專利名稱：一種基于寬闊水域的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于網絡通信領域，應用于寬闊水域，如太湖流域、鄱陽湖流域、洞庭湖流域等水域的無線視頻監(jiān)控，保證對水面的M小時遠程實時監(jiān)控和檢測，為一種基于寬闊水域的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
目前我國湖區(qū)、河流等流域由于非法排放工業(yè)和生活污水，導致水體的污染，特別是富營養(yǎng)現(xiàn)象特別嚴重，尤其是太湖流域，07年一場突如其來的藍藻爆發(fā)，給人民生活和財產造成重大的損失；雖然目前針對各水域的污染治理的力度正在逐步加大，但是污水的偷排現(xiàn)象日益嚴重，監(jiān)控功能的缺失相當嚴重，而依賴于衛(wèi)星圖像往往需要3 5天的時間而且在黃梅天，即，陰雨天無法成像，譬如，太湖流域的藍藻爆發(fā)期都在蘇南地區(qū)的黃梅天，對檢測至關重要的太湖全景衛(wèi)星圖由于云層遮擋導致圖像無法形成。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題是目前對寬闊水域的檢測依賴衛(wèi)星圖像，但衛(wèi)星成像慢、易發(fā)生云層遮擋等不足，對水域的監(jiān)控帶來不利影響。本發(fā)明的技術方案為一種基于寬闊水域的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用船、車、艇混合監(jiān)控，建立監(jiān)控系統(tǒng)，利用船對寬闊水域進行巡航管理，采用車對水域沿岸及周邊區(qū)域進行巡查，以艇作為水面延伸工具；對船-車-艇監(jiān)控系統(tǒng)構建基于無線的載網系統(tǒng)，所述無線包括WiFi、WiMAX和3G，通過3G+WiMAX+WiFi的混合架構模式進行無線網絡覆蓋，監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控中心位于相對遠端的公網之中，3G無線網絡作為與公網的接口部分，由3G無線網絡進行視頻傳輸和發(fā)布；采用帶有紅外功能的攝像機作為寬闊水域的視頻采集設備，同時在船、車、艇上架設服務器用于視頻傳輸處理，船、車、艇采集的視頻數據通過載網系統(tǒng)傳輸給監(jiān)控中心，所述載網系統(tǒng)為建立基于WiFi的船、車、艇局域網絡，用于在船艇這種大型移動交通工具上的可移動視頻傳輸和處理；建基于3G網絡和WiMAX網絡的發(fā)射傳輸模式，通過3G作為主要傳輸模式，采用 WiMAX作為補充覆蓋模式，在3G無法覆蓋的區(qū)域采用WiMAX作為延伸和補充，同時在WiMAX 的基站中加入3G模塊。在島嶼、礁石和浮標上架設WiMAX基站作為3G的中繼站，并與最近WiMAX基站建立基于IP的傳輸鏈路，采用TCP模式進行傳輸，保證傳輸質量；同時在寬闊水域的岸邊建立 WiMAX中心站，負責與3G基站進行聯(lián)系，WiMAX中心站集成2 5塊3G網卡模塊，將寬闊水域中WiMAX基站回傳的視頻數據通過3G網絡傳輸到監(jiān)控中心；WiFi網絡是3G和WiMAX網絡的局部延伸，用于建立船與艇之間IP化通信。采用船載服務器、攝像機無線采集設備作為船載架構，船載本地采集數據后由船載服務器進行視頻編碼和圖像拼接及視頻檢測處理后上傳監(jiān)控中心；車載設備由攝像機、視頻服務器和無線上傳設備組成，攝像機采集到視頻數據后將經過視頻服務器編碼后直接上傳處理中心；艇載設備以船載設備為中心，其作為船載設備的延伸和補充，艇載設備包括攝像機采集設備、視頻服務器和WiFi傳輸設備，其采集到的視頻數據經過視頻服務器編碼處理后由WiFi回傳給船載設備，由其進行圖像拼接處理后回傳給監(jiān)控中心。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，建立船車艇監(jiān)控系統(tǒng)，采用巡邏的模式對水域和岸邊等敏感、高危區(qū)域進行靈活的檢測監(jiān)控，但是由于目前由于船/車/艇均為移動性較強的運輸方式，同時由于網絡覆蓋和帶寬等方面的原因，造成環(huán)保、水利等部門無法遠程可機動的對水域進行監(jiān)控和檢測；雖然目前3G網絡已然提供了一個較為寬闊的無線覆蓋模式， 但是由于寬闊水域，特別是湖面上水域過于寬闊，導致3G網絡覆蓋的不到位和信息衰減， 無法進行視頻的有效傳輸；并且其系統(tǒng)架構、圖像傳輸和圖像拼接合成上的問題，使得對于寬闊水面的視頻監(jiān)控還存在以下幾點問題1)沒有一套完整的用于寬闊水面的視頻監(jiān)控、視頻處理的架構；2)在視頻圖像采集后的圖像無法與衛(wèi)星圖像相比較和使用；3)在圖像視頻傳輸方面沒有完整的保障體系、實時信息傳輸困難；對此，本發(fā)明采用混合無線WiFi+WiMAX+3G覆蓋方式以彌補單一網絡使用的不足，主要利用3G網絡進行數據圖像傳輸，利用WiMAX來彌補3G網絡覆蓋不足以及衰減的問題，同時采用WiFi做短距離數據傳輸；包括對視頻的采集、圖像的拼接、視頻檢測等，解決無線信道的覆蓋和強度問題和攝像機圖像向衛(wèi)星圖像的轉換。本發(fā)明提出了一種覆蓋型好，檢測靈活，不受天氣環(huán)境等影響的寬闊水域監(jiān)控系統(tǒng)，可以較好的規(guī)避傳統(tǒng)衛(wèi)星帶來的弊端，通過本發(fā)明可實時對寬闊水域進行監(jiān)控，其全景鳥瞰圖也從傳統(tǒng)的3 7天的形成時間，減少至1 2天左右，并可以在雨、雪、霧等傳統(tǒng)衛(wèi)星無法形成圖像的天氣條件下進行工作同時給出相應的結果圖像。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構示意圖。圖2為本發(fā)明船載系統(tǒng)設備架構示意圖。圖3為本發(fā)明艇載系統(tǒng)設備架構示意圖。圖4為本發(fā)明車載系統(tǒng)設備架構示意圖。圖5為本發(fā)明船載設備視頻傳輸流程圖。圖6為本發(fā)明艇載設備視頻傳輸流程圖。圖7為本發(fā)明車載設備視頻傳輸流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明通過船車艇監(jiān)控方式避免衛(wèi)星監(jiān)控易受云層等天氣因素影響的弊端，并利用混合無線方案進行數據傳輸以解決單一網絡傳輸模式的不足；現(xiàn)有3G網絡覆蓋不全、信號帶寬不足，重新架設3G基站投入高、收益低；WiFi作為短距離傳輸方式應用于寬廣水域需要建設大量網絡接入點進行信號的覆蓋、施工難道大；WiMAX信號的全水域覆蓋也需要建立大量新基站，投資回報??；利用現(xiàn)有網絡資源，結合多種通信方式，建立其符合寬廣水域的混合無線通信模式。
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本發(fā)明闡述的基于寬闊水域無線視頻監(jiān)控的船/車/艇載網系統(tǒng)，是構架在無線 3G+ffiMAX+ffiFi的船/車/艇載網，其作用是在寬闊水域進行圖像采集和拼接，代替衛(wèi)星進行寬闊水域的實時監(jiān)控；如圖1所示，寬闊水域的監(jiān)控中心是在遠端公網中，以計算機網為訪問媒介，通過 Internet網絡資源進行資源的分布和發(fā)布。采集端建立在基于無線WiFi+WiMAX+3G的船/ 車/艇載網系統(tǒng)之中。移動采集端分為船、艇、車三類，其中船對寬闊水域進行巡航管理，以艇作為水面延伸工具，對于船只不方便到達區(qū)域采用艇作為遠程覆蓋工具，車對水域沿岸及周邊區(qū)域進行巡查。移動采集端使用帶有紅外功能的攝像機作為視頻采集終端，視頻數據采集后經視頻服務器編碼、檢測等視頻處理后傳送到監(jiān)控中心。如圖2所示，船載系統(tǒng)設備包括紅外攝像機、視頻服務器、3G網絡通信模塊、WiFi 通信模塊以及WiMAX通信模塊等。紅外攝像機負責獲取水面視頻數據；視頻服務器負責視頻數據的編碼以及視頻拼接工作。3G通信模塊與WiMAX通信模塊負責移動采集端與監(jiān)控中心間的數據傳輸。WiFi通信模塊用來構建WiFi局域網，負責船與艇間數據傳輸。船對廣闊水域進行巡航管理，對水域進行拍攝。所得視頻數據通過船載視頻服務器進行編碼處理，如無需與其他圖像拼接時將直接進行視頻檢測，并將處理后的視頻傳送至監(jiān)控中心；如需擴展艇的補充視頻時，將進行視頻圖像拼接，拼接的圖像進行檢測后通過3G/WiMAX通信模塊傳輸到監(jiān)控中心。其中3G傳輸方式作為主要傳輸方式，船只對3G信號強度進行實時監(jiān)測，當行駛到無3G信號覆蓋或低信號質量區(qū)域時，將通過WiMAX傳輸方式進行數據傳輸。 WiMAX基站建立就是為了彌補3G信號覆蓋面不足的局限性，將WiMAX基站設立在島嶼、礁石或浮標等3G信號覆蓋盲點上。這些3G信號覆蓋盲點多為無人區(qū)或保護區(qū)內，在這些地域建立3G基站成本過大、使用率低、效益不高。因此使用WiMAX傳輸作為3G傳輸的中繼。 WiMAX基站間采用基于IP的傳輸鏈路，使用TCP協(xié)議進行數據傳輸，保證傳輸質量。在寬闊水域的岸邊建立WiMAX中心站，負責與3G基站進行數據通信。WiMAX中心站采用多3G通信模塊協(xié)同工作模式，使用2 5塊3G通信模塊以獲得較高的上行帶寬用，將使用WiMAX傳輸的視頻數據最終以3G通信方式傳輸到監(jiān)控中心。如圖3所示，艇載設備包括紅外攝像機、視頻服務器、以及WiFi通信模塊等。作為船載系統(tǒng)的延伸，艇將深入到船只不方便到達的水域，進行補充拍攝。視頻經過視頻服務器壓縮編碼后，通過與船載設備建立的WiFi網將視頻數據匯集到船載終端，船載終端負責圖像拼接及視頻檢測，并一起回傳到監(jiān)控中心。如圖4所示，車載設備包括紅外攝像機、視頻服務器、以及3G通信模塊等。車輛對水域沿岸及周邊區(qū)域進行巡查，攝像機采集到視頻數據后經過視頻服務器編碼后直接通過 3G通信模塊傳輸到監(jiān)控中心，不做進一步的視頻檢測。本發(fā)明系統(tǒng)的視頻傳輸流程如圖5、圖6、圖7所示，具體流程如下通過船/艇/車載設備在寬闊的水域和水域岸基等地方進行視頻監(jiān)控，在采集視頻信息時，船、艇、車三者之間有著明確的分工，船負責在寬闊水域的視頻采集和視頻處理， 艇作為船的延伸，在某些船無法達到的水域，由艇負責視頻采集并將視頻通過船艇之間的 WiFi連接，回傳視頻。船載系統(tǒng)對視頻進行處理后，將視頻信號和處理結果通過在3G信號強度滿足視頻要求時，則選用3G信道將視頻回傳到監(jiān)控中心，同時在3G信號強度無法達到視頻傳輸或信道不夠穩(wěn)定的區(qū)域架設WiMAX基站，采用WiMAX進行補充覆蓋，在3G信號強度不夠時，船載系統(tǒng)則采用WiMAX信道將視頻信號和處理結果回傳到監(jiān)控中心，車載系統(tǒng)則只是采集視頻，并不對視頻進行處理，并通過3G信道進行回傳，當某個區(qū)域3G信號強度不夠時，則對該區(qū)域進行3G補充覆蓋，保證視頻傳輸質量，當監(jiān)控中心接收到船載系統(tǒng)的回傳信號時，則直接將視頻和檢測結果在監(jiān)控中心進行顯示，而接收到車載系統(tǒng)的回傳視頻時，則進行視頻處理檢測，將檢測后的結果和視頻進行顯示。
權利要求
1.一種基于寬闊水域的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是采用船、車、艇混合監(jiān)控，建立監(jiān)控系統(tǒng)，利用船對寬闊水域進行巡航管理，采用車對水域沿岸及周邊區(qū)域進行巡查，以艇作為水面延伸工具；對船-車-艇監(jiān)控系統(tǒng)構建基于無線的載網系統(tǒng)，所述無線包括WiFi、 WiMAX和3G，通過3G+WiMAX+WiFi的混合架構模式進行無線網絡覆蓋，監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控中心位于相對遠端的公網之中，3G無線網絡作為與公網的接口部分，由3G無線網絡進行視頻傳輸和發(fā)布；采用帶有紅外功能的攝像機作為寬闊水域的視頻采集設備，同時在船、車、艇上架設服務器用于視頻傳輸處理，船、車、艇采集的視頻數據通過載網系統(tǒng)傳輸給監(jiān)控中心， 所述載網系統(tǒng)為建立基于WiFi的船、車、艇局域網絡，用于在船艇這種大型移動交通工具上的可移動視頻傳輸和處理；建基于3G網絡和WiMAX網絡的發(fā)射傳輸模式，通過3G作為主要傳輸模式，采用WiMAX 作為補充覆蓋模式，在3G無法覆蓋的區(qū)域采用WiMAX作為延伸和補充，同時在WiMAX的基站中加入3G模塊。
2.根據權利要求1所述的一種基于寬闊水域的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是在島嶼、 礁石和浮標上架設WiMAX基站作為3G的中繼站，并與最近WiMAX基站建立基于IP的傳輸鏈路，采用TCP模式進行傳輸，保證傳輸質量；同時在寬闊水域的岸邊建立WiMAX中心站，負責與3G基站進行聯(lián)系，WiMAX中心站集成2 5塊3G網卡模塊，將寬闊水域中WiMAX基站回傳的視頻數據通過3G網絡傳輸到監(jiān)控中心；WiFi網絡是3G和WiMAX網絡的局部延伸， 用于建立船與艇之間IP化通信。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于寬闊水域的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是采用船載服務器、攝像機無線采集設備作為船載架構，船載本地采集數據后由船載服務器進行視頻編碼和圖像拼接及視頻檢測處理后上傳監(jiān)控中心；車載設備由攝像機、視頻服務器和無線上傳設備組成，攝像機采集到視頻數據后將經過視頻服務器編碼后直接上傳處理中心；艇載設備以船載設備為中心，其作為船載設備的延伸和補充，艇載設備包括攝像機采集設備、視頻服務器和WiFi傳輸設備，其采集到的視頻數據經過視頻服務器編碼處理后由 WiFi回傳給船載設備，由其進行圖像拼接處理后回傳給監(jiān)控中心。
全文摘要
一種基于寬闊水域的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用船、車、艇混合監(jiān)控，建立監(jiān)控系統(tǒng)，對船-車-艇監(jiān)控系統(tǒng)構建基于無線的載網系統(tǒng)，通過3G+WiMAX+WiFi的混合架構模式進行無線網絡覆蓋，在船、車、艇上架設服務器用于視頻傳輸處理，船、車、艇采集的視頻數據通過載網系統(tǒng)傳輸給監(jiān)控中心。本發(fā)明提出了一種覆蓋型好，檢測靈活，不受天氣環(huán)境等影響的寬闊水域監(jiān)控系統(tǒng)，可以較好的規(guī)避傳統(tǒng)衛(wèi)星帶來的弊端，通過本發(fā)明可實時對寬闊水域進行監(jiān)控，其全景鳥瞰圖也從傳統(tǒng)的3～7天的形成時間，減少至1～2天左右，并可以在雨、雪、霧等傳統(tǒng)衛(wèi)星無法形成圖像的天氣條件下進行工作同時給出相應的結果圖像。
文檔編號H04N5/33GK102368818SQ201110326528
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權日2011年10月25日
發(fā)明者成孝剛, 李勃, 李若翩, 王振華, 翟霄宇, 趙賀, 閔建洪, 陳啟美, 陳釗正 申請人:南京大學