摘 要：長距離蒸汽管道視頻監(jiān)控信號傳輸采用無線擴頻技術，只需架設無線基站和天線，傳輸范圍就可達100 km，通信速率可從64 kb/s到1 000 Mb/s，布線工作量小，實施簡單;收發(fā)鏈路在40 km的站距條件下衰落儲備10 dB，足夠滿足要求。現(xiàn)介紹該技術在揚州項目中應用的系統(tǒng)設計方案。

關鍵詞：數(shù)據傳輸;視頻監(jiān)控;無線擴頻;衰落儲備

1? ? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

在長輸熱網領域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對長距離蒸汽管道的重要部位進行監(jiān)控，保證蒸汽管道的安全運行，并且能夠有效實現(xiàn)防人為不利因素、防盜的監(jiān)控，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將得到越來越廣泛的應用。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)能將前方監(jiān)控點實時采集的視頻和監(jiān)測數(shù)據及時傳輸給電廠或熱力公司監(jiān)控室，實時動態(tài)地報告被監(jiān)測點的情況是否安全，運行維護人員就能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理。

1.1? ? 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是熱網工程中最常見的監(jiān)控系統(tǒng)之一。因為無線傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控系統(tǒng)綜合成本較低，無須花費采購大量光纜及挖溝埋管等費用，只需一次性投資，所以特別適用于長距離蒸汽管道。

1.2? ? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式比較

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據傳輸有無線傳輸形式、有線模擬傳輸、有線視頻監(jiān)控這3種類型，其中無線傳輸形式利用無線擴頻信號進行傳輸，有線模擬傳輸利用有線視頻電纜進行傳輸，有線視頻監(jiān)控利用電話線、DDN、ISDN、光纖進行傳輸。這3種傳輸方式在施工、可擴展性、傳輸范圍、維護管理等方面存在較大差異，具體對比如表1所示。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的無線傳輸不受地形復雜和路徑長短的限制，而且布線工作量小，實施簡單，十分靈活和便捷，非常適用于在環(huán)境監(jiān)測重點區(qū)域建立的防控系統(tǒng)。

長輸熱網工程重點監(jiān)控區(qū)域的無線視頻系統(tǒng)由中心基站和多個就地槍機或球機監(jiān)測點構成。監(jiān)控系統(tǒng)與各監(jiān)測點之間一般通過點對多點或點對點的連接通信方式，構成無線網絡系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場圖像的實時無線傳輸。

2? ? 無線鏈路計算分析

2.1? ? 無線鏈路的衰落儲備

擴頻微波數(shù)據傳輸鏈路的站距主要是依據采用設備的各項參數(shù)、天線高度、電波傳輸所經過的地形、電波路徑的氣象條件等各種因素確定的。

衰落儲備：

（1）要保證誤碼率小于10-8的數(shù)據傳輸鏈路指標，必須保證微波傳輸鏈路具有一定的衰落儲備，這是多年微波電路設計及運行經驗所證明的。

（2）無線局域網應用中經常會遇到各種地形、地貌或者不一樣的氣象條件，這些條件將對微波數(shù)據傳輸鏈路造成不同的插入衰減。

（3）系統(tǒng)連通時，收發(fā)天線角度一般不可能是理想的最佳方向角，方向角誤差必然帶來一定的天線增益插入損耗。在移動局域網互聯(lián)時，應保留一些儲備。

（4）計算機無線（局域網）接入網的鏈路設計、測試、試運行證明：收發(fā)鏈路在40 km的站距條件下，保證5 dB衰落儲備是必需的，最好有10 dB的衰落儲備。

2.2? ? 無線視距信道上的傳輸特性

以上討論的自由空間傳輸，假定大氣是均勻和無吸收的，而且地面離傳輸路徑較遠，其反射可以忽略，但實際上，由于視距傳播的大氣效應，必須考慮大氣與地面的影響，對自由空間傳輸做必要的修正。就衰落而言，簡單進行如下理論分析：

（1）平衰落：這主要是由于直射波與地面反射波的相位干涉結果結合產生的衰落。如：企業(yè)、山地、森林反射系數(shù)為0.01～0.2，田野反射系數(shù)為0.3～0.5，水面反射系數(shù)為0.9～1。

（2）頻率選擇性衰落：對于頻帶只有十幾兆的微波射頻頻譜，可以近似考慮為平衰落;對于二三十兆寬帶微波射頻頻譜，應考慮頻率選擇性衰落。

（3）一般來說，10 GHz及以下的頻段，雨霧的散射衰減并不顯得特別明顯，通常只有幾分貝，不用考慮。

2.3? ? 路徑剖面圖

路徑剖面圖是路徑設計的有力工具。一般情況下，通過選擇無線設備的站址（確定站址海拔高度），也可以適當調整天線高度，保證在視距范圍內電波傳輸路徑上，就不會出現(xiàn)對擴頻微波信號的嚴重阻擋。

3? ? 系統(tǒng)設計方案

揚州某項目東部主干線長度約39 km，南部主干線長度約16 km。需要在蒸汽管道沿線布置15個視頻監(jiān)控點來監(jiān)控每個現(xiàn)場的環(huán)境情況，監(jiān)控中心在30 km之外，通過光纖傳輸?shù)姆绞绞┕ぶ芷陂L，成本過高，不是理想的選擇，而基于無線傳輸在此類應用中的巨大優(yōu)勢，可以使用無線擴頻技術進行無線傳輸。

考慮到監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間距離較遠，中間可能有障礙物遮擋，先在沿線采用點對點的方式將15個監(jiān)控點集中起來，監(jiān)控點采用傳輸距離5 km的SI3030，然后在周圍選擇一個高點作為中繼點，在監(jiān)控中心一端也選擇一個高點作為中繼點，分別采用兩套設備做中繼，傳輸中繼鏈路采用能傳10 km距離的SU3030，然后在兩個中繼點之間采用S800外接高增益拋物面天線做遠距離傳輸，將監(jiān)控視頻實時回傳到監(jiān)控中心進行監(jiān)控和存儲。具體網絡拓撲如圖1所示。

根據環(huán)境來看，采用高帶寬電信級無線設備，其安全防護等級均支持IP68標準，能夠確保其在室外環(huán)境長時間使用的需要，符合環(huán)境監(jiān)測無線傳輸使用的實際情況。

4? ? 結語

針對長距離蒸汽管道，采用無線擴頻傳輸技術可實現(xiàn)全方位、全過程的安全監(jiān)控。在今后視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺中要充分挖掘和利用其優(yōu)勢，為蒸汽管網安全監(jiān)控提供更為有效的信息支撐。

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收稿日期：2020-12-24

作者簡介：蔡衛(wèi)宏（1966—），男，江蘇揚州人，碩士研究生，高級工程師，揚州市勞動模范，現(xiàn)任揚州供熱有限公司黨總支書記、董事長、總經理，長期從事熱電聯(lián)產、節(jié)能環(huán)保、集中供熱等工作。