CN205681555U - 一种基于无线传感网的天气雷达视频监控系统 - Google Patents

Abstract

基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，包括无线视频采集节点、无线视频汇聚节点、本地视频控制端、远程监控控制中心。无线视频采集节点是本系统的最低端，负责本区域内的视频采集功能，同时配备有各种气象要素传感器感知机房内环境。无线视频采集节点将高清图片或视频监控以及监控范围内的语音,通过手持移动终端设备和图像采集设备,收集、传输包括语音、图片/视频的大数据量的数据通过多跳路由传输方式传输至无线视频汇聚节点。无线视频汇聚节点和本地视频控制端相连，主要负责无线视频采集节点数据接收、解析、存储、处理、封装。同时也能够对来自远端监控控制中心的指令作出相应的处理。无线视频汇聚节点完成了多种异构网络的无缝隙的连接工作，屏蔽了底层无线传感器网络的具体网络结构，实现了多个无线传感器网络节点与上层控制平台的实时通信功能。本地视频控制端对视频信息和感知的数据进行一定的处理后通过远程数据传输网或光纤将数据传送给远程监控控制中心，便于发出报警信息。这样即保证的新一代天气雷达的无人值守又可以远程对雷达的报警信息进行处理，为雷达机务人员实时掌握雷达性能提供有力保障。

Description

一种基于无线传感网的天气雷达视频监控系统

技术领域

本实用新型涉及基于无线传感网的天气雷达视频监控系统,特别是涉及一种天气雷达监控系统,属于监控技术领域。

背景技术

从第二次世界大战后雷达技术引入到气象部门至今已有50多年的历史。天气雷达是探测降水系统的主要手段，是对强对流天气（冰雹、大风、龙卷风和暴洪）进行监测和预警的主要工具之一。近些年来随着天气雷达系统的发展，计算机系统及通信设备数量迅猛增加，配置了网络设备、计算机服务器及其它通讯设备的机房成为雷达数据采集、交换与存储的重要场所，需要特别的措施加以防护。现在的天气雷达站都实行无人值守的远程管理方式。为保证天气雷达系统和通讯设备的安全、稳定、可靠运行，就必须有一套切实可行的机房视频监控系统，使得远程雷达业务人员能够实时了解到雷达运行的情况，进行有效控制和管理，必要时可以实施无人值守的远程管理。同时，无线传感器网络有着低功耗、低成本、分布式和自组织的特点，一直是无线通信领域的研究热点。早期的研究工作绝大多数是围绕采集和传输温度、湿度、亮度、压力等标量数据开展的。近年来，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）广泛应用于视频监控、室内医疗护理、3D重建、环境监测等场合，已经成为监控领域新兴的研究热点，具有很高的实践研究价值。其中，应用于视频监控领域的无线视频传感器网络相比传统的视频监控系统有着明显的优势。前者省去了大量布线工作带来的繁杂及成本上的开销，同时对于日后节点布局的调整也有更好的适应度和拓展性。

发明内容

本实用新型要解决克服现有技术的不足，根据新一代天气雷达监控质量系统的需求，提供一种基于无线传感网的天气雷达视频监控系统。，包括无线视频采集节点、无线视频汇聚节点、本地视频控制端、远程监控控制中心。无线视频采集节点是本系统的最低端，负责本区域内的视频采集功能，同时配备有各种气象要素传感器感知机房内环境。无线视频采集节点将高清图片或视频监控以及监控范围内的语音,通过手持移动终端设备和图像采集设备,收集、传输包括语音、图片/视频的大数据量的数据通过多跳路由传输方式传输至无线视频汇聚节点。无线视频汇聚节点和本地视频控制端相连，主要负责无线视频采集节点数据接收、解析、存储、处理、封装。同时也能够对来自远端监控控制中心的指令作出相应的处理。无线视频汇聚节点完成了多种异构网络的无缝隙的连接工作，屏蔽了底层无线传感器网络的具体网络结构，实现了多个无线传感器网络节点与上层控制平台的实时通信功能。本地视频控制端对视频信息和感知的数据进行一定的处理后通过远程数据传输网或光纤将数据传送给远程监控控制中心，便于发出报警信息。这样即保证的新一代天气雷达的无人值守又可以远程对雷达的报警信息进行处理，为雷达机务人员实时掌握雷达性能提供有力保障。

与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果：（1）针对新一代天气雷达机房设备运行的特点，开发具有采集图像、视频传感器采集节点，这些传感器采集节点能够自组网并且实现多跳传输。

（2）开发具有多通信方式的通信网关节点接口关键设备即无线网关视频汇聚节点，实现对无线传感器网络中无线传感器采集节点数据的接收、解析、封装以及转发的功能，解决当前无线传感器网络与互联网之间的视频通信问题。

（3）开发的无线传感网天气雷达机房环境及设备运行参数信息视频监控系统，实现雷达机房及设备全方位、多角度、立体式的监控，可以对报警信息进行有效处理，为雷达机务人员实时掌握雷达性能提供有力保障。

附图说明

图1、基于无线传感网的天气雷达视频监控系统结构框图。

图2、无线传感网视频采集节点硬件结构图。

图3、无线传感网视频汇聚节点硬件结构图。

具体实施方式

中国气象局新一代天气雷达组网观测雷达具有实现远程遥控功能。雷达值班人员在远端完成雷达开、关机，参数标定和业务观测及资料传输。为实现了无人值守台站，雷达运行环境雷达站的环境安全、附属设备电力供应状态等关键区域需要建立视频监控系统实现实时监控，以提高雷达站运行、维护效率，保障雷达安全可靠稳定运行。天气雷达机房无线视频监控系统主要监控雷达设备机房及雷达附属设备包括雷达发射机、接收机、配电柜、空压机、UPS、空调设备、天线罩和发电机房。基于无线传感网的天气雷达视频监控系统以实时监控各设备机柜显示参数、指示灯状态、开关位置和室内环境的状况，同时便于远程遥控指挥辅助操作。针对新一代天气雷达所辖地理环境，气候条件等变化较大，不同区域的监控需求不同，基于无线传感网的天气雷达视频监控系统还兼顾监控参数类型多样化的温、湿度等小数据量的标量数据与高清图片、视频、语音等需高带宽传输的大量数据融合。另外，受成本以及距离的限制,网络节点的部署有区域性，区域内监控节点分布较集中，相距几十或几百米，而区域间的距离有可能很远如天线罩内的视频传感器节点，所以通常网络节点的部署呈网状型。针对区域监控面积广、监控参数类型多样化、带宽要求较高以及节点部署有区域性的特点，设计了基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，如附图1所示。

该系统包括无线视频采集节点、无线视频汇聚节点、本地视频控制端、远程监控控制中心。无线视频采集节点是本系统的最低端，负责本区域内的视频采集功能，同时配备有各种气象要素传感器感知机房内环境。无线视频采集节点将高清图片或视频监控以及监控范围内的语音,通过手持移动终端设备和图像采集设备,收集、传输包括语音、图片/视频的大数据量的数据通过多跳路由传输方式传输至无线视频汇聚节点。无线视频汇聚节点和本地视频控制端相连，主要负责无线视频采集节点数据接收、解析、存储、处理、封装。同时也能够对来自远端监控控制中心的指令作出相应的处理。无线视频汇聚节点完成了多种异构网络的无缝隙的连接工作，屏蔽了底层无线传感器网络的具体网络结构，实现了多个无线传感器网络节点与上层控制平台的实时通信功能。本地视频控制端对视频信息和感知的数据进行一定的处理后通过远程数据传输网或光纤将数据传送给远程监控控制中心，便于发出报警信息。这样即保证的新一代天气雷达的无人值守又可以远程对雷达的报警信息进行处理，为雷达机务人员实时掌握雷达性能提供有力保障。

下面结合附图和具体实施方式进一步阐释本实用新型。

如图2所示，无线视频采集节点通过ZigBee组网技术而成，这些节点由传感器模块、处理与通信模块、视频监控摄像头模块、ZigBee通信模块和电源模块组成。其中，传感器模块包括温度、湿度、气压、烟感、水浸传感器。传感器均使用支持Modbus协议的智能传感器，这些传感器通过RS-485接口和处理与通信模块想连接。处理与通信模块采用TI公司的CC2530芯片，该芯片符合IEEE 802.15.4标准的物理层，支持低功耗模式。视频监控摄像头通过USB串口与处理与通信模块相连。电源模块使用锂电池供电，为了得到处理与通信所需的3.3V电压与传感器模块所需的5V电压，电源模块使用一个降压芯片和一个升压芯片变换出所需电压。

如图3所示，本实用新型所采用的无线视频汇聚节点装置，其装置由ARM主控板和各种通信控制端口组成子。主控板包括电源供电模块、LCD显示模块、晶振电路、存储模块。电源供电模块采用市电或其他供电方式，LCD显示模块采用LCD显示屏或者可触控的LCD显示屏，用于显示处理器处理的状态信息，存储模块选用存储效率高的FLASH存储器，晶振电路用于向处理器提供时间信息，使处理器采集的信号与时间匹配。

各种通信控制端口有：ZigBee通信模块、WiFi模块、工业以太网接口以及现场总线接口。ZigBee通信模块配置有第一高增益全向RF天线，其工作频段为2.4GHZ；用于ZigBee网络接入和业务数据收发，为无线视频采集节点的ZigBee传感器终端数据业务提供一个转发平台。WiFi模块配置有第二高增益全向RF天线,其工作频段为2.4GHZ或5.8GHZ，可以使手持等无线终端设备对无线视频汇聚节点访问更容易。采用多个RF天线独立处理ZigBee无线视频采集节点和WIFi无线业务数据访问模块可以使系统通信更稳定性、可靠性更高，采用高增益全向RF天线，简化了RF天线的安装步骤，增强了的监控能力。现场总线接口主要用于连接各种RFID手持定位设备，将采集到的数据传到主控板内，通过主控板进行协议和数据帧格式转换，最后使得数据能够在ZigBee路由协议中传输。最后，用光纤将无线视频汇聚节点和本地控制端进行连接。本地控制端负责保存数据并将收到数据或视频文件压缩后通过远程数据传输网络，传送至远程监控控制中心，这样就可以实现天气雷达的无人值守且可以通过远程实时感知雷达机房的环境，并在远端对雷达运行状态进行操控。

Claims (9)

1.一种基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，其特征在于：包括无线视频采集节点、无线视频汇聚节点、本地视频控制端、远程监控控制中心。

2.根据权利要求1所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，其特征在于：所述无线视频采集节点通过ZigBee组网技术而成，节点由传感器模块、处理与通信模块、视频监控摄像头模块、ZigBee通信模块和电源模块组成。

3.根据权利要求1或2所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，其特征在于：所述传感器模块包括温度、湿度、气压、烟感、水浸传感器。

4.根据权利要求2所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，其特征在于：所述传感器均使用支持Modbus协议的智能传感器，这些传感器通过RS-485接口和处理与通信模块想连接。

5.根据权利要求2所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，其特征在于：处理与通信模块采用TI公司的CC2530芯片，该芯片符合IEEE 802.15.4标准的物理层，支持低功耗模式。

6.根据权利要求1所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，其特征在于：所述无线视频汇聚节点装置，其装置由ARM主控板和各种通信控制端口组成子。

7.根据权利要求6所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，所述主控板包括电源供电模块、LCD显示模块、晶振电路、存储模块。

8.根据权利要求7所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，所述电源供电模块采用市电或其他供电方式；所述LCD显示模块采用LCD显示屏或者可触控的LCD显示屏，用于显示处理器处理的状态信息；所述存储模块选用存储效率高的FLASH存储器；所述晶振电路用于向处理器提供时间信息，使处理器采集的信号与时间匹配。

9.根据权利要求6所述的基于无线传感网的天气雷达视频监控系统，其特征在于：所述的各种通信控制端口有：ZigBee通信模块、WiFi模块、工业以太网接口以及现场总线接口。