鄭朝亮，方 雄，王少珠

（柳州市廣播電視臺(tái) 技術(shù)部，廣西 柳州 545006）

攝像機(jī)動(dòng)態(tài)查詢管理系統(tǒng)

鄭朝亮，方 雄，王少珠

（柳州市廣播電視臺(tái) 技術(shù)部，廣西 柳州 545006）

柳州市廣播電視臺(tái)通過在攝像機(jī)內(nèi)部安裝GPS軌跡記錄設(shè)備，自動(dòng)記錄攝像機(jī)的移動(dòng)情況，從而獲取攝像機(jī)的實(shí)際使用信息。并且利用自行開發(fā)的軟件實(shí)現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)的批量采集處理，能夠直觀地顯示設(shè)備移動(dòng)軌跡圖，有利于加強(qiáng)管理，提高設(shè)備利用率。

GPS嵌入攝像機(jī)；GPS軌跡記錄；GPS數(shù)據(jù)自動(dòng)處理；攝像機(jī)管理

柳州市廣播電視臺(tái)的攝像機(jī)采用集中收發(fā)、按需分配的管理方式。但隨著欄目、攝像員數(shù)量的增加，部分欄目會(huì)在沒有采訪計(jì)劃的情況下提前借出攝像機(jī)以作備用，一些攝像員會(huì)因預(yù)計(jì)任務(wù)較多而長(zhǎng)時(shí)間占用攝像機(jī)，這些情況使得設(shè)備管理部門無法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)攝像機(jī)的實(shí)際使用情況和需求。

為了加強(qiáng)攝像機(jī)的收發(fā)管理，準(zhǔn)確獲取攝像機(jī)的實(shí)際使用情況，盡量在不增加攝像機(jī)的前提下最大化提高設(shè)備的利用率，本文參考多方資料，成功開發(fā)了GPS動(dòng)態(tài)查詢管理系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)首先將GPS接收記錄單元安裝到攝像機(jī)內(nèi)部，持續(xù)記錄設(shè)備借出后的移動(dòng)軌跡。設(shè)備歸還后通過無線藍(lán)牙技術(shù)將記錄的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，服務(wù)器再對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析，最終在網(wǎng)頁上生成攝像機(jī)的移動(dòng)軌跡圖。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與流程大致如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖

本系統(tǒng)硬件部分主要采用了支持藍(lán)牙輸出功能的小型GPS軌跡記錄儀。軟件部分則使用VS2010與Flash Builder 4開發(fā)，穩(wěn)定性較好。軌跡顯示部分基于Web平臺(tái)，采用了國(guó)內(nèi)常用的百度地圖API繪制，顯示效果直觀明了。

2 攝像機(jī)動(dòng)態(tài)查詢管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及組成

2.1 GPS設(shè)備選型

GPS軌跡系統(tǒng)主要分為GPS記錄儀和GPS追蹤器兩類產(chǎn)品[1]。GPS記錄儀可以按時(shí)間或者距離間隔將當(dāng)前坐標(biāo)數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)置存儲(chǔ)上，GPS追蹤器則在GPS記錄儀的基礎(chǔ)上升級(jí)了GPRS實(shí)時(shí)回傳功能。由于GPS追蹤器依賴于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，使用成本較高，并且市面上常見的GPS追蹤儀一般體積較大，很難在攝像機(jī)內(nèi)部找到合適的位置安裝，而GPS記錄儀體積較小，在多種攝像機(jī)內(nèi)部均能找到安裝位置。

通過對(duì)多款GPS記錄儀的測(cè)試和對(duì)比，本文最終采用了聯(lián)發(fā)科技公司（MTK）所設(shè)計(jì)的低耗電量晶片MT3329記錄儀產(chǎn)品（如圖2所示），它具有靈敏度高、支持藍(lán)牙功能、支持多種參數(shù)設(shè)置、自帶電池、開機(jī)無需人工操作自動(dòng)記錄等特點(diǎn)，其主要參數(shù)如下：

1）4 Mbyte內(nèi)存可記錄高達(dá)200 000軌跡點(diǎn)；

2）66顆衛(wèi)星追蹤頻道，可快速定位及重新定位；

3）頻率1 575.42 MHz，可達(dá)-165 dBm的超高敏感度；

4）藍(lán)牙頻率2.40～2.48 GHz，靈敏度-85 dBm；

5）低耗電，內(nèi)置充電鋰電池，充滿電后可連續(xù)工作10 h；

6）防過熱保護(hù)裝置溫度過熱45℃時(shí)，保護(hù)電路便會(huì)啟動(dòng)切斷電源。

圖2 記錄儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.2 GPS供電模塊

為了能夠在無需拆卸的情況下維持GPS記錄儀持續(xù)工作，因此需要在攝像機(jī)內(nèi)部對(duì)GPS記錄儀提供電力支持。為了盡量降低對(duì)攝像機(jī)的影響，本文采用了直接從電池取電的設(shè)計(jì)。

GPS記錄儀需要使用5 V電壓進(jìn)行充電，因此要增加降壓電路。對(duì)7.2 V電池采用了常見的線性穩(wěn)壓IC7805，對(duì)16 V電池則采用了MC34063開關(guān)型DC/DC降壓模塊，該模塊適合壓降、電流較大的環(huán)境，圖3為MC34063工作原理圖。

圖3 降壓變換電路圖

設(shè)備借出時(shí)，只要掛上電池，記錄儀就會(huì)自動(dòng)開機(jī)并為內(nèi)置電池充電，模塊充電電壓為5 V/200 mA，充電時(shí)間為2 h，充滿自動(dòng)停止，因功耗很低，基本不會(huì)影響攝像機(jī)的正常使用時(shí)間。

2.3 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)

GPS設(shè)備開機(jī)有冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)、熱啟動(dòng)之分，代表搜星定位的時(shí)間，每個(gè)型號(hào)的GPS啟動(dòng)所用的時(shí)間各不相同（實(shí)測(cè)所選的GPS冷啟動(dòng)時(shí)間為2 min以內(nèi)、溫啟動(dòng)時(shí)間為33 s、熱啟動(dòng)時(shí)間為1 s）。為保證記錄儀能在設(shè)備室借出過程中鎖定衛(wèi)星信號(hào)，需要安裝GPS衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器在室內(nèi)，完成衛(wèi)星信號(hào)覆蓋，覆蓋范圍可達(dá)40 m2。圖4為轉(zhuǎn)發(fā)器室內(nèi)衛(wèi)星信號(hào)覆蓋強(qiáng)度指示。

圖4 轉(zhuǎn)發(fā)器室內(nèi)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度（截圖）

2.4 安裝與測(cè)試

為了不改變攝像機(jī)自身的外觀、電路，不影響攝像機(jī)的正常使用，本系統(tǒng)采用了GPS記錄儀內(nèi)置式安裝。該方式需要在攝像機(jī)內(nèi)部找到合適的空間位置，因此要求安裝者對(duì)攝像機(jī)較為熟悉，具有一定的維修經(jīng)驗(yàn)。

通過對(duì)不同機(jī)型的多次試驗(yàn)，選擇合適的位置巧妙安裝，要求既不影響攝像機(jī)的使用和維護(hù)，又兼顧GPS記錄儀的信號(hào)強(qiáng)度。在多種攝像機(jī)型中，松下AG-HPX173MC便攜式攝像機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、可利用空間小，屬于安裝較為困難的類型。通過拆解機(jī)器與反復(fù)測(cè)試，終于找到了合適的位置安裝記錄儀和天線。將接收天線固定在小尋像器內(nèi)部（如圖5所示），記錄儀則安裝在機(jī)身內(nèi)狹小空間里（如圖6所示），電源供電采用小型7805降壓IC直接從電池端取電，基本不占用空間。

圖5 尋像器內(nèi)安裝接收天線

圖6 AG-HPX173MC記錄儀安裝位置

安裝的GPS記錄儀接收頻率1 575.42 MHz、藍(lán)牙頻率2.4 GHz均為開放頻率。通過用泰克WVR6100示波器比對(duì)記錄儀安裝前（如圖7所示）和記錄儀安裝后（如圖8所示）的模擬視音頻、SDI視頻信號(hào)、嵌入音頻信號(hào)，結(jié)果表明均未受到干擾。

圖7 安裝前波形圖（截圖）

圖8 安裝后波形圖（截圖）

3 攝像機(jī)動(dòng)態(tài)查詢管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[2]

一般GPS記錄儀都有專用的配套軟件用于數(shù)據(jù)的讀取和分析，但未見適合自動(dòng)化批量處理的軟件，因此本文自行開發(fā)了一整套GPS軌跡處理軟件，主要包含分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)錄入、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析和軌跡繪圖5個(gè)部分。

3.1 數(shù)據(jù)采集部分

數(shù)據(jù)采集程序部署在數(shù)據(jù)采集端，用于讀取攝像機(jī)上的GPS軌跡信息。數(shù)據(jù)采集程序是本系統(tǒng)軟件的核心部分。一般來說GPS記錄儀都有專用的配套軟件用于數(shù)據(jù)的讀取和分析，但需要大量人工操作，無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)GPS設(shè)備的自動(dòng)連接和數(shù)據(jù)讀取。因此只能自行開發(fā)一套數(shù)據(jù)采集軟件，實(shí)現(xiàn)連接設(shè)備、讀取數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)與斷開設(shè)備等操作的完全自動(dòng)化。

正常情況下，柳州市廣播電視臺(tái)要求每天19：00前歸還所有借出設(shè)備（超出該時(shí)間使用需特別申請(qǐng)），因此設(shè)置為每天19：30自動(dòng)執(zhí)行。數(shù)據(jù)采集程序執(zhí)行時(shí)，會(huì)自動(dòng)掃描藍(lán)牙范圍內(nèi)（大約10 m）所有可用設(shè)備，自動(dòng)識(shí)別設(shè)備是否為已登記的GPS軌跡儀，如果識(shí)別成功則連接并下載軌跡數(shù)據(jù)，下載成功后清空GPS軌跡儀上的記錄。為了避免因網(wǎng)絡(luò)問題造成的數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)采集程序會(huì)在本地保留一份數(shù)據(jù)副本。

3.2 數(shù)據(jù)錄入部分

從GPS記錄儀中讀取到的原始軌跡數(shù)據(jù)是具有特殊格式的文本信息，無法直接獲取到軌跡點(diǎn)的直觀數(shù)據(jù)，必須通過運(yùn)算解析后才能獲得軌跡點(diǎn)的時(shí)間、經(jīng)緯度和海拔等信息。然而GPS廠商并沒有提供解析方法，只有通過大量GPS原始數(shù)據(jù)與實(shí)際記錄點(diǎn)位置信息的對(duì)比來分析原始數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)形式，最終實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)到軌跡點(diǎn)信息的完整轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)錄入程序部署在數(shù)據(jù)采集端，是一個(gè)無窗體的控制臺(tái)程序，每間隔30 min執(zhí)行1次。它會(huì)檢索數(shù)據(jù)采集程序文件夾是否有新的數(shù)據(jù)文件，如果有新數(shù)據(jù)文件則將原始的GPS數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換成軌跡點(diǎn)集合，并嘗試上傳到服務(wù)器，如果上傳失敗則在下次執(zhí)行時(shí)重復(fù)以上操作，直至上傳成功為止。

3.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序部署在服務(wù)器端，該程序是軌跡繪制的前提程序。一般來說GPS記錄的經(jīng)緯度信息屬于WGS84坐標(biāo)體系，在我國(guó)這個(gè)坐標(biāo)體系是不能直接應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)上的，至少要經(jīng)過國(guó)家測(cè)繪局的加密，一些互聯(lián)網(wǎng)上的地圖服務(wù)提供商甚至有自己的坐標(biāo)體系。本項(xiàng)目繪制軌跡時(shí)使用的是百度地圖，因此要調(diào)用百度地圖的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換接口將原始的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成百度坐標(biāo)。

3.4 數(shù)據(jù)分析部分

數(shù)據(jù)分析程序部署在服務(wù)器端，該程序定時(shí)掃描數(shù)據(jù)庫中的新數(shù)據(jù)，并自動(dòng)根據(jù)軌跡點(diǎn)的信息對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段、篩選，形成多個(gè)軌跡點(diǎn)的集合。程序預(yù)置為20 min分段，即設(shè)備停止移動(dòng)20 min以上，則結(jié)束上一條軌跡路徑，準(zhǔn)備開始下一條軌跡路徑。軌跡分段后，程序會(huì)對(duì)軌跡內(nèi)的所有點(diǎn)進(jìn)行合理性檢測(cè)，對(duì)于因GPS信號(hào)不穩(wěn)定造成的不合理軌跡點(diǎn)進(jìn)行排除。

GPS記錄儀設(shè)置為按距離記錄，也就是每當(dāng)記錄儀距離上1個(gè)記錄點(diǎn)超過指定距離（100m）后，就記錄當(dāng)前位置為最新記錄點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)設(shè)置，數(shù)據(jù)分析程序會(huì)對(duì)軌跡內(nèi)相鄰的3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行判斷，如果有1個(gè)記錄點(diǎn)和另外2個(gè)記錄點(diǎn)的距離都遠(yuǎn)超過另外2個(gè)記錄點(diǎn)之間的距離，并且大于GPS每記錄距離（100 m），則將該點(diǎn)判斷為無效記錄點(diǎn)。

3.5 軌跡繪制部分[3]

軌跡繪制是Web應(yīng)用程序[4]，使用者可以在地圖上繪制指定攝像機(jī)在指定日期的記錄軌跡，非常直觀明了。同時(shí)管理者也可以看到設(shè)備當(dāng)日借出和歸還的記錄，方便對(duì)比攝像機(jī)的實(shí)際使用情況（見圖9）。

圖9 軌跡繪制圖（截圖）

4 結(jié)束語

從2012年5月使用至今，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定無故障，記錄軌跡達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，為柳州市廣播電視臺(tái)設(shè)備管理提供了強(qiáng)有力支持。投入成本?。颗_(tái)約800元，無后續(xù)費(fèi)用），使用效果明顯，大幅度提高設(shè)備使用效率，為全臺(tái)完成全年宣傳任務(wù)提供堅(jiān)實(shí)的設(shè)備保證。

[1] 劉基余.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2008.

[2] 王華杰，張帆，戴伯勇.Visual Studio.NET程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

[3] 孫穎.Flash ActionScript3殿堂之路[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4] 盧靈，陳志華.基于Web瀏覽器的GPS定位地圖的下載與處理[J].電視技術(shù)，2012，36（18）：54-57.

TP274+.2

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鄭朝亮，工程師，本科，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；

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2013-07-09

【本文獻(xiàn)信息】鄭朝亮，方雄，王少珠.攝像機(jī)動(dòng)態(tài)查詢管理系統(tǒng)[J].電視技術(shù)，2014，38（8）.

方 雄，助理工程師，本科，研究方向?yàn)橐曇纛l技術(shù)；

王少珠，助理工程師，本科，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。