高空瞭望監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)劃解決方案研究

     高空了望是指在距離地面50～100米，乃至100米以上的位置布設云臺攝像機以實現(xiàn)方圓一公里到十幾乃至幾十公里范圍的視頻圖像監(jiān)控。 

      高空了望不同于普通的圖像監(jiān)控，它著力于在較高的位置實現(xiàn)大范圍的圖像精確監(jiān)控，是一種既兼顧大場面，又實現(xiàn)具體目標特寫拍攝的視頻監(jiān)控手段。高空了望技術可以彌補普通圖像監(jiān)控手段無法避免環(huán)境物體阻擋、視野范圍較小的缺點，從而實現(xiàn)基本無阻擋的大范圍監(jiān)控。

      高空了望用途很多，包括城市消防監(jiān)控、城市重點目標監(jiān)控、城市治安監(jiān)控、森林消防監(jiān)控、機場周界保安監(jiān)控、城市環(huán)保監(jiān)控、防空安全監(jiān)控、邊境防衛(wèi)監(jiān)控、小區(qū)防衛(wèi)監(jiān)控、廠區(qū)監(jiān)控……

      在很多這類場合中，環(huán)境是相當復雜的，采用普通攝像機與監(jiān)控設備的組合方式在5－20米的空中布設，由于環(huán)境阻擋以及攝像機本身的局限性，要完全實現(xiàn)基本無阻擋的全面監(jiān)控相當困難，而普通前端云臺的不穩(wěn)定性更是造成了圖像的“不可用”。而高空了望利用其足夠的高度，配合攝像機云臺的性能可以輕而易舉地實現(xiàn)大范圍的精確監(jiān)控，如果再輔助以普通的圖像監(jiān)控，效果則更佳。

      高空了望系統(tǒng)的實施難度

      高空了望系統(tǒng)用途廣泛，監(jiān)控成果斐然，那么為什么真正成功實施的高空了望系統(tǒng)并不多呢？原因在于高空了望系統(tǒng)的實施有一定的難度，特別是其核心部分的云臺攝像機系統(tǒng)的穩(wěn)定性、望遠能力、精確控制能力、夜視能力、自我保護能力是影響高空了望系統(tǒng)成功實施的重要因素，而周邊配套設施的組合，特別是后端控制軟件的實施也是影響其建設的重要因素。

      為什么說前端云臺攝像機的性能會影響高空了望系統(tǒng)的實施呢？原因有以下幾個方面：高空了望系統(tǒng)由于布設高度較高，一般在50米以上的高空，風速以及基礎自身的晃動較為嚴重，因此云臺的抗風能力以及自身的運行間隙控制是影響圖像穩(wěn)定的一個關鍵；由于云臺攝像機布設位置極高，而目標的監(jiān)控范圍也至少在1公里以上，最遠可能達到幾十公里，那么如何配置攝像機、鏡頭輔以云臺的穩(wěn)定性使遠處的圖像盡收眼底也是系統(tǒng)配置的一個難點；由于高空了望所覆蓋的范圍較大，普通的照明燈根本不可能實現(xiàn)遠距離的照射，因此設備自身的低照度能力就成為了夜間高空了望系統(tǒng)實施的唯一有效手段了；而架設于高空的云臺攝像機如何自我清潔、防銹防雷、除霜抗凍也是高空了望系統(tǒng)中的一大難點�？梢娨晒嵤┮粋€高空了望系統(tǒng)是非常復雜的。

      高空了望解決方案

      難點并非不可克服的，以兆維泰奇推出的基于日本三神一體化高精度可編程云臺攝像機系統(tǒng)所實現(xiàn)的高空了望解決方案為例，該方案形成了一套真正可應用于實踐的解決方式，并由前端云臺攝像機、傳輸線路以及后端計算機控制部分組成。

      作為整個高空了望解決方案核心的前端云臺攝像機選擇是極其重要的。有效的克服普通云臺攝像機的弱點，是成功實現(xiàn)高空了望的關鍵。該解決方案選擇了日本三神高精度一體化可編程云臺攝像機作為整個系統(tǒng)的前端。

      高空了望的根本優(yōu)勢是“居高臨下”，因此大面積的覆蓋是必須達到的指標，三神一體化高精度可編程云臺系列產(chǎn)品以其高穩(wěn)定性和高精度的設計，可以搭載各類超長焦距鏡頭，無論20×、22×、23×、25×、35×、50×、55×、86×、100×變焦鏡頭皆可“海量以容之”。選擇三神不同的云臺產(chǎn)品，其內(nèi)置的攝像機焦距范圍可以從3.6mm延伸到2322mm，輕易實現(xiàn)10km以上的大范圍高清晰度監(jiān)控應用。

      另外，高空了望的范圍可以從1公里到幾十公里，不難想象，普通的照明燈、紅外燈是根本無法實現(xiàn)夜間監(jiān)控照明的，那么夜間的高空了望問題如何解決呢？該系列產(chǎn)品擁有專門為低照度環(huán)境而設計的超低照度產(chǎn)品，通過搭載專用3CCD超低照度攝像機，以及配套的大孔徑專業(yè)鏡頭為輔助，配合專門設計的云臺、防護罩電路，可以使夜間的圖像變得清晰可見。最低0.00005Lux的照度指標無論是在夜間城市、森林、海港均可獲得彩色的監(jiān)控圖像，無論物體在100m還是5km，無需紅外燈，皆可清晰監(jiān)視。

      幾公里乃至幾十公里的高空視頻監(jiān)控是一個很大的范圍，因此利用必要的手段來“精確”操縱云臺是一個很大的問題。該系列產(chǎn)品不是一般的簡單轉(zhuǎn)動機構，而是一個結合計算機和智能化技術所實現(xiàn)的一個可編程管理和控制的智能化設備。利用云臺、護罩以及內(nèi)置專用智能化電路功能，應用程序可以就設備的任何參數(shù)進行雙向的控制和管理，包括水平轉(zhuǎn)角、垂直轉(zhuǎn)角、雨刷動作、回轉(zhuǎn)速度、鏡頭光圈、變焦距離、對焦距離、快門速度、白平衡方式、增益強度等等均可雙向傳輸和控制。利用這些特性，哪怕是基于精確的坐標定位的應用控制都變得輕而易舉、唾手可得。

      擁有了優(yōu)秀的前端云臺攝像機就意味著能夠構建成功的高空了望系統(tǒng)了嗎？答案是否定的。用戶對未來的監(jiān)控系統(tǒng)要求是一個以計算機、網(wǎng)絡技術為基礎的、結合全方位的設備控制能力，而實現(xiàn)的一個基于視頻的快速反應系統(tǒng)。因此，高空了望系統(tǒng)也同樣需要先進的后端處理平臺來實現(xiàn)全方位的系統(tǒng)控制。前端云臺攝像機的圖像和控制可以通過光端機或者先進的數(shù)字視頻編解碼設備傳輸至后端控制中心，該選型可以因地制宜。

      后端管理中心獲取了控制信息和視頻信息后如何進行處理呢？簡單地通過矩陣或者傳統(tǒng)的DVR、云臺控制鍵盤實現(xiàn)人工非定量的控制是絕對不可能真正發(fā)揮高空了望系統(tǒng)的功效的。原因有三：第一，高空了望攝像機監(jiān)控范圍極廣，從幾公里到幾十公里的范圍，即使后端再慢速的控制也會導致前端圖像聚焦點極快的移動速度，這樣根本不可能精確地把一個需要監(jiān)控的圖像放置在畫面的合適位置；第二，由于監(jiān)控距離極遠，因此可能導致視角范圍只有零點幾度，過小的視角范圍，人眼很難分辨所監(jiān)控的位置實際是在哪里；第三，假如需要跟蹤變速運行的物體（如起飛的飛機），僅僅通過手動搖桿操縱根本不可能實現(xiàn)云臺、聚焦點的聯(lián)動變速。因此在不排除控制鍵盤的前提下，真正能夠發(fā)揮高空了望系統(tǒng)功效的是一個以GIS（地理信息系統(tǒng)）為基礎，以全功能云臺直接控制為手段，輔助云臺全方位的控制能力實現(xiàn)的一個“所選即所見、所見即所現(xiàn)”的高空了望系統(tǒng)。

      針對一個高空了望的區(qū)域環(huán)境，可以首先建立該區(qū)域的GIS系統(tǒng)，以形成一個監(jiān)控范圍的數(shù)字化地標。每一個被安裝的高空了望攝像機可以以定點的方式在地圖上進行顯示。構建完基礎平臺后，可以通過RS485直接、精確控制前端云臺的每一個動作，并通過云臺的返回狀態(tài)功能精確地獲知云臺的當前狀態(tài)。

      合理地組合各種功能，可以實現(xiàn)應對于各行各業(yè)的高空了望解決方案，以下就幾個基本的高空了望功能進行簡單地描述：

      *固定重點監(jiān)控位置的快速定位：任何一個高空了望區(qū)域中必定存在一些固定的重要目標（該特點在城市高空了望監(jiān)控中尤為突出，一些城市的重要建筑往往是固定不變的重要目標），這些目標在監(jiān)控的時候，需要快速地定位視頻圖像。可以利用云臺所擁有的255個預置位以及極高精度的預置位再現(xiàn)能力實現(xiàn)對這些固定目標的監(jiān)控圖像再現(xiàn)。GIS系統(tǒng)可以以固定點位的方式顯示這些重點目標，一旦用戶選擇該目標，則可監(jiān)視該目標的一臺或者多臺攝像機可以通過計算機直接獲得預置位再現(xiàn)指令，此時監(jiān)控管理計算機或者監(jiān)視器可以同時顯示出該目標的一個或者多個攝像機的多角度圖像。充分利用智能路徑選擇功能以及高速回轉(zhuǎn)能力，實現(xiàn)該目標的定位往往時間不會超過2秒；

      *任意位置的監(jiān)控定位：除了固定目標外，也許用戶需要任意選擇一個位置進行視頻實時監(jiān)控（該特點在森林或者海域、空域監(jiān)控中尤為突出，往往這些環(huán)境中任何一個位置都是需要進行監(jiān)視的，而該環(huán)境又沒有特定的重點目標）。針對這樣的監(jiān)控點，預置位的再現(xiàn)是無法覆蓋的，因為這樣的點也許是無限多的；而針對這樣的監(jiān)控，普通的云臺攝像機也是無法完成的，因為普通的云臺攝像機根本不可能實現(xiàn)絕對位置的精確定位。然而，利用先進的云臺攝像機系統(tǒng)以及GIS系統(tǒng)卻可以毫不費力地定位每一個視頻監(jiān)控點。用戶可以直接在GIS系統(tǒng)上點擊一個位置，利用GIS的計算功能，系統(tǒng)能夠自動選擇1－4臺可“看到”該點的高空攝像機。利用簡單的立體幾何計算，系統(tǒng)可以馬上計算出每一個云臺“看到”該目標點所需要轉(zhuǎn)動的水平角、垂直角、焦距，計算機把這些參數(shù)傳遞給前端的云臺攝像機，那么不超過3秒的時間，后端的管理人員就可以馬上在PC或者監(jiān)視器上看到該目標不同角度的圖像；

      *監(jiān)控目標的地圖定位：監(jiān)控人員看到一個目標后，也許根本不知道該圖像在地圖上是那個位置（該特點在森林、城市的夜間監(jiān)控中尤為突出，以消防應用為例，超大范圍的圖像監(jiān)控在發(fā)現(xiàn)遠距離的火災點后管理人員也許根本無法在夜間快速定位該火災位置在哪里），此時利用該云臺的信息回傳能力，控制計算機可以快速獲得發(fā)現(xiàn)該圖像的云臺當前的水平轉(zhuǎn)角、垂直轉(zhuǎn)角、鏡頭變焦值、鏡頭焦距等幾個重要參數(shù)。在GIS系統(tǒng)中快速計算這幾個參數(shù)，那么GIS就可以在最多1秒鐘的時間內(nèi)顯示出該攝像機當前所監(jiān)控區(qū)域的扇形角，以及聚焦位置的大致地圖范圍。該功能為廣域的圖像定位提供了一個較為快捷與精確的手段。

      當然，高空了望的控制系統(tǒng)決不僅僅是實現(xiàn)以上三個功能，各種不同的應用場合可以根據(jù)自身的需要定義不同的應用，包括高空攝像機的定軌跡尋檢、隨意軌跡尋檢、監(jiān)控目標跟蹤監(jiān)控、監(jiān)控位置坐標定位等各種功能。甚至可以把視頻智能檢測的應用引入到高空了望中，諸如通過高空了望攝像機實現(xiàn)高空不明飛行物的檢測、水域異常行進船只的識別等等。

      需要高空了望解決方案的場合往往是很特殊的場合，如：山區(qū)的低溫、森林的高潮濕環(huán)境、海岸的高腐蝕性，即使是城市高空了望也必須面對50米以上高空的強大風力。這樣也就需要組成高空了望解決方案的核心設備——高精度可編程云臺一體機可以針對這些特殊環(huán)境提供專門的解決方案。