就意味着一条100M家庭宽带可以免费传输最多8个标清视频图像。

d.年节约通信成本80%以上。由于利用的是上行链路闲置宽带，费用采用的是家庭宽带的收费标准，和租用VPN相比，成本只有其1/10。

无论是水利工程还是其他行业的工程，其大型工程工期较长，一般几百人(包括管理人员和工人)驻扎在营区，上网是工程的管理部门必须要考虑的问题，无论是工作中传输文件，加强规范管理，还是下班后浏览网页、QQ聊天等，都离不开网络传输。利用闲置宽带上行链路解决网络传输问题无疑是最可靠最经济的一种方式。

3 无线网桥设计参数

传输频率一般采用5.8GHz，频段干扰较少，传输距离较远，采用OFDM调制技术。802.11a支持最高达54Mbit/s的数据速率，802.11n支持最高达300Mbit/s的数据速率。

无线网桥采用的是业内通用的5.8GHz频段进行传输，具有传输距离远(本方案采用的无线网桥传输距离5km)、带宽高等优点，但是5.8GHz属于视距传输，要求两端相互可视，中间不能有障碍物遮挡，如果有遮挡，需要用无线网桥进行中继，见图2。

图2 无线网桥网络拓扑图

通过使用无线网桥，将工程现场采集的视频传输汇聚到项目部的交换机里，5号位置的摄像头经过两次中继，将视频传回到项目部(图3是一个实际的4.5km暗涵工程的工程视频布置图)。

图3 2标4.5km暗涵工程视频传输线路图

4 视频管理

在项目部，通过无线网桥汇聚的视频传送到项目部的交换机里，项目部的主机就可看到本NVR所辖的现场视频。而该视频流再通过路由器，就可将视频信息传送到互联网。

与互联网相连接的鄂北局，部署了管理服务器及流媒体服务器，在视频安装时，标段项目部的NVR需要在鄂北局的管理服务器登记、对接。这样，该NVR无论是动态IP还是固定IP, 鄂北局的服务器都能搜索到，当然也能搜索到NVR所辖的视频摄像头。

上面的设备安装完成后，连接到互联网任何地方的电脑主机在拥有权限的情况下，登录到鄂北局的此服务器地址的对外端口，就可以看到通过流媒体服务器转发的该项目部的工程视频，见图4。

流媒体服务器的作用就是当多人同时看某一路工区视频时(假设占用2Mbit/s的带宽)，该工区视频上传的占用带宽始终都是2Mbit/s，不会有所增加。

每个项目部NVR都配置了监控硬盘，存储配置为能存储该NVR所辖摄像头15天的视频录像，循环存储。通过对项目部的NVR操作，可以对工程的特殊流程进行存储，长期保留，也可以通过视频平台软件，在电脑端进行视频存储。

图4 工程视频流系统图

本次工程视频项目，均同时使用电脑客户端和手机APP，在手机和电脑上都能访问鄂北工程现场的视频。权限设置上，项目法人鄂北局能够看到鄂北工程现场的所有视频点的视频，每个建管部的工程部管理人员只能看到自己建管部所辖的工程视频，而施工方只能看到自己所辖的工程视频，不同标段的施工方不能看到对方的工程视频，充分保证各自的管理职责以及各方权益。

5 设计效果分析

目前，鄂北工程总长270km，共31个标段，98个布置区，鄂北局下设3个建管部：广悟部、枣随部和丹襄部，分别地处广水、枣阳和襄阳，全方位布置完成了视频监控。相关管理层可以足不出户就能看到现场工程的进展情况，督促建设各方开展规范有序的生产，为保质保量按时完成工程的建设任务提供了可靠措施。

建管部工程管理人员可以从视频中截图，更加直观地与施工方沟通，指出问题和不足，有视频做辅助，不需要到现场就能完成工作，大大提高了工作效率，节省了成本。

6 结 语

该技术方案是为了满足客户想看远程的工程视频需求，通过对无线网桥、运营商链路和视频3个方面技术的完美结合，最终达到了预期效果，是一次有益的技术创新。

该技术已经在鄂北工程的31个标段进行全面实施应用，是国内首个大型工程全线采用了工程视频监视系统。该技术方案对甲方的工程管理是一次创新，也是对项目部的工程管理和安全管理的一次创新，取得了良好的经济效益和社会效益。 该技术方案特别适用于长距离施工项目，便于提高各级层面的建设管理水平和安全管理水平，节约工程成本。