专利名称：基于wlan技术的轨道列车实时视频监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道列车实时视频监控系统，特别涉及一种基于WLAN技术的轨道列车实时视频监控系统。
背景技术：
高速轨道交通(地下铁道、高架轻轨以及独轨交通等)以其快速便捷的优点成为未来城市交通发展的主要方向之一。
为了实现轨道列车内实时状况的视频信息的无线传输，其实现方法通常有两种第一种是利用专门的微波信道来传输模拟视频信号，这种实现方法必须建设专门的微波中继站以实现微波信号的有效覆盖，前期的基础建设和后期的维护投入大，虽然可以保证图像质量，可是实现庞大系统的多路同时传输成本巨大。
第二种是基于公用移动通信网来传输数字视频信号。这种实现方法是利用已有的公用移动通信网络，成本虽然降低了，但是由于带宽的限制，每幅图像速率只能达到70K/bps左右，因此大大降低了图像质量。
目前，WLAN技术广泛运用于无线视频监控系统，其优点在于拥有较大的带宽(最大可达到56M/bps)；但是大部分只是运用于静态视频点而不是移动视频点的监控。WLAN技术使用的是公用频段，所以在同一个环境内如果有其它无线用户在使用相同频段，就可能产生同频干扰问题。
一般情况下的无线传输介质都是采用天线，而天线的信号覆盖范围有较强的不可控性，在信号微弱的区域也可能保持信号连接不断开，而此时的图像质量已经完全不符合监控要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种基于WLAN技术的轨道列车实时视频监控系统。本发明相对微波信道传输大大降低了成本，相对公网传输大幅度提升了网络带宽和提高了图像质量，而且可以实现多列车同时连续实时监控。
本发明的目的是这样实现的以无线局域网为传输系统，在轨道沿线铺设基站，基站间以泄漏电缆(简称泄缆)作为无线传输介质，将视频编码器编码压缩后的视频数据流通过无线接入设备(无线发送端和基站)发送到有线局域网。经过接收数据处理器对收到的数据流还原后传到流媒体服务器，再由流媒体服务器将视频数据流分发到各个监控中心客户端显示实时视频图像。本发明可以广泛地运用到各种轨道列车的实时视频监控，例如轻轨、地铁、火车等的车内监控。
1、采用基于WLAN技术的数字视频监控，是将模拟信号采用数字编码压缩后，通过无线局域网进行传输。它提供了较高的带宽，保证传输高质量的视频信号。由无线局域网传输来的视频流经过解码后，在有线局域网内传输到监控子系统，监控子系统实现了视频流的实时播放，还可以方便地存储和检索视频内容。
2、在有线局域网监控系统的基础上，利用WLAN进行数据流传输，降低了网络构建的成本，同时大大增强了监控系统的灵活性和可扩充性。
3、轨道监控的基站架设必须沿轨道铺设多个基站，为了解决多径干扰的问题，采用OFDM调制技术的无线接入设备，增强了抗多径干扰能力，使绕射能力进一步提高。
4、WLAN技术使用的频段是公用频段，一般情况下采用的无线传输介质都是天线，而考虑到轨道交通的特殊性，要考虑到信号重叠区的信号切换和同一环境中同频点干扰问题，采用泄漏电缆来进行轨道覆盖，其好处是①可减小信号阴影及遮挡，在复杂的轨道中，若采用分布式天线，车内天线与轨道中某个特定的天线之间可能会受到遮挡导致覆盖不好；②信号波动范围减少，采用泄漏电缆与采用其它的天线系统相比，轨道内信号覆盖更均匀；③可对多种服务同时提供覆盖，考虑到在隧道中经常会使用多个无线系统(如寻呼系统、告警系统、广播、移动电话)，它们可以共享一条泄漏电缆，大大降低了架设多个无线系统时施工的复杂性。
总之，本发明采用有线局域网和无线局域网相结合的方法实现。前端视频采集和终端监控利用有线局域网来实现；考虑到列车的移动性，前端视频采集与终端监控之间的连接采用无线局域网来实现。
具体地说，如图1，本发明包括依次连通的视频采集子系统(100)、无线传输子系统(200)、监控子系统(300)；视频采集子系统(100)负责列车上的视频采集，将摄像头的模拟视频信号由编码器转换成数字信号，再通过车上交换机传到数据采集服务器；无线传输子系统(200)负责将数据采集服务器中的视频流经由无线接入设备(无线发送端和基站)传到监控中心的数据接收处理器；监控子系统(300)负责将数据接收处理器接收到的数据流经过流媒体服务器分发到各个监控客户端，再由监控客户端将视频数据流解码后播放，从而达到无线实时监控的目的。
本发明具有下列优点和积极效果①终端采用数字视频编码器作为视频采集设备，适合在列车这类大型移动载体内组建局域网，视频编码器经过高效的压缩算法使视频流更加适合在有限的带宽内传输。
②采用数据处理器集中处理和发送视频流数据，可以使该系统更为灵活地适用于多种视频编码器和无线接入设备。
③采用无缝软切换方法成功地解决了大数据量无线传输系统中无法切换或切换时间过长的问题。
④采用泄漏电缆来进行轨道覆盖，可以使轨道内信号覆盖更均匀，减少干扰，并且可以多个无线系统共用一条泄漏电缆，节约了成本。
⑤本发明适用于高速轨道列车内的远程视频监控，对比市场上其它移动视频监控，图像更加清晰连贯，可操控性强，而且可以在列车和监控中心同时存储视频录像，方便查看。
图1是本发明结构框图。
其中100-视频采集子系统，110-摄像头，120-视频编码器，130-车上交换机，140-数据采集服务器，150-车上监控客户端；200-无线传输子系统，210-频段f1无线发送端，220-频段f2无线发送端，230-频段f1天线，240-频段f2天线，250-无线数字微波，260-泄漏电缆，270-频段f1基站，280-频段f2基站；300-监控子系统，310-监控中心交换机，320-数据接收处理器，330-流媒体服务器，330-监控中心客户端。
图2是本发明实施例示意图。
其中A-列车B-基站。
英译汉①WLAN(Wireless Local Area Network)，无线局域网。指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。
②OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)，正交频分复用技术。它采用一种不连续的多音调技术，将被称为载波的不同频率中的大量信号合并成单一的信号，从而完成信号传送。由于这种技术具有在杂波干扰下传送信号的能力，因此常常会被利用在容易受外界干扰或者抵抗外界干扰能力较差的传输介质中。
③MPEG4是ISO/IEC的活动图像编码专家组(MPEG)公布的第四代视频、音频编码标准。
④H.264是ITU-T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC的活动图像编码专家组(MPEG)的联合视频组(JVTjoint videoteam)开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。
具体实施例方式
下面以轻轨列车为例，具体说明本发明的实施方式。
本发明将有线局域网和无线局域网灵活地结合在一起，实现了移动载体上的高清晰图像的监控和管理。
一、各子系统的结构1、视频采集子系统(100)如图1上部，视频采集子系统(100)组成一个有线局域网，包括摄像头(110)、视频编码器(120)、车上交换机(130)、数据采集服务器(140)、车上监控客户端(150)；摄像头(110)、视频编码器(120)、车上交换机(130)依次连接；车上交换机(130)分别与数据采集服务器(140)、车上监控客户端(150)相互连接。
视频编码器(120)采集到摄像头(110)的视频信号，将它转换成数字信号，再经过MPEG4或H.264等高效的压缩算法将视频流压缩为较低的适用无线局域网传输的视频流再传到数据采集服务器(140)。
数据采集服务器(140)主要完成下列三个功能
①将收到的视频流存储下来，可供随时查看。
②将收到的视频流分发到车上监控客户端(150)，供列车工作人员监控车内情况。
③将收到的视频流传输到无线终端设备，再通过无线传输子系统(200)传到地面。
根据需要，一节车厢安装两个摄像头(11O)；摄像头(110)为常用吸顶摄像头。
视频编码器(120)通过视频接口连接一个或多个摄像头(110)，为了节约成本，一般采用多路视频编码器(双路或四路)，例如海康DS-6000系列。
车上交换机(130)为常用交换机，有上市产品，如D-LINK百兆交换机。
数据采集服务器(140)为常用工控机，有上市产品，如华北工控NORCO-MB4KL。
车上监控客户端(150)为常用的监控工控机，有上市产品。
2、无线传输子系统(200)如图1中部，无线传输子系统(200)包括频段f1无线发送端(210)、频段f2无线发送端(220)、频段f1天线(230)、频段f2天线(240)、无线数字微波(250)、泄漏电缆(260)、频段f1基站(270)、频段f2基站(280)；频段f1无线发送端(210)、频段f1天线(230)、无线数字微波(250)、泄漏电缆(260)、频段f1基站(270)依次连通；频段f2无线发送端(220)、频段f2天线(240)、无线数字微波(250)、泄漏电缆(260)、频段f2基站(280)依次连通；目前市面上较为通用的基站信号覆盖方式通常以两种不同的频段f1和f2进行交替覆盖(两个频段必须有重叠区域)，当列车上正在高速移动的无线发送端进入信号重叠区域时，只有当其中一个频段信号微弱到不可用时，才会切换到另一个频段。而通常一个频段切换到另一个频段的时间间隔一般都在毫秒级以上，甚至达到秒级。这段期间就会丢失大量的视频数据包，导致图像极不连贯，更为严重的是在切换之前的一段时间，就已不能及时传输大数据量的视频流，导致了图像质量严重下降。
考虑到同一个无线发送端在两个基站之间切换的时间过长，不能满足移动列车高速行驶时有效的信号切换，本发明的无线传输子系统采用了无缝软切换方法解决了这一难题如果高速移动的无线发送端在频段f1基站(270)和频段f2基站(280)的非信号重叠区域，视频采集子系统(100)的数据采集服务器(140)通过频段f1无线发送端(210)和频段f2无线发送端(220)的其中一个有效频段的无线发送端发送视频数据到基站。
在频段f1基站(270)和频段f2基站(280)的信号重叠区域，视频采集子系统(100)的数据采集服务器(140)通过频段f1无线发送端(210)和频段f2无线发送端(220)同时向频段f1基站(270)和频段f2基站(280)发送视频数据。
频段f1基站(270)和频段f2基站(280)通过光纤等有线局域网传输介质将视频数据流上传到监控子系统(300)的数据接收处理器(320)；数据接收处理器(320)对视频数据流做一个缓存，同时剔除重复的数据流，保证数据流在缓存一个固定时间段后透明地从列车的视频采集子系统(100)传输到地面的监控子系统(300)。
该方法见本公司的《高速移动环境下无线视频或大数据流无缝软切换实现方法》(申请日2005-12-26，申请号200510120526.4，公开号CNl801777A)。
该子系统中，频段f1无线发送端(210)、频段f2无线发送端(220)、频段f1基站(270)、和频段f2基站(280)均采用具有OFDM调制技术的无线接入设备，例如北京富屋易通的ANYKEY系列产品。
频段f1天线(230)、频段f2天线(240)采用普通2.4G或5.6G(取决于整个系统采用的频段)天线即可。
泄漏电缆(260)作为无线传输工具，采用常用2.4G或5.6G(取决于整个系统采用的频段)可用的泄漏电缆，例如安弗施(RFS)的RLKU158-50JFNA。
无线数字微波(250)即指无线接入设备用于传输的媒介。
3、监控子系统(300)如图1下部，监控子系统(300)包括监控中心交换机(310)、数据接收处理器(320)、流媒体服务器(330)、监控中心客户端(340)；监控中心交换机(310)分别和数据接收处理器(320)、流媒体服务器(330)、监控中心客户端(340)连接。
监控子系统(300)的数据接收处理器(320)将接收到的视频流传输到流媒体服务器(330)；流媒体服务器(330)完成以下功能①将收到的视频流存储下来，可供随时查看。
②将收到的视频流分发到监控中心客户端(340)，供工作人员监控车内情况。
监控子系统(300)实现了列车实时监视及控制、存储，查询和回放、电子地图、流媒体服务器分发和级联、预案管理及布防和撤防、分组管理及轮巡等功能，还提供了丰富灵活的应用系统接口。
监控中心交换机(310)采用TP-LINK百兆交换机。
数据接收处理器(320)和流媒体服务器(330)选用华北工控NORCO-MB4KL，监控中心客户端(340)为常用的监控工控机。
如图2，本发明的实施例包括列车(A)和基站(B)及设置其上的视频采集子系统(100)、无线传输子系统(200)、监控子系统(300)。
二、实施例本实施例包括列车(A)、基站(B)及设置其上的三个子系统。
1、在列车(A)上设置有视频采集子系统(100)和无线传输子系统(200)的车上部分；无线传输子系统(200)的车上部分包括频段f1无线发送端(210)、频段f2无线发送端(220)、频段f1天线(230)、频段f2天线(240)。
主要实现三个功能①采集视频流；②在车上(A)的监控客户端(150)显示实时图像③将视频流通过频段f1无线发送端(210)、频段f2无线发送端(220)、频段f1天线(230)、频段f2天线(240)分发到地面的基站(B)。
2、在基站(B)上设置有无线传输子系统(200)的地面部分和监控子系统(300)；无线传输子系统(200)的地面部分包括泄漏电缆(260)、频段f1基站(270)、频段f2基站(280)。
主要实现的功能是接收列车(A)上的无线发送端(210、220)传来的视频流并将其传输到监控子系统(300)进行处理。
权利要求
1.一种基于WLAN技术的轨道列车实时视频监控系统，其特征在于包括依次连通的视频采集子系统(100)、无线传输子系统(200)、监控子系统(300)；视频采集子系统(100)负责列车上的视频采集，将摄像头的模拟视频信号由编码器转换成数字信号，再通过车上交换机传到数据采集服务器；无线传输子系统(200)负责将数据采集服务器中的视频流经由无线接入设备传到监控中心的数据接收处理器；监控子系统(300)负责将数据接收处理器接收到的数据流经过流媒体服务器分发到各个监控客户端，再由监控客户端将视频数据流解码后播放，从而达到无线实时监控的目的。
2.按权利要求1所述的轨道列车实时视频监控系统，其特征在于视频采集子系统(100)组成一个有线局域网；摄像头(110)、视频编码器(120)、车上交换机(130)依次连接；车上交换机(130)分别与数据采集服务器(140)、车上监控客户端(150)相互连接；视频编码器(120)采集到摄像头(110)的视频信号，将它转换成数字信号，再经过MPEG4或H.264高效的压缩算法将视频流压缩为较低的适用无线局域网传输的视频流再传到数据采集服务器(140)。
3.按权利要求1所述的轨道列车实时视频监控系统，其特征在于无线传输子系统(200)的结构是频段f1无线发送端(210)、频段f1天线(230)、无线数字微波(250)、泄漏电缆(260)、频段f1基站(270)依次连通；频段f2无线发送端(220)、频段f2天线(240)、无线数字微波(250)、泄漏电缆(260)、频段f2基站(280)依次连通。
4.按权利要求1所述的轨道列车实时视频监控系统，其特征在于监控子系统(300)包括监控中心交换机(310)、数据接收处理器(320)、流媒体服务器(330)、监控中心客户端(340)；监控中心交换机(310)分别和数据接收处理器(320)、流媒体服务器(330)、监控中心客户端(340)连接。
5.按权利要求1所述的轨道列车实时视频监控系统，其特征在于包括列车(A)、基站(B)及设置其上的三个子系统在列车(A)上设置有视频采集子系统(100)和无线传输子系统(200)的车上部分；无线传输子系统(200)的车上部分包括频段f1无线发送端(210)、频段f2无线发送端(220)、频段f1天线(230)、频段f2天线(240)；在基站(B)上设置有无线传输子系统(200)的地面部分和监控子系统(300)；无线传输子系统(200)的地面部分包括泄漏电缆(260)、频段f1基站(270)、频段f2基站(280)。
全文摘要
本发明公开了一种基于WLAN技术的轨道列车实时视频监控系统，涉及一种轨道列车实时视频监控系统。本发明包括依次连通的视频采集子系统(100)、无线传输子系统(200)、监控子系统(300)；视频采集子系统(100)负责列车上的视频采集；无线传输子系统(200)负责将视频流经由无线接入设备传到监控中心的数据接收处理器；监控子系统(300)负责将数据流经过流媒体服务器分发到各个监控客户端。本发明适用于高速轨道列车内的远程视频监控，对比市场上其它移动视频监控，图像更加清晰连贯，可操控性强，而且可以在列车和监控中心同时存储视频录像，方便查看。
文档编号H04L12/24GK101083583SQ20071005254
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者熊芬, 王峰, 杨裕欢, 朱东, 樊文, 叶光明, 殷增沫 申请人:武汉虹信通信技术有限责任公司