船舶視頻監(jiān)控方案及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)對比分析

1、    船舶視頻監(jiān)控方案及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)對比分析    徐航摘 要 本文分析了船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)可行性和實(shí)用性，并結(jié)合船舶實(shí)際情況，對船端視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，岸端視頻顯示監(jiān)控方式做了詳細(xì)闡述。介紹了目前主流海上衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合全球航運(yùn)船舶的應(yīng)用需求，分析了海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能。關(guān)鍵詞 船舶視頻應(yīng)用；衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)對比；第五代海事衛(wèi)星tp3 a 1674-6708（2017）199-0114-031 船舶視頻監(jiān)控應(yīng)用需求運(yùn)輸船舶常年處于全球各主要航線運(yùn)行，由于行業(yè)特點(diǎn)和作業(yè)方式的特殊性，遠(yuǎn)洋船舶需要在茫茫大海上連續(xù)作業(yè)和航行，

2、對于船舶、人員和貨物安全要求也越來越高，迫切需要對海上作業(yè)現(xiàn)場的情況需要更加實(shí)時直觀的了解，以便進(jìn)行監(jiān)督管理和指揮調(diào)度從而提高海上作業(yè)現(xiàn)場的安全性和工作效率。高清視頻監(jiān)控是直觀了解遠(yuǎn)端現(xiàn)場作業(yè)情況的最佳方式，目前相關(guān)的視頻監(jiān)控設(shè)備和技術(shù)已經(jīng)非常成熟，在陸地上的各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，但由于視頻監(jiān)控需要較高帶寬，遠(yuǎn)洋船舶衛(wèi)星通信通道的帶寬和成本一直都是制約海上視頻監(jiān)控應(yīng)用的瓶頸。本方案從全球船岸寬帶衛(wèi)星通信的角度提出了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的思路，可以滿足遠(yuǎn)洋船舶視頻監(jiān)控應(yīng)用需求。2 船舶視頻監(jiān)控方案概述運(yùn)輸船舶的航行區(qū)域遍布全球，要滿足對所有海上船舶視頻監(jiān)控的帶寬需求，首先需要選擇一個能夠全面覆蓋全

3、球航線區(qū)域、并且具有較高可靠性和較低使用成本的寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，另外針對航行作業(yè)環(huán)境和船員素質(zhì)條件，需要對船載衛(wèi)星通信設(shè)備的性能進(jìn)行有針對性的選擇，以確保系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)建設(shè)的預(yù)期應(yīng)用效果。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。船舶遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由船端視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、船端衛(wèi)星通信子系統(tǒng)、岸端顯示控制子系統(tǒng)三大部分組成，各部分的詳細(xì)組成和功能如下。2.1 船端視頻監(jiān)控子系統(tǒng)船端視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要由分別安裝在大桅頂端和左右兩舷的三個云臺攝像機(jī)及視頻存儲和編解碼設(shè)備組成，根據(jù)對實(shí)際船上設(shè)備裝備的具體情況，本著充分利舊的原則，本方案針對已有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的船舶和沒有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)了不同

4、的解決方案。2.1.1 船上已有視頻監(jiān)控的船舶在已經(jīng)安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的船上，可在充分利用原有視頻監(jiān)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼設(shè)備，用于將原有模擬視頻信號進(jìn)行數(shù)字化編碼后以便通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)桨抖酥笓]中心。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1.2 船上沒有視頻監(jiān)控的船舶對于沒有任何視頻監(jiān)控設(shè)備的船舶，本方案采用先進(jìn)的ip高清云臺攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)（nvr）等設(shè)備組合，在船上新建一套純ip化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。2.2 船岸寬帶衛(wèi)星通信子系統(tǒng)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控應(yīng)用的核心是將遠(yuǎn)端的視頻信號傳輸至指揮中心，實(shí)現(xiàn)對多個遠(yuǎn)端地點(diǎn)的集中監(jiān)控管理，由于視頻傳輸所需帶寬非常高，一般每路全高清視頻（1

5、080p）需要2mbps帶寬，為了保證傳輸質(zhì)量，在陸地上的視頻傳輸方式主要依靠光纖寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。針對陸地車輛等移動場所的視頻監(jiān)控，通常采用降低圖像質(zhì)量的信號并經(jīng)專用的壓縮處理后，使用3g/4g網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。由于船舶與岸端的通信只能依靠成本較高的衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)，因此，需要在在用較高壓縮比例對視頻信號進(jìn)行處理后，選用一種具有較高帶寬的衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為船岸間視頻信息的傳輸通道，以寬帶ip通信方式將船上視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像遠(yuǎn)程傳輸?shù)桨渡现笓]中心?；诋?dāng)前的視頻壓縮和傳輸技術(shù)限制，最低的船岸視頻監(jiān)控傳輸帶寬也需要1mbps以上，同時為了滿足全區(qū)域覆蓋的特殊需求，船岸寬帶衛(wèi)星通信首先應(yīng)選擇具有真正全球

6、覆蓋能力和較高可靠性的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，并且具有全球服務(wù)能力的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備供應(yīng)商。2.3 岸端顯示控制子系統(tǒng)岸端控制子系統(tǒng)是岸上視頻監(jiān)控用戶查看和控制船上視頻監(jiān)控系統(tǒng)的客戶端，為用戶提供遠(yuǎn)程查看、遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)和云臺、大屏幕播放等應(yīng)用功能。同時支持手機(jī)移動端查看。3 海事衛(wèi)星l+ka波段fleetxpress寬帶通信系統(tǒng)海事衛(wèi)星第五代衛(wèi)星fx系統(tǒng)于2014年推出，在2016年3月份完成了全部三顆衛(wèi)星發(fā)射并提供服務(wù)，構(gòu)成了國際唯一真正覆蓋全球系統(tǒng)的ka波段寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)，系統(tǒng)通過遍布全球、互為備份的6個衛(wèi)星地面站和可靠的環(huán)形地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與地面網(wǎng)絡(luò)的可靠互聯(lián)互通；fx業(yè)務(wù)的ka波段船載終端與船上現(xiàn)有的l波段

7、fb終端實(shí)現(xiàn)自動無縫切換，提供具有最高可靠性的衛(wèi)星通信保障，實(shí)現(xiàn)船岸間最高可達(dá)50mbps帶寬的數(shù)據(jù)通信通道，可以為遠(yuǎn)洋船舶提供真正可靠的全球?qū)拵l(wèi)星通信服務(wù)。3.1 ka+l雙波段高可靠性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)fx業(yè)務(wù)船端系統(tǒng)以ka波段寬帶衛(wèi)星通信終端為核心，解決了船岸寬帶通道問題，同時為了提高船舶通信可靠性，船上網(wǎng)絡(luò)通過自動切換方式實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有fb和船舶局域網(wǎng)系統(tǒng)整合，與船上的局域網(wǎng)接入并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理系統(tǒng)。船端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。3.2 fx業(yè)務(wù)應(yīng)用功能fx寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)通過在船上加裝最先進(jìn)的海事衛(wèi)星五代星gx終端，并與船上現(xiàn)有的fb及船舶局域網(wǎng)相融合，為船隊(duì)提供全天候、全球覆蓋的可靠寬帶衛(wèi)星通信保障。

8、主要功能如下。3.2.1 無限流量的全球覆蓋寬帶衛(wèi)星通信海事衛(wèi)星fx系統(tǒng)是一個無限流量衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)，用戶只需選擇不同通信帶寬，無需關(guān)心通信數(shù)據(jù)量的大小，在l波段fb網(wǎng)絡(luò)和ka波段vsat網(wǎng)絡(luò)上都享受相同的資費(fèi)政策，徹底改變單純使用fb或其他vsat網(wǎng)絡(luò)時的數(shù)據(jù)流量的限制模式，在任意使用情況下，每月的通信費(fèi)用完全可控。（fx系統(tǒng)內(nèi)捆綁使用的fb設(shè)備不再單獨(dú)收取流量費(fèi)）。3.2.2 gx與fb自動無縫切換通過船舶通信網(wǎng)關(guān)將ka波段的gx終端與船上現(xiàn)有的l波段fb終端融合和自動切換，在日常使用時以gx寬帶業(yè)務(wù)為主，如因天氣等原因?qū)е耮x業(yè)務(wù)無法使用時，將自動切換到fb網(wǎng)絡(luò)以確保船岸通信全天候可靠

9、暢通。在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)切換后，船上局域網(wǎng)的所有應(yīng)用和服務(wù)的地址都不會受到影響。3.2.3 系統(tǒng)自帶的ip語音（voip）電話直撥船舶在gx網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時，通過海事衛(wèi)星成熟的地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目前標(biāo)準(zhǔn)的gx船端設(shè)備即可為船上提供最多5路ip語音電話直撥功能，使用此ip語音電話費(fèi)用低，并且不占用系統(tǒng)的帶寬和數(shù)據(jù)流量，也不需要船舶和公司端的任何硬件和人力投入，即可實(shí)現(xiàn)全球直撥ip語音電話功能。3.2.4 網(wǎng)頁瀏覽自動壓縮加速和訪問控制船上網(wǎng)絡(luò)訪問的所有網(wǎng)頁，都會在地面站服務(wù)系統(tǒng)中對網(wǎng)頁內(nèi)容進(jìn)行自動壓縮、過濾和傳輸優(yōu)化，還可對音視頻內(nèi)容和彈出廣告等內(nèi)容進(jìn)行限制，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量和帶寬開銷，提高網(wǎng)頁訪問速度；系統(tǒng)還可根據(jù)網(wǎng)頁內(nèi)容進(jìn)行過濾和限制，確保船舶網(wǎng)絡(luò)訪問安全。3.2.5 高頻率船位跟蹤系統(tǒng)提供實(shí)時船位跟蹤功能，可實(shí)現(xiàn)對船舶位置的分鐘級的監(jiān)控以及歷史軌跡查詢功能，并可在公司端進(jìn)行集成展示和遠(yuǎn)程控制，提高船舶管理工作效率。3.3 衛(wèi)星通信波段特點(diǎn)對比（見表1）4 結(jié)論隨著船舶信息化應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，船舶視頻監(jiān)控系統(tǒng)必定會在貨物監(jiān)管、航行安全、船員遠(yuǎn)程醫(yī)療等多方面有更廣闊的應(yīng)用場景。而更優(yōu)質(zhì)、領(lǐng)先、高效的全球化衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)更好的保障了上述船舶信息化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著船舶技術(shù)的不斷更新和突破，全球化的海上寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)將發(fā)揮越來越重