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船舶视频监控方案及卫星通信网络对比分析

徐航
摘 要 本文分析了船舶视频监控系统的建设可行性和实用性，并结合船舶实际情况，对船端视频监控系统建设，岸端视频显示监控方式做了详细阐述。介绍了目前主流海上卫星宽带通信网络的优缺点。结合全球航运船舶的应用需求，分析了海事卫星第五代卫星通信系统的特点和功能。
关键词 船舶视频应用；卫星宽带网络对比；第五代海事卫星
TP3 A 1674-6708（2017）199-0114-03
1 船舶视频监控应用需求
运输船舶常年处于全球各主要航线运行，由于行业特点和作业方式的特殊性，远洋船舶需要在茫茫大海上连续作业和航行，对于船舶、人员和货物安全要求也越来越高，迫切需要对海上作业现场的情况需要更加实时直观的了解，以便进行监督管理和指挥调度从而提高海上作业现场的安全性和工作效率。高清视频监控是直观了解远端现场作业情况的最佳方式，目前相关的视频监控设备和技术已经非常成熟，在陆地上的各行各业得到了广泛应用，但由于视频监控需要较高带宽，远洋船舶卫星通信通道的带宽和成本一直都是制约海上视频监控应用的瓶颈。本方案从全球船岸宽带卫星通信的角度提出了实现远程视频监控的思路，可以满足远洋船舶视频监控应用需求。
2 船舶视频监控方案概述
运输船舶的航行区域遍布全球，要满足对所有海上船舶视频监控的带宽需求，首先需要选择一个能够全面覆盖全球航线区域、并且具有较高可靠性和较低使用成本的宽带卫星通信网络，另外针对航行作业环境和船员素质条件，需要对船载卫星通信设备的性能进行有针对性的选择，以确保系统能够长期稳定可靠运行，达到系统建设的预期应用效果。
系统总体结构如图1所示。
船舶远程视频监控系统主要由船端视频监控子系统、船端卫星通信子系统、岸端显示控制子系统三大部分组成，各部分的详细组成和功能如下。
2.1 船端视频监控子系统
船端视频监控子系统主要由分别安装在大桅顶端和左右两舷的三个云台摄像机及视频存储和编解码设备组成，根据对实际船上设备装备的具体情况，本着充分利旧的原则，本方案针对已有视频监控系统的船舶和没有视频监控系统的船舶设计了不同的解决方案。
2.1.1 船上已有视频监控的船舶
在已经安装了视频监控系统的船上，可在充分利用原有视频监控设备的基础上，增加网络视频编解码设备，用于将原有模拟视频信号进行数字化编码后以便通过卫星网络传输到岸端指挥中心。系统结构如图2所示。
2.1.2 船上没有视频监控的船舶
对于没有任何视频监控设备的船舶，本方案采用先进的IP高清云台摄像机和网络视频录像机（NVR）等设备组合，在船上新建一套纯IP化的视频监控系统。系统结构如图3所示。
2.2 船岸宽带卫星通信子系统
远程视频监控应用的核心是将远端的视频信号传输至指挥中心，实现对多个远端地点的集中监控管理由于视频传输所需带宽非常高，一般每路全高清视频（1080P）需要2Mbps带宽，为了保证传输质量，在陆地上的视频传输方式主要依靠光纤宽带网络实现。针对陆地车辆等移动场所的视频监控，通常采用降低图像质量的信号并经专用的压缩处理后，使用3G/4G网络进行远程传输。由于船舶与岸端的通信只能依靠成本较高的卫星通信实现，因此，需要在在用较高压缩比例对视频信号进行处理后，选用一种具有较高带宽的卫星通信系统作为船岸间视频信息的传输通道，以宽带IP通信方式将船上视频监控系统的视频图像远程传输到岸上指挥中心。基于当前的视频压缩和传输技术限制，最低的船岸视频监控传输带宽也需要1Mbps以上，同时为了满足全区域覆盖的特殊需求，船岸宽带卫星通信首先应选择具有真正全球覆盖能力和较高可靠性的卫星网络，并且具有全球服务能力的网络和设备供应商。
2.3 岸端显示控制子系统
岸端控制子系统是岸上视频监控用户查看和控制船上视频监控系统的客户端，为用户提供远程查看、远程控制摄像机和云台、大屏幕播放等应用功能。同时支持手机移动端查看。
3 海事卫星L+Ka波段FleetXpress宽带通信系统
海事卫星第五代卫星FX系统于2014年推出，在2016年3月份完成了全部三颗卫星发射并提供服务，构成了国际唯一真正覆盖全球系统的Ka波段宽带卫星通信网，系统通过遍布全球、互为备份的6个卫星地面站和可靠的环形地面网络实现与地面网络的可靠互联互通；FX业务的Ka波段船载终端与船上现有的L波段FB终端实现自动无缝切换，提供具有最高可靠性的卫星通信保障，实现船岸间最高可达50Mbps带宽的数据通信通道，可以为远洋船舶提供真正可靠的全球宽带卫星通信服务。
3.1 Ka+L双波段高可靠性网络结构
FX业务船端系统以Ka波段宽带卫星通信终端为核心，解决了船岸宽带通道问题，同时为了提高船舶通信可靠性，船上网络通过自动切换方式实现与现有FB和船舶局域网系统整合，与船上的局域网接入并实现统一管理系统。船端网络结构如图5所示。
3.2 FX业务应用功能
FX宽带卫星通信系统通过在船上加装最先进的海事卫星五代星GX终端，并与船上现有的FB及船舶局域网相融合，为船队提供全天候、全球覆盖的可靠宽带卫星通信保障。主要功能如下。
3.2.1 无限流量的全球覆盖宽带卫星通信
海事衛星FX系统是一个无限流量卫星宽带通信系统，用户只需选择不同通信带宽，无需关心通信数据量的大小，在L波段FB网络和Ka波段VSAT网络上都享受相同的资费政策，彻底改变单纯使用FB或其他VSAT网络时的数据流量的限制模式，在任意使用情况下，每月的通信费用完全可控。（FX系统内捆绑使用的FB设备不再单独收取流量费）。
3.2.2 GX与FB自动无缝切换
通过船舶通信网关将Ka波段的GX终端与船上现有的L波段FB终端融合和自动切换，在日常使用时以GX宽带业务为主，如因天气等原因导致GX业务无法使用时，将自动切换到FB网络以确保船岸通信全天候可靠畅通。在卫星网络切换后，船上局域网的所有应用和服务的地址都不会受到影响。
3.2.3 系统自带的IP语音（VoIP）电话直拨
船舶在GX网络应用时，通过海事卫星成熟的地面网络系统，目前标准的GX船端设备即可为船上提供最多5路IP语音电话直拨功能，使用此IP语音电话费用低，并且不占用系统的带宽和数据流量，也不需要船舶和公司端的任何硬件和人力投入，即可实现全球直拨IP语音电话功能。
3.2.4 网页浏览自动压缩加速和访问控制
船上网络访问的所有网页，都会在地面站服务系统中对网页内容进行自动压缩、过滤和传输优化，还可对音视频内容和弹出广告等内容进行限制，以节省网络流量和带宽开销，提高网页访问速度；系统还可根据网页内容进行过滤和限制，确保船舶网络访问安全。
3.2.5 高频率船位跟踪
系统提供实时船位跟踪功能，可实现对船舶位置的分钟级的监控以及历史轨迹查询功能，并可在公司端进行集成展示和远程控制，提高船舶管理工作效率。
3.3 卫星通信波段特点对比（见表1）
4 结论
随着船舶信息化应用需求的不断扩大，船舶视频监控系统必定会在货物监管、航行安全、船员远程医疗等多方面有更广阔的应用场景。而更优质、领先、高效的全球化卫星通信网络更好的保障了上述船舶信息化系统的稳定运行。随着船舶技术的不断更新和突破，全球化的海上宽带卫星网络将发挥越来越重要的作用。endprint
科技传播2017年22期
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