安徽省淮河河道管理局 安徽省蚌埠市 233000
摘要：无线通信领域中，4G技术已经成熟使用，5G技术即将投入使用。水利行业的视频监控在近年来发展的增快，视频监控的网络方案选择中，无线通信由于其成本的降低已经被重视起来。笔者结合多年信息化行业领域中对视频监控的建设积累了一定的经验，结合水利行业的特点介绍了无线网络技术在水利视频监控中的应用前景。
关键词：水利；视频监控；4G网络；5G网络
1.概述
信息科技的发展日新月异，通信行业作为信息技术的基础，其发展很大程度上决定了其他技术的瓶颈。在第二代通信技术（2G）时代，通信往往只意味着短信和电话，随着通信技术的发展，第三代通信技术（3G）的发展[1]，第四代通信技术（4G）成熟[2]，在安防监控领域中，也开始加入了越来越多的无线通信的案例。
当前，4G无线传输是主流的无线传输方式，TD-LTE和FDD-LTE是4G网络下的两种模式。而5G的建设和使用，也5G目前的达成一致的国际标准是，5GNR信道编码标准，即eMBB场景标准，美国高通公司主导了eMBB的上行下行数据信道，中国华为公司主导了eMBB的上行下行控制信道。中国参与制定新规范，以及网络安全需求日益增加的现状，使得在我们在选择网络方案时，会更加倾向选择国产设备。在5G时代，国产网络设备、监控设备都处于领先全球的状态。在水利行业，使用无线网络视频系统方案，对于水利事业的管理有益处，对于重点水利单位网络安全保护有益处，对于我们国家的发展和品牌的保护有益处。
2.视频监控系统在水利行业的应用
2.1视频监控系统的相关技术
（1）音视频编解码技术。
目前安防领域中数字视频监控已经基本取代了模型视频监控，基于IP技术的数字视频监控系统采用数字编码压缩技术也由MPEG4发展到H.264，到现在的H.265。视频监控的分辨率越来越高，H.265压缩率更高、流量更低，同等图像质量下，数据量只有MPEG4的1/6，H.264的1/2，其存储空间也相应的减少，视频内容的质量上升许多，而且可以节省下大量的网络带宽。
（2）音视频网络传输协议。
视频传输协议分为RTP（实时传输协议）、RTCP（实时传输控制协议）、RTSP（实时流协议）、HTTP（超文本传输协议）、UDP（数据报协议）、TCP（传输控制协议），视频传输协议中往往需要根据不同的传输情况对传输协议进行组合。
（3）音视频监控展示
音视频在经过前端设备的采集后，在后端需要进行展示，最终呈现在客户端的过程。一般来说，复杂的视频监控展示，需要经过中间存储环节、传输优化环节、音视频显示环节等。
2.2水利监控的应用场景
（1）河道及堤防监控。河道管理部门通过视频监控河面清洁污染情况，河面违法采砂情况，堤防违规建设现象，重点河道堤防处塌方情况，重点防汛物资物料堆放情况。
（2）水闸监控。大小型水闸需要对水闸前后水位、水质以及开关水闸时是否有无关人员靠近进行监控，重点控制室、动力室异常情况监控等。
（3）水库监控。固定水库的水位、水质情况，水库闸门、水坝的周边情况。
（4）移动视频监控。使用车载视频监控、无人机监控，将现场情况通过无线网络传输到指挥中心，指挥中心直接与现场工作人员联系进行事件处理。当发生应急防汛时，固定的视频往往存储覆盖面不足或者固定线缆损坏，通过车载或者无人机搭载广播系统，从而达到指挥、警告或者驱散的效果。
2.3水利无线视频监控的优势
在水利行业中特别是河道管理中，由于河道战线长，穿过的地段不一，有线网络往往难以兼顾。一些重点地段为了加强河道管理，需要视频信息的接入。
导致其处于管理上难点痛点往往就在其地段离人群聚集地距离较远，其电力及网络信号供给有难度。电力传输上可以通过太阳能供电代替解决，网络上采取无线传输的方式。
无线传输的速率分为上行速率和下行速率。视频监控中无线传输发送设备放置在现场视频监视点，接受设备一般放置在集成机房。故水利视频监控无线传输速率计算主要以上行传输速率为准。4G的传输带宽是4G网络的下行速率能达到100Mbps，上传的速度能达到20Mbps。5G的最高下载速率能达到1Gbps，上行速度约为100Mbps。视频监控的发展从模型信号到现在的数字信号，随着清晰度的提升，所需占带宽也随之提升。根据分辨率及传输帧数的不同，占用的带宽从512Kbps到8Mbps不等。
从目前主流摄像机使用情况上来说，以及带宽计算的理论值，4G网络完全可以满足。但是实际应用还有其他的因素影响了这样的解决方案。
（1）使用无线传输的场合往往野外，由于其基站的缺少，其传输速率很难达到理想值。
（2）随着视频监控技术的进步，分辨率更高、帧数更高、画质更清晰的摄像机在逐步投入应用，对于带宽需求的提升又上了一个新的档次。以4K摄像机30帧为例，其传输码率在H.264的视频压缩方式下约为50Mbps，其传输码率在H.265的视频压缩方式下约为25Mbps，如果提高拍摄帧数，其传输码率还会随之增加。
（3）在4G网络制式下，其资费往往限制了视频传输的效果，而5G的普及必将对同样流量下的资费进行大幅度的下调，从而减少无线网络视频方案所需要的成本。
所以可以预见，5G的普及将使无线监控在水利行业中得到更广泛的应用。
3.水利无线视频监控系统
3.1前端设备
无线视频系统与有限的区别主要在于前端设备的不同，前端设备中主要包含了前端摄像机、太阳能供电设备、智能控制设备。
（1）前端摄像机。考虑到野外作业的特殊性，前端摄像机一般采用微功耗型设备，定制性较强。一般的摄像机从适配性上考虑能在多数场景下使用，而微功耗设备则更加用途对其控制云台、雨刷、支持协议等做优化处理。
（2）太阳能供电模块。①太阳能电池板是供电模块中的重要模块，主要由多块单晶硅太阳电池串联组成，根据其峰值电压、功率、转化率、展开面积等指标作为选型指标。②电池存储。由于在野外环境下使用，因此要求电池组密封安全可靠、比能量高、内阻小、自放电率低、充电接受能力强、循环寿命长、密封反应效率高。在这种情况下，使用锂电池就成为一种较好的选择。18650型工业锂电池模块是现在较为成熟的锂电池模块组。在安装防雷模块以及对应野外环境的IP65以上防护等级的防护处理，可以应对较为复杂的野外情况
（3）智能控制。智能控制主要指摄像机使用策略智能设置。根据使用环境的不同，光照时间会有差异，光照时间不足或者光照强度不够时，可以启动设置中的用电时间设置（当不需要视频采集时，通过前智能主控模块对摄像机和云台断电）。在电池耗光之前，记录当前的云台角度、镜头状态，断电重启后能够返回断电之前的使用状态。在检测到通信状态异常，启动本地存储功能，在一定时间内通信恢复可以进行本地内容自动续传等。
3.2无线网络系统
根据本地的网络信号覆盖程度、资费情况等因素，从移动、联通、电信中选择网络供应商，根据本地网络规划，给网络设备规划安全合理的路由系统架构。
4.结语
通信技术在不断发展，5G无线网络技术也准备初步投入使用，使得网络速度增加，而资费不断降低。水利行业中的监控需求中存在监控点分散、部分监控点有线网络难以布设的问题，5G网络的推广能够更好的解决这一系列问题。预计未来5G无线网络技术在水利行业视频监控系统中能够得到更广泛的应用。
参考文献
[1]周堃，彭迪，刘曙光，段俊艳.3G无线流媒体技术在水利监控的应用[J].水利信息化，2010，12（5）,72.
[2]李永贵.大规模水利视频联网监控解决方案研究[J].人民黄河，2010，9（9）,18-20.