隧道無線視頻監控方案
1. 行業背景
在全國範圍內的加強基礎交通建設的大背景下，高速鐵路及高速公路發展不斷提速，越來越多的鐵路線和公路線建設陸續開工。在發展道路建設不可避免地會遇到諸如山區和丘陵等複雜的地理環境，開掘隧道是在上述地區鐵路和公路建設經常會遇到的問題。隧道建設方案作為最直接，也是採用最多的穿行方案，可以有效地發揮縮短行車裡程，提高線型標準、保障運營安全，保護生態環境等特點。現實情況看，隧道建設是一項艱苦、危險性較高的工程，如何高效率得在保證施工安全前提下，提高隧道掘進的質量和速度，越來越多的工程建設單位通過建立監控系統來降低和保障工程的安全性，尤其是近兩年快速獲得套用的先進的數字無線監控正在隧道建設中發揮越來越重要的作用。隨著隧道的廣泛套用，對施工過程中的建設安全情況進行第一手的掌握，及項目建成後對路況的實時監控情況成為重點關注的對象。
在隧道行業的監控系統套用中，以目前無線監控系統為代表的方案更具實用性和高效性。針對隧道無線監控解決方案中，緊密結合隧道建設過程和監控運營管理的多方面套用需求，在保證適應各種隧道內部複雜環境的基礎上，採用當前最成熟的微波通訊產品——高頻寬數字無線傳輸設備，該方案採用先進的無線網路傳輸系統和領先的視頻技術實現了專業的隧道安防系統，實現了各級主管對現場的及時掌控，是遠在千里之外的施工現場、進度、人員狀況，在項目部、公司總部辦公室，以及主管人員的移動終端（手機、IPAD）等及時準確的顯示出來。隨時隨地可以掌控不同現場的進度情況。在管理方面提高了工作效率，節約了到處巡迴查看現場的差旅費用、車船費用等。帶來的不僅是管理效率的改變，長遠來說也是對管理成本的節約。
為保障各個無線監控點的有效頻寬和整個無線鏈路的穩定性，我們根據現場具體情況採用不同的設計，這樣就很好的保證了複雜情況下網路的頻寬，一體化的設計又為安裝帶來了方便。在隧道無線監控系統中，隧道建設和管理部門可以高效率地提高安全生產的指數，可以在諸如隧道建設階段的挖掘車掘進、鋪頂車安全性，以及後期的交通監控、環境監控、通風控制、照明控制、電視、視頻監控、火災報警、橫通道門監控、中央監控等環節上為管理部門提供巨大的幫助。
2. 需求分析
實現在項目部、總部、手持終端看到現場掌控面作業情況
實現在項目部、總部、手持終端看到現場全局的作業情況
實現在項目部、總部、手持終端了解到作業洞口的具體情況
在監控中心實現大屏拼接，可觀看到不同項目部的實時畫面
可以遠程調取不同項目部的錄像信息
可實現遠端、項目部、移動手持終端對現場動點攝像機的控制
可實現分級管理，不同級別的工作人員具備不同的操作許可權
3. 系統總體設計
3.1. 設和依據計原則
為了確保隧道工程綜合監控系統順利實施，我們根據現場狀況，針對性的制定了一個詳細的無線集中監控方案，本方案將會滿足相關部門的各種監控需求。
3.1.1. 方案的設計原則
本方案遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則。並綜合考慮施工、維護操作因素，並對以後的發展、擴建、改造、移動等因素留有擴充的餘地。具有以下原則：
(1) 先進性與適用性
本系統採用純數字高壓縮低頻寬高清視頻信號傳輸，利用高頻寬數字無線調製技術共同配合實現了在複雜的施工環境下的鏈路傳送，避免了大型機械對線路造成的損傷。
(2) 經濟性與便捷性
充分考慮用戶實際需要和信息技術發展趨勢，根據客戶需要，針對不同位置單獨設計不同的組合與電氣組合，無需大規模布線，同時具備可複製和可重複利用，在一個工地施工完畢可繼續在下一個工地繼續使用。
(3) 可靠性與安全性
系統的設計充分考慮到現場電路和作業環境，每一個地方都做了直流穩壓處理，可保證在大型電器、電弧焊等作業時產生電涌情況下對設備不造成損傷。同時，在配電櫃內我們設計了直流備用電源UPS，在現場突然斷電情況下，可保證設備連續5個小時的工作時間，以保證系統的運行安全。
(4) 開放性
所有系統傳輸以TCP/IP協定為基礎，是不同的設備可藉助我們搭建的網路平台進行數據的傳遞，例如門禁、定位、感測等。
(5) 可擴充性
系統設計中考慮到今後技術的發展和使用的需要，具有更新、擴充和升級的可能。並根據今後該工程的實際要求擴展系統功能，同時，本方案在設計中留有冗餘，以滿足今後的發展要求。
3.1.2. 方案設計的依據
根據國家有關法規的要求，我們經過認真研究、分析設計本系統方案。該系統具有性能先進、質量可靠、經濟實用等特點，而且該系統具有方便擴展、與其它信息系統實現無縫連線的能力，為實現安防系統的可視化管理奠定了基礎。
3.2. 系統整體組網方案（以隧道現場為例）
上圖為隧道的大概施工分布情況 隧道總長6.4km，分為5個作業面，進口位置與1#斜井都是單項作業面，現場作業有一分部負責。出口位置與2#斜井由二分部負責，2#斜井採用雙向作業。
上圖為進口與1#斜井傳輸到項目部的圖示
1#斜井最前端作業面攝像機採用一個移動點全方位高清雲台攝像機（水平360度旋轉，上下+90~-90度調整，可實現對前端作業面各個角度的觀察），一個相對固定點高清紅外球機（安裝在掛布台車上，可隨著台車位置的變動而向前移動）。前端移動點位置不確定，所以設計為全向天線，與掛布台車上的設備一起傳給二襯台車作為1對2的接收（掛布台車與二襯台車距離會隨著進度不斷向前推進，雖然兩個台車距離很近，但是由於設備很重，在向前推進過程當中如果受力不均擔心造成對線路的破壞，所以此處的攝像機也採用無線的方式傳給二襯台車）。二襯台車位置再用另外一台無線設備向洞口交叉處傳遞，在洞口交叉處到1#斜井之間有一很明顯的彎道，所以在他們中間加了一對中繼設備，洞口的攝像機採用固定安裝方式。由於1#斜井無法與項目部直視，那么此處利用一分部攪拌站和附近村民水塔（紅色房子）做了兩次中繼傳輸到一分部項目部。
隧道進口內部前端和1#斜井配置相同，只是在二襯台車與隧道洞口位置加了一次中繼，洞口可以直接與一分部傳輸。
所有的安裝位置，我們均考慮了直流穩壓保護和直流監控專用不間斷供電電源。所有中繼位置處均考慮有工業級監控專用交換機進行對接。（實際安裝時會統一放置在一個定製的防水防塵箱內，採用集中供電的方式，利於系統的穩定也便於現場的維護。
上圖為2#井與出口位置傳輸到二分部的整體示意圖，基本思路與上述相同，只是在2#斜井處為雙向施工，多了一個作業面，那么最前端作業面的設計思路是相同的，只是在洞口交叉處需要做一次整合，統一傳輸到洞口處。2#斜井洞口與項目部之間有一座土山阻隔，而且上面有大概150~200米的一個不同坡度的平面。所以此處需要多加一次中繼，由於現場無法供電，所以採用風光互補的方式在這裡進行供電。然後在傳遞到二分部。五星坪隧道出口處可以直接與二分部可視所以此處直接傳輸到二分部。
一分部和二分部本地各有一台數字網路視頻存儲轉發主機，現場配置一台22寸專業視頻監視器。並配備一台接入層交換機與項目部網路進行連線，通過項目部的寬頻網路與中心相連（為確保傳輸的質量，項目部至少需要10M以上的上行網路）
中心平台為整個運營的交換樞紐，為了保證各級用戶，各個作業系統人員的不同位置操作需求，我們在運營中心建立一套專業的無線視頻傳輸綜合管理平台。包括：
目錄伺服器
流媒體轉發伺服器
管理控制中心伺服器
網路數字矩陣伺服器
網路視頻轉發伺服器
三維數字矩陣鍵盤
匯聚層中心交換機
55寸窄邊拼接屏（四塊55寸，有高亮和普亮兩種規格）
高清視頻管理平台是一套基於標準 H.264 的中央監控管理平台，安裝在一台標準的PC或伺服器中。支持高清網路攝像機、高清編解碼器、NVR 以及模擬攝像機+視頻伺服器模式的集中認證和管理。它專為複雜多變的高清網路監控系統設計，採用全新的數據引擎，模組化的組件設計，包括目錄管理、報警服務、數字矩陣切換、流媒體轉發、網路視頻存儲等組件，此外還可集成聯動門禁、巡更、車牌識別等系統，是集中監控項目的最佳選擇。
套用領域
平安城市系統高清網路視頻監控
金融銀行業高清視頻聯網監控
機場、海關、邊防安檢高清視頻網路監控
水利電力、移動基站系統無人值守高清視頻網路監控
排污、環保監測、森林防火減災高清視頻網路監控
大中型連鎖超市賣場聯網監控
校園、工業園區、醫院聯網監控
特色功能
模組化組件
管理中心端各個功能都可以細分為不同的模組實現(如：目錄伺服器、管理控制中心、網路報警電子地圖伺服器、網路視頻存儲伺服器、網路數字矩陣伺服器、網路解碼伺服器，流媒體轉發伺服器、網路代理伺服器等)。採用不同的模組組合以適用於不同規模的監控系統。
多用戶核心認證管理
基於多用戶認證管理技術，對某用戶在網路中對任何設備的瀏覽、控制、管理許可權和優先權的集中授權配置；在複雜網路條件下可實現多用戶優先權和衝突檢測。而以用戶為核心更有利於用戶在系統中的任意節點建立臨時指揮中心，從容處理應對應急突發事件。
優先權和衝突檢測;完善的集中用戶認證管理模式和合理的優先權及衝突檢測機制，所有用戶通過認證伺服器管理，實現集中的用戶優先權，瀏覽控制許可權集中配置管理。
統一編號;攝像機、報警設備和伺服器統一授權編號及優先權管理，支持自動檢索和批量添加。
多種顯示方式;支持物理設備瀏覽和虛擬分組瀏覽、支持雙碼流預覽；支持局部放大；支持高清視頻預覽和電子變倍。
ePTZ：支持電子云台ePTZ控制、畫中畫、視頻雲台、滑鼠變焦、觸控螢幕控制。
集中控制：雲鏡優先權控制，預置點、掃描線的調用；預置點巡航控制；雲台控制鎖定；遠程重啟及關機；遠程手動啟動錄像。
遠程管理;遠程調用修改前端設備參數；提供遠程軟體自動升級服務；遠程錄像資料檢索及備份；集中詳細日誌管理系統、查詢和列印。
狀態監測;通過心跳包檢測對下屬設備工作狀態、網路連線等狀態進行巡檢監測並生成報表。
集中電視牆管理;支持硬體和軟體解碼電視牆；支持對多台解碼伺服器主機的集中控制。
網路數字矩陣：支持拼接牆仿真模擬；支持前端任意通道圖像的輪巡和組切調用、解碼顯示；支持模糊查詢和檢索；支持CCTV鍵盤控制和調用圖像及報警。
多級管理：管理中心可級聯，按級授權管理控制；支持客戶端、IE和管理中心多種瀏覽控制方式。
實時對講：管理中心、DVR/NVS主機和分控端雙向語音（或文字）對講及群呼。
報警和電子地圖管理：多級電子地圖顯示；支持鷹眼地圖；支持攝像機快速檢索和地圖定位；遠程報警布、撤防；報警應答、聯動預定義；多種聲、光信號警示；提供報警聯動其它系統和設備的接口。
流媒體視頻轉發：基於標準H.264的流媒體轉發和多碼流等技術，可以解決多用戶多通道的交叉訪問帶來的網路頻寬和中心繫統負荷問題，最大限度保證系統運行穩定。
網路視頻的分布存儲/集中管理：支持錄像資料的分布存儲和集中管理，支持多機冗餘備份，支持海量資料的智慧型檢索備份。
支持異構網路：支持能夠承載IP數據的各種網路（網際網路、數據專線、衛星、無線微波等），支持跨路由器的遠程監控；支持多播功能
多種功能聯動接口：支持門禁、對講、巡更、報警主機等多種接口整體聯動
靈活的資料庫管理：支持Access和SQL Server資料庫，支持資料庫備份及導入導出
雙機熱備：目錄伺服器和存儲伺服器均支持雙機熱備和冗餘備份功能
智慧型視頻圖像分析接口：提供圖像的智慧型分析識別和聯動接口，如車牌抓拍識別接口
支持多語言：簡體中文、繁體中文、英語自動適應作業系統
