1、上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区视频监控系统建设与应用上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区视频监控系统建设与应用摘要:本文概述了上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区视频监控系统建设的相关技术和主要特点,同时结合保护区特殊的地理环境和保护对象,详细阐述了视频监控系统在保护区内的应用以及在自然保护区建设方面的重要意义。关键词:保护区 监控 建设 应用上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区位于长江入海口,我国第三大岛 崇明岛的最东端,是我国规模最大、最为典型的河口型潮汐滩涂湿地之一,是具有国际重要意义的生态敏感区,是亚太地区候鸟迁徙路线的重要组成部分,对维持迁徙候鸟种群的生命过程发挥着重要作用,是长江水系和东海近
2、岸水生生物的重要洄游通道和繁育场所。保护区由东海向内陆依次为水域、光泥滩、海三棱藨草和藨草带、芦苇带及鱼虾蟹塘人工湿地。目前,崇明东滩记录到的鸟类有290种,其中鹤类、鹭类、雁鸭类、鸻鹬类和鸥类是主要水鸟类群。据统计,每年在崇明东滩湿地栖息或过境的候鸟超过100万只次;有8个涉禽种超过1%的数量在迁徙季节到崇明东滩逗留栖息。为保护这块独特而又宝贵的湿地资源和生态环境,给鸟类的栖息以及过境提供一个优良的场所,达到对保护区进出人员、疫源疫病控制、反偷猎、自然灾害预警、鸟类活动情况,关键物种监测、设施设备安全情况以及其他突发情况等因素进行有效监控和预警的目的,建立崇明东滩保护区远程视频监控系统。1
3、系统概述整个系统的构成:在东滩保护区建立摄像机监控点,然后通过无线传输方式将视频信号传输到位于保护区管理处的监控中心,构成一个重点目标监控的应用系统;同时数字编码的网络视频流通过上海市公务网等各种传输网络接入上海市绿化和市容局的视频监控系统。由于东滩保护区需要监控的环境比较宽广,因此在保护区沿植被与光滩的交界带安装3个监控点,选用高精度云台、超望远摄像镜头、超低照度摄像机及联动控制系统的有机组合形成一个可以在夜间低照度的情况下进行几公里范围的监控系统。其中,2个为透雾监控点,在重要监控位置为1个高清监控点。由于这3个点均位于潮间带,所以在相应的监控点处构筑一定面积的基础平台以供安放相关的风光互
4、补发电设备及监控塔。另外,根据实际应用,在每个管护站和管理处办公大楼建立6套一体化球星摄像机系统,监控该地区的各个重要出入口,同时依托先进的软件技术,实现监控点位之间的快速切换以及重点目标的多摄像机联合监控。管护站内随时查看图像进行实时监控,同时通过无线方式将图像传送到保护区管理处。此外,在保护区科普教育基地及周边布置有6个可控监控点位,7个固定监控点位。2 系统设计2.1 设计原则在满足系统安全实用的前提下,选用能够代表当今国际领先水平的本行业优秀产品,特别是符合通信技术的发展趋势,以使该系统在未来10年乃至更长的时间内保持技术的领先和实用。同时在技术上力求周密设计、精心施工,保证系统达到功
5、能先进、性能可靠、扩展简便、操作方便的特点。在强调措施分层次周密考虑的前提下,积极认真地结合今后保护区管理处各项措施和规章制度,建议和提醒增强重要场所的防范手段,确保建立一个完整的图像监控系统,有效地为日常管理服务。2.1.1 实用性从保护区管理处的角度出发,在保证性能优异的前提下,充分考虑系统的投资成本,通过优化设计,选择性能价格比最佳的系统设备,提供极具竞争力的价格和服务。设计中所作的系统配置和设备选型,以及系统的功能实现方式都在国内的大型城市系统工程中有过成功的应用实例。2.1.2 标准性系统的技术和设备都遵循业界标准,提供标准的接口,使系统具有较高的灵活性,可方便地实现与其它系统的互联
6、,同时可适应今后系统升级和引进新技术。机房设备沿用工业标准设计(19英寸标准宽度,1U/2U等标准层高),便于工业化安装和和配置。2.1.3 可靠性监控中心具有很高的防护级别,系统应保证常年全天24 h连续不间断运行,一旦因故障停机将给用户带来极大的不便,甚至是重大损失,为此,我们在系统设计中突出了系统的稳定可靠性、可替代性和维护性。2.1.4 开放性作为系统的重要组成部分,系统能提供符合国际标准的通信接口及协议,与其他子系统设备均能较好兼容,便于系统集成和进行网络化管理。2.2 系统主要功能2.2.1 实时视频图像调用在监控中心可以对任意远端的视频图像进行调用。可以对所有的前端视频进行分组,
7、只要点击摄像机组的名称,组中的摄像机会同时在空闲窗口中显示出来,方便管理人员通过监视多个图像对某个临时事件进行跟踪。同时操作人员可以随时暂停实时监视画面,使其定格以进行仔细察看。2.2.2 摄像机控制及预置位系统可以通过应用程序界面对摄像机进行控制以增强监视功能。操作者只要简单的挪动鼠标在画面上移动便可以实现左、右、上、下等多个方向的旋转以及镜头的拉近拉远。同时可以调节镜头的聚焦以及光圈的大小以控制通光量。通过应用系统界面,还可以为摄像机创建并保存预置位置,可以避免用户在经常观看某个视角时不断的对摄像机进行调整,通过调用预置位,可以直接将摄像机旋转到预先设定的位置和角度。2.2.3 录像文件检
8、索回放通过调用,可以对历史存储视频进行回放和处理。通过设定起始时间或者开始时间及持续周期,系统会自动对该时段视频进行检索并显示在相应的窗口中。通过调整回放速度,可以实现标准、2倍、4倍、16倍的快进和快退速度,方便在视频中快速定位所需要的画面。2.2.4 电子地图支持电子地图可以配合实况视频和录像视频使用,可以设置多层地图以显示主环境中的更多细节,地图中迭加的摄像机图标可以方便管理人员的直观操作。2.2.5 基于WEB的客户端调用程序构建监控分控制中心系统可以通过配备WebServer服务子程序,支持远程客户基于WEB浏览器来调用视频的软件。基于WebServer服务子程序,可以使远程用户直接
9、访问WebServer以获得实时视频和录像资料。2.3 系统特点2.3.1 风光互补绿色新能源为了减少对湿地环境的干扰与破坏,同时做到节能减排,系统采用了风光互补绿色能源为野外设备供电。系统日平均发电量为7度,电池容量144 kWH,可以保证系统在8天连续阴雨天正常用电。为了保证供电系统的稳定性,还采用了双逆变器冗余,一组逆变器故障时自动切换到备用逆变器上,并同时将故障信息以短信方式发到维护人员手中。2.3.2 广播级高清视频技术保护区核心区南部,常年聚集一些珍稀鸟类,可以说是东滩保护区最重要的鸟类监控点。为此,在这个区域,专门设置了一个高清监控点,安装广播级的专业监控摄像机,采用3CCD成像
10、,图像质量非常优异,同时配备高精度云台、42倍长焦镜头,在方圆2 km的范围内形成一个全方位、高清晰度的监控区域。2.3.3 高精度云台和数字化技术精确控制摄像机大范围的监控需要有高精度的云台来配合,从而实现对每一个细微处的监控。这套系统的云台结合计算机和智能化技术,实现了一个可编程管理和控制的智能化设备,利用云台,护罩以及内置专用智能化电路功能,可以就设备的任何参数进行双向的控制和管理,包括水平转角、垂直转角、雨刷动作、镜头光圈、变焦、对焦、白平衡等等均可双向的输出和控制。通过计算云台当前角度、焦距、仰角等参数。计算出当前视角弧度、半径、结合该区域的GIS系统,形成一个监控区域的数字化网格,
11、通过把GIS数据与云台关联,通过GIS平台即可实现所指即所见的效果。2.3.4 长焦距高倍透雾摄像机东滩地区常年湿度较大,形成无法消除的大量水雾。采用常规的视频监控手段难以有效实施对保护区的长时、有效监控。为此,本系统采用长焦距高倍透雾摄像机,通过专用的高精度光学转换器件,专用CCD成像器件,从光学、电子、软件多方面构成一个光、电一体化的专家级视频透雾监控系统。可以实现在大雾天气视频监控能见度提高1.710倍,有效解决雾天无法清晰监控的问题。2.3.5 无线传输技术系统采用无线传输技术为基础构建了视频的传输链路,避免了在保护区及一线大堤的管线开挖和线路铺设,保护了自然环境。同时,为了解决高清图
12、像传输质量不损失,选用了宽带无线传输技术,达到了54M的传输带宽。3 系统组成和拓扑结构3.1 系统组成3.1.1 监控前端部分摄像部分是电视监控系统的前沿部分,是整个系统的“眼睛”。摄像机的好坏以及它所产生的图像信号的质量影响着整个系统的质量。崇明东滩监控系统前端设备主要分为两种:普通监控设备和高精度、超长焦监控设备。3.1.2 传输部分信号传输系统是整个系统的神经,它直接关系到整个系统是否能够正常运行。由于东滩保护区的特殊性,前端设备和管理控制中心距离较远,而且基础环境建设存在很多先天不足,因此视频信号和控制信号采用无线编码传输方式。前端摄像机图像,可以采用点对点和多对多两种形式的无线编码
13、器传输视频图像给管理控制中心,并将控制中心的控制信号传输至前端设备。3.1.3 管理控制中心控制中心系统主要完成系统管理和应用职能,其主要功能包括系统平台设置管理、实时视频监视(软件解码和硬件解码)、系统视频录像回放、报警接受处理和智能分析规则设定等等。系统的管理是通过主管服务器及其配套的客户端服务器来实现的。此外,视频分配器、视频切换矩阵、嵌入式硬盘录像机、视频显示系统等也均设置于管理控制中心内。3.1.4 保护区管理处与市局监控中心联网部分保护区监控系统采用模数结合系统与数字系统混合的系统,通过政务网接入市局监控中心。对于图像全景拼接系统,在保护区控制中心部分是基于千兆以太网的数字管理系统
14、,这部分系统与市局的联网方式也采用数字方式。前端摄像机接入保护区管理控制中心的图像是模拟图像,图像先接入视频切换矩阵,然后再通过视频编码器和硬盘录像机,将模拟先好转成数字图像,从而够成了一个模数结合的监控系统,管理处监控中心传送2路实时的监控图像到市局监控中心,实现联网控制。4 系统应用4.1 人员、车辆进出管理崇明东滩保护区作为一个国家及自然保护区,实行严格的出入管理。进出保护区的每个道口分别设置有管护站,对进出人员、车辆等进行管理。每个管护站道口均配备有监控系统,对以上情况进行实时监控,录像,方便管理。4.2 滩涂人员活动监控保护区内因科学研究、特殊作业等原因,会有各类人员活动。为监控此类
15、人员的活动,确保其活动的正当性,合法性,同时也为了确保其在此区域的安全,需要对其进行密切监控。一旦发现特殊情况,可以立即响应,及时处理。4.3 疫源疫病控制疫源疫病监测是保护区一项日常工作,也是一项重点工作。由于东滩保护区的特殊地理环境,完全由人工监测存在一定的盲区,也无法做到常时监测。通过设置于滩涂上的监控点,可以有效地与人工监测进行互补,做到恶劣天气情况下,涨潮情况下对重点区域的疫源疫病监测,及时发现疫情,有效控制。4.4 科研监测东滩保护区内根据季节不同,常年有各种鸟类栖息觅食,其中不乏多种珍稀鸟类,包括白头鹤、灰鹤、小天鹅、东方白鹳等等。监控系统可以在不影响其正常活动的情况下,有效地对
16、其进行长时间监测,密切追踪其活动,并且提供高清晰度的影响资料,为对其进行深入研究提供宝贵的科研资料。4.5 反偷猎通过设置于鸟类活动密集场所的摄像头,可以对进入保护区核心区的不法偷猎者进行严格监视,追踪其动向,为抓捕偷猎者提供实时指挥。同时通过高质量的监控影像也可以为公安机关调查、取证提供极大的便利,有效震慑不法分子。4.6 科普宣传作为上海市仅有的两个国家级自然保护区之一,崇明东滩保护区越来越受到各方面的关注,保护区的科普宣教工作也日益繁重。但是鉴于保护区特殊的性质,很多市民都无法深入保护区核心区,从而无法对保护区有个直观的感受。通过视频监控系统提供的实时高清画面,可以让市民有一个身临其境的
17、感受,更好地了解崇明东滩的生物多样性,增强崇明东滩河口湿地保护价值的对外展示力度。同时,日常拍摄到的各种珍稀鸟类、自然风光的视频也可以为其他宣传活动提供丰富多彩的素材,提高宣传效果。4.7 自然灾害预警视频监控系统由于设置在一线大堤之外,所以可以更有效、更直接地动态监测各种自然灾害,包括台风、暴雨、大潮等的影响,可以为相关部门提供第一手资料,从而帮助其作出有效、及时的判断,减少不必要的损失。5 结论整套系统采用国际先进的技术集成,能在恶劣的环境中安全、可靠运行,为东滩保护区日常管理和建设提供了多方面的帮助,是保护区加强保护和管理的有力补充和坚强手段。同时也为其他保护区的建设和管理提供了技术支撑和宝贵经验。参考文献1 金鉴明.自然保护区概论M.中国环境科学出版社,1991.2 黄晓利,唐德明.江苏海门蛎蚜山牡蛎礁海洋特别保护区实施远程视频监控方案探讨J.海洋开发与管理,2008,25(11).3 徐宏发,赵云龙.上海市崇明东滩自然保护区科学考察集M.中国林业出版社,2005.
