内河航道4G无线视频监控系统设计

长江三峡通航管理局 史明

内河航道视频监控系统通过光纤传输将摄像头采集的视频图像信号传输至监控中心，用于实现对航道、锚地、船闸、码头和渡口等重点水域的实时监控，其对于保障水域船舶航行安全、防治船舶污染、提升海事管理和应急搜救能力起到了良好的效果。本文基于已经发展成熟的4G无线通讯技术，对内河航道视频监控系统进行优化设计，可有效解决视频监控盲区问题，提高海事管理的水平和执法的准确性，使航道管理更加科学、更加富有成效。

1 概述

1.1 设计背景

作为内河航道重要的安全监管手段，视频监控系统因其直观、可视和方便现场取证等技术优势一直被航道监管部门所认可。但由于部分区域现场环境条件限制，缺乏基础的供电及光纤网络，导致仍存在监控盲区，无法实现航道视频监控全覆盖。而随着航运的不断发展，船舶类型增多，吨位逐渐增大，码头泊位、航道和渡口、桥区等遮蔽水域不断增多，若未能及时监视并掌握现场情况，一旦发生突发情况，将为指挥决策带来不便。因此亟需利用新设备新技术对重点航道实现视频监控全覆盖，以满足航道日常安全监管和应急处置的需要。

1.2 设计目标

本次系统设计目标是以4G无线视频传输技术为基础，借助现有有线视频监控平台架构，采用风光互补供电及恶劣环境下的数据存储设备，解决无光纤网络、无稳定供电条件下的视频监控建设难题，弥补内河航道船舶监控盲区，形成一套能够全面覆盖各类水域的视频监控管理平台。

1.3 设计原则

《中华人民共和国公共安全行业标准》GB241.9-2000

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94

《安全防范系统验收细则》GA308-2001

《安全防范系统通用图形符号》GA/T74-2000

《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94

《安全防范工程技术规范》 GB50348-2004

《电视监控工程程序与要求》GA/T75-94

《电视监控工程费用概预算编制办法》GA/T70-94

《防盗报警控制器通用技术条件》GB12663-2001

《民用闭路电视监控系统工程技术规范》GB50198-94

2 总体设计

2.1 需求分析

根据对视频监控系统的要求，将内河航道无线视频监控系统对技术、功能、性能等具体需求归纳如下：

(1)系统能满足视频监控系统的基本功能，包括视频传输、存储、实时预览、录像回放、云镜控制、组织用户管理、告警配置等。

(2)系统以4G移动通信网与现有光纤数据网络为基础，确保高清视频图像能实时传输至监控中心。

(3)系统要求视频要能够达1080P分辨率。

(4)系统要求监控能够实现本地监控录像。

(5)系统能开放数据接口，实现资源共享。

(6)视频录像前端存储，支持远程下载。

2.2 架构设计

无线视频监控系统主要包括设备接入层、网络传输层、核心应用层三层结构，系统拓扑如图1所示。

图1 系统拓扑图Fig.1 System topology diagram

(1)设备接入层。设备接入层主要指安装在现场的视频监控及配套电源、传输、存储设备，主要包括前端摄像机、风光互补供电设备、NVR硬盘录像机、蓄电池、4G传输模块等。

(2)网络传输层。网络传输层主要包括营运商4G网络及已建光纤网络，包括光纤转发器、防火墙、网关、交换机等传输设备。

(3)核心应用层。利用已建视频监控平台，核心应用层包括中心管理服务器、流媒体服务器、录像存储服务器、大屏幕显示设备、客户终端等，实现监控平台的基础业务应用。

3 详细设计

3.1 前端子系统设计

前端子系统主要包括前端监控点和风光互补供电系统两个部分。

3.2 前端监控点

前端监控点采用嵌入式NVR硬盘录像机加网络摄像机的方式实现对重点水域的视频监控，硬盘录像机24小时保存现场视频录像，并通过4G网络传输实时画面到监控中心。

3.3 风光互补供电系统组成

风光互补供电系统主要由风力发电机、单晶硅太阳能板、风光互补控制器、铅酸蓄电池、电缆及支撑辅助件组成一个发电系统。阴雨无光时由风能发电，光照充足时由太阳能发电，在光能及风能充沛的情况下，两者同时发挥作用，实现了全天候的互补供电，比单独使用风能和太阳供电能更加经济、科学、实用，如图2所示。

图2 风光互补供电系统拓扑图Fig.2 Topology diagram of wind-solar hybrid power supply system

风光互补方案特点：

(1)根据具体的太阳能风力资源情况及现象设备耗电量确定所需供电容量。

(2)可满足现场监控设备持续稳定工作。

(3)监控设备可满足全天供电，也可以定制为分时供电，最大每日供电时间为24小时。

(4)风光互补控制器具有过充、过放、过载、短路、防反接、开路、过转速刹车、过电流刹车、过风速刹车、太阳能防反充、防雷等完善的保护功能。

(5)485通讯接口方便与现有球机或者枪机通讯。

(6)LCD显示型控制器可直观显示光伏电压电流功率，风机电压电流功率、蓄电池电压等设备系统运行参数。

(7)连续使用阴雨天长，可达5～7天。

(8)采用专业光伏免维护蓄电池作为储能设备，工作温度在-40℃～+60℃之间，具有高寿命高性能的特点。

3.4 传输子系统设计

本系统传输网络包括运营商4G通信网络和已建光纤网络。

3.5 中心管理平台设计

采用已建视频监控平台。该平台是一套集成化、智能化平台，可通过接入视频监控、报警监测等设备实现安防信息化集成及联动。平台以电子地图为载体，融合丰富的智能化应用，可实现对各个资源的统一配置、统一管理和统一部署。

4 主要产品及技术参数

4.1 智能球型摄像机

支持宽幅电压：9～18V；设备运行最大功耗18W，休眠模式功耗2.6W，静止图像功耗4.6W；支持最大1920×1080@30fps高清画面输出；支持H.265高效压缩算法，可较大节省存储空间；支持超低照度，0.005Lux/F1.6(彩色），0.001Lux/F1.6(黑白)，0 Lux with IR；支持23倍光学变倍，16倍数字变倍；采用高效红外阵列，低功耗，照射距离最远可达100m；支持 360°水平旋转，垂直方向-15°～90°（自动翻转）；支持960p@60fps、720p@60fps高帧率输出；支持三码流技术，每路码流可独立配置分辨率及帧率；支持人脸抓拍、区域入侵侦测、越界侦测、移动侦测等智能侦测功能；支持断网续传功能保证录像不丢失，配合Smart NVR实现事件录像的二次智能检索、分析和浓缩播放；支持宽动态范围达120dB，适合逆光环境监控；支持3D数字降噪、强光抑制、电子防抖、SmartIR；支持300个预置位，8条巡航扫描；支持定时任务、一键守望、一键巡航功能；支持最大256G的Micro SD/SDHC/SDXC卡存储，内置 EMCC存储，支持人脸断电续传。

4.2 硬盘录像机

支持1路/25M接入/25M存储/80M转发/4G全网通/1个 HDMI、1个 VGA同源输出/6路1080P解码/1个千兆网口/1个USB3.0，含3.5寸监控级硬盘，1TB/64MB(3Gb/秒 NCQ）/5900RPM/SATA3。

4.3 水平轴风力发电机(如图3所示)

图3 风光互补供电系统实物图Fig.3 Physical diagram of wind-solar hybrid power supply system

额定功率：300W；输出电压:12V/24V/48V；叶片直径：1.16m；启动风速：2.5m/s；切入风速：3m/s；最大安全风速：25m/s；叶片材质：玻璃尼龙纤维复合材料；轮毂结构：采用镶嵌式结构，防止高风环境下叶片飞脱机身全铝合金，SKF耐低温进口轴承，48mm钢管连接。

4.4 单晶太阳能板

转换率：17%以上；最大电压：36V；最大电流：6.94A；最大功率：250W/块。

4.5 风光互补控制器

自动切换风机输入功率：300～600W；太阳能输入功率：400～800W；通讯方式：RS485；功能特性：LCD 液晶显示系统工作数据，限压、限流充电方式，直流最大输出电流10A。

4.6 胶体蓄电池

采用免维护风光互补专用电池，12V 200AH，工作温度：-20℃～60℃。

4.7 集成配电箱

包含防雷保护系统，过压保护系统，断路保护系统，过流保护系统；箱体规格：550×900×200mm/1.2mm；系统电压输出：220VAC-300VA；含整套系统电缆连接线：RVV及BVR电缆；功能特性：冷扎板户外挂杆箱，箱体内置风扇，自带散热功能。

4.8 防水地埋箱

蓄电池地埋箱，防水防腐蚀，可保持电池恒温。

5 结语

综上，通过对内河航道无线视频监控系统进行设计，结合4G无线通讯技术及市场视频监控产品，可有效解决复杂环境下的视频监控覆盖需求，从而提高监管工作质量与效率，使水上安全监督管理工作更严密、更规范，为现场执法人员提供更准确、清晰的船舶作业、航行状态，可在船舶安全监管、船舶污染防治和水上交通安全等方面发挥重要作用。