燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的分析與探索

◎ 蔡慶斌 汕頭航標(biāo)處

燈塔是海上船舶的航行指向標(biāo)，是海上交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。本文從燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的必要性和可行性入手，探索如何建設(shè)燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

燈塔 遠(yuǎn)程 監(jiān)控系統(tǒng)

燈塔是海上船舶的航行指向標(biāo)，是海上交通基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。當(dāng)前，遙測(cè)遙控技術(shù)已基本實(shí)現(xiàn)對(duì)航標(biāo)效能的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及部分功能的遠(yuǎn)程控制，但燈塔周邊環(huán)境監(jiān)控和綜治管理仍需靠人工管理實(shí)現(xiàn)。本文從燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的必要性和可行性入手，探索如何建設(shè)燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1.燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的必要性分析

（1）有利于緩解航保一線人力資源矛盾。由于燈塔所在地較為偏僻或位于島嶼，傳統(tǒng)的日常管理均需通過(guò)燈塔工的值守來(lái)實(shí)現(xiàn)，存在交通不便、無(wú)市電接入等困難，既浪費(fèi)人力資源，且對(duì)燈塔工及設(shè)備設(shè)施造成一定的安全隱患。尤其在一線人員老化、人手緊缺的現(xiàn)狀下，借助信息化手段改變傳統(tǒng)管理模式，實(shí)現(xiàn)燈塔無(wú)人值守，既是形勢(shì)所需，也是大勢(shì)所趨。建設(shè)燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，有助于強(qiáng)化航標(biāo)日常管理、減輕一線作業(yè)強(qiáng)度、降低人力資源成本。

（2）有利于降低燈塔及周邊綜治消防管理風(fēng)險(xiǎn)。隨著休閑旅游尤其是海島旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，燈塔及其周邊原生態(tài)的環(huán)境逐漸被旅游及攝影愛(ài)好者發(fā)掘，近年來(lái)經(jīng)常出現(xiàn)旅游人員在燈塔周邊進(jìn)行燒烤，甚至翻越燈塔外圍墻壁或破壞進(jìn)出燈塔的門鎖的情況。迫切需要加強(qiáng)對(duì)無(wú)人值守?zé)羲倪h(yuǎn)程監(jiān)控，以強(qiáng)化燈塔日常管理，降低管理風(fēng)險(xiǎn)和責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)。

（3）有利于強(qiáng)化燈塔周邊海上交通管理。燈塔周邊一般為海上航路。利用燈塔的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備可以延伸到燈塔周邊幾海里乃至更遠(yuǎn)海面的航道，全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控航道上航標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)、過(guò)往船只航行狀況及海面污染情況，為航道暢通和安全提供良好的保障。

2.燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的可行性分析

當(dāng)前，監(jiān)控系統(tǒng)已應(yīng)用廣泛，并朝多元化、精細(xì)化、智能化發(fā)展，紅外線、長(zhǎng)焦距、高清晰度等攝像設(shè)備的技術(shù)也已成熟。由于燈塔所處位置特殊，如何解決燈塔無(wú)市電供應(yīng)及無(wú)有線網(wǎng)絡(luò)接入，是建設(shè)燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)。

（1）運(yùn)用無(wú)線傳輸技術(shù)解決無(wú)有線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入的問(wèn)題。對(duì)燈塔周邊環(huán)境實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控圖像需實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶綐?biāo)管理部門。為此，可選擇基于5.8G的微波無(wú)線傳輸系統(tǒng)或基于通信運(yùn)營(yíng)商的3G/4G無(wú)線傳輸系統(tǒng)這兩種無(wú)線傳輸方式，解決網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸問(wèn)題。

一是采用基于5.8G的微波無(wú)線傳輸系統(tǒng)。由于燈塔一般位于島嶼高點(diǎn)或臨海突出角且塔身較高，周邊無(wú)遮擋物，與周邊的通信基站也較近。因此，位于離岸較近海島或臨海突出角的燈塔可采用5.8G微波無(wú)線傳輸系統(tǒng)，將視頻信號(hào)傳輸?shù)街苓呌谢谶\(yùn)營(yíng)商的寬帶接入或光纖接入的地方，再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。其優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)較穩(wěn)定，但造價(jià)較高，且存在需協(xié)調(diào)微波安裝地點(diǎn)和設(shè)備耗電量較大的問(wèn)題。

二是采用基于通信運(yùn)營(yíng)商的3G/4G無(wú)線傳輸系統(tǒng)。離岸較遠(yuǎn)或周邊遮擋物較多的燈塔，可采用3G/4G無(wú)線傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸。由于視頻信號(hào)傳輸流量較大，而目前3G/4G流量資費(fèi)較貴，需將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤錄像機(jī)中，每天定時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，也可根據(jù)需求不定時(shí)調(diào)用監(jiān)控資料。其優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)便，但傳輸費(fèi)用較貴，且受制于3G/4G信號(hào)的穩(wěn)定性。

三是采用基于5.8G的微波無(wú)線傳輸系統(tǒng)與基于通信運(yùn)營(yíng)商的3G/4G無(wú)線傳輸系統(tǒng)相結(jié)合方式。采用上述兩種傳輸系統(tǒng)均有其優(yōu)缺點(diǎn)，為更好地保障信號(hào)傳輸，可采用上述兩種傳輸系統(tǒng)相結(jié)合的方式同時(shí)接入，實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)保障功能，提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

（2）運(yùn)用清潔能源解決無(wú)市電供應(yīng)問(wèn)題。按照航標(biāo)法律法規(guī)規(guī)定，燈塔周邊除燈守房等附屬建筑外，一般無(wú)其他建筑。因此，可根據(jù)系統(tǒng)用電量需求，在燈塔周邊選址建設(shè)太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)能、太陽(yáng)能等發(fā)電裝置發(fā)電后，將電量存儲(chǔ)至蓄電池組，以供監(jiān)控系統(tǒng)使用。

圖1 燈塔遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖

圖2 電源供應(yīng)系統(tǒng)組成框圖

一是采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。因當(dāng)前無(wú)市電供應(yīng)的燈塔一般均采用太陽(yáng)能供電，且經(jīng)過(guò)多年試驗(yàn)已較為成熟。因此可在原有燈塔供電系統(tǒng)上進(jìn)行擴(kuò)容或新建一套太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，以滿足監(jiān)控系統(tǒng)使用。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、安裝簡(jiǎn)便、價(jià)格較低，但發(fā)電效率不高，如需較大用電量時(shí)，占用較大面積，且出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的陰雨天氣時(shí)難以有效發(fā)電。

二是采用風(fēng)能供電系統(tǒng)。因燈塔所在區(qū)域一般較高、無(wú)遮擋，為風(fēng)力發(fā)電提供了較好的條件。當(dāng)前小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)已基本成熟且應(yīng)用日漸廣泛，可根據(jù)燈塔所在地的風(fēng)玫瑰圖，選擇較佳方位安裝。其優(yōu)點(diǎn)是占地較小，安裝簡(jiǎn)便，但價(jià)格較高，且存在臺(tái)風(fēng)等極端風(fēng)力下會(huì)出現(xiàn)自我保護(hù)而停止工作及悶熱無(wú)風(fēng)情況下發(fā)電量難以滿足需求的情況。

三是采用風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)。即采用太陽(yáng)能和風(fēng)能兩種方式相結(jié)合，同時(shí)接入同一蓄電池組的供電系統(tǒng)，夜間和陰雨天無(wú)陽(yáng)光時(shí)由風(fēng)能發(fā)電，晴天由太陽(yáng)能發(fā)電，在既有風(fēng)又有太陽(yáng)的情況下，兩者同時(shí)發(fā)揮作用，進(jìn)一步提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)全天候的發(fā)電功能，且其中一套損壞或出現(xiàn)極端天氣時(shí)，保持供電系統(tǒng)繼續(xù)工作。

3.燈塔環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案

（1）設(shè)計(jì)思路。監(jiān)控系統(tǒng)由前端監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)線傳輸系統(tǒng)、后端管理中心構(gòu)成（見(jiàn)圖1）。其中，前端監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)球機(jī)等視頻采集設(shè)備組成，采集視頻信息后，再通過(guò)具備3G/4G信號(hào)傳輸功能的NVR（網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)）或微波系統(tǒng)，將信號(hào)傳輸至運(yùn)營(yíng)商3G/4G基站，實(shí)現(xiàn)與后端管理中心的信號(hào)傳輸。前端監(jiān)控系統(tǒng)及無(wú)線傳輸系統(tǒng)所需電源供應(yīng)通過(guò)風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)解決（見(jiàn)圖2）。

（2）前端監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案。前端監(jiān)控系統(tǒng)可采用球機(jī)和固定攝像機(jī)兩種視頻采集設(shè)備，但由于處于高鹽、高濕、空曠的場(chǎng)所，因此視頻采集設(shè)備需具備防腐蝕及鏡頭清洗功能，并配套做好設(shè)備固定、防雷及電源穩(wěn)壓等保護(hù)措施。在建設(shè)位置上，球機(jī)可安裝在燈塔平臺(tái)外部，利用球機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑監(jiān)控?zé)羲苓叚h(huán)境及航道情況。固定攝像機(jī)可根據(jù)實(shí)際情況安裝，如可在燈籠內(nèi)部布設(shè)，監(jiān)控?zé)羝鳠艄膺\(yùn)轉(zhuǎn)情況；有燈守房或AIS基站的燈塔，還可在燈守房和AIS基站機(jī)房?jī)?nèi)部安裝，監(jiān)控?zé)羰胤亢虯IS基站的設(shè)備運(yùn)行情況。由于多臺(tái)攝像設(shè)備會(huì)造成用電量的疊加，因此，應(yīng)在滿足監(jiān)控需求的基礎(chǔ)上，盡量控制攝像設(shè)備數(shù)量。

（3）無(wú)線傳輸系統(tǒng)建設(shè)方案。無(wú)線傳輸系統(tǒng)采用5.8G微波和3G/4G網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合方式，微波無(wú)線傳輸及3G/4G網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和信號(hào)測(cè)試后選擇合適的運(yùn)營(yíng)商合作。微波設(shè)備可根據(jù)燈塔所在位置及周邊有基于通信運(yùn)營(yíng)商的寬帶接入或者光纖接入的地方，分別選取合適方位進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)射安裝。同時(shí)，選取具備3G/4G無(wú)線傳輸功能的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，并安裝于燈塔內(nèi)部。微波傳輸系統(tǒng)接入具備3G/4G無(wú)線傳輸功能的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，實(shí)現(xiàn)視頻圖像處理、視頻圖像傳輸、錄像記錄保存、報(bào)警信息采集等功能。

（4）后端管理中心建設(shè)方案。后端管理中心可使用監(jiān)控系統(tǒng)的配套軟件，通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)、PC客戶端和手機(jī)客戶端，獲取前端設(shè)備的實(shí)時(shí)視頻和歷史錄像，以及對(duì)前端設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行查詢和管理。如單位原已建有監(jiān)控系統(tǒng)和平臺(tái)，可接入原監(jiān)控系統(tǒng)和平臺(tái)實(shí)行統(tǒng)一管理。

（5）電源供應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)方案。設(shè)備電源供應(yīng)系統(tǒng)采用風(fēng)光互補(bǔ)方式，依據(jù)前端監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)的用電量情況，考慮連續(xù)陰雨天和臺(tái)風(fēng)等極端惡劣天氣無(wú)法充電的因素進(jìn)行建設(shè)，并做好防雷措施。如攝像設(shè)備較少且整體用電量不大，則可采購(gòu)風(fēng)光互補(bǔ)一體成型的設(shè)備進(jìn)行供電，如高速公路上風(fēng)光互補(bǔ)路燈及監(jiān)控設(shè)備。如一體成型設(shè)備無(wú)法滿足，則需選取較大發(fā)電功能的風(fēng)能發(fā)電設(shè)備和太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，同時(shí)接入風(fēng)光互補(bǔ)控制器，再接入電池組，為監(jiān)控設(shè)備供電。電池組的容量應(yīng)比實(shí)際使用電量大數(shù)倍，以發(fā)電裝置出現(xiàn)故障或惡劣天氣無(wú)法充電。電源供應(yīng)系統(tǒng)建議不并入燈塔原有電源供應(yīng)系統(tǒng)，以消除監(jiān)控系統(tǒng)電源供應(yīng)對(duì)燈塔原電源供應(yīng)系統(tǒng)的影響。