无线监控技术在安防系统中的应用与研究

    1 概述

    随着经济的发展，社会安全问题越来越引起人们的重视，安防产业也随之产生。我国的安防产业是从20世纪80年代开始起步的，随着国民经济的发展及经济化进程的加快，我国的安防产业迅速发展，科技含量越来越高，由原来单纯的保安巡警人员日夜轮流值守发展为使用各种传感器、各种监控仪器等工具监测值守，逐步向数字化网络化发展，效率得到了极大的提高，安全性大大增强。

    无线数字监控是基于无线局域网技术的一种较为广泛的应用方式。它是在原有以太网监控系统的基础上，用无线微波作介质进行数据传输。此时，有人要问，目前的无线技术可以满足监控系统的质量要求吗？视、音频数据如何通过无线局域网进行稳定传输？远距离供电问题怎样解决？而无线监控系统又适用于哪些行业呢？

    传统的视频监控系统采用模拟视频传输和存储技术，可以达到令人满意的图像质量，成本也相对较低。随着数字视频编码技术以及互联网技术的发展，出现了基于以太网传输技术的数字视频监控系统，并通过网络传输。

    近几年，无线以太网出现而且得到快速发展，给监控系统带来了新的应用模式。无线数字监控系统在原有以太网监控系统的基础上，用无线微波进行数据传输，摒弃了电缆的束缚，降低了网络布线的成本，增强了监控系统的灵活性和可扩充性。

    安防系统主要包括：视频监控系统、门禁系统、家居防盗报警系统、楼宇对讲系统、车库管理系统、巡更管理系统、热释红外磁控开关防盗监控系统、小区一卡通系统等。

    目前的安防系统主要是通过有线的方式把各种监控摄像头、热释红外传感器、门禁控制器等连接到监控调度中心，构成一个有线的监控网络。使用有线的方式构建安防监控网络需要开挖路面，铺设电缆等，不但成本高，安装复杂，而且施工周期长。

    使用无线通信的安防系统在近年来得到了很大的发展，无线安防系统具有安装简单、无需铺设电缆等优点。用于移动通信的GPRS/CDMA网络具有覆盖范围广、盲区小等特点，非常适合应用于建设无线的安防系统。

    在安防行业，视频监控系统市场规模占整个安防行业的60%，由于2.5G的GPRS/CDMA网络带宽小，速度慢，视频监控一直都是使用有线的方式。随着3G牌照的发放，我国的3G网络逐渐建立起来，相比2.5G网络，3G网络的优点是打破了无线带宽瓶颈的限制。当前国内三种3G网络（TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 EV-DO）标准可达到几百K到几兆位的带宽，完全可以满足用于安防系统的视频监控带宽要求。

    通常情况下，被监控点和中央控制中心相距较远且位置较分散，利用传统网络布线的方式不但成本高，而且一旦遇到河流山脉等障碍时，有线网络更是束手无策。此时，利用无线网桥技术，可以将多个被监控点与中央控制中心连接起来，可以在短的时间内迅速建立无线网络链路。在条件许可的情况下，利用无线网桥远连接距离可以达到50公里以上。

    在监控系统中，无线网络主要负责连接被监控点和监控中心，或者将远程的多个监控点设备连接起来，同时确保数据在链路上的稳定传输。在传输带宽方面，基于IEEE 802.11b/g/a协议的无线网络产品支持11Mbps、54Mbps或更高的网络带宽，足以保证采用H.263/MPEG-1/2/4等格式的数字视频流稳定可靠地进行传输，达到无线视频监控的目的。然而，由于监控系统对视频质量要求较高，如何在无线网络中传输稳定高质量的视频信息也是无线数字监控系统中需要解决的关键技术之一。此外，从工程实现的角度考虑，桥接设备往往安装在室外，如何对这些设备进行远距离供电以及设备管理也是值得关注的问题。

    本文以一个小区的安防系统为例讲述移动通信GPRS/3G网络的无线技术在安防系统中的应用。

    2 系统组成

    居民小区区域范围广、出入口多而且人员流动量大，安防工作难度比较大，一般的小区安防都需要一支很庞大的保安队伍在出入口及各楼道进行巡检。使用各种数字化监测仪器的智能安防系统不但可以减少安防人员，而且能极大提高准确度，减少因保安人员的疏忽引发的各种犯罪案件。智能小区安防系统主要包括几个方面：各楼道的视频监控、各出入口的门禁、车库的刷卡管理、各种防盗报警及保安人员的巡更管理等。

    图1所示为一个利用移动通信GPRS/3G网络无线技术组建的智能小区安防系统，其主要构成有视频监控系统、门禁系统、巡更系统及监控中心等。

    （1）视频监控系统

    视频监控系统包括视频监控摄像头、云台、视频处理服务器及3G网络传输设备（3G DTU）。

    视频处理服务器主要完成摄像头视频流的采集、视频流的压缩编码及云台控制。视频流的压缩采用H.264标准，其采用了高、多模式预测技术来提高压缩比以降低码流。H.264标准具有低码流、图像质量高、容错能力强及网络适应性强等特点，非常适合于使用GPRS、CDMA等无线网络传输视频流的应用。

    目前我国建成的3G网络有：中国移动TD-SCDMA、中国联通WCDMA、中国电信CDMA2000 EV-DO。3个3G网络系统已在全国多个城市相继开通，而且带宽比较大，完全满足视频监控传输带宽的要求。3G网络传输设备采用由广州致远电子有限公司设计并生产的3G DTU，如图2所示，该3G DTU具有速度快、缓存大、运行稳定可靠等特点，非常适合于视频监控等领域的应用。

    （2）门禁系统

    门禁系统包括门禁控制器、读卡/发卡器、各种联动装置、短信设备及GPRS网络传输设备等。

    门禁控制器采用广州致远电子有限公司设计及生产的MJS-100F+联网/脱机型单门门禁控制器，如图3所示，其支持布/撤防、防返潜、门点互锁、事件联动、门状态、卡+密码开门等强大门禁控制功能，每个控制器多支持5 000个持卡人，多可存储3 000条进出事件记录。各种联动装置可配合各种传感器如热释红外、磁控开关等触发报警，并可联动短信设备发送报警短信到执勤人员手机进行报警通知，让执勤人员及时到现场处理各种报警事件。

    GPRS网络传输设备主要负责把门禁控制器的各种刷卡事件及联动报警事件通过GPRS网络传输到监控中心，由监控中心进行集中管理及调度。GPRS网络设备平时工作在空闲下线模式，节约GPRS流量，当有各种门禁事件发生时自动联网并发送门禁事件到监控中心。GPRS网络传输设备采用广州致远电子有限公司设计及生产的GPRS DTU，适合的型号有：ZWG-23A、ZWG-23DP、ZWG-28A、ZWG-28DP。

    门禁系统可根据需要增加视频抓拍设备，由门禁控制器产生事件联动启动视频摄像头进行抓拍，并通过3G网络设备传输到监控中心记录保存。

    （3）巡更系统

    传统的执勤人员巡更都是采用笔录登记等手段，这种方式不能准确记录执勤人员的巡更时间，执勤人员的疏离值守容易导致物业财产遭受损失，人为因素极大，极其需要一个完善的巡更系统来规范管理巡更执勤人员的巡更任务。

    巡更系统包括读卡设备、GPRS网络设备、备用电池等。

    巡更系统采用智能卡的方式，每个执勤人员都配备一张智能卡，智能卡上包含一个的ID号，在发卡时ID号与执勤人员信息一一建立关系并存储在监控中心数据库服务器。在各巡更地点装上智能巡更设备后，执勤人员手持智能卡在各巡更点巡更报到，巡更设备会记录巡更时间及巡更人员信息并通过GPRS网络设备传输到监控中心服务器。

    巡更系统采用GPRS无线传输方式，无需铺设通信电缆，可任意挂接在各巡更点，安装简单方便，GPRS传输设备平时工作在空闲掉电模式，只有在执勤人员巡更报到时才自动上线传输巡更数据，极大降低功耗和GPRS流量。整个巡更系统还配有备用电池，在市电断电的状态下能启动GPRS传输设备向监控中心传送市电断电报警，并可利用备用电池持续工作。

    （4）监控中心

    监控中心起到监控调度的作用，其主要包括监视器、监控软件、数据库服务器、警报器及调度器等。监控中心通过以太网络接入到Internet，接收视频监控系统、门禁系统、巡更系统等通过无线网络传输的数据。

    监控中心利用监控软件通过监视器实时监测视频监控信号，并进行实时录像，对案发经过进行备案，值班人员还可以通过遥控装置远程控制各位置摄像头，改变摄像角度、方位、镜头焦距等，从而实现对现场大范围的观察和近距离的特写。

    行业应用前景

    如今，无线数字监控作为无线网络的一个特殊使用方式也逐渐被广大用户看好。其安装方便、灵活性强、性价比高等特性使得更多行业的监控系统采用无线方式，建立被监控点和监控中心之间的连接。无线数字监控技术已经在现代化小区、交通、运输、水利、航运、治安、消防等领域得到了广泛的应用。图1为AboveCable在某城市火车站的无线监控系统拓扑图。

    3 小结

    智能小区安防系统能随时对小区内发生的情况进行全面、及时的了解和掌握，对意外情况能迅速做出正确判断，并给出正确、快速的指挥和处理，使犯罪案件发生率大大降低。运用无线技术的安防系统具有安装简单方便，建设投入及运行费用低等特点，随着我国GPRS及3G无线网络的迅速发展，使无线GPRS/3G网络技术逐渐融入到安防系统领域，运用无线技术的安防行业必将得到迅猛的发展。