CN109672854A - 一种全时无线ptz视频监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全时无线PTZ视频监控系统，包含智能日照跟踪太阳能供电子系统和智能供电无线PTZ网络摄像机子系统。前者由太阳能发电模块、蓄电池和太阳能面板角度调节控制模块组成，为整个系统提供全天候供电，太阳能发电模块联接蓄电池为其充电；后者由电源模块、PT云台、变焦自动聚焦镜头、GPS模块、摄像机芯、存储器、4G/5G通信模块和外设接口电路组成。摄像机芯根据GPS定位信息和时间控制太阳能面板的角度，保证转动太阳能面板到最佳受光角度，根据设定的监控视野控制PT云台和变焦自动聚焦镜头，保持全时段视频采集和智能分析。本发明有效降低了摄像机功耗，尽可能达到最佳受光角度，从而提高太阳能板发电效率，延长太阳能充电和设备供电时间。

Description

一种全时无线PTZ视频监控系统

技术领域

本发明属于视频监控技术领域，涉及图像采集、智能系统和报警系统，具体涉及一种全时无线PTZ视频监控系统。

背景技术

目前，视频监控已经广泛应用于社会安全管理、智能交通、智能工厂、生态环保监管等各个领域。采用的主流技术方案一般是有线供电、光纤收发传输、视频集中中心存储方案，供电和传输线路的铺设和维护存在工作量大、成本高的缺陷。

PTZ摄像机具备水平、垂直方向转动，具备覆盖全部场景的视野，同时通过Zoom光学变倍，可以监控目标场景的全貌和细节。PTZ摄像机里面与至少四个电机和减速机构，分别用于控制Pan水平转动、Tilt垂直转动、Zoom摄像机变焦、Focus摄像机聚焦，系统整体功耗较大，一般达到十几瓦以上。现有的太阳能供电监控系统由于缺乏系统性能耗优化机制和设备，功耗高导致需要配置大型的太阳能板和蓄电池，不仅不经济而且容易受到风力的破坏。另外，太阳能板无法跟随日照方向采光，发电效率低，遇到较长阴雨天气，系统供电不足不能正常工作。

现有的无线视频监控系统通常采用WIFI方式传输，由于WIFI开放频段的设备数量非常多，信道日益拥挤，传输距离和带宽无法得到保证，延时丢包现象时有发生。采用无线中继、定向天线等手段后虽然得到一定程度的改善，但是实施运维的成本压力也同步增加。

目前，全国范围内4G网络建设已经完成，5G也在快速发展之中，无线带宽资源非常丰富，组网容易，不需要象WIFI那样需要专门布设通信收发装置。由于视频监控中只有极少的事件、报警、现场查看等用户关注的数据需要远程传输，采用事件触发、报警上传、远程唤醒等机制，不仅能够省电，也能有效地解决视频流量费用问题。同时，完整的结构化视频数据只存在本地，不需要使用数据流量，还节省无线发送功耗。

发明内容

本发明针对上述铺设供电线路和传输网路导致的实施运维困难、太阳能板发电效率低，以及WIFI传输存在的数据完整性等问题提出一种全时无线PTZ视频监控系统，通过采用日照跟踪太阳能板角度调节机制，保证太阳能面板最佳受光角度，并且对PTZ摄像机智能供电。摄像机通过本地智能分析进行全时段视频结构化数据本地存储，4G无线收发模块平时处于低功耗监听模式，收到平台指令或接收到报警事件时，开启4G发送功能，发送事件和用户关注的视频数据到远程报警监控中心和用户端。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案为一种全时无线PTZ视频监控系统，包含智能日照跟踪太阳能供电子系统和智能供电无线PTZ网络摄像机子系统，前者由太阳能发电模块、蓄电池和太阳能面板角度调节控制模块组成，为整个系统提供全天候供电，太阳能发电模块联接蓄电池为其充电；后者由电源模块、PT云台、变焦自动聚焦镜头、GPS模块、摄像机芯、存储器、4G/5G通信模块和外设接口电路组成；所述摄像机芯根据GPS定位信息和时间控制太阳能面板的角度，保证转动太阳能面板到最佳受光角度，根据设定的监控视野控制PT云台和变焦自动聚焦镜头，保持全时段视频采集和智能分析，通过所述外设接口电路在收到触发报警、视频事件检测、用户操控命令时发送报警事件和结构化视频到报警监控中心和用户端应用，任务完成后关闭所述4G/5G通信模块的无线发送功能，回复到守候位置工作状态，所有结构化视频数据滚动存储在本地摄像机上。

上述摄像机芯根据GPS定位信息和时间控制太阳能面板的角度是通过GPS模块获得视频监控系统所在位置的经纬度和当前时间，计算得到太阳的高度角和方位角，基于此设定对应的太阳能板位置。

为提高太阳能板发电效率，延长太阳能充电和设备供电时间，太阳能面板在数个设定的预置位上进行转动。

上述预置位采用定时控制上电转动，转动到预定位置后电机关机，等到下一个时间点启动电机转动到下一个预置位点，节省电机用电。

作为优选，本发明可根据上述结构化视频数据保存时间配置所述存储器的空间大小。

为节省电机用电，摄像机芯发送命令给PT云台垂直和水平转动电机、机芯变倍和聚焦电机时，控制电机上电转动到相应位置，然后电机关机，等到下一个命令触发启动电机转动到下一个位置。

上述摄像机芯的工作流程具体如下：

Step1：系统上电初始化；

Step2：根据GPS模块获取当地地理位置并按照时间信息，设置太阳能面板预置位；

Step3：根据监控视野要求，控制PTZ上电，驱动电机到达PTZ位置后电机停止；

Step4：开始守候监控视频分析和结构化视频存储，根据时间转动太阳能面板到达相应预置位实现最佳受光，等待事件报警或远程监控命令；

Step5：当收到来自外设触发报警或内部视频分析事件，立刻启动报警事件和结构化视频上传，否则回到Step4守候视频监控；

Step6：根据预定触发事件要求，判别是否需要改变监控视野，如果是回到Step3调整PTZ位置；如果不需要调整监控视野，回到Step4继续守候视频监控。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1，由于PTZ摄像机平时仅对预设守候视野进行监控，可以关闭云台(PT)、变焦(ZOOM)和聚焦(FOCUS)功能，仅在收到事件触发和用户命令时启动上述功能，调用相应的PTZ位置，因此可以达到降低摄像机功耗的目的；

2，通过GPS模块利用日照时间和设备所在位置的经纬度，得到太阳的高度角和方位角，设定太阳能板，尽可能达到最佳受光角度，从而提高太阳能板发电效率，延长太阳能充电和设备供电时间；

3，太阳能面板预置位采用定时控制、上电转动，转动到预定位置后电机关机，等到下一个时间点启动电机转动到下一个预置位点，节省电机用电。

4，通过采用智能结构化视频存储、报警、上传设计方案可以节省网络传输资源和无线发送功耗。

附图说明

图1为全时无线PTZ视频监控系统的原理框图。

图2为低功耗无线摄像机的结构示意图。

图3为全时无线PTZ视频监控系统的工作流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本发明提出一种全时无线PTZ视频监控系统有两个子系统组成：智能供电无线PTZ网络摄像机和智能日照跟踪太阳能供电子系统。PTZ摄像机是指具备水平、垂直方向转动，具备覆盖全部场景的视野，同时通过Zoom光学变倍，可以监控目标场景的全貌和细节。PTZ摄像机里面有至少四个电机和减速机构，分别用于控制Pan水平转动、Tilt垂直转动、Zoom摄像机变焦、Focus摄像机聚焦，系统整体功耗较大，一般达到十几瓦以上。本发明对PTZ摄像机智能供电，将PTZ电机平时关闭，只有收到用户命令或者事件触发的时候，对PTZ进行供电，执行PTZ动作，保证最节省的供电，同时兼顾实时性和广视野功能。

PTZ网络摄像机具备本地存储功能，无论处于守候、事件触发、报警、用户触发都保证数据的全部记录。事件触发是指通过摄像机内部的视频分析，比如基于纹理分析、运动检测、模式识别、特征匹配等算法获取结构化视频数据。报警是指摄像机收到与之相连的传感器触发的报警信号。通过事件和报警标注视频获得结构化数据，有利于视频数据快速存储、检索和高效远程访问。

摄像机通过4G/5G无线模块与监控报警中心服务器以及用户端通信，平常4G/5G收发模块平时处于低功耗监听模式，收到平台指令或接收到报警事件时，开启4G发送功能，主动报警事件，上结构化视频数据。4G/5G通信模块收发模式的功耗和数据传输都是不对称的，接收模式功耗很低(比如20mw)，发送模式功耗高(比如2W)，数据发送也比数据接收带宽资源紧张很多。采用报警事件触发和用户请求触发启动发送模式的方法可以有效的降低功耗，节省数据流量资源。本系统还可以通过传感器触发报警，比如PIR、气体泄漏传感器、水位传感器、门磁开关等，类似的报警事件触，启动4G通信模块发通知和结构化视频到远程监控报警平台和用户端。

智能日照跟踪太阳能供电子系统，通过GPS模块获得设备所在位置的经纬度和当前时间，得到太阳的高度角和方位角，设定对应的太阳能板位置，达到最佳受光角度。简化机电结构设计，太阳能面板位置可以采用数个设定的预置位进行转动，提高太阳能板发电效率，延长太阳能充电和设备供电时间。太阳能面板预置位采用定时控制上电转动，转动到预定位置后电机关机，等到下一个时间点启动电机转动到下一个预置位点。

图1所示为本发明全时无线PTZ视频监控模块图，系统由智能供电无线PTZ网络摄像机和智能日照跟踪太阳能供电子系统组成。太阳能供电子系统由太阳能发电模块、蓄电池和太阳能面板角度调节控制模块组成，为整个系统提供全天候供电。PTZ摄像机子系统由电源模块、PT云台、变焦自动聚焦镜头、GPS模块、摄像机芯、存储器、4G/5G通信模块和外设接口电路组成。

本系统中，太阳能供电子系统由太阳能发电模块、蓄电池和太阳能面板角度调节控制模块组成。太阳能面板功率配置由系统功耗和蓄电池充电需要的功率决定，保证太阳能发电面板能够给摄像机供电的同时还能给蓄电池充电提供足够的充电电流。根据系统工作需要支持连续阴雨天气的时间配置蓄电池大小，摄像机机芯通过面板角度调节控制器调节太阳能面板的角度。

整个监控系统由机芯负责核心管理与控制，机芯一直处于工作状态，根据GPS定位和时间控制太阳能面板的角度调节电机的执行和开关，保证转动太阳能面板到最佳受光角度，节省电机的功耗。同时根据设定的监控视野开启PTZ控制，一直保持全时段视频采集和智能分析，收到来自外设触发报警、视频事件检测、用户操控命令时发送报警事件和结构化视频到报警监控中心和用户端应用，任务完成后关闭4G/5G无线发送功能，回复到守候位置工作状态。所有结构化视频数据滚动存储在本地摄像机上，根据保存时间配置机上存储器的空间大小。

图2为低功耗无线摄像机实现图。机芯由CMOS图像传感器，ISP图像处理器，应用处理器，输入输出I/O，数据存储，编解码Codec，视频处理器VSP，网络接口Network组成。机芯通过云镜控制模块控制PTZ电机的电源并发送执行位置指令；通过I/O接口与外设传感器连接，接受外界报警；通过Network接口与4G/5G通信模块相连，实现数据和用户数据的通信；通过太阳能面板角度调节模块控制太阳能面板角度。

图3为本发明的摄像机芯工作的流程图。

步骤1：系统完成上电初始化；

步骤2：首先根据GPS获取当地地理位置并按照时间信息，设置太阳能面板预置位点位；

步骤3：根据监控视野要求，控制PTZ上电，驱动电机到达PTZ位置后电机停止；

步骤4：开始守候监控视频分析和结构化视频存储，根据时间转动太阳能面板到达相应预置位实现最佳受光，等待事件报警或远程监控命令；

步骤5：当收到来自外设触发报警或内部视频分析事件，立刻启动报警事件和结构化视频上传，否则回到步骤4守候视频监控；

步骤6：根据预定触发事件要求，判别是否需要改变监控视野，如果是回到步骤3.调整PTZ位置，如果不需要调整监控视野，回到步骤4。

以下为典型的系统功耗对比分析情况：

(1)太阳能面板转动机构功耗：Ps

(2)云台PT转动功耗：Pt

(3)镜头变倍Zoom和聚焦Focus功耗：Pz

(4)摄像机机芯功耗：Pc

(5)4G/5G通信模块接收功耗：Pi

(6)4G/5G通信模块发送功耗：Po

典型的模块功耗：Ps＝5W,Pt＝5W,Pz＝0.5W,Pc＝2W,Pi＝20mW,Po＝2W；

通常的无线视频监控系统模块功耗和总功耗：

PTot＝∑Ppart＝Ps+Pt+Pz+Pc+Pi+Po

PTot＝(5+5+0.5+2+0.02+2)W＝14.52W。

假设摄像机一直处于循环存储，每天报警触发30次，每次持续时间2分钟，云台每天触发10次，变焦20次，聚焦时间3秒，太阳能板每天转动8次，执行每次电机动作需要5秒钟；

采用本发明方法的系统总功耗：

Ps’＝Ps*8*5/3600*24＝5W*8*5/3600*24＝0.002W

Pt’＝Pt*10*5/3600*24＝5W*5*10/3600*24＝0.003W

Pz’＝Pz*20*5/3600*24＝0.5W*20*3/3600*24＝0.0003W

Pc’＝Pc

Pi’＝Pi

Po’＝Po*30*2*60/3600*24＝2W*30*2*60/3600*24＝0.08W

PTot’＝∑Ppart’＝Ps’+Pt’+Pz’+Pc’+Pi’+Po’

PTot’＝0.002+0.003+0.0003+2+0.02+0.08W＝2.1W

由此可见，本视频监控系统在功能丰富、支持智能分析的前提下非常节省能源，基本上只是智能摄像机机芯的功耗。

鉴于有些应用场景不需要摄像机全时段工作，只要外部触发报警，如PIR运动检测，这时监控系统功耗会更低，代价是无法全时工作，有些时段场景会丢失视频数据和事件信息。

本发明解决传统视频监控系统的两个瓶颈，一是实施运维困难，特别是铺设供电线路和传输网路，建设成本高。另外数据量大，人工管理实时性差，难以解决数据的完整性和信息的实时性问题。

需要说明的是，本发明所提供的上述实施例仅具有示意性，不具有限定本发明的具体实施的范围的作用。本发明的保护范围应包括那些对于本领域的普通技术人员来说显而易见的变换或替代方案。

Claims (7)

1.一种全时无线PTZ视频监控系统，其特征在于，包含智能日照跟踪太阳能供电子系统和智能供电无线PTZ网络摄像机子系统，前者由太阳能发电模块、蓄电池和太阳能面板角度调节控制模块组成，为整个系统提供全天候供电，太阳能发电模块联接蓄电池为其充电；后者由电源模块、PT云台、变焦自动聚焦镜头、GPS模块、摄像机芯、存储器、4G/5G通信模块和外设接口电路组成；所述摄像机芯根据GPS定位信息和时间控制太阳能面板的角度，保证转动太阳能面板到最佳受光角度，根据设定的监控视野控制PT云台和变焦自动聚焦镜头，保持全时段视频采集和智能分析，通过所述外设接口电路在收到触发报警、视频事件检测、用户操控命令时发送报警事件和结构化视频到报警监控中心和用户端应用，任务完成后关闭所述4G/5G通信模块的无线发送功能，回复到守候位置工作状态，所有结构化视频数据滚动存储在本地摄像机上。

2.根据权利要求1所述的全时无线PTZ视频监控系统，其特征在于，所述摄像机芯根据GPS定位信息和时间控制太阳能面板的角度是通过GPS模块获得视频监控系统所在位置的经纬度和当前时间，计算得到太阳的高度角和方位角，基于此设定对应的太阳能板位置。

3.根据权利要求1所述的全时无线PTZ视频监控系统，其特征在于，所述太阳能面板在数个设定的预置位上进行转动，以提高太阳能板发电效率，延长太阳能充电和设备供电时间。

4.根据权利要求3所述的全时无线PTZ视频监控系统，其特征在于，所述太阳能面板预置位采用定时控制上电转动，转动到预定位置后电机关机，等到下一个时间点启动电机转动到下一个预置位点，节省电机用电。

5.根据权利要求1所述的全时无线PTZ视频监控系统，其特征在于，根据所述结构化视频数据保存的时间配置所述存储器的空间大小。

6.根据权利要求1所述的全时无线PTZ视频监控系统，其特征在于，摄像机芯发送命令给PT云台垂直和水平转动电机、机芯变倍和聚焦电机时，控制电机上电转动到相应位置，然后电机关机，等到下一个命令触发启动电机转动到下一个位置，节省电机用电。

7.根据权利要求1所述的全时无线PTZ视频监控系统，其特征在于所述摄像机芯的工作流程如下：

Step1：系统上电初始化；

Step2：根据GPS模块获取当地地理位置并按照时间信息，设置太阳能面板预置位；

Step3：根据监控视野要求，控制PTZ上电，驱动电机到达PTZ位置后电机停止；

Step4：开始守候监控视频分析和结构化视频存储，根据时间转动太阳能面板到达相应预置位实现最佳受光，等待事件报警或远程监控命令；

Step5：当收到来自外设触发报警或内部视频分析事件，立刻启动报警事件和结构化视频上传，否则回到Step4守候视频监控；

Step6：根据预定触发事件要求，判别是否需要改变监控视野，如果是回到Step3调整PTZ位置；如果不需要调整监控视野，回到Step4继续守候视频监控。