CN105657377A - 一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统及其方法，包括：数个摄像机连接有第一光电转换器，无线移动站设于轮胎吊电气房的一侧，且输入端通过第一光电转换器与各摄像机相连，无线基站设于灯塔上，通过无线接收无线移动站发出的监测信号，无线基站的输出端通过光纤依次连接有第二光电转换器、第三光电转换器、交换机，远程中控室，与交换机相连，包括数个显示屏幕、中控处理器、远程操作台，中控处理器接收监测信号并控制显示屏幕进行相应监测点实时视频图像的呈现或切屏，并根据实时视频图像通过远程操作台进行相应远程操作。通过本发明从原来的一人对一台轮胎吊模式改变为一人对多台轮胎吊模式，也进一步提高轮胎吊设备的利用率。

Description

一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统及其方法

技术领域

本发明涉港口作业机械设备的监控，更具体地说，涉及一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统及其方法。

背景技术

随着多媒体技术和计算机网络技术的飞速发展，全新的多媒体数字视频监控技术的应用已经在很多领域，包括工业级、家用级广泛使用。目前国内外的有线视频监控系统已经达到较为成熟的阶段，而基于视频信号以及无线传输信道的复杂性，无线视频监控都还处于研究发展阶段，一般投入稳定性以及实时性要求不太高的领域，而较少应用于码头起重机作业要求高实时性，特别是在中控室远程操作的领域目前是没有的。

由于轮胎吊是移动式机械，其现场作业可变的流动性决定了使用光缆进行远程通信的不便性，也决定用无线网络的必要性。当前无线技术在集装箱码头轮胎吊的应用大多仅局限于前场手持机，很少用于轮胎吊的远程控制。所以基于无线网络视频传输系统自身的复杂性，其主要技术难点在于视频延时性的控制，具体表现为中控室的远程操作台视频监控画面相对于轮胎吊现场实际操作的延时，其技术方案围绕复杂的无线网络传输控制以及视频采集、传输过程来进行开展，决定了基于无线网络的远程视频监控系统应用于轮胎吊中，并且确保轮胎吊高效运作的高难度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统及其方法，通过本发明实现了对轮胎吊的实时监控，拓展了无线视频监控系统的应用领域，同时通过无线信道优化、视频压缩比调整以及扩展UDP通讯协议的应用，进一步提高了视频传输的实时性以及同步性，并可以将其推广至其他项目中实施。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，包括：

摄像机，设置于轮胎吊的小车方向、大车方向、吊具锁销、集卡车道方向、轮胎吊整体及周围工作环境，用以对上述位置实施监控，摄像机的输出端连接有第一光电转换器；

无线移动站，设于轮胎吊电气房的一侧，无线移动站的天线朝向无线基站方向，且输入端通过第一光电转换器与各摄像机相连；

无线基站，设于灯塔上，无线基站的天线朝向轮胎吊方向，通过无线接收无线移动站发出的监测信号，无线基站的输出端通过光纤依次连接有第二光电转换器、第三光电转换器、交换机；

远程中控室，与交换机相连，包括数个显示屏幕、中控处理器、远程操作台，中控处理器接收监测信号并控制显示屏幕进行相应监测点实时视频图像的呈现或切屏，并根据实时视频图像通过远程操作台进行相应远程操作。

所述的轮胎吊电气房中还设有第一交换机，摄像机连接第一光电转换器，通过光纤连接轮胎吊电气房中的第一交换机，再连接无线移动站。

所述的摄像机为可调节角度的IP网络摄像机。

所述的无线接收采用4.9GHz-6GHz的宽频段。

所述的摄像机至远程中控室之间的视频传输使用扩展的UDP协议进行传输。

所述的中控处理器包括视频编码处理模块和视频存储模块。

所述的频编码处理模块基于H.264/AVC编码方式。

所述的视频存储模块采用流媒体管理软件进行视频信号的管理。

一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，包括以下步骤：

A.将摄像机设置于轮胎吊的小车方向、大车方向、吊具锁销、集卡车道方向、轮胎吊整体及周围工作环境，对这些位置实施监控，并将摄像机与第一光电转换器相连；

B.将无线移动站安装在轮胎吊电气房的一侧，轮胎吊电气房内再安装第一交换机，把无线移动站与第一交换机相连，第一交换机又与第一光电转换器相连；

C.将无线基站设置在灯塔上，用来接收无线移动站发出的无线信号，并再将信号输送至远程中控室；

D.远程中控室的中控处理器对接收到的信号进行处理，并将处理好的实时视频图像显示在显示屏幕上，且根据实时视频图像通过远程操作台进行相应远程操作。

所述的步骤A中摄像机需准确调节好摄像角度，使其满足司机操作轮胎吊的视角要求。

所述的步骤B中无线移动站的天线需朝向无线基站的方向。

所述的步骤C中无线基站的天线需朝向轮胎吊的方向。

所述的步骤C中无线基站与远程中控室之间依次还设有第二光电转换器、第三光电转换器和交换机。

所述的步骤D中显示屏幕具有三台，其中左右两台显示屏幕分别进行视频图像的呈现或切屏，中间一台的显示屏幕呈现轮胎吊的实时状态。

所述的右边的显示屏幕所显示的吊具锁销视频是固定的，以便于远程操作司机进行最后抓箱、放箱动作。

所述的步骤C中的无线信号采用了抗衰弱技术，抗衰落技术包括分集、扩频/调频、均衡、交织和纠错编码。

所述的步骤C中的无线信号的传输控制的容错机制包括ARQ机制、基于交织技术的优化打包机制和基于优先级的数据包调度机制。

在上述技术方案中，本发明具有的有益效果为，从经济层面上说，通过本发明从原来的一人对一台轮胎吊模式改变为一人对多台轮胎吊模式，也进一步提高轮胎吊设备的利用率，减少人力成本投入，提升整体码头的业务水平，进而为码头创造更大的经济效益；从安全保障层面上说，将轮胎吊司机的作业空间从司机室版主中控室，大大提高了司机操作轮胎吊的舒适度以及操作的安全性，同时能降低维修人员的工作强度；从技术层面上说，主要体现将复杂的无线网络技术、视频传输技术相结合，实现了对轮胎吊的实时监控，拓展了无线视频监控系统的应用领域，在轮胎吊实时操作中的应用也弥补了国内这领域的空白，同时通过无线信道优化、视频压缩比调整以及扩展UDP通讯协议的应用，进一步提高了视频传输的实时性以及同步性，并可以将其推广至其他项目中实施。另外，经过测试后，已经将单向链路的网络延时限制在280ms左右，能满足轮胎吊远程实时操作的要求。

附图说明

图1是本发明的系统原理示意图；

图2是本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示，本发明的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，包括：

摄像机1，设置于轮胎吊10的小车方向、大车方向、吊具锁销、集卡车道方向、轮胎吊10整体及周围工作环境，用以对上述位置实施监控，摄像机1采用可调节角度的IP网络摄像机，准确调节各个摄像机1的角度，摄像机1的输出端连接有第一光电转换器2；

无线移动站4，设于轮胎吊10电气房的一侧，轮胎吊10电气房中还设有第一交换机3，无线移动站4的天线朝向无线基站5方向，且输入端与第一交换机3相连，第一交换机3通过第一光电转换器2与各摄像机1相连；

无线基站5，设于灯塔上，无线基站5的天线朝向轮胎吊10方向，通过无线接收无线移动站4发出的监测信号，无线基站5的输出端通过光纤依次连接有第二光电转换器6、第三光电转换器7、交换机8；

远程中控室9，与交换机8相连，包括数个显示屏幕901、中控处理器902、远程操作台903，中控处理器902接收监测信号并控制显示屏幕901进行相应监测点实时视频图像的呈现或切屏，并根据实时视频图像通过远程操作台903进行相应远程操作。

较佳的，所述的无线接收采用4.9GHz-6GHz的宽频段，无线基站5由于码头电磁环境复杂，部分强电设备形成电磁波干扰源以及其他频段设备的干扰，为了减少相关电磁波干扰，同时考虑到5.XGHz频段普遍被国际社会认定为非许可证频段，即不需要许可证的公共频段，故采用4.9GHz-6GHz宽频段的无线设备，在本实施例中采用了5.1GHz，尽量保证该频段传输过程中的电磁波的清洁度，通过无线设备管理软件中的时隙调整来进行带宽分配、频段选择、双向天线模式等进行无线网络的配置。

较佳的，所述的摄像机1至远程中控室9之间的视频传输使用扩展的UDP协议进行传输，在网络传输视频时，发送端和接收端需要确定一个传输协议，其中TCP传输协议的三次握手机制保证校验了数据，保证了其可靠性，UDP(用户数据报协议)是一种简单的传输协议，是无连接的，不提供数据的重传和确认，可以提高传输效率，并且UDP支持网络广播功能，适合进行网络视频传输，根据视频网络传输要求扩展了UDP协议，且在发送端对传输进行光滑化处理，严格控制数据包发送间隔，减小了传输延迟，减小了抖动发生的可能性，从而保证了视频传输的有序性和正确性。

较佳的，所述的中控处理器902包括视频编码处理模块和视频存储模块，频编码处理模块基于H.264/AVC编码方式，视频存储模块采用流媒体管理软件进行视频信号的管理，针对运动图像，如轮胎吊10大车运行、小车/起升、吊具运动，将采取高视频压缩率的压缩方式，进一步降低了传输所需要的带宽，减少了无线网络的信道传输压力，本实施例中采用了新一代的运动图像压缩标准H.264，能提供比MPEG-4和H263更高的压缩性能，使图像数据量减少50％，有利于有限空间能够存储更多的视频图像数据，对网络传输具有更好的支持，引入面向数据包编码，有利于将数据打包在无线网络中传输，支持流媒体服务应用，具有较强的抗误码特性，以适应在噪声干扰大如轮胎吊堆场、丢包率相对有线较高的无线信道中传输。

其中H.264/AVC中引入了一些新的压缩方法，以提高压缩效率。其方法包括增强的运动补偿、高性能的熵编码、变换编码等技术。增强的运动补偿采用树状结构，并结合1/4像素精度的运动向量预测技术，使预测帧更接近原始帧，减少相互间的差异，去除了时间上的数据冗余，提高编码的压缩率。高性能的熵编码技术使用内容自适应变长度熵编码，减少了块间的相关性冗余，以达到更好的编码效率。变换编码技术采用4X4整型变换，保证逆变换系数不失真，并降低了运算复杂度。同时H.264/AVC采用视频编码层VCL/网络抽象层NAL分层结构，其中VCL对压缩后的图像信号进行高效的组织、重构、表现，采用上述增强运行补偿、高性能的熵编码、变换编码等压缩技术，NAL把用于承载VCL数据的网络传输层抽象出来，为VCL提供一个与网络无关的统一接口。通过分层结构有利于压缩编码与网络传输之间的分离，使编码层可以移植到不同的网络结构中，适应于复杂网络中传输，本实施例中采用结合无线、有线(光纤、超五类网线等)传输的网络环境。

请结合图2所示，本发明的基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法包括以下步骤：

A.将摄像机1设置于轮胎吊10的小车方向、大车方向、吊具锁销、集卡车道方向、轮胎吊10整体及周围工作环境，对这些位置实施监控，并将摄像机1与第一光电转换器2相连；

B.将无线移动站4安装在轮胎吊10电气房的一侧，轮胎吊10电气房内再安装第一交换机3，把无线移动站4与第一交换机3相连，第一交换机3又与第一光电转换器2相连；

C.将无线基站5设置在灯塔上，用来接收无线移动站4发出的无线信号，并再将信号输送至远程中控室9；

D.远程中控室9的中控处理器902对接收到的信号进行处理，并将处理好的实时视频图像显示在显示屏幕901上，且根据实时视频图像通过远程操作台903进行相应远程操作。

较佳的，所述的步骤A中摄像机1需准确调节好摄像角度，使其满足司机操作轮胎吊10的视角要求，并且配合其他自动化系统提供的安全语音/消息警报，进一步提高轮胎吊10工作自动化水平以及整体工作环境的安全水平。

较佳的，所述的步骤B中无线移动站4的天线需朝向无线基站5的方向。

较佳的，所述的步骤C中无线基站5的天线需朝向轮胎吊10的方向，在安装部署的过程中，尽量保持无线移动站4和无线基站5天线朝向角度的一致性，确保网络传输方向的准确性。

较佳的，所述的步骤C中无线基站5与远程中控室9之间依次还设有第二光电转换器6、第三光电转换器7和交换机8。

较佳的，所述的步骤D中显示屏幕901具有三台，其中左右两台显示屏幕分别进行视频图像的呈现或切屏，中间一台的显示屏幕呈现轮胎吊10的实时状态。

较佳的，所述的右边的显示屏幕所显示的吊具锁销视频是固定的，以便于远程操作司机进行最后抓箱、放箱动作。

较佳的，所述的步骤C中的无线信号采用了抗衰弱技术，抗衰落技术包括分集、扩频/调频、均衡、交织和纠错编码，为了在复杂、恶劣的无线环境中保持较好的传输质量。

为了能够在无线信道上可靠的传输视频数据，需要高效的容错技术来消除信道传输错误带来的不利影响，本实施例中所述的步骤C中的无线信号的传输控制的容错机制包括ARQ机制、基于交织技术的优化打包机制和基于优先级的数据包调度机制。在存在反向信道的情况下，在本实施例中视频传输流媒体应用中，ARQ反馈机制通过发送正确接收反馈(ACK)，在每次正确解码接收到要发送相应的确认，虽然增加了少量发向数据链路的数据量，但可以有效抑制数据帧间错误扩散。基于交织技术的优化打包机制，由于无线信道同时存在随机比特错误和突发错误，需要在信源信道编码后对数据进行交织打包处理，使得突发的错误在接收端变为随机比特错误，这样随机比特错误便于利用现成的算法进行优化处理。基于优先级的数据包调度机制，对于视频流以及数据流的分区传输，可以根据各个数据包所属的重要性程度来进行优先级别设定，进行数据包的合理调度。因此，在轮胎吊无线网络传输控制中，优先发送重要性程度高的数据包有助于整个无线无线网络传输系统的容错性能，使得可以同时满足中控室显示器重构视频信号、控制信号的实时性要求。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (17)

1.一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，

包括：

摄像机，设置于轮胎吊的小车方向、大车方向、吊具锁销、集卡车道方向、轮胎吊整体及周围工作环境，用以对上述位置实施监控，摄像机的输出端连接有第一光电转换器；

无线移动站，设于轮胎吊电气房的一侧，无线移动站的天线朝向无线基站方向，且输入端通过第一光电转换器与各摄像机相连；

无线基站，设于灯塔上，无线基站的天线朝向轮胎吊方向，通过无线接收无线移动站发出的监测信号，无线基站的输出端通过光纤依次连接有第二光电转换器、第三光电转换器、交换机；

远程中控室，与交换机相连，包括数个显示屏幕、中控处理器、远程操作台，中控处理器接收监测信号并控制显示屏幕进行相应监测点实时视频图像的呈现或切屏，并根据实时视频图像通过远程操作台进行相应远程操作。

2.如权利要求1所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，所述的轮胎吊电气房中还设有第一交换机，摄像机连接第一光电转换器，通过光纤连接轮胎吊电气房中的第一交换机，再连接无线移动站。

3.如权利要求1所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，所述的摄像机为可调节角度的IP网络摄像机。

4.如权利要求1所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，所述的无线接收采用4.9GHz-6GHz的宽频段。

5.如权利要求1所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，所述的摄像机至远程中控室之间的视频传输使用扩展的UDP协议进行传输。

6.如权利要求1所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，所述的中控处理器包括视频编码处理模块和视频存储模块。

7.如权利要求5所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，所述的频编码处理模块基于H.264/AVC编码方式。

8.如权利要求5所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控系统，其特征在于，所述的视频存储模块采用流媒体管理软件进行视频信号的管理。

9.一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.将摄像机设置于轮胎吊的小车方向、大车方向、吊具锁销、集卡车道方向、轮胎吊整体及周围工作环境，对这些位置实施监控，并将摄像机与第一光电转换器相连；

B.将无线移动站安装在轮胎吊电气房的一侧，轮胎吊电气房内再安装第一交换机，把无线移动站与第一交换机相连，第一交换机又与第一光电转换器相连；

C.将无线基站设置在灯塔上，用来接收无线移动站发出的无线信号，并再将信号输送至远程中控室；

D.远程中控室的中控处理器对接收到的信号进行处理，并将处理好的实时视频图像显示在显示屏幕上，且根据实时视频图像通过远程操作台进行相应远程操作。

10.如权利要求9所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的步骤A中摄像机需准确调节好摄像角度，使其满足司机操作轮胎吊的视角要求。

11.如权利要求9所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的步骤B中无线移动站的天线需朝向无线基站的方向。

12.如权利要求9所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的步骤C中无线基站的天线需朝向轮胎吊的方向。

13.如权利要求9所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的步骤C中无线基站与远程中控室之间依次还设有第二光电转换器、第三光电转换器和交换机。

14.如权利要求9所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的步骤D中显示屏幕具有三台，其中左右两台显示屏幕分别进行视频图像的呈现或切屏，中间一台的显示屏幕呈现轮胎吊的实时状态。

15.如权利要求14所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的右边的显示屏幕所显示的吊具锁销视频是固定的，以便于远程操作司机进行最后抓箱、放箱动作。

16.如权利要求9所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的步骤C中的无线信号采用了抗衰弱技术，抗衰落技术包括分集、扩频/调频、均衡、交织和纠错编码。

17.如权利要求9所述的一种基于无线网络的轮胎吊远程视频监控方法，其特征在于，所述的步骤C中的无线信号的传输控制的容错机制包括ARQ机制、基于交织技术的优化打包机制和基于优先级的数据包调度机制。