郭　治,王　越

(黑龍江省桃山水庫(kù)管理處，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

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數(shù)字微波視頻遠(yuǎn)傳系統(tǒng)在桃山水庫(kù)入庫(kù)水文站中的應(yīng)用

郭治,王越

(黑龍江省桃山水庫(kù)管理處，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

摘要：桃山水庫(kù)位于黑龍江省七臺(tái)河市桃山區(qū)，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合功能于一體的大型水利樞紐工程。該水庫(kù)對(duì)促進(jìn)七臺(tái)河市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)和保障城市生活用水發(fā)揮了重要作用。隨著科技的不斷發(fā)展，水庫(kù)管理過(guò)程中人工看管已經(jīng)成為過(guò)去，采用視頻安全監(jiān)控在水庫(kù)供水安全管理中作用越來(lái)越明顯。桃山水庫(kù)入庫(kù)水文站視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)字微波通信技術(shù)，增強(qiáng)了對(duì)入庫(kù)水文站實(shí)時(shí)管理，提高了對(duì)入庫(kù)河道的監(jiān)管，提升了入庫(kù)水來(lái)的精準(zhǔn)度，無(wú)線數(shù)字微波在水庫(kù)入庫(kù)水文站的監(jiān)管工作中發(fā)揮了重要作用。文章闡述了數(shù)字微波視頻遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的構(gòu)成、微波信號(hào)的傳輸特點(diǎn)等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)上流入庫(kù)水文站；無(wú)線數(shù)字微波；無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)；視頻安全監(jiān)控；遠(yuǎn)程操控

0前言

素有七臺(tái)河市“小西湖”之稱的桃山水庫(kù)位于黑龍江省七臺(tái)河市桃山區(qū)，與七臺(tái)河市區(qū)中心毗鄰，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合功能于一體的大型水利樞紐工程，該水庫(kù)1990年8月成，自建成設(shè)入運(yùn)行以來(lái)，對(duì)促進(jìn)七臺(tái)河市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)和保障城市生活用水發(fā)揮了重要作用，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

飲用水安全視頻系統(tǒng)是水庫(kù)供水安全管理中必不可少的措施。隨著科技的不斷發(fā)展，在水庫(kù)管理過(guò)程中已經(jīng)不再需要人工進(jìn)行看管，采用視頻安全監(jiān)控在水庫(kù)供水安全管理中作用越來(lái)越明顯[1]。由于受地理?xiàng)l件及離距的影響，上流入庫(kù)水文站入庫(kù)安全監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)傳輸成為難點(diǎn)，近年來(lái)微波通信技術(shù)在視頻信息數(shù)據(jù)傳輸中被廣泛應(yīng)用，能有效的解決這一問(wèn)題。

1監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

桃山水庫(kù)集水面積2 043 km2，校核總庫(kù)容為2.64 億 m3，興利總庫(kù)容0.98 億 m3。桃山水庫(kù)供水網(wǎng)絡(luò)，由1個(gè)中心機(jī)房、1個(gè)中繼站2個(gè)入庫(kù)水文站、1個(gè)出庫(kù)水文站、6個(gè)單獨(dú)城市供水計(jì)量站組。其新發(fā)水文站、北興水文站與水庫(kù)中心機(jī)房距離較遠(yuǎn)，監(jiān)控點(diǎn)共8個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)設(shè)有1個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控?cái)z像機(jī)。

水文站監(jiān)控系統(tǒng)受地形條限制，中心機(jī)房與監(jiān)控點(diǎn)之間有山體、河流、農(nóng)田、及煤礦開(kāi)采出的巖石山等阻隔，使用傳統(tǒng)的電纜或光纖布線成本極高，施工難度極大，新興的3G、4G、VPN無(wú)線通信技術(shù)架設(shè)方便，但通信費(fèi)用昂貴，通信帶寬有限不適用做大容量數(shù)據(jù)傳輸。這時(shí)無(wú)線數(shù)字微波通信的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。桃山水庫(kù)水文站最遠(yuǎn)監(jiān)控點(diǎn)與中心機(jī)房直線離距約29 km，有河流、農(nóng)田、山體等外界因素所間隔，考慮施工成本及后繼費(fèi)用等因素所以選用5.8GHz支持IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率0～300Mbps,無(wú)線數(shù)字微波進(jìn)行聯(lián)通。為更好的避讓上流水文站與中心機(jī)房間外界因素阻隔，建立優(yōu)質(zhì)的無(wú)線傳輸環(huán)境，選用原有中繼塔作為數(shù)字微波通信中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)中心機(jī)房與入庫(kù)水文站間的信息傳輸。中繼站與上流水文站及中心機(jī)房通信視野開(kāi)闊無(wú)阻隔，數(shù)字信號(hào)收送率達(dá)到優(yōu)質(zhì)傳輸[2]。

2微波信號(hào)的傳輸特點(diǎn)

由于接近于光波，是直線傳播，構(gòu)建微波通信網(wǎng)絡(luò)唯有一個(gè)苛刻的條件，要求微波發(fā)射天線與接收天線之間無(wú)阻擋物體，也就是視距傳輸條件。由于波長(zhǎng)短，天線尺寸可做得很小，為增益信息數(shù)據(jù)高效互通性，天線通常做成平板式通信天線，但方向性極強(qiáng)。數(shù)字微波對(duì)收到的數(shù)字信號(hào)可對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行錯(cuò)碼重組、濾噪、數(shù)據(jù)再生后由發(fā)送天線發(fā)出干凈的波形，整個(gè)微波線路噪聲不累積，數(shù)字微波多條通路的數(shù)字信號(hào)可由中繼站多次轉(zhuǎn)發(fā)，微波有對(duì)數(shù)字信號(hào)中繼處理功能。所以微波在傳送過(guò)程中受自然條件影響衰減、干擾比較小。數(shù)字信號(hào)本身就具有一定的保密性，又因?yàn)楦鞣N信號(hào)數(shù)字化后形成無(wú)規(guī)律信碼，方便靈活地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、在線傳送、接收解密。所以說(shuō)這種通信有較高的保密性。由于數(shù)字微波的組件固態(tài)化、集成化，設(shè)備體積小工作能耗低，野外工作有較強(qiáng)的實(shí)用性。此外數(shù)字微波對(duì)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸具有低延時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)信息量大，對(duì)動(dòng)點(diǎn)球機(jī)的操控指響應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。中國(guó)先后開(kāi)放了2,4GHz和5.8GHz的ISM頻段。其5.8GHz頻段應(yīng)用較廣，無(wú)需申請(qǐng)就可使用的通信頻段，能有效的避讓開(kāi)擁堵的2.4GHz頻段。無(wú)線數(shù)字波通信系統(tǒng)需搭建自用無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)自建的局域網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行互傳互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

桃山水庫(kù)飲用水源安全監(jiān)控系統(tǒng)的上流水文站入庫(kù)安全監(jiān)控充分利用了無(wú)線數(shù)字微波全天候工作，傳輸速度快，傳輸信息容量大，安全性高，運(yùn)行成本低，可靠性強(qiáng)，通信技術(shù)成熟等工作特性來(lái)進(jìn)行入庫(kù)水文站與水庫(kù)監(jiān)控中心間的信息互通建設(shè)的。

2.1系統(tǒng)組成

數(shù)字微波傳輸線路的組成方式可以是一條主干線，中間設(shè)有多支分支線，也可以是一個(gè)樞紐站向若干方向分支。但不論那種傳輸方式，主要是由微波終端站、微波中繼站和微波分支站組成。

2.1.1視頻采集前端

主要由高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字定點(diǎn)攝像機(jī)(防護(hù)罩、攝像機(jī)、鏡頭、支架)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字動(dòng)點(diǎn)球機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等主要設(shè)備組成。

2.1.2視頻傳輸

圖像通道采用微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，頻率怎復(fù)用空間分割方式。各監(jiān)控點(diǎn)的攝像機(jī)輸出的視頻信號(hào)首先發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組合送出到數(shù)字微波轉(zhuǎn)換成壓縮加密后將數(shù)字視頻信號(hào)傳送給發(fā)射天線，最后由發(fā)射天線以無(wú)線微波的方式發(fā)射給接收天線。再經(jīng)接收天線轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)后由光端機(jī)經(jīng)光纖將視頻數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心機(jī)房。數(shù)字微波是整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵脑O(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸工作，它完成視頻監(jiān)視數(shù)據(jù)的影像壓縮、監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。它可將視頻采集前端的視頻信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)發(fā)布到自建的無(wú)線局域網(wǎng)中傳送回中心機(jī)房的視頻服務(wù)器，在監(jiān)控中心裝有專用監(jiān)控軟件的電腦，可實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)監(jiān)控相同或者不同的現(xiàn)場(chǎng)圖像。真正做到視頻網(wǎng)內(nèi)共享。

2.1.3中繼站

微波信號(hào)在傳輸過(guò)程中因傳輸損耗或物體遮擋，同時(shí)有噪聲混入而使傳輸性能惡化，出現(xiàn)誤碼。中繼站的任務(wù)就是將信號(hào)性能未惡化之前或未被遮擋前接收下來(lái)，經(jīng)過(guò)處理識(shí)別后，再生出與發(fā)送端一樣的優(yōu)質(zhì)的波形由發(fā)送端繼續(xù)傳送。主要由數(shù)字微波接收天線、發(fā)送天線組，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等主要設(shè)備組成。設(shè)立在原超短波中繼塔上，中繼塔身高20 m。

2.2無(wú)線局域網(wǎng)組建及數(shù)據(jù)傳輸模塊

無(wú)線微波采用無(wú)線橋接模式，無(wú)線橋接可用來(lái)連接不同的局域網(wǎng)網(wǎng)段，可實(shí)現(xiàn)不同局域網(wǎng)間的數(shù)據(jù)無(wú)線共享。上流入庫(kù)水文站利用網(wǎng)線及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組建出獨(dú)立的有線局域網(wǎng)絡(luò)，由6類網(wǎng)線與各自無(wú)線微波的POE連接。POE可在保證微波對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還可對(duì)微波提供工作時(shí)所需的直流電。微波是無(wú)線傳輸模塊的核心，可將本地?cái)z像頭采集到視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、減噪、壓縮等處理，轉(zhuǎn)換成高頻電磁波，并發(fā)送到中繼站接收端。在中繼站對(duì)接收到的視頻圖像成合處理后的數(shù)據(jù)信息通過(guò)發(fā)送端把處理好的視頻圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到中心機(jī)房的接收端，利用光纖、交換機(jī)、6類網(wǎng)線等設(shè)備連接到設(shè)在水庫(kù)管理處中心機(jī)房的視頻存儲(chǔ)服務(wù)器中。通過(guò)視頻中心管理服務(wù)器與水庫(kù)的有線局域網(wǎng)連通后實(shí)現(xiàn)視頻信息網(wǎng)內(nèi)共享。

2.3監(jiān)控軟件

水庫(kù)中心機(jī)房設(shè)有一臺(tái)裝有監(jiān)控組態(tài)軟件的中控PC機(jī)，通過(guò)監(jiān)控組態(tài)軟件可對(duì)上流入庫(kù)水文站進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控、動(dòng)點(diǎn)球機(jī)的操控、視頻的錄像設(shè)定、瀏覽、權(quán)限設(shè)置等功能。最多可支持25路信號(hào)監(jiān)控。該軟件的操作界面設(shè)有設(shè)備通路顯示區(qū)、視頻畫面顯示區(qū)、視頻畫面分割區(qū)、存儲(chǔ)空間狀態(tài)區(qū)、動(dòng)點(diǎn)控制操作區(qū)組成。工作人員可在中控PC機(jī)上對(duì)水文站動(dòng)點(diǎn)球機(jī)進(jìn)行水平或垂直旋轉(zhuǎn)，關(guān)通過(guò)對(duì)變焦、光圈設(shè)置，可獲得高清晰度的視頻畫面。

2.4優(yōu)、缺點(diǎn)及解決方案

2.4.1優(yōu)點(diǎn)

本套視頻系統(tǒng)具有顯示清晰，無(wú)波紋、閃爍、花屏等現(xiàn)象，擴(kuò)展性好瀏覽方便快捷，全天候工作易管理好維護(hù)。操作簡(jiǎn)便、反映快、低延時(shí)等特點(diǎn)等。

2.4.2缺點(diǎn)

本套視頻監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)組建，故需要大量的IP支持，IP設(shè)定為固定式，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的IP不得隨意篡改或更改。中心機(jī)房中視頻服務(wù)器需占用大量的水庫(kù)管理處內(nèi)部域局網(wǎng)IP池中的IP。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用固定IP與內(nèi)網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)共享視頻信息，容易與其他設(shè)定自動(dòng)獲取IP的工作電腦產(chǎn)生IP沖突，從而使視頻信息無(wú)法正常顯示及操作。

2.4.3解決方案

為避免上述問(wèn)題，須在管理處局域網(wǎng)的IP池中設(shè)定專用IP段及專用二級(jí)IP池。設(shè)定好管理處局域網(wǎng)內(nèi)的工作電腦IP及工作電腦病毒的防治工作等，以免工作電腦受病毒影響或隨意更改使IP發(fā)生變化與視頻服務(wù)器IP發(fā)生沖突。各監(jiān)控點(diǎn)、傳輸點(diǎn)等設(shè)備入網(wǎng)IP須記錄備案，以免設(shè)備增加、更換或升級(jí)重設(shè)時(shí)無(wú)法查找到對(duì)應(yīng)的IP組。

3結(jié)語(yǔ)

桃山水庫(kù)飲用水安全監(jiān)控系統(tǒng)入庫(kù)水文站安全監(jiān)控部分主要由無(wú)線數(shù)字微波進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)輸，其據(jù)有維護(hù)簡(jiǎn)單，便于作操，大容量傳輸、抗干擾能力強(qiáng)，低能耗等特點(diǎn)，在水庫(kù)地理環(huán)境開(kāi)闊，管理面大，無(wú)大干擾，應(yīng)用此技術(shù)對(duì)時(shí)時(shí)控管較遠(yuǎn)的站點(diǎn)是可行的。隨著通信技術(shù)迅猛發(fā)展，無(wú)線微波在數(shù)據(jù)傳輸容量及傳輸距離成倍增長(zhǎng)，無(wú)線微波以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和形式存在于動(dòng)移基站與基站間、遠(yuǎn)距離局域網(wǎng)無(wú)線聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)村通信網(wǎng)中。相信無(wú)線數(shù)字微波技術(shù)在水庫(kù)遠(yuǎn)程管理中愈來(lái)愈廣，也會(huì)帶動(dòng)水利事業(yè)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]韓曉晗.SDH數(shù)字微波傳輸設(shè)備淺論[J].電信快報(bào)，2011(01)：26.

中圖分類號(hào)：TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[作者簡(jiǎn)介]郭治(1980-)，男，黑龍江七臺(tái)河人，工程師；王越(1973-)，女，黑龍江七臺(tái)河人，助理工程師。

[收稿日期]2015-11-22

文章編號(hào)：1007-7596(2016)01-0097-03