分体头戴式无线音视频传输记录仪研制

国网白银供电公司 张军红 张少辉 张乐桢

为了提高野外电力作业人员的安全和作业效率，利用作业现场必须带安全帽这一特性，将高清摄像头、耳机、麦克风和全双工无线对讲机微型化集成于安全帽上，设计了一套可无线全双工对讲、无线视频传输和音视频同步存储的音视频监控指挥系统。本系统可以帮助野外电力作业人员实现多人全双工对讲，并且指挥人员可以实时地监控作业人员和电力设备的工作情况，制定合理的决策并执行，同时系统会同步存储音视频数据，方便安全或质量事故的判定处理。通过本系统的使用，可以解决野外电力作业无手机信号地区使用传统对讲机通信效果差且无法监控指挥的问题，提高野外电力作业效率和管理水平。

一直以来野外电力作业特别是架空绝缘导线的维护都是比较困难的，在进行野外现场电力作业过程中，作业人员一般都使用传统的对讲机向相应指挥人员描述情况，并根据指示完成相应工作。常规作业沟通方式的优点为：成本低、传输距离较远，对讲机通信有效传输距离大约为500m，能基本满足工地现场的使用要求。缺点为：现场人员在进行高空作业时手脚行动不便，在使用传统对讲机进行通信时需要用手按着对讲机，才能把信息发送出去，且传统对讲机多为半双工设备即要么接收，要么发送，只能同时完成一种功能；如果出现多人同一频道发送，就会出现很大干扰，听不清楚任何一个人的说话；在使用对讲机进行通信时只能传输音频，口述问题很难将问题描述清楚，也不直观，很容易让指挥人员理解歧义造成误判；在作业现场出现问题后由于没有现场数据记录，很难找到责任人。因此，研究一种沟通操作方便，能实时记录传输的通讯工具，具有较为重要的现实意义。目前，一种具有音视频传输功能的安全帽，这种安全帽将高清摄像头、耳机、麦克风和全双工无线对讲机微型化集成于安全帽，可实现远程监控和全双工通信并能对现场的音视频数据进行记录。该方案采用的是3G或是4G无线数据网络进行数据传输，使用无线数据网传输虽然可以将音视频信号传输到千里之外，使得沟通零距离，但使用时音频视频数据是通过3G、4G按流量计费的，使用成本较高且无法在没有信号覆盖的地方无法使用。尽管现在说手机信号全球通，但在野外的电力线路，很多地方是没有手机信号覆盖的，在这种情况下还是无法使用的。因此很有必要开发一种新式通讯工具，既具备音频视频实时传输、存储功能，又不依赖3G、4G网络。

本文针对以上问题利用现代先进的电子信息技术和无线电技术，将电力作业时需要带安全帽的特性与音视频监控系统结合，研究了一套适用于野外电力作业的智能音视频监控指挥系统。该系统可以在野外电力作业现场快速搭建一套无线多人全双工对讲系统，不依赖外部网络，无需手工操作，就可实现多人同时全双工语音交流，并能够实时传输音视频信息到主控箱帮助指挥人员了解作业人员和电力设备的情况，方便指挥人员调度指挥，与此同时还会同步存储音视频数据，方便安全或质量事故的判定处理。

1 解决方案

1.1 系统主要装置及结构方案

野外电力作业智能音视频监控指挥系统主要是基于WIFI宽带无线通信系统和数字音视频监控系统，无线宽带无线通信系统作为现有工业以太网的补充和完善，可以扩充宽带网的覆盖范围。

野外电力作业智能音视频监控指挥系统，由若干个安全帽部分、主控箱部分以及至少一个无线收发器。安全帽部分包括安全帽布套以及集成在安全帽布套上的摄像装置、存储装置、音频输入输出装置、WIFI模块和电源；电源为摄像装置、音频输入、输出装置和WIFI模块供电；摄像装置和音频输入输出装置的数据线分别与WIFI模块连接并且还将数据输入存储装置进行存储；主控箱部分包括主控无线收发器和移动终端，无线收发器和主控无线收发器均内置WIFI模块和自组网模块，各安全帽部份分别通过无线WIFI与无线收发器之间实现WIFI连接，无线收发器和主控无线收发器之间通过自组网模块构建成免费频段的无线自组网，移动终端与主控无线收发器之间通过无线WIFI实现连接。当开启电源时系统将会自动进行自组网，作业人员无需手动操作就可以实现全双工对讲，指挥人员也可以实时通过主控箱了解现场情况进行同步指挥。

1.2 安全帽设计

针对野外不同工况下作业和对通信传输距离的要求，本文提出了两套安全帽的设计方案。

安全帽由可穿戴的帽体部分和一个无线收发器两部分组成，可穿戴帽体部分包括安全帽布套、摄像头、耳麦、存储装置和WIFI模块等组成，设计时考虑将电子设备在安全帽前后左右均匀分布，以保证安全帽的平衡性；无线收发器无需作业人员带在身上，通过WIFI与各安全帽部分进行连接通信，同时无线收发器和主控无线收发器之间通过自组网模块构建成免费频段的无线自组网进行通信。

方案二主要是在方案一的基础上进行了改进，针对每个安全帽配置一个无线收发器，并且无线收发器集成存储装置、WIFI模块和电源，设计将无线收发器置于作业人员腰间的皮带上，无线收发器和安全帽之间通过一个线连接，这样无线收发器可以为安全帽上的电子元件供电并于主控单元自组网实现音视频的传输。

对比方案二和方案一，方案一只配置一个无线收发器。由于WIFI模块的作用距离一般只有几十米的距离，因此，本方案适合于各施工作业人员相对比较集中的工作场合。在使用方案二时，各作业人员均可以通过无线收发器直接参与自组网，且自组网的距离比WIFI远得多，适合于沿线作业且各人员之间相距比较远的场合，但较方案一增加了无线收发器的配置成本，并且还需将无线收发器带在身上增加作业人员负重，可以根据实际作业需求合理的选配。

1.3 主控箱设计

主控箱部分由电池、天线、无线收发模块、显示器、电源等组成，主控箱的设计也采用了低功耗电路和轻质的材料以保证长续航和便携。主控箱与无线收发器通过自组网模块构建成免费频段的无线自组网极进行通信，无线收发器将现场的音视频信号实时数据和操作情况传到主控箱并可以同步显示在主控箱屏幕上。指挥人员可以通过主控箱实时的了解作业情况并通过语音系统进行相应的技术指挥，同时主控箱也会对接收到的信号进行同步存储。

2 系统的功能和特点

2.1 系统功能

（1）无线全双工对讲功能。多名使用者可通过配对组网快速搭建起一个临时的无线音频对讲网络，随后网络内的使用者可进行完全实时的全双工通话。

（2）无线视频传输功能。通过安装在安全帽上的微型摄像机进行现场视频的实时采集，经由无线发射机将视频图像调制成射频信号向外发射，附近被设置成同频道的无线接收机接收到此射频信号，经解调还原后在监视器上予以显示。

（3）音视频同步存储。将使用者的通话内容和微型摄像机拍摄得的视频图像经数字化并压缩处理后同步存储于在终端机内的TF存储卡中，可方便地进行回放或导入电脑中长期保存。

2.2 系统特点

（1）系统的移植性强，安全布套具有一定的收缩性，能够适应多种规格的电力安全帽且更换方便。

（2）整套系统的电路设计均采用低功耗元件，供电电池选用能量密度高充电快的轻质锂电池，使得整套系统重量较轻，便于携带连续工作时间长。

（3）在人机交互方面，系统在使用时只需接通电源即可，系统会自动连接，操作简单对使用者十分友好。

（4）内置无线电路，与无线收发器和控制箱之间通过自组网无线数据交互，不产生任何费用，可节省通信成本。

总结：本文根据电力作业人员在作业现场必须要戴安全帽这一特性，与音视频监控系统结合应用于野外电力作业。该系统可以辅助作业人员在无需手动操作的情况下，实现多人全双工无线对讲，并能够实时传输音视频信息到主控箱，帮助指挥人员了解作业人员和电力设备的情况，方便指挥人员调度指挥与此同时还会同步记录音视频数据，方便安全或质量事故的判定处理。本系统包含技术水平具有先进性和创新性，关键技术多、难度较大，可以达到同行业先进水平，应用于野外的电力作业中能提高作业人员的效率，有广阔推广应用的前景。