齐毅 QI Yi
（北京中铁天易科技发展有限公司，北京 100036）
（Beijing China Railway Tianyi science and Technology Development Co.，Ltd.，Beijing 100036，China）
摘要： 随着建筑行业的飞速发展，施工现场的安全问题一直是工地管理工作的重中之重。网络技术的发展，使得视频监控系统运用到各行各业中。通过运用远程视频监控技术，实时对分布在各地的多个施工现场进行监管，既减轻了管理人员的工作量，又加强了建设行政主管部门以及施工和安全质量监督管理部门的监管力度。安全管理是建筑工地的重要管理环节，考虑到工地实际需求，本文针对传统视频监控系统实时性差、传输效率低、图像质量不稳定等缺点，对基于3G网络的工程建设施工现场远程视频监控系统进行研究和实现。文中介绍了3G网络的无线视频技术的优势及远程视频监控系统的功能特点，对施工现场3G远程视频监控系统的方案进行研究设计，并在某施工单位几个重点施工现场进行了试点安装，达到了预期效果，实现对施工现场实时监控。
Abstract： With the rapid development of construction industry， construction site safety has been the priority of site management. The development of network technology makes the video monitoring system used in all walks of life. By using the remote video monitoring technology， the multiple construction sites are monitored in real-time. It reduces the workload of managers， and strengthens the supervision strength of construction administrative department as well as the construction and safety quality supervision and management department. Safety management is an important management link of construction site， considered the actual requirements of the site， aimed at the shortages of bad real-time performance， low transmission efficiency， instability of image quality and so on， this paper studies and implement the remote video monitoring system of the project construction site based on 3G network. This paper introduces the advantages of wireless video technology and the functional characteristics of remote video monitoring system of 3G network， researches and designs the plan of 3G remote video monitoring system of the construction site and carries out the installation in several key construction sites of a construction unit. It achieves the desired effect and implements the real-time monitoring of the construction site.
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关键词 ： 建筑工地；远程视频监控；3G网络传输
Key words： construction site；remote video monitoring；3G network transmission
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）18-0053-03
作者简介：齐毅（1980-），男，北京人，毕业于北京联合大学，研究方向为自动化。
0 引言
作为全球最大的建筑市场，我国建筑行业在技术发展、资金投入、管理完善等方面都在飞速发展，而这当中，施工现场的安全管理工作一直被高度重视。随着网络科技的普及应用，视频监控系统越来越多地运用到安全管理工作中。远程视频监控技术能够实时监管分布在各地的多个施工现场，既提升了管理人员的工作效率，也加强了管理部门的监管力度。
1 系统组成结构
3G无线视频监控系统，是一款简单易用的远程无线监控系统，是采用最新的3G通信技术，本文针对特定行业用户监控的需求，设计了一种安装简易、操作灵便的3G移动视频监控设备。根据施工现场的具体情况，3G无线视频监控系统可以分为：前端视频数据采集分析系统、3G无线传输网络、无线视频监控管理平台三部分，在施工中为管理部门提供支持。
1.1 前端视频数据采集分析系统
前端视频数据采集主要由3G车载无线硬盘录像机与摄像机、备用电源、存储设备等构成，负责对施工的现场的具体情况进行实时的拍摄录像，并将数据进行保存。工作人员运用输入设备对系统进行操作，选择需要监测的施工区域，对施工现场进行有效控制和管理。该系统装有大容量的硬盘录像存储设备，存储的文件可通过远程客户端进行检索和下载，也可以通过数据输出接口进行导出和复制。
1.2 3G无线传输网络系统
前端的视频数据经采集压缩后，通过3G无线网络将视频图像传输至无线网络视频监控平台，由工作人员对施工现场和信息进行实时监控管理。嵌入式无线网络系统地实现POP3/SMTP、TCP/IP协议，无线视频通信协议同时也支持动态IP，以获取无线网络传输的视频。
1.3 无线视频监控管理平台
在施工指挥中心的管理平台中，管理工作人员通过无线视频监控管理平台实时监控施工现场。管理人员在手机上安装手机远程监控APP，即可通过观察到工地现场传来的图像。
2 3G无线视频技术优势
3G网络技术即第3代移动通信技术，该技术具有高速、远程、抗干扰、成本低廉等优势，支持数据的高速传输，可以实时对数据进行远程采集、传输、储存和处理，为远程监控系统提供声音、图像及视频。现阶段，我国拥有3种网络制式：中国电信3G采用EVDO制式，为美国标准，该技术近期已被逐渐淘汰；中国移动采用TD-SCDMA技术，是最早投入运营的3G网络；中国联通为WCDMA技术，该技术全球通用，有着成熟稳定的网络技术。由于安全管理工作对网络稳定性的需求，工地远程视频监控系统的设计方案应采用传输速率384K～2Mbps数据传输速率的WCDMA网络制式。该网络费用由数据传输流量决定，并且支持1、2、4路视频同时传输。与传统网络相比，有以下优势：
①覆盖范围大。3G无线网络信号不受地理范围的影响，在我国任何一个施工现场，无论盆地、丘陵、高山、河道，都有3G网络信号覆盖。
②价格低廉。按流量收费，避免大范围布线所需资金成本。
③安装便捷。采取无线接入的方式，在任何监控点都可以方便地安装起前端视频编码器或网络摄像机。
④便于监控。只要有网络的地方，经过授权认证的工作人员可以随时随地通过手机或电脑通过视频进行监测。
3 3G远程视频监控系统功能及特点
3.1 3G远程视频监控系统功能
在现场施工时，无线移动视频监控系统可以在施工现场和指挥中心通过视频建立通信信道，当施工的场地出现紧急情况时，实现安全监控中心与被监控现场间的互联互通，将该区域的声音、图片或视频传输给监控人员，及时采取措施，对施工现场进行管理。建立起“即时、有效、畅通”的信息共享和控制机制，大大提高了施工安全管理水平。
①图像功能。通过系统的控制软件，控制平台可对摄像机、录像机进行定位，进行远程观察，图像的参数可以根据需要进行调整，视频图像可以根据需要进行切换，能够调阅历史图像，对特殊地点的图像进行抓拍，通过3G网络的信号传递，指挥中心可以通过PC和手机直接查看施工现场的视频、图像或者其他数据。
②双向语音对讲功能。通过系统的语音编解码器，可实现语音的双向传输，构建一条前方现场与后方指挥中心的沟通桥梁，实现了前方施工人员向后方指挥中心汇报情况与接收后方指挥中心下达的指令指示等功能，形成了施工现场的快速反应机制。
③系统的控制功能。控制功能是实现系统对施工的某些情况进行观察，由指挥中心的工作人员根据需要控制摄像机的机位，对摄像机的视频切换、摄像机的云台镜头控制等，实现对施工现场的调度和指挥功能，通过系统的控制功能，可以实现图像的地理信息、时间点的叠加功能，完成整个施工过程的记录，实现施工现场的报警信息联动机制。
④系统的报警功能。当指挥中心不能长时间监控前方施工现场的图像时，可使用系统的自动报警功能。当摄像机的图像通过前后比照后满足预设的条件时，系统会触发自动报警，前端设备根据报警的实际情况，给指挥中心反馈信息，系统具有报警信息的日志记录功能，对施工现场出现的报警事件进行记录，以便以后进行查证。
⑤系统的管理功能。系统的管理功能主要是实现工作人员ID的管理控制，对不同ID用户的权限进行分配，拥有不同ID权限层次的人员根据权限访问其身份相应的功能，防止用户的非法操作和非法用户的登录。
3.2 3G远程视频监控系统的特点
3G视频监控灵活性比较强，能够实现施工现场的实施监控和管理，监控平台搭建方便，实施结构简单，部署方便，容易管理。
①投资成本较小。由于采用的是3G网络通信，系统不需要架设通信系统，不需要进行组网建设，维护简单，在施工的过程中，只需要缴纳3G数据的通信费用，不需要其他的资金投资，节约了企业的投资成本。
②无线控制网络组建的灵活性和方便性。3G运营商的信号传输基础实施已经十分完善，无线视频控制系统只需要在外围搭建控制系统，不用考虑中心基站和外围设置，移动设备不受工作场地的限制，提高了网络组建的灵活性和方便性，3G网络传输的数据完全能够满足系统通信的要求。
4 远程视频监控系统方案
4.1 总体系统架构
考虑实际建筑施工现场的需求，在现场仔细勘察设计，选取最好的安装点进行视频监控采集，通过数据模块对采集到的信息进行处理，然后进行网络传输，以实现对整个施工现场的视频监控，及时发现施工现场发生的安全问题或存在的安全隐患，并确保施工现场每天24小时随时处于监控状态。同时，视频信息被系统自动本地实时存储，能够进行历史查询和数据分析。
该总体系统架构见图1。
系统由4大部分组成：
①前端采集模块。安装在施工现场所有监控点的前端采集模块，用于采集视频信息；
②数据处理模块。由前端采集模块采集到的视频数据，经过数据处理模块中的视频编码器进行流媒体处理，实现信号的A/D转换；
③传输模块。该模块负责将视频信息传输到后台监控服务器；
④管理平台APP。监控人员可以通过移动终端（智能手机等）上安装的管理平台APP查看监控图像，实现存储、浏览、控制、管理。
4.2 硬、软件功能
远程监控系统的硬件包括：计算机、移动终端、监视器、天线、服务器、报警装置、无线模块、编码器、解码器等。
①日夜两用型快球摄像机。该机器可以以360°旋转，监控面极大，转速极快，具有路径学习、动态检测、报警I/O、隐私打码等功能。在最低照度情况下，彩色照片可达0.4 Lux，黑白照片可达0.036 Lux。
②视频编码器。该编码器支持接入硬盘（硬盘容量≥2T），解码器具有双码流功能，以主码流1 000 K录像，4路视频能够连续拍摄超过60天，远程仅1路即可实现码流100 K码流数据实时上传，可调码流范围为40K～3M，适合一天24小时的不间断视频编码。
③流媒体服务器。采用塔式结构服务器，配备两块512M的全缓冲内存，有12个内存插槽，最大可支持48GB内存，有效降低内存寻址时产生的错误，使系统更加稳定，协助完成视频分发工作。
进行实时监测的管理平台软件，安全监控人员使用常用的播放工具（暴风、迅雷、金山等）即可观看视频，兼容性极高。主要功能如下：
①监测。实时观看视频、图像，可调出历史存储图像、可暂定定时截屏抓拍、支持投影仪。
②调控。实现传统监控矩阵控制主机的全部功能，参数可调节、画面可切换、云台镜头控制，字幕及时间可实现叠加。
③预、报警。联动控制报警信息，实现图像丢失报警、图像遮挡报警、前端设备运行状况报警、硬盘存储已满报警等。
④身份管理。根据ID分配权限，实现相应系统访问及操作，有效防止非法ID入侵。
4.3 关键技术
①H.264视频编码技术。为解决安全监控工作中，经常出现网络带宽不够、解码显示错误、硬盘存储资源有限上等问题，可以采用H.264视频编码技术。该视频编码技术有统一的VLC符号编码，能够高精度、多模式地进行位移预估、在一定范围内，支持更细的分像素运动矢量图像的整数变换。H.264算法具的很高的编码效率，该技术可以更好地压缩视频，并能够适应多种不同的信道，对各种不同制式的3G网络的有很强的适应性。
②TCP协议。为保证远程安全监控的传输实时，并且图像信息不失真、不丢失，可在传输层采用TCP协议。
③专线接入方式。为保证网络稳定性，保证数据上传速率达到远程监控的要求，后台数据服务器通过网络专线方式接入，保证带宽访问充足。
5 其他功能补充说明
GB 50339—2003《智能建筑工程质量验收规范》中明确说明：建筑设备监控系统用于对建筑物内各类机电设备进行监测、控制及自动化管理，达到安全、可靠、节能和集中管理的目的。对于建筑设备监控系统的功能，本文作出以下归纳。①监控设备须具备自动调节功能，以实现不断变化的外部环境。②设备启动、运行、停止应连锁操作，确保安全监控工作正常进行。③监控设备应具备自动检测功能，以便于及时维修。④系统应提供相应的技术文件和工程实施及质量控制记录。⑤监控系统的检测在系统试运行连续投运时间不少于1个月后进行，以系统功能和性能检测为主。
6 系统的实现
笔者所在公司于2009年建设了远程视频监控显示系统，整体系统中心采用CS加BS架构。前段摄像机采用双码流技术，主码流在本地实现高清晰录像，副码流通过网络完成向后台服务器的实时传输，这样既降低了视频数据流对传输通道带宽要求过高的弊端，又同时保证了录像资料的清晰度。在传输通道的选择上，考虑施工现场的实际环境和网络情况，采用中国联通的3G网络传输，通过无线方式将前端摄像机的图像信息经互联网发送到后台视频监控服务器上。前端各路视频数据通过网络传输到后台视频服务器，后台视频服务器再通过流媒体服务器将数据进行转发，使得各级生产管理及安全质量监管人员可通过电视墙、电脑、手机等多个终端同时查看各个施工现场，这样就极大的保证了对现场监督的连续性和实时性。
在系统建设初期，监控前段试验性的安置在以下几个重点施工现场。
①在跨某城市主要交通干道的连续梁浇筑现场，安装了四路监控点，分别置于连续梁上两端工作面与梁下两端，施工管理部门可以每日对连段梁两端施工推进进度、现场施工防护人员的到位情况进行检查。
②在高速铁路轨道板的现场预制车间内安装监控点对轨道板的制作流程进行全程监控，对于制作过程中的材料使用情况、生产人员的到位情况、生产操作规程的执行情况进行远程查看，并通过录像设备进行录制，为后期检查提供依据。
③在隧道内施工的台车上安装2个监控点，监控隧道内施工人员是否到位、施工作业流程是否规范，施工现场是否存在明显安全隐患，为监管部门提供隧道施工一线的实施情况。
④在既有线施工现场按施工沿线安装视频监控设备，主要监控吊车等大型机械设备是否侵限、现场防护人员值守是否到位、劳动力的使用情况和现场人员否按时退场，保证既有线施工过程的全程监控。
视频监控系统完成安装后，公司各级生产管理部门和安全质量管理部门对现场施工的掌控力度得到了极大提高，不用再频繁地来往于施工现场，节省了大量的差旅费用，极大地降低了管理成本和管理反应时间，提高了工作效率。
7 结束语
鉴于当前传统的视频监控系统实时性差、传输效率低等缺点，本文提出了基于3G网络的工程建设施工现场的远程视频监控系统。基于3G的远程视频监控系统将计算机技术、网络技术、视频压缩技术等融为一体，帮助施工企业及时掌握工地的现场施工情况，有效地促进了施工现场安全文明施工，提高了建筑工地安全生产的监督水平和工作效率。
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