1 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在城市管理中的應用
隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，數(shù)字化城市的建設也在加快腳步，下面介紹甘肅某城市建立的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
系統(tǒng)功能：
(1)對被監(jiān)控區(qū)域進行全天候(24小時)監(jiān)控；
(2)監(jiān)控中心對各監(jiān)控點的圖像進行存儲，以便日后隨時回放和圖像處理。
1.1 系統(tǒng)組成結構
部分監(jiān)測點分布如圖1所示，其中(2)號監(jiān)測點所在的位置是城市中的位置，與指揮中心之間無障礙物，(1)號監(jiān)測點與指揮中心之間有障礙物，(3)號監(jiān)測點與指揮中心之間有正在施工的工程，所以，綜上考慮，我們在(2)號監(jiān)測點設立中繼，采用如圖1所示的傳輸方式。
系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。
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1.1.1 監(jiān)控攝像系統(tǒng)：攝像機等配套設施
指揮員通過矩陣鍵盤進行控制，矩陣主機將控制命令通過無線網(wǎng)橋傳給前端的視頻服務器，視頻服務器將控制命令轉換成RS 485控制信號，然后通過云臺解碼板控制兩臺步進電機，以此來控制云臺和鏡頭左右和上下的轉動，鏡頭的變焦。
1.1.2 無線網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)：高功率帶寬無線網(wǎng)橋系統(tǒng)
網(wǎng)橋的傳輸方式有兩種：一種是點對點的傳輸方式，一種是中繼方式。點對點傳輸距離比較遠，但是由于2.4 GHz的穿透能力和繞射能力比較弱，所以在無線組網(wǎng)時一定要在“可視”的環(huán)境下架設才能發(fā)揮其優(yōu)越性。如果在目標兩點間有阻礙的話，選用中繼技術來解決信號傳輸?shù)恼趽酰瑢崿F(xiàn)網(wǎng)絡鏈接。
無線局域網(wǎng)是干擾受限系統(tǒng)，同頻干擾會帶來接入點(AP)的性能下降，需盡量將兩個相鄰AP設定在頻率不相交疊的信道上。802.11 b／g頻率范圍為2 400～2 483.5 MHz，通信帶寬83.5 MHz，載頻間隔為5 MHz，共13個頻點。2.4 GHz WLAN工作時，每個信道占用帶寬約為22 MHz，所以相隔5個信道，可基本滿足頻率互不交疊的要求。為了盡量減少干擾，我們在設置AP的信道時選用了信道1，6，11。
1.1.3 監(jiān)控中心系統(tǒng)
包括矩陣主機，視頻編解碼系統(tǒng)，碼分配器，畫面液晶顯示器等設備。
前端攝像機把所拍攝到的移動變化的圖像經(jīng)視頻服務器編碼，再通過無線網(wǎng)橋以TCP／IP數(shù)據(jù)包的形式傳到監(jiān)控中心，由碼分配器進行碼速變換之后進入矩陣主機，再由相關軟件進行處理。
在監(jiān)控指揮中心，可以及時準確地掌握所監(jiān)視重點建筑物、重點路段周圍的車輛、行人的狀況，為指揮人員提供迅速直觀的信息，從而對監(jiān)控現(xiàn)場所發(fā)生的意外狀況做出準確判斷并及時進行處理，以免造成更大損失。
1.2 無線監(jiān)控部分的安裝
監(jiān)控前端設備連接安裝如圖3所示。
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1.3 鏈路分析
無線網(wǎng)絡的傳輸距離受諸多因素的影響，比如通信設備性能、收發(fā)天線的增益和方向性、架設高度等。設定在室外無線網(wǎng)橋的發(fā)射功率為PT，發(fā)射天線的增益為GT，工作頻率為f，網(wǎng)橋的接收功率為PR，接收天線的增益為GR，網(wǎng)橋接收靈敏度為SR，那么在無環(huán)境干擾的情況下，傳播途中的無線電波損耗L，可通過下式計算：
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本系統(tǒng)中，網(wǎng)橋的發(fā)射和接收功率均為100 mW，PT=101g 100 dBm=20 dBm，發(fā)射和接收天線的增益都是13 dBi，即GT=GR=13 dBi，天線的工作頻率為f=2.4 GHz，遵循802.11b／g標準，無線網(wǎng)橋在11 Mb／s帶寬下的接收靈敏度SR=-85 dBm。則根據(jù)式(1)，(2)可得：
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以上是在理想環(huán)境下能傳輸?shù)睦碚撝怠Ｈ绻紤]發(fā)射端和接收端的天線饋線及接頭插入損耗，經(jīng)驗值是12 dB，留出衰減儲備，經(jīng)驗值是16 dB。衰減儲備主要用于預算建筑物、地形、樹木、空氣等自然影響。這樣，實際傳輸?shù)木嚯xR可通過如下計算得到：
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市區(qū)內的的幾個測試點都在1 km以內，所以綜上所述，選擇功率為100 mW、接收靈敏度不小于85 dBm的無線網(wǎng)橋，增益為13 dBi的收發(fā)天線進行安裝，符合標準及工程上的需要。
1.4 系統(tǒng)優(yōu)化——雙極化天線
世界通信界總結出這樣一個規(guī)律：“網(wǎng)絡優(yōu)化時天線投資僅占整個投資的3％～4％，而整個網(wǎng)絡的效率可提高30％～40％”，具有很高的投入產出比。城市里高樓云集，行人和車輛密集，多徑快衰落現(xiàn)象更加明顯，信號傳輸?shù)乃p嚴重影響網(wǎng)絡性能。
分集技術是克服多徑效應的有效方法，針對以上情況，研制開發(fā)的雙極化天線是雙饋源、雙極化、高增益的板式定向天線，具有抗干擾能力強，增益高，副瓣小，前后比大，隔離度系數(shù)高，吸收話務量大，可以下傾或對準高層建筑上傾，安裝方便、快捷，可以滿足現(xiàn)代城市通信網(wǎng)絡建設和優(yōu)化的要求。
其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：
(1)節(jié)省天線數(shù)目。由于采用雙極化、雙饋源，所以一副雙極化天線可相當于兩副單極化天線使用，節(jié)省投資。
(2)抗干擾能力強。本天線的±45°極化正交特性，提供極化分集，抗多徑衰落和其他干擾效果顯著。
(3)阻抗匹配良好。
(4)雙極化天線的波束有方向性，可更好地控制輻射的范圍，降低同頻、鄰頻干擾，方便網(wǎng)絡的優(yōu)化。
其中一個極化方向的駐波系數(shù)如圖5所示。
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雙極化板式天線其中一極化方向H面方向圖如圖6所示。
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1.5 數(shù)據(jù)測試
系統(tǒng)構建完成，通過相關軟件進行性能測試，得到的結果如表1所示。熱穩(wěn)定性測試，結果見表2。抗干擾能力測試，結果見表3。由指揮中心視頻圖像檢測結果和數(shù)據(jù)測試結果分析，系統(tǒng)運行可靠、穩(wěn)定，傳輸率滿足設計要求。
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2 結 語
通過以上的設計和實施，成功組建了基于WLAN的城市視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)搭建合理，傳輸速率滿足實際需求，圖象質量高，進行位置切換、多屏顯示和變焦等操作時畫面延遲小，圖象清晰，符合實際的需求。同時，雙極化天線的設計更是使得系統(tǒng)的性能得到優(yōu)化。
由于本系統(tǒng)具有不需要布線、結構靈活等特點，因此不僅適用于廣場、學校等面積很大、人流密度很大的區(qū)域進行無線視頻監(jiān)控，也適用于對存放危險品的庫房、存放貴重物品的場所、關鍵通道的門衛(wèi)、移動性強的值班崗位的監(jiān)視。