利用閑置上行寬帶鏈路及無線網橋的視頻監控系統

(湖北省水利水電規劃勘測設計院,湖北 武漢 430064)

鄂北地區水資源配置工程線路從丹江口水庫起，以清泉溝輸水隧洞進口為起點，自西北向東南方向輸水，先后穿越襄陽市的老河口市、襄州區，棗陽市，隨州市的隨縣、曾都區、廣水市,終點為孝感市大悟縣城附近的王家沖水庫，線路總長度269.67km。輸水干渠設計流量1.8～38m3/s。主要建筑物包括暗涵38座，長30.96km，占總長的11.5%；隧洞55座，長119.43km，占總長的44.3%；倒虹吸11座，長76.10km，占總長的28.2%；渡槽22座，長19.01km，占總長的7.0%。鄂北地區水資源配置工程為Ⅱ等大(2)型，主體工程分成38個標段進行施工，施工總工期45個月。

工程沿線主要穿越湖北省鄂北山區和丘陵區域，建設期通信條件較差。為確保施工期安全、質量及進度管理順暢，利用城鎮公用閑置寬帶，通過無線網橋和上行鏈路通信傳輸方式，實現了施工期全線全標段全天候的施工期視頻監控，節約了投資，提高了工程管理效率。本文主要介紹施工期在通信條件較差區域，實現大范圍監控全覆蓋的信息化監控布置及傳輸方式，對長距離輸水工程有良好的借鑒作用。

1 通信傳輸總體布置方案

在每個施工區域安裝一定數量的視頻攝像裝置，通過無線網橋傳輸到項目部，在項目部設有路由器，通過互聯網傳輸到項目法人及水行政主管部門的路由器上，詳見圖1。

圖1 施工現場視頻監視總體方案

2 通過無線網橋解決長距離傳輸問題(無線傳輸視頻)

2.1 無線網橋的設置需要結合工程施工特點進行布置

鄂北調水工程全長269.67km，很多工程線路很長，項目部往往顧及不到數公里外的工區情況，另外，有些工程在山的背面，項目部更是無法顧及。而現場施工車輛往來頻繁，沙土堆置又回填，路況變化非常復雜，無法在現場布設光纜，通過無線網橋布置可以解決施工期費用不足以及“長途”傳輸的問題。

2.2 無線網橋供電結合施工區域用電統一考慮

施工區域因土建施工需要使用電氣設備，所以大多都有220V交流電，一些施工單位通過二級配電箱，將市電供電線路延伸，解決攝像頭供電問題。

2.3 利用閑置的寬帶上行鏈路節約運行成本

不論是生活還是工作，信息傳輸都經歷了由數據到圖片再到視頻的變革。

隨著視頻技術的不斷發展，以及人們對視頻越來越清晰的需求，視頻攝像頭分辨率已經由以前的模擬攝像頭QCIF(176×144)、CIF(352×288)、D1(704×480)發展到現在的網絡數字攝像頭的標清720P(1280×720)100萬像素、高清1080P(1920×1080)200萬像素。若采用現在壓縮率最高的視頻壓縮標準H.265,每傳輸1路1080P視頻，傳輸帶寬為2Mbit/s。

對于鄂北工程來說，施工標段多，施工單位大小不一，為此，項目設計時，對各區段的網絡通信情況進行了系統調研，并根據鄂北工程施工期特點，確定了利用閑置寬帶上行鏈路的方式實現寬帶傳輸。

a.施工期臨時工程的特點是可以利用閑置寬帶上行鏈路的方式實現寬帶傳輸。施工期的視頻不像閘門控制、銀行內部數據傳輸等那樣需要保證高可靠、高安全性(這些業務都需要走物理隔離專網)，其安全性要求要低很多，對外人用處不大，所以視頻走互聯網完全可行。

b.工程沿線距離湖北省城鎮不遠，當地通信帶寬有上行鏈路空余空間，100M家庭寬帶上行鏈路帶寬一般是4M, 同時使用的概率很小，這個4M上行鏈路基本沒有使用滿荷，空載的部分正是可以借用的地方。

c.攝像頭視頻可以全碼流和子碼流兩種方式傳輸，高清200萬像素1080P全碼流是傳輸帶寬為2Mbit/s，如果采用子碼流傳輸，傳輸帶寬為512Kbit/s, 這就意味著一條100M家庭寬帶可以免費傳輸最多8個標清視頻圖像。

d.年節約通信成本80%以上。由于利用的是上行鏈路閑置寬帶，費用采用的是家庭寬帶的收費標準，和租用VPN相比，成本只有其1/10。

無論是水利工程還是其他行業的工程，其大型工程工期較長，一般幾百人(包括管理人員和工人)駐扎在營區，上網是工程的管理部門必須要考慮的問題，無論是工作中傳輸文件，加強規范管理，還是下班后瀏覽網頁、QQ聊天等，都離不開網絡傳輸。利用閑置寬帶上行鏈路解決網絡傳輸問題無疑是最可靠最經濟的一種方式。

3 無線網橋設計參數

傳輸頻率一般采用5.8GHz，頻段干擾較少，傳輸距離較遠，采用OFDM調制技術。802.11a支持最高達54Mbit/s的數據速率，802.11n支持最高達300Mbit/s的數據速率。

無線網橋采用的是業內通用的5.8GHz頻段進行傳輸，具有傳輸距離遠(本方案采用的無線網橋傳輸距離5km)、帶寬高等優點，但是5.8GHz屬于視距傳輸，要求兩端相互可視，中間不能有障礙物遮擋，如果有遮擋，需要用無線網橋進行中繼，見圖2。

圖2 無線網橋網絡拓撲圖

通過使用無線網橋，將工程現場采集的視頻傳輸匯聚到項目部的交換機里，5號位置的攝像頭經過兩次中繼，將視頻傳回到項目部(圖3是一個實際的4.5km暗涵工程的工程視頻布置圖)。

圖3 2標4.5km暗涵工程視頻傳輸線路圖

4 視頻管理

在項目部，通過無線網橋匯聚的視頻傳送到項目部的交換機里，項目部的主機就可看到本NVR所轄的現場視頻。而該視頻流再通過路由器，就可將視頻信息傳送到互聯網。

與互聯網相連接的鄂北局，部署了管理服務器及流媒體服務器，在視頻安裝時，標段項目部的NVR需要在鄂北局的管理服務器登記、對接。這樣，該NVR無論是動態IP還是固定IP, 鄂北局的服務器都能搜索到，當然也能搜索到NVR所轄的視頻攝像頭。

上面的設備安裝完成后，連接到互聯網任何地方的電腦主機在擁有權限的情況下，登錄到鄂北局的此服務器地址的對外端口，就可以看到通過流媒體服務器轉發的該項目部的工程視頻，見圖4。

流媒體服務器的作用就是當多人同時看某一路工區視頻時(假設占用2Mbit/s的帶寬)，該工區視頻上傳的占用帶寬始終都是2Mbit/s，不會有所增加。

每個項目部NVR都配置了監控硬盤，存儲配置為能存儲該NVR所轄攝像頭15天的視頻錄像，循環存儲。通過對項目部的NVR操作，可以對工程的特殊流程進行存儲，長期保留，也可以通過視頻平臺軟件，在電腦端進行視頻存儲。

圖4 工程視頻流系統圖

本次工程視頻項目，均同時使用電腦客戶端和手機APP，在手機和電腦上都能訪問鄂北工程現場的視頻。權限設置上，項目法人鄂北局能夠看到鄂北工程現場的所有視頻點的視頻，每個建管部的工程部管理人員只能看到自己建管部所轄的工程視頻，而施工方只能看到自己所轄的工程視頻，不同標段的施工方不能看到對方的工程視頻，充分保證各自的管理職責以及各方權益。

5 設計效果分析

目前，鄂北工程總長270km，共31個標段，98個布置區，鄂北局下設3個建管部：廣悟部、棗隨部和丹襄部，分別地處廣水、棗陽和襄陽，全方位布置完成了視頻監控。相關管理層可以足不出戶就能看到現場工程的進展情況，督促建設各方開展規范有序的生產，為保質保量按時完成工程的建設任務提供了可靠措施。

建管部工程管理人員可以從視頻中截圖，更加直觀地與施工方溝通，指出問題和不足，有視頻做輔助，不需要到現場就能完成工作，大大提高了工作效率，節省了成本。

6 結 語

該技術方案是為了滿足客戶想看遠程的工程視頻需求，通過對無線網橋、運營商鏈路和視頻3個方面技術的完美結合，最終達到了預期效果，是一次有益的技術創新。

該技術已經在鄂北工程的31個標段進行全面實施應用，是國內首個大型工程全線采用了工程視頻監視系統。該技術方案對甲方的工程管理是一次創新，也是對項目部的工程管理和安全管理的一次創新，取得了良好的經濟效益和社會效益。 該技術方案特別適用于長距離施工項目，便于提高各級層面的建設管理水平和安全管理水平，節約工程成本。