3G技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中的应用.pdf

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1、收稿日期：2012-04-20作者简介：任健(1966-)，女，高级工程师，主要从事水利水电工程电气专业的设计工作，E-mail：3G 技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中的应用任健1，王炜2，黄华明3（1.浙江省水利水电勘测设计院，杭州310002；2.上海盈隽实业有限公司，上海200000；3.杭州国望科技有限公司，杭州310002）摘要：从 3G技术的优势和特点出发，结合目前绍兴污水处理厂的现状，构建基于 3G 网络的视频监控系统，实现对绍兴污水处理厂污水排放口的实时视频监控及现场图像采集等。关键词：3 G；视频监控；应用中图分类号：X832文献标识码：A文章编号：1001-7119（20

2、12）07-0176-063G Technology and Its Application in Video Monitoring andControl System of Shaoxing Wastewater Treatment PlantREN Jian1，WANG Wei2，HUANG Hua ming3(1.Zhejiang Design Institute of Water Conservancy&Hydro-Electric Power，Hangzhou 310014,China;2.Shanghai Yinjun Industrial Co.,Ltd，Shanghai 200

3、000,China;3.Hangzhou Guowang Technology Co.,Ltd，Hangzhou 310002,China)Abstract：F r o m3 Gt e c h n i c a l a d v a n t a g e s a n dc h a r a c t e r i s t i c s,c o m b i n e dw i t ht h e c u r r e n t s t a t u s o f S h a o x i n g s e w a g e t r e a t m e n tp l a n t,b a s e do nt h e 3 Gn e

4、t w o r kv i d e o m o n i t o r i n g s y s t e m,i m p l e m e n t r e a l-t i m e v i d e o m o n i t o r i n g a n di m a g e c o l l e c t i o no f t h es e w a g e o u t f a l l o f S h a o x i n g s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t.I D I-F S C S i n t h e t e s t i n g v i d e o e n c o

5、d i n g t h r o u g h c o m p a r i n g a n d a n a l y s i s.Key words：3 r d-g e n e r a t i o n；v i d e o m o n i t o r i n g；a p p l i c a t i o n0引言2009 年 1 月 7 日，中国工业和信息化部正式为中国移动、中国电信和中国联通发放了三张第三代移动通信(3G)牌照，3G 技术随之推出。所谓3G 即指第三代移动通信技术（3rd-generation），是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百

6、 kbps 以上。3G 技术自 2009 年以来在电力行业、城市交通行业等部分行业开始应用，经过这几年的发展，其网络覆盖面虽然越来越大、使用场所越来越多，但在污水处理行业还未被广泛的应用，原因是多方面的，例如：（1）3G 信号覆盖地区有限，网络信号不一定有保证；（2）3G 技术相对较新，相关产品不够成熟；（3）目前三大运营商对 3G 网络的收费相对偏高等。由于排放口能直接反应污水处理效果，因此业主高度重视对排放口的监视问题，希望排放口的实时视频能直接传送至污水处理厂中控室，以便运行管理人员实时监视，并根据其状况及时调整运行。但一般而言，排放口都远离污水处理厂，在传统的污水处理行业视频监控系统中

7、，对于距离超过 500 m 的监控点，大部分是采用光纤来传第28卷 第7期2012年7月科 技 通 报BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.28 No.7July 2012第7期输视频信号，而无论是租用已有的光纤通道还是自行敷设光缆，都存在：（1）施工周期长、对环境有破坏；（2）布点的灵活性差；（3）工程费用高等缺点。随着 3G 技术引入视频监控，上述问题都将迎刃而解。不需要敷设线缆，大大减少了工作量、缩短工期；只要在 3G 信号覆盖范围内，所需监控的点可以随意布置，哪里方便安装就布置在哪里；减少了工作量，工程费用必然会随之减少。13G 技术概述1.13G

8、 技术协议标准及其优点目前国内 3G 存在三种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA。CDMA2000 也称为 CDMAMultiCarrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频 CDMAOne数字标准衍生出来的，可以从原有的 CDMAOne结构直接升级到 3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA 的地区只有日、韩和北美，所以 CDMA2000的支持者不如 WCDMA 多。不过 CDMA2000 的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多 3G手机已经率先面世。WCDMA 即 Wideba

9、ndCDMA，也 称 为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，其支持者主要是以 GSM 系统为主的欧洲厂商，日本公司也或多或少参与其中。这套系统能够架设在现有的 GSM 网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而 GSM 系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此 WCDMA 具有先天的市场优势。TDSCDMA 该标准是由中国大陆独自制定的 3G 标准，1999 年 6 月 29 日，中国原邮电部电信科学技术研究院（大唐电信）向 ITU 提出。该标准将智能天线、同步 CDMA 和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵

10、活性及成本等方面的独特优势。另外，由于中国内的庞大的市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持 TDSCDMA 标准。其中，中国移动基于 TD-SCDMA 技术制式；中国电信基于 CDMA2000 技术制式；中国联通基于 WCDMA 技术制式。3G 网络的优点在于其速度在移动终端以车速移动时，其传转数据速率为 144 kbps，室外静止或步行时速率为 384 kbps，而室内为 2 Mbps，在此速率下将其用于视频传输将绰绰有余，且其费用也将随着网络的普及而逐步降低。1.23G 无线网络的建设3G 区域的无线网络建设依托于现有的有线网络部署，工程实施非常方

11、便，建设时间短，能迅速为 3G 区域提供服务。3G 区域无线专网系统拓扑如图 1 所示：图 1 系统拓扑图Fig.1 Topology figure of system系统由终端设备、基站系统 BTS 以及核心层网元管理系统三个部分组成。其中 CPE 终端完成用户端设备与无线网络的连接，基站系统完成用户终端数据到骨干网络的汇聚。核心层网元管理系统完成对无线系统中的所有终端设备、基站系统的设备管理、系统监控、权限管理、带宽分配等操作。用户终端有 CPE、PCMCIA 卡、PDA 等多种类型，所有终端设备可放在野外工作的车辆上，成为车载终端，在基站覆盖范围内提供相应的业务。用户通过终端设备接入基站

12、，在基站覆盖范围内的终端之间的通信可直接通过系统通信中心交换。基站通过中继传输手段与 IP 承载网连接，提供用户终端与外界的通信联系。中继传输有VSAT 卫星链路、微波和有线电缆三种方式，可根据当地实际情况进行选择。1.33G 技术的特点核心层调度台Internet视频服务器MDS调度机中继网关PSTN数据业务出口SIP语音业务出口汇聚层BTSL2 隧道协议接入层CPE调度电话PCMCIA卡无线摄像头智能手机及手台固定业务便携业务全移动业务任健等.3G技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中的应用177科技通报第28卷科技通报3G 无线通信技术具有以下特点：（1）安全性好，能够提供对数据的加密传输，

13、保障用户通信的安全。采用了终端设备鉴权接入、自行设计的无线接口协议 SWAP等技术，保障无线链路和数据的安全性。（2）移动性强，支持终端移动性应用，系统支持最高时速在 120 公里/小时下的无线数据应用传输，支持如移动视频监控、移动互联网接入等业务。（3）覆盖距离远，支持非视距传输。（4）系统容量大，高速无线接入速率，动态分配带宽。（5）支持的业务类型丰富，可提供无线视频监控、宽带数据接入、语音等业务，并可根据需求专门定制。23G 技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中的组网应用2.1综合说明2.1.1 工程概况绍兴污水处理厂位于绍兴市东北部，绍兴县滨海工业区内，东临曹娥江，北近钱塘江，距绍兴市区

14、约 20 公里。公司成立于 2001 年 11 月，是按照现代企业制度组建的股份制污水处理企业（其中绍兴市 40%，绍兴县 60%），主要承担绍兴市区、绍兴县区域内污水集中处理，公司目前最大处理能力达 90 万吨/日，处理工业废水比例达80%以上。绍兴污水处理厂原先的视频监控系统主要为厂区内各个污水处理池的监控，距离较近，因此均采用有线的方式；而厂区外的沿线数据监测点和最终的排放口都是靠人工定期巡检。可是对于排放口这样能直接反应污水处理效果的监测点，仅仅依靠每天定时的几次巡检是远远达不到监视效果的，因此业主希望能将排放口的实时视频能在需要的时候能最及时的看到，以便能根据其状况及时调整运行。排放

15、口距离厂区监控中心直线距离约有 13公里，中间为滨海工业区内诸多公司，直接敷设线缆涉及到的公司太多。2.1.2 系统实现的目标结合绍兴污水处理厂排污口的具体情况以及 3G 视频技术的应用现状，我们确定系统的目标如下：（1）将 3G 技术应用在绍兴污水处理厂视频监控系统中，在污水处理厂中控室实现对排污口的实时监视。即在中控室视频监控服务器通过对前端 3G 视频服务器的控制，召唤前端摄像机采集排放口及其周边的实时视频（可进行录像和抓图，也可以根据套餐流量来及时调整观看的时间），要求图像清晰、稳定。（2）满足业主要求的同时，通过 3G 技术的应用，使视频监控系统的工程投资减少、工程建设周期缩短并减少

16、环境破坏。（3）总结和完善 3G 技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中运用的关键技术，并在污水处理行业中进行推广。2.2 系统组成系统主要由前端视频采集设备（摄像机）、视频控制及转发设备（3G 视频服务器）、视频监控服务器、远方视频监控客户端以及相关软件这五部分组成（图 2）。2.2.1 摄像机针对安装点距离所需监测的排放点比较远，采用户外型激光红外高速球型摄像机。摄像机具有如下功能：（1）集合红外激光和红外 LED 的高速球，多角度组合无级变光，高亮度，低衰减，配红外激光或红外阵列远距离照明，红外照射距离超过 200 m。（2）多级变速,360无限位旋转，水平转速0.01180/s，预置位最高

17、达 220/s，垂直可选 90或 186 直接翻转，每周细化为三百万步，运转平稳、最大变倍状态也无抖动，预置位零误差，速度范围自动匹配摄像机焦距,人性化操作,手感优异。前端摄像机3G视频服务器3G网络视频监控服务器视频监控客户端图 2 系统配置示意图Fig.2 Dispose of system178第7期（3）时间日期、标题、坐标、温度显示功能，中、英文菜单，内置中、英、日、俄、法、阿拉伯、拉丁文等涵盖 81 个国家的文字字库,主标题、16 个预置位标题可分别单独任意设置,开机信息，运动信息提示。（4）多种控制协议可选，RS485 通讯方式，控制距离大于 1200 m。（5）128 个预置点

18、；8 条巡航轨道，每个巡航可设置 24 个预置点；2 条巡航轨迹,每条长 40 s。2 个群组动作功能。（6）可设定按星期、每天 4 个时间段定时调用预置点、巡航、轨迹、组合动作、彩转黑、黑转彩。（7）多种动作方式：两点间自动扫描方式、削苹果方式、360正反方向连转方式、四点间任意万能扫描，水平及垂直速度可分别设定。（8）曝光模式可选：全自动、亮度优先、快门优先、光圈优先、手动，增益可调，慢快门功能，图像特殊效果功能。（9）定时密码锁定功能,可在设定的时间后自动锁定快球，保证工程商收款。（10）视频动态检测功能；自动联动预置点或巡航。416 个防区报警输入，2 路报警输出。（11）抗高压雷击，

19、视频和通信端口耐 20 kV高压浪涌和 450 V 持续电压搭接；即：市电 220 V直接接上视频或通信端口也不会损坏设备，解除高压后自动恢复。2.2.2 3G 视频服务器3G 视频服务器是实现无线视频传输的重要组成部分，设备集数据通讯与视频编码为一体，采用先进的 3G 通信模块及高性能的 DSP 视频处理技术，依托 3G 运营商高速无线网络实现联网远程情况处理及图像监控。其主要功能有：采用H.264 视频压缩技术将前端模拟摄像机采集的视频信号压缩成清晰的实施数字信号，通过 3G 网络送至视频监控服务器。其主要特点有：图像压缩比较高，支持 WCDMA/EVDO/TD-SCDMA 多种网络制式并

20、可自动识别，网络带宽自适应动态码流技术，支持动态域名解析，同步传输音视频，双向语音通话功能，定时传输并储存图像以节省流量，支持硬盘和 SD 卡实时存储及远程回放录像功能，配置多种 PTZ 协议（可扩展），支持工业标准的控制 I/O，支持 GPS 数据传输，可进行无线上网冲浪，支持 L2TP、安全加密，支持 SNMP 网络管理，报警联动功能，内置硬件狗用以保障系统稳定可靠运行。本系统选用的视频服务器支持 TCP、UDP 及RTP 网络协议，此处采用的是 TCP 协议。2.2.3 视频监控服务器视频监控服务器配置为固定 IP 地址，3G 视频服务器将压缩后的信号通过该服务器配置开放的端口送至该服务

21、器，并通过安装的视频监控软件对其进行解码显示、控制。2.2.4 远方视频监控客户端远方视频监控客户端为连接至互联网的并安装了相应视频监控软件的电脑，通过视频软件进行相应的配置，即可通过访问视频监控服务器来监视、控制前端设备。2.2.5 软件软件包括系统软件、服务器端软件和客户端软件。（1）系统软件系统软件采用当前最常用的 Windows 操作系统。（2）服务器软件软件特点：a.心设计人性化托盘管理工具，方便启动、停止和配置服务器程序；b.上千路的视频编码器和客户端的连接与传输；c.单独使用，也可以多个联合起来组成大系统，扩展系统规模；d.分布存储管理，多点存储功能，实现数据高度共享；e.分级用

22、户管理，设定各级用户，使用不同权限访问不同资源，实现分级管理；f.完善的日志功能，便于查询和整理；g.完善的 web 浏览器对服务器数据的管理，可以方便管理系统设备和各种资源。23监控器软件（1）软件特点a.精心设计人性化用户界面，操作方便、舒适；b.单站点登录、连接；c.可以修改服务器端的属性；任健等.3G技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中的应用179科技通报第28卷科技通报d.用户自定义视频分组，更改分组属性；e.实现管理视频设备功能，修改设备的属性。f.支持用户分级管理，实现权限定制，可以进行用户的增删改等功能；（2）软件主要功能软件的主要功能是站点管理、用户管理和设备管理。a.站点管理

23、站点管理即服务器管理，用来管理服务器的参数设置和一些描述信息。用户可点击右侧显示窗口中的“修改参数”按钮，修改参数保存后，在下次服务器重启时，参数发生改变。b.用户管理用户管理功能可以实现用户的添加，类型的更改，用户访问资源的控制，用户的删除。如下图为用户管理界面。在用户管理界面中，管理员可以在右侧的用户基本信息中看到用户名、用户密码、用户描述、客户类型，这些信息。而且可以在此界面中选择添加用户、修改用户和删除用户。c.设备管理在设备管理中，界面如下图所示，用户可以对设备进行添加、修改、删除；视频组的添加、修改、删除。在设备管理器的主界面，左侧视图栏显示设备的等级列表，其中包括服务器、视频组、

24、和视频设备。当选中顶级目录设备管理时，右侧会显示服务器内的所有视频组和 3 个功能按钮。并列出了这些视频组的名称和说明。功能按钮包括：添加视频组、修改视频组和删除视频组。当选中中级目录视频组时，右侧会显示该视频组的相关属性及所包含的视频设备的相关属性。在此区域内包括四个功能按钮：添加视频组、修改视频组、删除视频组和添加设备。当选中视频设备时，右侧会显示该视频设备的相关属性。在此区域内包括三个功能按钮：添加设备、修改设备和删除设备。3.4 系统实现后取得的成果通过 3G 技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中的应用取得了如下成果：（1）3G 技术成功地应用在绍兴污水处理厂视频监控系统中，完善了该厂的

25、视频监控系统，大大节省了巡检人员工作强度。在没装 3G 视频之前，巡检人员每天都要数次，每次驱车几十分钟去排放口检查排水是否正常，颜色是否异常；现在只需在控制室视频监控服务器上随时都能看到排放口的实时视频，图像清晰、稳定，并能及时根据排放口的排水情况，调整整个污水处理系统的运行方式，实现了系统的预期目标。下附排放口实时图像：（2）3G 技术的应用，使绍兴污水处理厂视频监控系统的工程投资减少、工程建设周期缩短并减少环境破坏。按照传统的视频监控，就要自行敷设数十公里的光缆，不光敷设的施工费用高，在敷设过程中会牵扯到许多的政策处理问题，施工周期也是相对较长；而现在采用 3G 技术，一个监控点的施工加

26、调试就 1 天时间，而且费用只需要摄像机、3G 视频服务器等设备的费用，没有其他任何的附加费用，实现了系统的预期目标。33G 技术在污水处理行业中的应用前景随着 3G 技术的不断发展和 3G 移动通信网180第7期因素及应用J.工业水处理，2006,7:10-14.20商平,刘涛利,等.苦卤-鸟粪石沉淀法预处理垃圾渗滤液J.环境化学，2010,6:1111-1115.21勒德智,程丽华,等.鸟粪石沉淀法回收废水中磷的研究及应用进展J.青岛理工大学学报，2011,1:58-62.22王广伟,邱立平,等.废水除磷及磷回收研究进展J.水处理技术，2010,3:17-22.23王凡，王钢.MBR 工艺

27、在垃圾渗滤液处理中的应用J.企业技术开发，2010,3:38-4024陈欢林,戴兴国,等.反渗透、纳滤膜技术脱除小分子有机物的研究进展J.膜科学与技术，2009,3:1-10.25杨靖,陈杰瑢,等.纳滤/反渗透分离中有机物的特征参数对截留率的影响研究J.膜科学与技术，2006(02).26孟海玲,董红敏,等.运行条件对膜生物反应器处理猪场厌氧消化液效果的影响 J.农业工程学报，2008,9:179-183.2,7Gebrezgabher S A,M P M.Meuwissen,et al.Economicanalysis of anaerobic digestion-A case of Gre

28、en powerbiogas plant in The Netherlands J.NJAS-WageningenJournal of Life Sciences，2010，57(2):109-115.28梁康强,阎中,等.沼气工程沼液反渗透膜浓缩应用研究J.中国矿业大学学报，2011,3:470-475.29韩瑾.沼液膜浓缩分离及其液肥混配技术研究D,浙江林学院,2009.的大规模建设,3G 网络覆盖面将越来越大，相关技术产品越来越成熟，三大运营商对 3G 网络的收费也会越来越低。基于 3G 技术的无线网络视频监控系统结合3G 视频服务器、视频监控服务器和网络摄像机,可实现了基于 3G 网络

29、的点对点、点对多点、多点对多点的远程实时现场监视、远程遥控摄像机以及远程录像、报警等功能。这种无线网络视频监控系统可以支持多人同时监控(或多监控中心)、跨区域分级监控,还拥有高质量的视频图象、强大的用户管理功能、系统的兼容性、方便的可扩展性等众多优点,代表了最先进的网络视频监控系统。基于 3G 的无线网络视频监控系统应用在污水处理行业中可实现以下功能:（l）排放口的实时安全监控,如果有船只或其他物体撞上浮标（内有排放口的出水管）发生险情,马上报警;（2）排放口监控区域内的实时远端监控，是否有可疑的情况，如：有人、兽靠近浮标或有人想要破坏浮标内的设备等，马上报警;（3）排放口水质的实时直观监视:

30、监控区域内水质颜色有无变化,如水质呈黑色等;针对以上所述,可见基于 3G 技术的无线网络视频监控系统在污水处理行业会有很广阔的应用前景!目前我们在绍兴污水处理厂排放口视频监控的应用就取得了较好的效果,虽然排放口离污水处理厂较远，管理运行人员能够做到在厂内中控室实时地观看到排放口的视频监控图象,及时了解排放口的实际情况、所反应的污水处理效果，提高了污水处理厂的管理水平和管理效率。4结束语随着 3G 通信技术的不断发展以及在各个领域的应用,在不久的将来,3G 技术一定会给污水处理行业带来更多的业务和便利,为污水处理行业的现代化、信息化管理创造更好的条件。目前 3G 技术在绍兴污水处理厂排放口视频监

31、控的应用取得了较好的效果，但是在整个沿线管路上还有许多点还是需要人工定时的巡检，但是随着 3G 网络覆盖的更加广泛，资费的进一步降低，在后续的工作中，这些监控点上也将逐步增加基于 3G 网络的视频监控点，为整个系统建立一个更加完善的视频监控系统。参考文献:1彭木根，王文博.协同无限通信原理与应用M.北京：机械工业出版社，2008.2雷秋萍.工地远程视频监控系统的设计及应用J.广东通信技术，2010，30（5）3刘翔，吕兰,罗菊.3G 技术在视频监控中的应用研究J.电视技术，2010，34（10）4罗滨，王文彬.3G 技术在电力视频监控中的应用J.电力信息化 2010，8（3）（上接第168页）任健等.3G技术在绍兴污水处理厂视频监控系统中的应用181