3G无线视频监控车载系统设计与实现.docx
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3G无线视频监控车载系统设计与实现
毕业设计（论文）
3G无线视频监控车载系统设计与实现
总计
毕业设计（论文）20页
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插图5幅
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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8）致谢
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3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
摘要
随着人们的生活水平的不断提高，人们的安全意识也越来越强。
因此，提高安防设施的技术水平意义重大。
鉴于这种情况，视频监控系统在生活当中扮演越来越重要的角色。
随着计算机技术、嵌入式技术、视频编码技术、无线传输技术的发展，视频监控系统走向无线化、智能化、数字化、网络化。
基于3G、无线局域网等网络的建立，为无线视频传输提供了有利条件。
利用无线网络传输视频流，可以克制地理位置差、布线成本高等问题。
因此，研究一种基于3G无线网络传输的视频监控系统具有非常重要的意义。
无线视频监控系统由于其可移动性，不用布线等特点，在视频监控、管理等方面具有实际应用意义，随着3G网络的迅速发展，将逐步解决网速、带宽的问题，因此3G无线视频监控系统将具有更加广阔的应用前景。
本课题将研究全面提升车辆的行驶安全和客运服务质量，利用加载了3G模块的无线视频监控车载终端系统，实现对车辆行驶记录、视频取证、远程视频监控的管理。
车内安装摄像机、拾音器、紧急报警按钮和车载信息显示屏，分别作为视频图像、音频数据、紧急报警信息、GPS等信息的采集设备，采集后的信息经过车载硬盘录像机的处理之后，由车载硬盘录像机自带的3G无线通信模块发送给监控中心。
关键词：
3G;视频监控;车载终端;无线传输
Abstract
Ascontinuouslyrisingofthelivingstandard,peoplehavecometopaymoreandmoreattentionstosafetyconsciousness.Therefore,itisofgreatsignificancetoimprovethetechnologyofsafetyprotection
facilities.Inconsiderationofthiscase,Videomonitoringsystemplays
amoreandmoreimportantroleindailylife.Withthecontinuous
developmentofcomputertechnology,embeddedtechnology,videocodingtechnologyandwirelesstransmissiontechnology,videomonitoringsystemtrendstowireless,intelligentization,digitization,andnetworking.Wirelessvideotransmissioncantakefulladvantageofnetworksbuilton3G,wirelessLAN,etc.Wirelessnetworkcanavoidtheproblemsoflocationsisolation,highcostincablewiring,etc.intransmittingvideostreams.
Therefore,theresearchofavideomonitoringsystembasedon3Gwirelessnetworktransmissionhasextremelyvitalsignificance.
Becauseofitsmobilityandnowiring,theWirelessvideomonitoringsystemhaspracticalapplicationsignificance,inthebeaconsvideomonitoringandmanagement,Withtherapiddevelopmentof3Gnetwork,theproblemsuchasspeed,bandwidthetc.willbegraduallysolved,thenthesystemwillbewidelyusedinotherprospects.
Toimprovethesafetyandserviceperformancequality,thewirelessvideomonitoringterminalsystemwith3Gmodulesisdesignedtorealize
effectivevehicleposition,drivingrecordingandremotevideo
monitoring.On-boardcamera,pickups,emergencybuttonandvehicledisplayareusedfordataacquisitionwhichistransferredtomonitorcenterwith3Gwirelessmodule.
Keywords:
3G;videomonitoring;vehicleterminal;wirelesstransmission
目录
前言3
第1章选题的目的和意义3
第2章视频监控系统的发展现状3
第3章3G无线网络的发展及应用3
第4章系统的总体设计3
4.1系统架构3
4.2车载前端系统设计3
第5章设备要求3
5.1摄像机3
5.2拾音器3
5.3显示屏3
5.4监控终端3
第6章设备的安装3
6.1车载设备取电3
6.2布线3
6.3主机安装3
6.4摄像机安装3
结束语3
致谢3
参考文献3
前言
2011年3月国家4部委联合发布了《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》[1]和《道路运输车辆卫星定位系统平台技术要求》[2]两份文件，要求“两客一危”车辆必须安装带行驶记录功能的卫星定位装置。
“两客一危”车辆是指从事旅游的包车、三类以上班线客车和运输危险化学品、烟花爆竹、民用爆炸物品的道路专用车辆[3]。
目前“两客一危”车载系统多数采用GPS+GPRS方式，向后台传递车辆相关信息，由于GPRS速率较低，无法有效承载实时的视频传输。
本文主要针对车辆的车载前端设备，利用加载了3G无线模块的车载无线视频监控前端系统，实现高速的3G视频传输，可以对司乘人员离站载客，私收钱物等行为形成有效监控，对超载、超速等行为实时了解并记录，对车辆偷抢等突发事件实时报警，从而提高了车辆驾驶的安全系数。
视频监控是通过摄像头获取的视频信息实现对监控场景中的人和交通工具进行实时监测，并对它们的行为和发生的事件给出相应的描述[4]。
视频监控系统的出现，为我们的交通巡检提供了一种新的思路，可以考虑用视频监控的方式，定期或是有选择的查看车辆及交通的情况，发现问题时再派专门的人员前去处理。
然而，传统的数字视频监控一般都是基于有线网络传输的，而交通路线一般都是四通八达，不容易布线，所以基于有线网络的视频监控方案是行不通的。
随着无线通信技术和高效的视频编解码技术的飞速发展，现代无线数字视频监控系统将监控前端采集的数字信号经过视频压缩处理后直接送入无线信道[5]，从而摆脱了有线的桎梏，令监控系统的部署和应用变得前所未有的灵活随意。
而借助于无线通信技术的发展，人们如今可以享受在任何时间、任何地点、在任何轻松的接入互联网的场所进行网络监控的服务，这就为我们将无线视频监控技术应用于车辆监控提供了一种参考。
第1章选题的目的和意义
随着社会的不断发展和进步，人们的生活水平也在不断提高，人们对日常生产生活中的安全问题也越来越重视[6]。
视频监控系统是安全防范系统的重要组成部分，用于生活当中的许多场合，给人们的生活带来了许多方便，使得人们日常生产生活中的安全问题也得到了保障[7]。
近年来，车祸事故的发生已经成为了人们关注的重中之重，平均几乎每天都会有一起甚至几起交通事故发生，而因为交通事故失去的生命的人数也日益增多，因此，如何及时有效的发现并防止交通事故的发生就成了人们和社会及待解决的首要问题。
现代社会是一个高度复杂、人口密集的社会，出现的突发事件和异常情况也越来越多，其监控的重要性也越来越突显。
当今，视频监控系统的解决方案层出不穷，功能也都不相同，每种方案都有自己的优点和缺点。
目前大多数视频监控系统采用的是有线传输，但有线视频监控系统在一些较特殊的场合使用起来不是很方便。
如今，中国移动、中国联通、中国电信的3G通信网络已经建设完成。
由于3G网络的传输速率，带宽能让视频流顺利、流畅的传输，这为视频流无线传输提供了有利的条件[8]。
因此，本课题主要针对近年来危险指数升高的交通驾驶问题，研究了一种用于车辆驾驶的3G无线视频监控车载系统。
第2章视频监控系统的发展现状
视频监控系统先后经历了模拟、数字和网络三个不同的技术发展阶段[9]。
以同轴电缆为介质，采用基带传输方式，控制主机只能接收处理模拟信号是第一代模拟监控系统的典型特征。
模拟监控系统以磁带为存储媒介，磁带重复利用10次以后，所存储图像的清晰度会逐步下降，而且模拟系统的控制主机与信息系统无法交换数据，应用灵活性较差。
数字监控是继模拟监控之后的第二代监控技术。
目前市场上的数字视频监控系统主要还是采用模拟/数字混合式的技术，即前端图像采集和传输仍采用模拟方式，在后端监控中心由视频矩阵或硬盘录像机（DVR）对图像进行数字处理、切换与控制。
该方式的图像质量、保存时间以及可靠性均较模拟监控有大幅度的提升，系统可以与信息系统交换数据，数据的保存、查询和检索方便，应用灵活性较好，是目前主流的应用模式，适合传统监控系统的改造和中等规模视频监控系统应用。
网络视频监控基于国际通用的TCP/IP协议；前端图像采集设备采用数字化摄像机，直接将传统的模拟视频信号转换为数字信号；采用流媒体技术实现视频在互联网上的传输。
这种方式可以充分利用现有网络资源实现远程视频监控；并且系统扩展能力强，只要在有网络的地方增加监控点设备、加载客户端软件并授予相应权限就可扩展新的监控工作站。
全数字化视频资源便于保存和检索，应用灵活，适合大型视频监控系统工程项目应用。
然而，视频监控系统的发展仍然存在如下一些问题[10]：
①缺乏统一的，具有强制约束力的国家标准。
由于我国相关行业部门的管理制度比较滞后，视频监控系统的相关法律法规尚待完善，导致了国家标准与区域标准并存，多种厂商联盟标准并存等现象。
市场上存在多种不同的安防监控产品标准，并且互不兼容、各自为政。
②跨行业合作困难。
安防监控系统主要是整合音视频、通信、IT、控制等各行业系统的优势。
然而，我国目前的社会化合作体系还不够健全，各行业受传统经营观念和激烈的市场竞争压力的影响，都想在本行业甚至其他行业占得先机，扩大自己的市场份额，不愿公开产品技术接口和相关通信协议。
③用户对监控系统不断提升的期望与项目实施之间存在一定的落差。
虽然基于TCP/IP网络技术的视频监控系统受益于网络传输的标准化，扩展能力强、网络维护由运营商提供保证；但该模式经常受制于网络带宽限制，监控图像质量得不到保证，及时性和流畅性不够，另外还需要网络信号和电脑等设备的支持，不能随时随地实现对监视点的监控。
第3章3G无线网络的发展及应用
3G无线网络已经在中国移动、电信、联通三大运营商的建设和推广下遍布全国各级市县和乡镇，并占据了国内移动终端主流市场。
3G与前两代移动通信的主要区别是大幅提升了传输数据的速度，能够处理图像、音乐、视频等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。
三大运营商凭借多年的网络运营维护以及3G网络标准化的优势，可以为视频监控系统的硬件设备制造商、系统集成商以及最终用户创造便捷的交互，弥补视频监控行业发展的欠缺。
目前，三大运营商已经可以提供3G可视电话业务，可以应用于家庭、汽车、店铺等小范围场所的日常监控。
该业务具有监控、录像、自动报警和双向对讲等功能，并且实施简单。
用户只需在家里、车内或店铺放置一台3G视频监控终端，就可随时随地了解现场情况。
只需用3G手机给3G视频监控终端拨打视频电话，就可以在3G手机上观看到监控图像，并且还可以通过手机的数字键控制监控图像的转动。
该业务还提供彩信、短信等多种报警方式，支持用户在出现突发事件时借助双向对讲功能警示不法分子，或与监控点人员进行交流，适用于防火防盗、安全护卫、人员监护、远程管理等。
该应用采用了H.264视频压缩算法、流媒体视频处理等技术。
系统对摄像机采集的图像进行视频压缩编码；通过3G智能无线通信模块，把实时动态图像传输到距离用户最近的运营商的3G无线网络；使用户可方便地通过计算机、手机监控实时图像；在总体上实现了视频数据的编解码、加解密、交互和远程控制等功能。
图1为目前市场上应用的3G无线视频监控示意图[11]。
相比数字和网络视频监控系统，采用3G技术的无线视频监控完全可以脱离固有架构，利用3G智能移动终端，不受地域、时间限制地实现远程实时监控，提供更便捷、更稳定的监控服务和更广泛、更灵活的，突破时空限制的监控使用感受。
第4章系统的总体设计
4.1系统架构
车载3G无线视频监控系统由3部分组成：
视频监控车载前端系统、传输网络和视频监控后台系统[12]。
监控中心与客户端的数据通信包含上、下行两种。
上行数据包含车辆状态、话音和视频信息，下行数据包含对车辆的实时控制信息[13]。
视频监控车载前端系统是系统的信息节点，车内安装摄像机、拾音器、紧急警按钮和车载信息显示屏分别作为视频图像、音频数据、紧急报警信息、GPS等信息的采集设备，采集后的信息经过车载硬盘录像机的处理之后，由车载硬盘录像机自带的无线通信模块发送给监控中心。
传输网络包含无线移动通信传输链路和固网专线传输链路两部分，通信基站接收到来自前端车辆的数据信息之后，经网关送入固网专线，供监控中心使用。
视频监控后台系统是执行日常监控、车辆调度、应急指挥的场所。
内部署视频监控综合管理平台，包括数据库服务模块、管理服务模块、接入服务模块、报警服务模块、流媒体服务模块、存储管理服务模块、Web服务模块等，它们共同形成数据运算处理中心，完成各种数据信息的交互，集管理、交换、处理、存储和转发于一体，是视频监控系统能稳定、可靠、安全运行的先决条件。
系统可以根据需要在集团公司、交管局等单位建设多极监控平台，级别间逻辑关系根据需求灵活配置，系统具有良好的扩展性。
4.2车载前端系统设计
车载前端系统如图2所示，承担着信息采集和传递的重要作用，贯穿在整个车辆视频监控系统的日常工作、指挥调度、管理系统等各种活动中，是整个系统最有效的信息获取、协调指挥的手段之一。
1、前端信息采集
车载DVR内置的GPS模块采集GPS信息并实时上传到中心。
前端摄像机主要负责采集车内外的视频信息，为了保证车辆及人员的安全，摄像机的覆盖范围应到达95%以上，保证车内无死角。
前端摄像机采用2.8mm广角彩转黑红外夜视高清晰CCD摄像机，摄像机分辨率在480线以上，照度黑白0.01lux，彩色0.1lux，摄像机通过车载硬盘录像机取电。
车内可视情况安装4～6个摄像机，具体布放方式如图3所示。
车前摄像机（摄像机1）位于在汽车挡风玻璃后面，可安装在车内天花板或仪表板上，镜头朝前，用于拍摄前方道路状况、行车标志信息、红绿灯等，有利于提高驾驶员的交通规则意识、保障行车安全。
前门摄像机（摄像机2）安装于驾驶座后方的车内顶板，镜头对着前车门及驾驶座位置，拍摄乘客上车、司机驾驶等情况，可记录乘客上车信息并规范司机驾驶行为。
车厢前部摄像机（摄像机3、4）安装在车厢前部的车内顶板，镜头方向向后，从前往后拍摄车厢内两条过道视频，可监控到车内的大部分铺位，用于记录乘客的各种行为，便于事后查证。
车厢后部摄像机（摄像机5、6）安装在车厢后部的车内顶板，镜头方向向前，与摄像机3、4配合，从后往前拍摄车厢内两条过道视频，可监控到车内的全部铺位，用于记录乘客的各种行为，便于事后查证。
系统前端布置用于声音采集的设备拾音器，可用于对车内的声音进行实时的采集。
当有紧急情况时，可通过车内的报警按钮发送报警信息。
2、车载信息显示
车载信息显示屏用于显示调度和提醒信息，监控指挥中心通过3G网络下发天气状况、路况提醒、线路偏离、夜间行车安全提示、疲劳驾驶提醒等信息到车载DVR，再经由RS485在信息屏上显示，同时信息屏内置TTS中文话音合成模块，保证在行车时驾驶员可以清晰听到话音播报。
另外当车辆遇到路障或寻找加油站时，信息屏可以指示行驶路线。
当车辆出现故障或事故时，司机可以通过信息屏发送求援信息。
显示屏采用点正式显示方式，驾驶员在接收信息的同时也可以选择系统提供的短信模板向平台发送信息。
如“收到信息，非常感谢。
”、“发生交通事故”、“车辆爆胎、请派人送轮胎”等，短信模板可编辑，信息显示屏由车载硬盘录像机供电。
3、车内对讲系统
安装于司机上方的摄像机，内置隐蔽拾音器，监听司机与乘客的对话，支持监控中心实时监听和车载硬盘录像机视音频同步记录。
通过接在车载DVR上的话音对讲设备，驾驶员可通过麦克风对车内乘客喊话提示，车内喇叭可以对喊话信息、话音对讲信息以及预录话音进行扩声。
4、安全管理
车门通过门磁系统与车载设备联动，当途中车门开启时能够自动将该段时间视频实时上传监控指挥中心保存，作为非法停车上下客的处罚依据。
车辆上可以安装紧急报警按钮，在车辆发生紧急事件时可由司乘人员触发报警按钮，向管理中心报警。
触发报警以后，报警信息自动上传监控中心，车内图像自动弹出到中心显示屏，GIS地图上报警车辆图标闪烁，软件平台自动弹出应急预案。
5、车在硬盘及其容量测算
车载硬盘录像机保存车内监控点录像文件，监控中心利用存储服务器保存重要录像和备份录像，重要录像包括报警录像、电视墙显示过的视频图像，备份录像包括手动从前端下载录像，或自动按计划下载录像。
车载硬盘录像机提供高效编码功能，目前主要使用的3G视频格式有QCIF、CIF及4CIF[14]。
建议设置4路4CIF画质图像，采用双码流技术和利用高效的编码效率使所需要的码率更低，设置变码率可进一步降低总体传输码率，以降低网络承载的压力和总体存储容量。
单个通道1h存储1d的计算公式∑（GB）＝码流大小（Mbit/s）÷8×3600s×1h×1d÷1024。
如果采用4CIF（704×576）格式，按1.5Mbit/s码流计算，存放1d的数据总容量1.5Mbit/s÷8×3600s×1h×（1d）÷1024＝0.66GB。
单通道总存储容量∑（GB）＝0.66GB×N小时（N为前端存储的小时数）÷0.9（格式化损失容量比例）。
第5章设备要求
5.1摄像机
摄像机需符合摄录清晰、经久耐用，低故障且具有防水、防尘、极冷极热、低照度等功能外，还需满足：
1/3英寸SonyCCD，水平解析度480TVL，镜头2.1～12mm。
摄像机方便固定，不影响原车内设施，在现有范围内选取固定位置，其视角范围即使在安装后也能很容易调整，还具有防拆功能。
摄像机的最低照度应达0lux,具有高级数字信号处理性能，有效距离为20m，自动背光补偿防止重要的前景物体在强光下变成剪影。
即使在最不利的光照条件下，高级数字自动跟踪白平衡（ATW）功能也能确保准确的色彩再现力。
5.2拾音器
拾音部分频响100～10000Hz，全向监听面积10～40m2，拾音器内置于摄像机中，具有可拆卸功能。
5.3显示屏
车载信息显示屏需满足点阵：
192×64字符显示（12×4个汉字），字颜色黑色，背光黄光，温度-40～+80℃，电源输入+12V（支持+9～+16V），电源输出+5V/500mA，通信接口为一个422、一个485输入（ESD保护），线长120cm，TTS
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