基于物联网的多视角实操培训系统的开发

李冰然 傅洪全 陈曦 邓建 军马骏

摘  要：在各相关专业的培训、鉴定、竞赛过程中，最重要的考察内容就是学员对实际操作的掌握程度。然而，传统的实操培训效果往往受限于一系列客观因素，诸如输电线路及输电带电实训项目多在高空进行，培训师在高空进行实操项目演示时，受限于地面与高空的长距离，学员无法看清实操细节，从而影响了实操培训效果;受限于每套装置周围狭小的培训空间，培训师进行参数设置等细微操作时，无法将全部信息清晰直观地展示给每位学员，培训效果也因此大打折扣。随着科技日新月异的发展，综合利用已较为成熟的高清摄像、无线传输、触控屏、软件开发等技术。借助该系统，可以有效地实时展示培训师或学员进行操作时的细节，大大提高实操培训效率，增强培训效果。

关键词：高清摄像;多视角;培训系统;无线传输;物联网

中图分类号：TN959.4;TN919.82      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）07-0144-03

Abstract：In the process of training，appraisal and competition of relevant majors，the most important content of the investigation is the mastery of the students’actual operation. However，the traditional practical training effect is often limited by a series of objective factors，such as transmission lines and transmission and electrification training projects are mostly carried out at high altitude. When the trainer performs demonstrations of actual operation projects at high altitude，it is limited by the length of the ground and the sky distance，the college can not see the details of the actual operation，further affecting the effect of practical training;limited by the small training space around each device，the trainer to perform parameter settings and other subtle operations，can not show all the information clearly and intuitively to each college. The training effect of the students was greatly reduced. With the rapid development of science and technology，we have comprehensively utilized technologies such as high-definition camera，wireless transmission，touch screen and software development. With the system，the operational details of the trainer or the trainee can be effectively displayed in real time and in real time，and the efficiency of the practical training can be greatly improved and the training effect can be enhanced.

Keywords：HD camera;multi-view;training system;wireless transmission;internet of things

0  引  言

進入现代高科技时代，物联网技术现在已经与各个行业、各个领域深度融合，利用物联网技术能够实现无线化、实时化，在物联网系统中，借助数量庞大的各类前端节点能够实现对各个参数的感知[1]。

从本培训中心的实际需求出发，本文提出了基于物联网的多视角实训培训系统，下文中将给出多视角实训培训系统的设计方案、系统模型和实现方法。图像采集端主要借助海康威视的云台Wi-Fi摄像机，通过Wi-Fi发射机来接收六部的无线摄像头信号，通过电脑屏幕、电视机屏幕，安卓或者苹果平板设备显示接收图像，并且系统可以接入运营商的网络，可以实现在全球各地远程观看整个培训过程[2]。

本系统主要由Wi-Fi云台摄像机、麦克风、Wi-Fi发射机、运营商网络发送机、UPS电源、电脑、安卓平板构成。Wi-Fi云台摄像机将画面、麦克风音视频信号进行编码后通过Wi-Fi的无线协议传输到Wi-Fi发射机，电脑端和Wi-Fi发射机通过TCP/IP连接，在实时传输的图像上叠加RTU采集的数据。

1  多视角实操培训系统整体架构

基于物联网的多视角实操培训系统开发项目最终能够实现多视角的远程在线观看[3]，同时野外支持6台摄像头无线拍摄，续航时间超过一个小时，具备运营商4G网络远程操作功能，可用于多工种的实操培训教学。

1.1  多视角实操培训系统技术指标

该系统整体技术指标见表1。

1.2  快拆结构的设计

目前，在多视角实操培训系统中，摄像头一方面需要磁吸式安装，另一方面需要安装在三脚架上，但传统安装方式大多为一体式固定安装，这种安装方式拆卸比较麻烦，也不利于摄像头更换安装位置。因此，在本系统当中设计出一种适用于摄像头的多用途底座安装装置很有必要，整个安装结构件包括：①磁铁;②磁铁;③底座;④扎带;⑤扎带。

磁铁1和磁铁2分别用AB胶水粘在底座3上，安装后磁铁上表面略高于底座3的上表面，这样在使用磁铁吸合时可以使得磁铁完全接触吸合表面，得到最大化的磁力;底座3采用铝合金制作，可以在保证强度的同时，最大可能地减轻重量;底座3从上至下一次开有M3、1/4、M3螺纹孔，两个M3的螺纹孔可以与目前市面上的摄像头底座进行固定，M3的螺纹孔上铣一个圆形平面，用于填平摄像头底座通孔处的凸出部分，使得摄像头底座与底座3完全贴合，1/4螺纹孔可以与市面上的三脚架等装置进行固定;底座3的上下端部各开有通孔，用于安装扎带。

具体实施方式：按图1所示装好各个零件，将摄像头通过底座3上的两个M3螺纹孔进行固定;如果是安装在三脚架等装置上，则直接用1/4螺纹孔进行固定，此时可以不使用扎带4和扎带5对底座3进行二次加固;如果需要安装在铁质设备，且没有打孔条件的地方，则可以用磁铁直接进行安装;一般情况下，磁铁的吸力已经完全可以吸住摄像头，但为了防止磁铁在使用过程中意外消磁或者振动等外部因素的影响，可以使用扎带4和扎带5对底座3进行二次固定，起到保护作用。多视角实操培训系统方案中，需要实时对多路Wi-Fi云台摄像机进行接收其视频和语音信号的操作，由于6路高清摄像头数据量较大，传统的接收机带宽不够，本方案中设计了6路接收通道，达到了实时大数据量接收的设计[4]。

无线视频接收器由MT7688 SoC、128M DDR2存储器、Flash存储器、以太网接口组成。系统中集成6通道的MT7688模组，实现6个Wi-Fi AP端，可以同时与6个视频节点实现一对一的连接，在单独的Wi-Fi信道中单独传输信号，做到相互不干扰，达到最佳的视频传输效果。每个Wi-Fi AP端与视频节点通过TCP连接，保证了传输的准确性，在50米可视范围内能满足无卡顿传输[5]。

1.4  运营商网络的应用

本方案充分利用移动、电信、联通成熟的全网通4G无线网络传输技术、视频压缩技术[6]，目前4G无线视频传输技术融合了4G技术、视音频编解码技术、数字加解密技术、网络传输技术，其有较大的优势，即具有特殊的无线移动性、高带宽、双向性等特点。

基于运营商的网络传输技术采用了先进的视频压缩算法H264，流媒体视频数据压缩技术无线传输网络解决方案，整合了无线网络数据通讯功能和数字视频编码功能的一体化应用，可以传输流畅的视频数据及其他数据信息，它将摄像机图像经过视频压缩编码模块进行压缩，通过无线通讯终端发送到4G网络，实现视频数据的交互、发送、接收、加解密、加解码、链路的控制维护等功能[7]。

通过4G网络传输的链路，本多视角实操培训系统能够实现六部高清1080P的音视频的传输，以目前的编码技术，200kps以下的传输带宽只能做到QCIF图像传输，其视频精度达不到培训的需求，而现在的4G链路能够满足CIF格式的传输，且传输速度能够达到25帧每秒。

4G网络无线链路通道包含上行和下行两个方向的传输通道[8]，因为实操培训系统需要将六个节点的图像和声音持续送到网络终端，因此主要使用的是无线链路的上行通道，经过我们实际测试，通过传输数字视频图像可以达到1920×720P和25帧每秒的效果[9]，并且在传输1080P图像的同时声音信号也可以同步流畅地进行传输。（具体效果以当地运营商实际强弱信号而定。）

2  软件显示界面

整个多视角实操培训的软件分为电脑客户端和手机端软件，能够支持在同一局域网的情况下实时观看、语音对讲，控制转台也能够在互联网支持下实现全球远程观看。

3  结  论

本文对基于物联网的多视角实操培训系统的整个系统进行了描述，并对其中的快拆结构、Wi-Fi发射机、4G传输链路进行了详细的介绍，本实操培训系统在实际使用过程中效果显著，较好地提高了教学的便利性，受到了广大学员的好评，能够使培训的效果得到显著的提高。

参考文献：

[1] 周洪波.物联网技术、应用、标准和商业模式 [M].北京：电子工业出版社，2011.

[2] 傅仁轩，肖连风.基于物联网技术的新型数据采集与监控系统设计 [J].移动通信，2011，35（9）：79-82.

[3] 潘国辉.智能网络视频监控技术详解与实践 [M].北京：清华大学出版社，2010.

[4] WANG Ershen，ZHANG Shufang，ZHANG Zhixian.Research and Implement of PPP and TCP/IP Protocol Based on GPRS[C]// International Conference on Wireless Communications. IEEE，2011.

[5] Nayebi A，Sarbazi Azad H，Karlsson G.Performance analysis of opportunistic broadcast for delay-tolerant wireless sensor networks [J].The Journal of Systems & Software，2010，83（8）：1310-1317.

[6] 張庆全，王培东，林富明，等.车辆监控系统中GPRS通信平台的设计与实现 [J].测绘与空间地理信息，2006，29（5）：79-82.

[7] 余雷，许宏科，胡欣，等.基于物联网的远程视频监控优化方法研究 [J].科技通报，2015，31（10）：226-228.

[8] 姚珺.大区域报警的物联网管理平台 [D].杭州：浙江大学，2012.

[9] 张勇.远程视频监控系统中传输技术的实现 [D].成都：电子科技大学，2004.

作者简介：李冰然（1990-），男，汉族，江苏苏州人，讲师，本科，研究方向：输电线路运检。