我国是个具有1.8万公里漫长海岸线的国家，有众多港口、海湾、岛屿。随着国门的更加开放，科学技术的不断发展，犯罪活动也日见增多和越来越隐蔽。如何有效地保护领海的主权;以及安全部门的反侦察、反偷渡;海关的反走私、缉私;海事部门的水上管制、海上搜救等都已成为越来越重要的现实问题。 本文以某海岸电视监控系统设计为例，与业内读者共同探讨实现海岸视频监控的完善方案。

　　系统分析

　　海防监控具有监控区域广的特点，并且常年雾气较大、风力强劲、空气腐蚀性强。还有，监控点地处偏僻、敷设通信线路困难、供电持续稳定性差、夜晚光照条件差等诸多因素都会极大地影响到监控画面的质量。因此，对于海防监控系统的建设，有以下几点需要特殊考虑：

　　·需要选择大变倍、长焦距的镜头，使监控范围尽量广阔; ·需要选择超低照度的摄像机，甚而选用超低照、彩色转黑白日夜型摄像机，以保证夜晚在微弱的光照条件下，也能进行有效的监视;

　　·要求云台旋转的精度要高，最好选择变速云台，并且云台稳定性要好，负载要足够大; ·前端设备的供电要能市电或太阳能供电(或配置UPS电源)两种供电方式自动切换，以确保供电的稳定;

　　·前端设备和控制中心之间的通讯线路往往会较长，可有两种通讯方式选择：租用通信公司的光纤线路或2M数字电路等宽带专线传输;采用微波无线通讯。

　　系统构成 系统结构

　　系统结构(如图2所示)由三部分组成：

　　·监控前端——信号采集部分; ·传输系统——信号传输部分; ·监控中心——图像信号显示、记录部分以及指令发送端。

　　监控前端

　　监控前端设备包含有摄像机、镜头、防护罩、云台、解码器以及供电设备如太阳能供电设备等。前端设备的选择是本系统建设成功与否的关键。

　　传输系统

　　本监控系统主要有两种信号，即视频信号和控制信号。视频信号占用的带宽较大，通常要传输清晰的实时图像，其传输带宽至少要占1Mbps带宽;控制信号数据量较小，带宽不超过9.6Kbps。以上两种信号不但有带宽要求，而且要求传输的实时性好，延迟要在0.5秒以下，若延迟过长，会造成系统控制信号与视频信号的不同步，至使目标捕抓困难。 信号若采用光纤专线传输，通常选用视频带反向数据传输的单模光端机。若采用2M数字电路传输，传输设备要选用E1信号编解码器。若采用无线传输，其传输设备通常选用900M波段和2.4G波段的微波传输设备和无线指令遥控系统，也可以选用卫星作为传输信号的中继设备。

　　监控中心

　　监控中心的主要功能是显示、控制、录像和视频信号的数字化、网络化。监控中心设备主要包括有视频矩阵和硬盘录像机。由视频矩阵来控制视频图像的切换显示，显示设备通常是组合电视墙或大屏幕，视频录像和视频信号数字化、网络化由数字硬盘录像机来完成。

　　系统建设关键点

　　为保证监控图像的质量，以及系统运行的稳定，以下两点是系统建设的关键：一是系统中各设备选型应考虑到监控对象的特点，能否实现远距离监视、扫描、传输;二是由于各个前端设备安装在野外，设备安装施工要充分考虑到野外设备工作的要求，并尽量减少系统的维护工作量。

　　设备的选择

　　摄像机的选择

　　由于是对海面的全天候监控，摄像机将会面临日夜光照变化很大、海面水波光反射等问题，所以对摄像机的选择要求较高。摄像机不但要清晰度高(至少480TVL以上)，还必须具备有自动增益控制、背光补偿、自动电子快门、DSP数字处理技术、超低照度(至少0.001lux/F1.4星光级)、昼夜自动彩色转黑白等功能。目前，要使摄像机达到超低照度监视的技术主要有帧累积、双电路、主动红外等。经对这几种技术的综合比较，主动红外方式投射距离有限，一般只在200米以内，不适合海防超远程(500米以上)的监控;若采用帧累积技术，通过增加曝光时间，以增强夜视能力，但海防监控通常为移动目标，而帧累积会引起移动目标图像的拖尾，致使画面模糊。因此目前比较理想的技术还是选择红外热成像仪。 该技术的原理是任何在绝对零度(-273℃)以上的物体都会不停地发出人肉眼看不见的热红外线，正因如此，就可利用热红外线探测仪测定目标本身和背景之间的红外线能量差，从而可以得到不同的红外线热图像。当然，目标的热图像和目标的可见光图像是不同的，它不是人眼所看到的可见光图像，而是目标表面温度的分布图像。因此，热成像仪的缺点便是不能给出清晰的真实图像,所以也不能显现出哪个人穿什么衣服、长得什么样子。 白天，在海防监控实际应用中，当光照条件好时可使用CCD摄像机，使监控画面直观;只当照度很差时才使用热红外线探测仪，这样在CCD摄像和热成像两种技术的配合下，便可以得到满意的图像跟随效果。 我国海域广阔，野外环境恶劣，特别在夜晚以及大雨、大雾气候条件下，常规的监控系统都不能起到有效的作用，对于边防守卫和执法人员来说，要求在黑暗中也能够看得见目标，十分重要。所以在海岸边，用红外热成像仪，可以迅速地跟踪来往船只。有了红外热成像仪，可以远距离跟踪妄图利用雷达死角跨越海岸线的不法分子。

　　镜头的选择

　　由于监控范围广阔，除了要选择合适的安装点外，另外就要选择大焦距的镜头，这就要求根据使用场合的实际情况和要求，经计算选用合适的摄像机镜头。例如要能实现监控范围5公里，在最远处能看清50米范围内的情况，在选用1/3英寸的CCD摄像机时，则可根据f=hD/H成像公式计算出该选用镜头的最大焦距应该为480mm。因此可以选用10～500mm的50倍变焦的大变焦镜头(参考图3)(f是镜头焦距、h是图像宽度、H是被摄物体宽度、D是被摄物体至镜头的距离)

　　云台的选择

　　选择云台主要考虑因素是使用环境和其最大负重及机动能力。 根据本方案所述的使用要求，第一、要选择适合野外环境的室外云台;第二、要充分考虑云台负重能力，负重能力=镜头重量+摄像机重量+防护罩重量+其它配件重量(指探照灯、红外灯等)+留有一定载重裕量;第三、本系统要选用变速云台，因为摄像机在最大焦距的情况下，其视场角很小，而在短焦距时其视场角又较大，相差可达几十倍。假如选用恒速云台的话，要保证在远焦时云台转动而图像平稳的话，那么近焦时云台转动会使图像基本没有运动;若选择转速较大的恒速云台，保证近焦时的正常扫描，则在远焦时摄像机捕抓目标会变得十分困难。所以只有配置了变速云台才能满足要求，并且云台变速范围需要和近远焦时视场角范围相适应，特别是云台要有准确的定位能力。以监控5公里处的目标为例，云台每转动1度，目标就会偏移87米，若监控目标物为50米宽，要对这个目标物进行扫描，云台的转动精度至少要高于0.6度，否则，无法准确地对远处目标定位，以至对目标的追踪能力就差。此外，有些云台具备预置位的功能，它能记忆预设的位置，在需要时可快速定位，这一功能在本系统应用中也非常有用。 用长焦镜头监视远处目标时，轻微的抖动都会引起远处目标监视画面的大幅度晃动，所以解决办法是采用重型云台，增加云台旋转的惯性，当然还要辅之以良好的防震和稳固的安装措施。

　　供电设备的选择

　　解决监控点供电难、停电以及电压不稳等问题的较好办法是前端设备的供电源采用UPS不间断电源或以太阳能电源为备电。当市电断电时，供电自动切换到太阳能电池供电。太阳能供电设备包括：太阳能光电池、控制器、蓄电池和逆变器。 光电池需要考虑的是光电板的面积(根据各个设备需要的总功率、光电池的特性及各个设备的效率进行计算)。蓄电池的容量一般可以根据在阴天情况下保证系统正常工作一周(一般连续阴天7天以上的几率不高)的容量。

　　传输方式的选择

　　传输部分是联接前端监控设备与监控中心之间的通道，传输的信息包括图像信号和对前端设备的控制指令。 信号的远距离传输方式主要有采用有线传输和无线传输两种。有线传输方式主要是租用线路运营公司的光纤线路或宽带专线，如一个监控点可以租用一芯(通常是一对)的光纤，该传输方式传输距离远，图像质量非常高，实时性好，图像基本没有损伤，稳定性也好，但租用费用很高。 有线传输的另外一种方式是租用具有2M带宽(或者更宽)的E1专用数字电路，它是将视频与控制信号通过专用设备转换成数字信号后通过专用通讯适配器传输实时图像和控制数据，以实现控制中心对前端设备的控制。其优点是可以直接利用现成的线路，申请方便，信道容量可以满足电视监控的需要、传输距离远，租用费用合理;缺点是视频信号有轻微的滞后或丢帧(但不影响监控的实际需求)。

　　无线传输方式是利用无线设备如微波设备将视频与控制信号调制成为一定频率的微波信号。它的优点在于不受有限带宽的影响，逼真连续、灵活机动、易于架设、没有线路敷设的问题、覆盖范围广、系统规划简单、扩容方便、可加密码或用CDMA增强保密性。缺点是微波信号传输会受地形遮挡的影响，频率申请困难，若是卫星传输则系统的造价高，且卫星信道租用费用相当昂贵，通常用于海上移动监控时临时开通使用。 对于大多数海防监控系统，还是建议采用E1信道数字电路传输，它是基于物理层的全透明传输、支持数据、语音、图像多种业务，对客户通信协议没有任何要求，客户可自由选择各种网络设备和协议。线路接口使用国际通用的G.703、STM-1等标准接口。 E1编解码器的图像的、压缩/解压缩有MJPEG、MPEG1、 MEPG2、MPEG4、 Wavelet(小波变换)等多种格式，MPEG2格式压缩图像质量最好，但其压缩率低、数据量大、延迟较大(大概在1秒左右)，通常用于固定式监控点的传输;MPEG4、 Wavelet(小波变换)压缩格式延迟小，一般在0.3秒左右，图像质量和实时性也不错，在海防监控中比较适用。 E1信道数字电路传输原理(如图4)所示。监控中心设备包括视频矩阵和嵌入式硬盘录像机。选择时有以下几点考虑：

　　·视频矩阵除需要考虑功能外，还需要考虑到和其它设备(如无线传输设备、解码器和硬盘录像机)的匹配互联;

　　·中心屏幕墙的规模、选型(如：投影屏、DLP、等离子屏等);

　　·硬盘录像机应选用易维护、高性能、运行稳定性好的硬盘录像机，另外还需要注意硬盘录像机的网络功能，这一点对实现系统远程监控十分重要。

　　施工注意事项

　　除了设备选择上要注意以上各点外，施工质量对保证系统可靠性也十分重要，对施工有三点需要考虑： ·防避雷及接地：由于各个设备安装在野外，而且安装在较高处(保证可视范围需要)，发生雷击的可能性很大，所以要采取防避雷措施及保证接地良好。 ·塔架安装：摄像机安装铁塔、支架的高度和结构要合理，使便于摄像设备、传输设备、太阳能电池板等的安装和维护。铁塔、支架基础要牢靠，要能抗击12级以上的台风，能在风力作用下保持平稳不晃动。 ·安全性考虑：由于前端设备安装在野外，无人值守。所以设备安装要采取防破坏和防拆卸措施，可以考虑各个监控点间能实现相互可见监视。