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摘要：视频监控是防汛应急工作的重要内容，在遭到突发自然灾害时，承担着及时、准确、畅通地传递第一手信息的“急先锋”角色，是决策者正确指挥抢险救灾的中枢神经。一个快速响应、全面高效的3G无线网络视频监控系统已经成为紧急情况下降低事件损失的决定性因素。
关键词：3G无线视频监控；防汛应急
Summary: video surveillance are important elements of flood control and emergency response, in the event of sudden natural disasters, undertaken in a timely manner, accurate, easily passed the first-hand information "Vanguard" role, decision-makers the correct command and rescue of central nervous system. A fast-response, comprehensive and efficient 3G wireless network video monitoring system has become the determining factor in emergency situations to reduce losses.
中图分类号TN91
引言
辽河油田杜84生产区块位于辽宁省绕阳河左、右两岸，该区地势低洼，平均海拔2.6米，是绕阳河流域主要泻洪区域。同时,该区块又是绕阳河、辽河汇流后直接与入海口相连的潮感区域。区域内有油气计量接转站、热注站几十座，油井千余口，年产能百万吨。2010年7月，辽宁省辽河、绕阳河上游强降雨天气频发，受河水水位上涨和潮水的叠加影响，杜84生产区块被水侵袭50多天，井场最大水深2.6米，油气站最深2.5米，致使多数油气井、站关闭，直接影响日产量上千吨，造成道路破损、设备腐蚀、复产投入等各项经济损失亿万元。
面对不可抗拒的强大自然灾害,如何做到实时监控水情,及时传递水浸区重点要害部位视频信息,为领导科学决策提供第一手资料，实现与防汛应急预案的有效衔接, 成为防汛应急工作中的重中之重。因此，构建一套高效、便捷的汛情应急监控系统迫在眉睫。传统的有线视频监控依靠网线和光纤进行数据传输，需要进行网络工程的基础建设，缺乏灵活性和机动性，在水浸区域内实施更是有诸多不便。科学利用3G技术，依托3G网络建设无线网络视频监控是一种高效、经济的模式。
一、 3G无线网络汛情监控系统概述
（一）无线网络技术概述
基于无线技术的移动通信系统主要由核心网(CN)，无线接入网(RAN)及移动台(UE)三部分组成。核心网的功能是负责信息在系统内部的交换、路由、用户数据管理、安全等，以及与其他通信系统的信息交换传输。随着移动通信与互联网的不断融合，传统的以电路交换为主的移动核心网正加速向全IP网络转变，移动核心网已经进入新的阶段，全IP、融合及智能正逐步成为其主要特征。随着3G技术的迅猛发展，3G无线通信带宽高、覆盖广、安全性突出等技术特点，解决了长距离数字化无线监控的瓶颈，为无线视频监控开辟了一条新的道路。
（二） 3G无线网络视频监控系统概述
数字监控普遍使用的画面大小为D1(720×576)、HalfD1(720×288)和CIF(352×288)等，带宽占用分别为1.5Mbps、1Mbps和384Kbps，在以前，通过传统无线技术不能充分满足实时监控的要求，而现在通过3G解决方案，可以完全实现较高质量无线网络视频监控。3G视频服务器或3G硬盘录像机，把监控摄像器采集到的图像，通过UH.264视频压缩算法和流媒体视频处理技术压缩成IP数据包，再通过3G模块拨号上网，登陆3G无线网络和Internet，建立与监控中心计算机视频管理服务器的链接。监控中心或用户计算机通过客户端软件登录监控中心计算机视频管理服务器，点击某一路视频时，通过监控中心计算机视频管理服务器向前端3G视频服务器或3G硬盘录像机发送视频请求，3G视频服务器或3G硬盘录像机接收到该请求后向监控中心计算机视频管理服务器发送视频流并转发给发出请求的计算机，通过客户端软件，用户就可以监控前端现场的实时视频、进行双向语音通讯。
二、3G无线网络汛情监控系统组网方案
（一）设计功能
2.1.1实时监控功能：该系统主要由车载无线视频监控和便携式无线视频监控两部分组成，可多点监测水浸区水位情况、水流情况和周边环境，第一时间将现场情况传送到指挥中心。
2.1.2多终端连接功能：可与接入网络的移动设备进行双向连接，包括手机、PDA、便携式电脑等。
2.1.3特殊情况报警功能：当监控点发生异常情况，及时把监控图像传到指挥中心，并以手机短信的形式向设定人员发出短信息报警。
（二）系统组网
系统主要采用国内技术比较成熟的一家公司产品, 该产品内置GPS全球定位系统, 兼容WCDMA/CDMA2000/CDMA1X/TD/GPRS等网络，通过模拟摇杆或车载设备遥杆进行本地云台控制,支持远程缩放图像画面, 还可对车载设备进行GPS定位跟踪与轨迹回放。
1、具體设备包括：
视频解码器
视音频输出 输出模拟信号 1路，排插接口
解码音频输出 1路排插接口（线性电平，阻抗：600Ω）
视音频解码
参数 视频解码能力 4个CIF/2个4CIF/1个720p 8个CIF/4个4CIF/2个720P 16个CIF/8个4CIF/4个720P
视频帧率 PAL：1/16～25帧/秒；NTSC：1/16～30帧/秒
外部
接口 网络接口 1个，RJ45 10M/100M/1000Mbps自适应以太网口
串行接口 1个，标准RS-485排插接口
音频对讲输入 1个，排插接口（电平：2.0Vp-p，阻抗：1kΩ）
音频对讲输出 1个，排插接口（线性电平，阻抗：600Ω）
报警输入 1路
报警输出 1路
电源 12V
其他 功耗 ≤40W
工作温度 -10℃--＋55℃
工作湿度 10％--90％
尺寸 150mm（长）×130mm（宽）×60mm（高）
重量
（不含硬盘） ≤2kg
取证主机
性能参数 操作系统 嵌入式RTOS操作系统
视频压缩标准 H.264
音频压缩标准 OggVorbis
图像质量 分辨率 4CIF（704×576）
预览水平分辨力 ≥400TVL
回放水平分辨力 ≥300TVL
回放帧率 25帧/s
硬件参数 信号接口 20P排插接口 视音频信号和控制信号的输入与输出接口
电源接口 20P排插接口 电源输入，12V
电源输出，12V
通信接口 RS485接口
天线接口 SMA头,接GPS、3G天线
其他接口 设备调试网口
功耗 20W
尺寸 160mm×130mm×60mm
重量 ≤2Kg
工作环境 工作电压 12V宽幅直流电压
工作温度 -10℃~+55℃
工作湿度 10%~95%
云 台
1/4”Exview HAD CCD；
有效像素752H×582V ，水平解析度450TVL；18倍光学变焦、10倍数字变焦；
水平0°~360°、垂直-90° ~+90°全方位旋转；
转动速度：水平方向0~60°/S，垂直方向0~40°/S
9个预置位，预置速度：水平70°/S，垂直40°/S
红外/白光补光
快门速度：1/3~1/10000s
防水等级：IP66
性能参数 CCD尺寸 1/4' Exview HAD CCD
象素 752（水平）×582（垂直）
最小照度 0.01Lux
光圈&聚焦 自动光圈、自动聚焦
补光 标配红外灯，可选白光灯
旋转速度 水平预置速度为70°/s；手动控制速度为0°~ 60°/s
上下预置速度为60°/s；手动控制速度为0°~40°/s
旋转角度 水平角度：360°
垂直角度：+90°~ -90°
预置位数量 9个
硬件参数 尺寸 287mm×218mm×180mm
功耗 ≤35W
重量 ≤6Kg
工作环境 工作电压 12V
工作温度 -25℃~+60℃
工作湿度 10%~95%
车载球型摄像机
旋转范围 水平360°连续旋转，垂直-15°～90°，自动翻转180°后连续监视
预置点 100个预置点
自动巡航 0～39号预置点顺序切换
花样扫描 4条花样扫描可编辑路线
通讯协议 采用RS-485通讯协议
控制协议 PELCO-D、PELCO-P、KALATEL、USER、NANWANG
地址码范围 0～255
通信波特率 1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps
球芯尺寸 底部直径：￠130mm；高度：163mm；
功耗 10W
工作温度 －25°～75°
输入电压 DC12V
安装方式 吸附式安装
包装尺寸 300mm*240mm*290mm
净重 １Kg
防护等级 IP66
2、承载网络
系统采用中国电信3G网络作为承载网络，中国电信3G业务目前使用的是CDMA2000 1×EV-DO Rev A技术，理论上在一个无线信道传送高速数据的情况下，支持下行（向前链路）数据速率最高3.1Mbps，上行（反向链路）速率最高到1.8Mbps。未来还可升级为EV-DO Rev B版本，届时最高理论速度可达9.3 Mbps。
中国电信3G网络模块为EM660，在实际应用中速度非常快，下载速度可达到280KB/S，已经超过了2M的ADSL（固网宽带）下载速度，完全可以满足视频通信、在线视频等多媒体应用的需求。
3、监控中心
系统终端监控控制中心设置在辽河油田防汛办公室值班室，配有多画面大屏幕显示设备，与计算机终端相连接，具备数字视频矩阵功能，可任意切换图像显示。系统监控软件配合数据库，可完成现场图像接收，用户登录管理，ID优先权分配，图像监控录像的存储、检索、回放、备份、恢复等任务功能。
监控中心拥有最高的优先权，只有被授权的用户才能实施操作。网络内的其他访问客户端，可在授权允许的前提下输入正确ID和密码，利用网页浏览器实现对监控现场的远程视频浏览。
下图为实际应用画面的效果：
三、3G无线网络汛情监控系统应用效益
（一） 无线网络监控相比有线网络监控，不受地域、空间影响，使得视频监控能够在汛情区域和险情地段得以发展。监控设备架设灵活，拆卸方便，移动快捷，同时免去了大规模铺设线缆的环节，节省了网络工程成本，经济效益非常可观。
（二）在日常使用中，通过实际监测，在D1制式下，每分钟产生10MB数据流量。在CIF制式下，每分钟产生3MB数据流量。按照汛期2小时巡检制度的要求，每次巡检观测3-5分钟，全天500MB流量即可满足D1模式下的应用。中国电信正在推广的3G套餐资费有多种选择方式，其中天翼T2的3G套餐資费为年卡600元，含上网流量12G，超出部分按照0.0003元/KB收取；天翼宽带上网卡时长套餐为月卡300元，含上网流量15GB，限使用时长200小时。
（三） 目前，辽河油田公司在防汛工作中主要应用这两种3G网络套餐。按照月卡300元套餐计算，油田汛期为每年5-9 月，5个月合计1500元。相对铺设线缆的传统方式成本对比不可而语。
四、结 论
视频监控系统作为防洪防汛应急工作的主要科技手段，发挥着不可替代的作用，3G无线网络汛情监控系统的投入更极大提高了决策指挥的时效性和科学性，将是未来发展的主流趋势，其价值不可估量。
关键词：3G无线视频监控；防汛应急
Summary: video surveillance are important elements of flood control and emergency response, in the event of sudden natural disasters, undertaken in a timely manner, accurate, easily passed the first-hand information "Vanguard" role, decision-makers the correct command and rescue of central nervous system. A fast-response, comprehensive and efficient 3G wireless network video monitoring system has become the determining factor in emergency situations to reduce losses.
中图分类号TN91
引言
辽河油田杜84生产区块位于辽宁省绕阳河左、右两岸，该区地势低洼，平均海拔2.6米，是绕阳河流域主要泻洪区域。同时,该区块又是绕阳河、辽河汇流后直接与入海口相连的潮感区域。区域内有油气计量接转站、热注站几十座，油井千余口，年产能百万吨。2010年7月，辽宁省辽河、绕阳河上游强降雨天气频发，受河水水位上涨和潮水的叠加影响，杜84生产区块被水侵袭50多天，井场最大水深2.6米，油气站最深2.5米，致使多数油气井、站关闭，直接影响日产量上千吨，造成道路破损、设备腐蚀、复产投入等各项经济损失亿万元。
面对不可抗拒的强大自然灾害,如何做到实时监控水情,及时传递水浸区重点要害部位视频信息,为领导科学决策提供第一手资料，实现与防汛应急预案的有效衔接, 成为防汛应急工作中的重中之重。因此，构建一套高效、便捷的汛情应急监控系统迫在眉睫。传统的有线视频监控依靠网线和光纤进行数据传输，需要进行网络工程的基础建设，缺乏灵活性和机动性，在水浸区域内实施更是有诸多不便。科学利用3G技术，依托3G网络建设无线网络视频监控是一种高效、经济的模式。
一、 3G无线网络汛情监控系统概述
（一）无线网络技术概述
基于无线技术的移动通信系统主要由核心网(CN)，无线接入网(RAN)及移动台(UE)三部分组成。核心网的功能是负责信息在系统内部的交换、路由、用户数据管理、安全等，以及与其他通信系统的信息交换传输。随着移动通信与互联网的不断融合，传统的以电路交换为主的移动核心网正加速向全IP网络转变，移动核心网已经进入新的阶段，全IP、融合及智能正逐步成为其主要特征。随着3G技术的迅猛发展，3G无线通信带宽高、覆盖广、安全性突出等技术特点，解决了长距离数字化无线监控的瓶颈，为无线视频监控开辟了一条新的道路。
（二） 3G无线网络视频监控系统概述
数字监控普遍使用的画面大小为D1(720×576)、HalfD1(720×288)和CIF(352×288)等，带宽占用分别为1.5Mbps、1Mbps和384Kbps，在以前，通过传统无线技术不能充分满足实时监控的要求，而现在通过3G解决方案，可以完全实现较高质量无线网络视频监控。3G视频服务器或3G硬盘录像机，把监控摄像器采集到的图像，通过UH.264视频压缩算法和流媒体视频处理技术压缩成IP数据包，再通过3G模块拨号上网，登陆3G无线网络和Internet，建立与监控中心计算机视频管理服务器的链接。监控中心或用户计算机通过客户端软件登录监控中心计算机视频管理服务器，点击某一路视频时，通过监控中心计算机视频管理服务器向前端3G视频服务器或3G硬盘录像机发送视频请求，3G视频服务器或3G硬盘录像机接收到该请求后向监控中心计算机视频管理服务器发送视频流并转发给发出请求的计算机，通过客户端软件，用户就可以监控前端现场的实时视频、进行双向语音通讯。
二、3G无线网络汛情监控系统组网方案
（一）设计功能
2.1.1实时监控功能：该系统主要由车载无线视频监控和便携式无线视频监控两部分组成，可多点监测水浸区水位情况、水流情况和周边环境，第一时间将现场情况传送到指挥中心。
2.1.2多终端连接功能：可与接入网络的移动设备进行双向连接，包括手机、PDA、便携式电脑等。
2.1.3特殊情况报警功能：当监控点发生异常情况，及时把监控图像传到指挥中心，并以手机短信的形式向设定人员发出短信息报警。
（二）系统组网
系统主要采用国内技术比较成熟的一家公司产品, 该产品内置GPS全球定位系统, 兼容WCDMA/CDMA2000/CDMA1X/TD/GPRS等网络，通过模拟摇杆或车载设备遥杆进行本地云台控制,支持远程缩放图像画面, 还可对车载设备进行GPS定位跟踪与轨迹回放。
1、具體设备包括：
视频解码器
视音频输出 输出模拟信号 1路，排插接口
解码音频输出 1路排插接口（线性电平，阻抗：600Ω）
视音频解码
参数 视频解码能力 4个CIF/2个4CIF/1个720p 8个CIF/4个4CIF/2个720P 16个CIF/8个4CIF/4个720P
视频帧率 PAL：1/16～25帧/秒；NTSC：1/16～30帧/秒
外部
接口 网络接口 1个，RJ45 10M/100M/1000Mbps自适应以太网口
串行接口 1个，标准RS-485排插接口
音频对讲输入 1个，排插接口（电平：2.0Vp-p，阻抗：1kΩ）
音频对讲输出 1个，排插接口（线性电平，阻抗：600Ω）
报警输入 1路
报警输出 1路
电源 12V
其他 功耗 ≤40W
工作温度 -10℃--＋55℃
工作湿度 10％--90％
尺寸 150mm（长）×130mm（宽）×60mm（高）
重量
（不含硬盘） ≤2kg
取证主机
性能参数 操作系统 嵌入式RTOS操作系统
视频压缩标准 H.264
音频压缩标准 OggVorbis
图像质量 分辨率 4CIF（704×576）
预览水平分辨力 ≥400TVL
回放水平分辨力 ≥300TVL
回放帧率 25帧/s
硬件参数 信号接口 20P排插接口 视音频信号和控制信号的输入与输出接口
电源接口 20P排插接口 电源输入，12V
电源输出，12V
通信接口 RS485接口
天线接口 SMA头,接GPS、3G天线
其他接口 设备调试网口
功耗 20W
尺寸 160mm×130mm×60mm
重量 ≤2Kg
工作环境 工作电压 12V宽幅直流电压
工作温度 -10℃~+55℃
工作湿度 10%~95%
云 台
1/4”Exview HAD CCD；
有效像素752H×582V ，水平解析度450TVL；18倍光学变焦、10倍数字变焦；
水平0°~360°、垂直-90° ~+90°全方位旋转；
转动速度：水平方向0~60°/S，垂直方向0~40°/S
9个预置位，预置速度：水平70°/S，垂直40°/S
红外/白光补光
快门速度：1/3~1/10000s
防水等级：IP66
性能参数 CCD尺寸 1/4' Exview HAD CCD
象素 752（水平）×582（垂直）
最小照度 0.01Lux
光圈&聚焦 自动光圈、自动聚焦
补光 标配红外灯，可选白光灯
旋转速度 水平预置速度为70°/s；手动控制速度为0°~ 60°/s
上下预置速度为60°/s；手动控制速度为0°~40°/s
旋转角度 水平角度：360°
垂直角度：+90°~ -90°
预置位数量 9个
硬件参数 尺寸 287mm×218mm×180mm
功耗 ≤35W
重量 ≤6Kg
工作环境 工作电压 12V
工作温度 -25℃~+60℃
工作湿度 10%~95%
车载球型摄像机
旋转范围 水平360°连续旋转，垂直-15°～90°，自动翻转180°后连续监视
预置点 100个预置点
自动巡航 0～39号预置点顺序切换
花样扫描 4条花样扫描可编辑路线
通讯协议 采用RS-485通讯协议
控制协议 PELCO-D、PELCO-P、KALATEL、USER、NANWANG
地址码范围 0～255
通信波特率 1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps
球芯尺寸 底部直径：￠130mm；高度：163mm；
功耗 10W
工作温度 －25°～75°
输入电压 DC12V
安装方式 吸附式安装
包装尺寸 300mm*240mm*290mm
净重 １Kg
防护等级 IP66
2、承载网络
系统采用中国电信3G网络作为承载网络，中国电信3G业务目前使用的是CDMA2000 1×EV-DO Rev A技术，理论上在一个无线信道传送高速数据的情况下，支持下行（向前链路）数据速率最高3.1Mbps，上行（反向链路）速率最高到1.8Mbps。未来还可升级为EV-DO Rev B版本，届时最高理论速度可达9.3 Mbps。
中国电信3G网络模块为EM660，在实际应用中速度非常快，下载速度可达到280KB/S，已经超过了2M的ADSL（固网宽带）下载速度，完全可以满足视频通信、在线视频等多媒体应用的需求。
3、监控中心
系统终端监控控制中心设置在辽河油田防汛办公室值班室，配有多画面大屏幕显示设备，与计算机终端相连接，具备数字视频矩阵功能，可任意切换图像显示。系统监控软件配合数据库，可完成现场图像接收，用户登录管理，ID优先权分配，图像监控录像的存储、检索、回放、备份、恢复等任务功能。
监控中心拥有最高的优先权，只有被授权的用户才能实施操作。网络内的其他访问客户端，可在授权允许的前提下输入正确ID和密码，利用网页浏览器实现对监控现场的远程视频浏览。
下图为实际应用画面的效果：
三、3G无线网络汛情监控系统应用效益
（一） 无线网络监控相比有线网络监控，不受地域、空间影响，使得视频监控能够在汛情区域和险情地段得以发展。监控设备架设灵活，拆卸方便，移动快捷，同时免去了大规模铺设线缆的环节，节省了网络工程成本，经济效益非常可观。
（二）在日常使用中，通过实际监测，在D1制式下，每分钟产生10MB数据流量。在CIF制式下，每分钟产生3MB数据流量。按照汛期2小时巡检制度的要求，每次巡检观测3-5分钟，全天500MB流量即可满足D1模式下的应用。中国电信正在推广的3G套餐资费有多种选择方式，其中天翼T2的3G套餐資费为年卡600元，含上网流量12G，超出部分按照0.0003元/KB收取；天翼宽带上网卡时长套餐为月卡300元，含上网流量15GB，限使用时长200小时。
（三） 目前，辽河油田公司在防汛工作中主要应用这两种3G网络套餐。按照月卡300元套餐计算，油田汛期为每年5-9 月，5个月合计1500元。相对铺设线缆的传统方式成本对比不可而语。
四、结 论
视频监控系统作为防洪防汛应急工作的主要科技手段，发挥着不可替代的作用，3G无线网络汛情监控系统的投入更极大提高了决策指挥的时效性和科学性，将是未来发展的主流趋势，其价值不可估量。