我國是個具有1.8萬公里漫長海岸線的國家，有眾多港口、海灣、島嶼。隨著國門的更加開放，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，犯罪活動也日見增多和越來越隱蔽。如何有效地保護領(lǐng)海的主權(quán);以及安全部門的反偵察、反偷渡;海關(guān)的反走私、緝私;海事部門的水上管制、海上搜救等都已成為越來越重要的現(xiàn)實問題。 本文以某海岸電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為例，與業(yè)內(nèi)讀者共同探討實現(xiàn)海岸視頻監(jiān)控的完善方案。

　　系統(tǒng)分析

　　海防監(jiān)控具有監(jiān)控區(qū)域廣的特點，并且常年霧氣較大、風(fēng)力強勁、空氣腐蝕性強。還有，監(jiān)控點地處偏僻、敷設(shè)通信線路困難、供電持續(xù)穩(wěn)定性差、夜晚光照條件差等諸多因素都會極大地影響到監(jiān)控畫面的質(zhì)量。因此，對于海防監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，有以下幾點需要特殊考慮：

　　·需要選擇大變倍、長焦距的鏡頭，使監(jiān)控范圍盡量廣闊; ·需要選擇超低照度的攝像機，甚而選用超低照、彩色轉(zhuǎn)黑白日夜型攝像機，以保證夜晚在微弱的光照條件下，也能進行有效的監(jiān)視;

　　·要求云臺旋轉(zhuǎn)的精度要高，最好選擇變速云臺，并且云臺穩(wěn)定性要好，負載要足夠大; ·前端設(shè)備的供電要能市電或太陽能供電(或配置UPS電源)兩種供電方式自動切換，以確保供電的穩(wěn)定;

　　·前端設(shè)備和控制中心之間的通訊線路往往會較長，可有兩種通訊方式選擇：租用通信公司的光纖線路或2M數(shù)字電路等寬帶專線傳輸;采用微波無線通訊。

　　系統(tǒng)構(gòu)成 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如圖2所示)由三部分組成：

　　·監(jiān)控前端——信號采集部分; ·傳輸系統(tǒng)——信號傳輸部分; ·監(jiān)控中心——圖像信號顯示、記錄部分以及指令發(fā)送端。

　　監(jiān)控前端

　　監(jiān)控前端設(shè)備包含有攝像機、鏡頭、防護罩、云臺、解碼器以及供電設(shè)備如太陽能供電設(shè)備等。前端設(shè)備的選擇是本系統(tǒng)建設(shè)成功與否的關(guān)鍵。

　　傳輸系統(tǒng)

　　本監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩種信號，即視頻信號和控制信號。視頻信號占用的帶寬較大，通常要傳輸清晰的實時圖像，其傳輸帶寬至少要占1Mbps帶寬;控制信號數(shù)據(jù)量較小，帶寬不超過9.6Kbps。以上兩種信號不但有帶寬要求，而且要求傳輸?shù)膶崟r性好，延遲要在0.5秒以下，若延遲過長，會造成系統(tǒng)控制信號與視頻信號的不同步，至使目標捕抓困難。 信號若采用光纖專線傳輸，通常選用視頻帶反向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯文９舛藱C。若采用2M數(shù)字電路傳輸，傳輸設(shè)備要選用E1信號編解碼器。若采用無線傳輸，其傳輸設(shè)備通常選用900M波段和2.4G波段的微波傳輸設(shè)備和無線指令遙控系統(tǒng)，也可以選用衛(wèi)星作為傳輸信號的中繼設(shè)備。

　　監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心的主要功能是顯示、控制、錄像和視頻信號的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。監(jiān)控中心設(shè)備主要包括有視頻矩陣和硬盤錄像機。由視頻矩陣來控制視頻圖像的切換顯示，顯示設(shè)備通常是組合電視墻或大屏幕，視頻錄像和視頻信號數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化由數(shù)字硬盤錄像機來完成。

　　系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵點

　　為保證監(jiān)控圖像的質(zhì)量，以及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，以下兩點是系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵：一是系統(tǒng)中各設(shè)備選型應(yīng)考慮到監(jiān)控對象的特點，能否實現(xiàn)遠距離監(jiān)視、掃描、傳輸;二是由于各個前端設(shè)備安裝在野外，設(shè)備安裝施工要充分考慮到野外設(shè)備工作的要求，并盡量減少系統(tǒng)的維護工作量。

　　設(shè)備的選擇

　　攝像機的選擇

　　由于是對海面的全天候監(jiān)控，攝像機將會面臨日夜光照變化很大、海面水波光反射等問題，所以對攝像機的選擇要求較高。攝像機不但要清晰度高(至少480TVL以上)，還必須具備有自動增益控制、背光補償、自動電子快門、DSP數(shù)字處理技術(shù)、超低照度(至少0.001lux/F1.4星光級)、晝夜自動彩色轉(zhuǎn)黑白等功能。目前，要使攝像機達到超低照度監(jiān)視的技術(shù)主要有幀累積、雙電路、主動紅外等。經(jīng)對這幾種技術(shù)的綜合比較，主動紅外方式投射距離有限，一般只在200米以內(nèi)，不適合海防超遠程(500米以上)的監(jiān)控;若采用幀累積技術(shù)，通過增加曝光時間，以增強夜視能力，但海防監(jiān)控通常為移動目標，而幀累積會引起移動目標圖像的拖尾，致使畫面模糊。因此目前比較理想的技術(shù)還是選擇紅外熱成像儀。 該技術(shù)的原理是任何在絕對零度(-273℃)以上的物體都會不停地發(fā)出人肉眼看不見的熱紅外線，正因如此，就可利用熱紅外線探測儀測定目標本身和背景之間的紅外線能量差，從而可以得到不同的紅外線熱圖像。當然，目標的熱圖像和目標的可見光圖像是不同的，它不是人眼所看到的可見光圖像，而是目標表面溫度的分布圖像。因此，熱成像儀的缺點便是不能給出清晰的真實圖像,所以也不能顯現(xiàn)出哪個人穿什么衣服、長得什么樣子。 白天，在海防監(jiān)控實際應(yīng)用中，當光照條件好時可使用CCD攝像機，使監(jiān)控畫面直觀;只當照度很差時才使用熱紅外線探測儀，這樣在CCD攝像和熱成像兩種技術(shù)的配合下，便可以得到滿意的圖像跟隨效果。 我國海域廣闊，野外環(huán)境惡劣，特別在夜晚以及大雨、大霧氣候條件下，常規(guī)的監(jiān)控系統(tǒng)都不能起到有效的作用，對于邊防守衛(wèi)和執(zhí)法人員來說，要求在黑暗中也能夠看得見目標，十分重要。所以在海岸邊，用紅外熱成像儀，可以迅速地跟蹤來往船只。有了紅外熱成像儀，可以遠距離跟蹤妄圖利用雷達死角跨越海岸線的不法分子。

　　鏡頭的選擇

　　由于監(jiān)控范圍廣闊，除了要選擇合適的安裝點外，另外就要選擇大焦距的鏡頭，這就要求根據(jù)使用場合的實際情況和要求，經(jīng)計算選用合適的攝像機鏡頭。例如要能實現(xiàn)監(jiān)控范圍5公里，在最遠處能看清50米范圍內(nèi)的情況，在選用1/3英寸的CCD攝像機時，則可根據(jù)f=hD/H成像公式計算出該選用鏡頭的最大焦距應(yīng)該為480mm。因此可以選用10～500mm的50倍變焦的大變焦鏡頭(參考圖3)(f是鏡頭焦距、h是圖像寬度、H是被攝物體寬度、D是被攝物體至鏡頭的距離)

　　云臺的選擇

　　選擇云臺主要考慮因素是使用環(huán)境和其最大負重及機動能力。 根據(jù)本方案所述的使用要求，第一、要選擇適合野外環(huán)境的室外云臺;第二、要充分考慮云臺負重能力，負重能力=鏡頭重量+攝像機重量+防護罩重量+其它配件重量(指探照燈、紅外燈等)+留有一定載重裕量;第三、本系統(tǒng)要選用變速云臺，因為攝像機在最大焦距的情況下，其視場角很小，而在短焦距時其視場角又較大，相差可達幾十倍。假如選用恒速云臺的話，要保證在遠焦時云臺轉(zhuǎn)動而圖像平穩(wěn)的話，那么近焦時云臺轉(zhuǎn)動會使圖像基本沒有運動;若選擇轉(zhuǎn)速較大的恒速云臺，保證近焦時的正常掃描，則在遠焦時攝像機捕抓目標會變得十分困難。所以只有配置了變速云臺才能滿足要求，并且云臺變速范圍需要和近遠焦時視場角范圍相適應(yīng)，特別是云臺要有準確的定位能力。以監(jiān)控5公里處的目標為例，云臺每轉(zhuǎn)動1度，目標就會偏移87米，若監(jiān)控目標物為50米寬，要對這個目標物進行掃描，云臺的轉(zhuǎn)動精度至少要高于0.6度，否則，無法準確地對遠處目標定位，以至對目標的追蹤能力就差。此外，有些云臺具備預(yù)置位的功能，它能記憶預(yù)設(shè)的位置，在需要時可快速定位，這一功能在本系統(tǒng)應(yīng)用中也非常有用。 用長焦鏡頭監(jiān)視遠處目標時，輕微的抖動都會引起遠處目標監(jiān)視畫面的大幅度晃動，所以解決辦法是采用重型云臺，增加云臺旋轉(zhuǎn)的慣性，當然還要輔之以良好的防震和穩(wěn)固的安裝措施。

　　供電設(shè)備的選擇

　　解決監(jiān)控點供電難、停電以及電壓不穩(wěn)等問題的較好辦法是前端設(shè)備的供電源采用UPS不間斷電源或以太陽能電源為備電。當市電斷電時，供電自動切換到太陽能電池供電。太陽能供電設(shè)備包括：太陽能光電池、控制器、蓄電池和逆變器。 光電池需要考慮的是光電板的面積(根據(jù)各個設(shè)備需要的總功率、光電池的特性及各個設(shè)備的效率進行計算)。蓄電池的容量一般可以根據(jù)在陰天情況下保證系統(tǒng)正常工作一周(一般連續(xù)陰天7天以上的幾率不高)的容量。

　　傳輸方式的選擇

　　傳輸部分是聯(lián)接前端監(jiān)控設(shè)備與監(jiān)控中心之間的通道，傳輸?shù)男畔▓D像信號和對前端設(shè)備的控制指令。 信號的遠距離傳輸方式主要有采用有線傳輸和無線傳輸兩種。有線傳輸方式主要是租用線路運營公司的光纖線路或?qū)拵＞€，如一個監(jiān)控點可以租用一芯(通常是一對)的光纖，該傳輸方式傳輸距離遠，圖像質(zhì)量非常高，實時性好，圖像基本沒有損傷，穩(wěn)定性也好，但租用費用很高。 有線傳輸?shù)牧硗庖环N方式是租用具有2M帶寬(或者更寬)的E1專用數(shù)字電路，它是將視頻與控制信號通過專用設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過專用通訊適配器傳輸實時圖像和控制數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)控制中心對前端設(shè)備的控制。其優(yōu)點是可以直接利用現(xiàn)成的線路，申請方便，信道容量可以滿足電視監(jiān)控的需要、傳輸距離遠，租用費用合理;缺點是視頻信號有輕微的滯后或丟幀(但不影響監(jiān)控的實際需求)。

　　無線傳輸方式是利用無線設(shè)備如微波設(shè)備將視頻與控制信號調(diào)制成為一定頻率的微波信號。它的優(yōu)點在于不受有限帶寬的影響，逼真連續(xù)、靈活機動、易于架設(shè)、沒有線路敷設(shè)的問題、覆蓋范圍廣、系統(tǒng)規(guī)劃簡單、擴容方便、可加密碼或用CDMA增強保密性。缺點是微波信號傳輸會受地形遮擋的影響，頻率申請困難，若是衛(wèi)星傳輸則系統(tǒng)的造價高，且衛(wèi)星信道租用費用相當昂貴，通常用于海上移動監(jiān)控時臨時開通使用。 對于大多數(shù)海防監(jiān)控系統(tǒng)，還是建議采用E1信道數(shù)字電路傳輸，它是基于物理層的全透明傳輸、支持數(shù)據(jù)、語音、圖像多種業(yè)務(wù)，對客戶通信協(xié)議沒有任何要求，客戶可自由選擇各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和協(xié)議。線路接口使用國際通用的G.703、STM-1等標準接口。 E1編解碼器的圖像的、壓縮/解壓縮有MJPEG、MPEG1、 MEPG2、MPEG4、 Wavelet(小波變換)等多種格式，MPEG2格式壓縮圖像質(zhì)量最好，但其壓縮率低、數(shù)據(jù)量大、延遲較大(大概在1秒左右)，通常用于固定式監(jiān)控點的傳輸;MPEG4、 Wavelet(小波變換)壓縮格式延遲小，一般在0.3秒左右，圖像質(zhì)量和實時性也不錯，在海防監(jiān)控中比較適用。 E1信道數(shù)字電路傳輸原理(如圖4)所示。監(jiān)控中心設(shè)備包括視頻矩陣和嵌入式硬盤錄像機。選擇時有以下幾點考慮：

　　·視頻矩陣除需要考慮功能外，還需要考慮到和其它設(shè)備(如無線傳輸設(shè)備、解碼器和硬盤錄像機)的匹配互聯(lián);

　　·中心屏幕墻的規(guī)模、選型(如：投影屏、DLP、等離子屏等);

　　·硬盤錄像機應(yīng)選用易維護、高性能、運行穩(wěn)定性好的硬盤錄像機，另外還需要注意硬盤錄像機的網(wǎng)絡(luò)功能，這一點對實現(xiàn)系統(tǒng)遠程監(jiān)控十分重要。

　　施工注意事項

　　除了設(shè)備選擇上要注意以上各點外，施工質(zhì)量對保證系統(tǒng)可靠性也十分重要，對施工有三點需要考慮： ·防避雷及接地：由于各個設(shè)備安裝在野外，而且安裝在較高處(保證可視范圍需要)，發(fā)生雷擊的可能性很大，所以要采取防避雷措施及保證接地良好。 ·塔架安裝：攝像機安裝鐵塔、支架的高度和結(jié)構(gòu)要合理，使便于攝像設(shè)備、傳輸設(shè)備、太陽能電池板等的安裝和維護。鐵塔、支架基礎(chǔ)要牢靠，要能抗擊12級以上的臺風(fēng)，能在風(fēng)力作用下保持平穩(wěn)不晃動。 ·安全性考慮：由于前端設(shè)備安裝在野外，無人值守。所以設(shè)備安裝要采取防破壞和防拆卸措施，可以考慮各個監(jiān)控點間能實現(xiàn)相互可見監(jiān)視。