電梯視頻監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾技術(shù)研究

羅啟平

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，廣西 南寧 530007）

隨著現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展，作為高層建筑必不可少的垂直交通工具的電梯，和居民的日常工作、生活密切相關(guān)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，到目前為止，我國電梯年需求量已達(dá)到全球的1/3。隨著中國電梯市場(chǎng)的快速增長，電梯的廣泛應(yīng)用，也隨之帶來了很多安全隱患。每年我國在電梯安全事故中，死亡人數(shù)已達(dá)4位數(shù)以上；另外，有關(guān)資料表明，電梯暴力事件也呈現(xiàn)增長趨勢(shì)[4]。為了有效保證電梯安全運(yùn)行，對(duì)電梯運(yùn)行進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控，在電梯系統(tǒng)內(nèi)安裝視頻設(shè)備，把所獲的的監(jiān)控圖像，傳送到中央監(jiān)控管理中心，供監(jiān)控人員即時(shí)監(jiān)管，監(jiān)控圖像同時(shí)存入大容量的數(shù)字DVR內(nèi)，以備安全檢查和事故分析調(diào)用，已成為普遍而有效的監(jiān)控措施。

但是，電梯轎箱內(nèi)的視頻監(jiān)控設(shè)備由于遭受到各種干擾，輕則導(dǎo)致監(jiān)視器顯示的圖像不清晰，或者出現(xiàn)黑白杠、木紋狀滾動(dòng)，重則出現(xiàn)大面積網(wǎng)紋干擾，以至顯示紊亂，行不成圖像和同步信號(hào)，甚至控制失靈，令人十分頭痛[1]。本文主要就電梯視頻監(jiān)控系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾的原因和抗干擾措施，進(jìn)行了探討。

1 電梯視頻監(jiān)控系統(tǒng)

以前電梯監(jiān)控的雛形，是在電梯中安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)，將視頻線混編于隨行電纜中，再由電梯機(jī)房輸出連接至監(jiān)控中心，系統(tǒng)構(gòu)架簡(jiǎn)單。而現(xiàn)在電梯監(jiān)控系統(tǒng)，不管從構(gòu)架上，還是從功能上，都要復(fù)雜許多，不同品牌的的電梯視頻監(jiān)控系統(tǒng)大同小異。

1.1 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

電梯視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常都具有如下功能：

（1）在電梯轎箱頂上安裝攝像頭，電梯控制柜內(nèi)安裝電梯信息采集卡，監(jiān)控中心安裝視頻監(jiān)控主機(jī)和監(jiān)控顯示器，通過視頻線傳輸連接，即可在監(jiān)控中心看到電梯轎箱內(nèi)的圖像以及電梯運(yùn)行狀態(tài)。

（2）安裝在電梯轎箱頂上的攝像頭采集轎箱圖像，輸出視頻信號(hào)至電梯信息采集卡。

（3）電梯信息采集卡采集電梯樓層信號(hào)、方向、滿員、司機(jī)以及故障等狀態(tài)信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成視頻格式疊加在視頻信號(hào)上，并發(fā)送到監(jiān)控中心。

（4）監(jiān)控顯示器可實(shí)現(xiàn)多路電梯圖像畫面遠(yuǎn)程同屏監(jiān)控，多畫面智能切換輪巡。

（5）可保存多臺(tái)電梯圖像信號(hào)，以供必要時(shí)查看。

（6）電梯出現(xiàn)故障時(shí)，輸出閃動(dòng)的圖像報(bào)警信號(hào)。

1.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 電梯視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

每臺(tái)電梯的轎箱內(nèi)安裝攝像機(jī)，通過視頻線將視頻信號(hào)傳送到電梯信號(hào)采集卡，然后采集卡再將信號(hào)傳送到監(jiān)控中心并播放。

系統(tǒng)主要由如下部分組成：

（1）攝像機(jī)。安裝在轎箱頂部，負(fù)責(zé)采集電梯轎箱內(nèi)的模擬視頻信號(hào)；

（2）電梯信號(hào)采集卡。安裝在電梯控制柜內(nèi)，主要負(fù)責(zé)將電梯信息疊加在視頻信號(hào)，并傳送到監(jiān)控主機(jī)；

（3）視頻監(jiān)控主機(jī)。配合系統(tǒng)的軟件，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程同步實(shí)時(shí)監(jiān)控、錄像并顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)；

（4）軟件。系統(tǒng)的配套軟件，安裝在監(jiān)控主機(jī)上。

2 常見視頻干擾情況分析

說起視頻干擾，要講一下視頻監(jiān)控信號(hào)傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)方式——視頻基帶傳輸，就是指視頻信號(hào)不經(jīng)過頻率變換等任何處理，由圖像攝取端通過同軸電纜直接傳輸?shù)奖O(jiān)視端的傳輸方式。圖像在傳輸時(shí)，直接利用同軸電纜的0～6 MHz來傳輸，非常容易受到干擾，使圖像出現(xiàn)網(wǎng)紋、橫紋和豎條等影響監(jiān)視效果。

下面就常見的干擾現(xiàn)象及原因作如下分析。

2.1 工頻干擾

（1）干擾現(xiàn)象。圖像出現(xiàn)雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋或很寬暗橫帶持續(xù)不斷滾動(dòng)。

（2）原因分析。此現(xiàn)象是當(dāng)攝像端與監(jiān)控設(shè)備端同時(shí)接地時(shí)，由于地電阻及電纜外皮電阻的存在，在兩地之間電力系統(tǒng)各相負(fù)載不平衡，或接地方式不同，引起50 Hz電位差，從而產(chǎn)生工頻干擾所致。

地電位使兩接地端存在電壓降，電壓降加在屏蔽層兩端并與大地（地電阻）構(gòu)成回路產(chǎn)生地電流，地電流經(jīng)過線纜屏蔽層形成干擾電壓，地電流的部分諧波分量落入視頻芯線，致使芯線與屏蔽層之間產(chǎn)生干擾電位，使干擾信號(hào)加入視頻信號(hào)中，對(duì)監(jiān)控圖像形成干擾。

另外，視頻傳輸線的品質(zhì)不好，特別是屏蔽性能差；視頻線的線電阻過大，因而造成信號(hào)產(chǎn)生較大衰減；視頻線的特性阻抗不是75 Ω，以及參數(shù)超出規(guī)定；供電系統(tǒng)的電源不“潔凈”（指在正常的電源上疊加有干擾信號(hào)）等，也是出現(xiàn)圖像出現(xiàn)雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋或很寬暗橫帶持續(xù)不斷滾動(dòng)的原因。

2.2 空間電磁波干擾

（1）干擾現(xiàn)象。圖像出現(xiàn)較密的斜形網(wǎng)紋，嚴(yán)重時(shí)圖像全部被破壞，形不成圖像和同步信號(hào)。

（2）原因分析。當(dāng)監(jiān)控電纜在空中架設(shè)時(shí)，空中電磁波干擾信號(hào)所產(chǎn)生的空間電場(chǎng)，會(huì)作用于監(jiān)控傳輸線路，使線路兩端而產(chǎn)生相當(dāng)大的電磁干擾電壓，其頻率約在200 Hz～2.3 MHz。由于電纜中電位差的存在，使電纜屏蔽層產(chǎn)生干擾電流。而一般情況下，攝像端和監(jiān)控設(shè)備端均為接地狀態(tài)，這就使干擾電流通過線纜兩端接地點(diǎn)與大地形成回路，導(dǎo)致終端負(fù)載產(chǎn)生干擾電壓，干擾信號(hào)耦合進(jìn)視頻信號(hào)中，產(chǎn)生圖像干擾情況。在傳輸系統(tǒng)、系統(tǒng)前端或中心控制室附近有較強(qiáng)的、頻率較高的空間輻射源，也是產(chǎn)生干擾的原因之一。

另外，造成這種干擾現(xiàn)象的原因，還可能是視頻電纜線的芯線與屏蔽網(wǎng)短路、斷路造成的。這種情況多出現(xiàn)在BNC接頭或其他類型的視頻接頭上。即這種故障現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，往往不會(huì)是整個(gè)系統(tǒng)的各路信號(hào)均出問題，而僅僅出現(xiàn)在那些接頭不好的路數(shù)上。

2.3 低頻干擾

即20 Hz～nkHz低頻噪聲干擾。

（1）干擾現(xiàn)象。圖像出現(xiàn)靜止水平條紋。

（2）原因分析。由于聲音、數(shù)據(jù)等信號(hào)，屬于低頻信號(hào)，其頻帶狹窄，在傳輸時(shí)只用到20 Hz～nkHz，幾乎采用任何種類的電纜都可以傳輸，一般只受交流聲干擾。用于傳輸視頻信號(hào)的同軸電纜，其屏蔽層抗干擾曲線特性表明，干擾信號(hào)頻率越高，其屏蔽性能越好，對(duì)于諸如載波電話、有線電臺(tái)等低頻率信號(hào)干擾，反而顯得蒼白無力。低頻干擾信號(hào)同樣會(huì)在傳輸線纜上產(chǎn)生干擾電壓，從而影響圖像品質(zhì)。

2.4 高頻干擾

即高頻噪聲干擾。

（1）干擾現(xiàn)象。圖像出現(xiàn)雪花點(diǎn)或高亮點(diǎn)。

（2）原因分析。雖然視頻傳輸所用同軸電纜抗高頻干擾要比抗低頻干擾性能強(qiáng)，但是強(qiáng)高頻干擾信號(hào)還會(huì)對(duì)圖像的傳輸產(chǎn)生干擾。大電荷負(fù)載啟停、變頻機(jī)及高頻機(jī)等在工作時(shí)，除了輸出高強(qiáng)度基波外，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的二次諧波。雖然諧波強(qiáng)度比基波低很多，但高次諧波頻帶很寬，且成分復(fù)雜，所以基波的各次諧波，都會(huì)對(duì)利用視頻基帶傳輸（即6 MHz帶寬內(nèi)）的視頻信號(hào)造成不同程度的干擾。經(jīng)過多次精度實(shí)驗(yàn)，高頻干擾信號(hào)的基波和諧波頻率均在45 MHz以內(nèi)。此外，視頻傳輸線的特性阻抗不是75 Ω而導(dǎo)致阻抗失配，也會(huì)引起高頻干擾。

2.5 反射干擾

（1）干擾現(xiàn)象。圖像出現(xiàn)重影。

（2）原因分析。視頻信號(hào)在傳輸過程中色度、亮度及飽和度都會(huì)有相應(yīng)衰減，當(dāng)傳輸視頻的同軸網(wǎng)絡(luò)阻抗不匹配（也稱失配）時(shí)，視頻信號(hào)傳輸?shù)浇K端會(huì)有部分色度、亮度及飽和度產(chǎn)生微反射，反射回來的信號(hào)，會(huì)回到發(fā)射處形成再反射，與視頻信號(hào)疊加，經(jīng)過延時(shí)和損耗到達(dá)終端。多個(gè)反射信號(hào)將在接收端產(chǎn)生碼間干擾（ISI），ISI會(huì)導(dǎo)致監(jiān)視器收到錯(cuò)誤的輸入信號(hào)幅度和相位，并顯示出來，這就使傳回來的圖像看起來好象清楚的圖像上又蒙上了一層模糊不清的圖像現(xiàn)象，即重影現(xiàn)象。

2.6 靜電干擾

（1）干擾現(xiàn)象。圖像時(shí)有網(wǎng)紋時(shí)有噪點(diǎn)，且時(shí)有時(shí)無。

（2）原因分析。在發(fā)電場(chǎng)、煤礦和工業(yè)企業(yè)等存在高電壓（1 kV以上）輸出、嚴(yán)重機(jī)械摩擦及高電磁環(huán)境場(chǎng)所接地時(shí)的對(duì)地電位差,都在400～1 500 VP-P之間。接地與大地之間存在電位差的現(xiàn)象，就屬于靜電現(xiàn)象的一種。存在靜電現(xiàn)象時(shí)，接地端（包括冷地和熱地）和大地就相當(dāng)于一個(gè)帶正電荷和負(fù)電荷的電容器。根據(jù)電容器的工作原理可知，當(dāng)電荷容量達(dá)到一定程度時(shí)，便會(huì)放電。那么靜電放電時(shí)，便會(huì)在不同的接地端之間形成電位差，使傳輸線路上屏蔽層形成地電流，從而使干擾信號(hào)耦合進(jìn)視頻信號(hào)，并送入監(jiān)控設(shè)備中。靜電對(duì)視頻傳輸干擾情況，取決于靜電電壓差的大小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成接口芯片的損傷或損壞。

3 常用視頻抗干擾措施

通常情況下，電梯視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，都是采用同軸電纜。常用同軸電纜不管是何種電纜，干擾感應(yīng)電壓，都是直接串聯(lián)在視頻信號(hào)傳輸回路中，只是多層高編電纜的外導(dǎo)體電阻小，形成的干擾感應(yīng)電壓也相對(duì)較低一些，這對(duì)抗低頻電源干擾、電機(jī)火花干擾等有一定效果（數(shù)十kHz以下的干擾）。但對(duì)高頻干擾，由于“趨膚效應(yīng)”，高頻阻抗與低編電纜相同，抗干擾效果也基本一樣，所以高編電纜只有適當(dāng)降低低頻干擾的作用，防強(qiáng)干擾和高頻干擾還是無能為力。下面就常用的視頻抗干擾措施進(jìn)行討論。

（1）電梯布線方式的抗干擾措施。電梯視頻監(jiān)控中使用同軸電纜，重要的一點(diǎn)是布線，最好從井道中部出線，因?yàn)檫@時(shí)井內(nèi)隨行視頻電纜長度，大約只有井深的一半多一點(diǎn)，最短，自然引入的干擾也最小。過去，在不明白原理的情況下，多數(shù)出線位置都是和其他隨行電纜一起走，從電纜井的頂部或底部出線。這種情況下，只有一半電纜是隨行運(yùn)動(dòng)的，另一半只是固定延伸連接；隨行運(yùn)動(dòng)的那一半電纜，只能與其他隨行電纜捆綁走線，而另一半不動(dòng)電纜，可以選擇遠(yuǎn)離隨行電纜單獨(dú)走線的方法，在電梯井內(nèi)把視頻線緊貼井壁垂直走線，并把這部分電纜穿金屬管槽，以屏蔽干擾對(duì)這部分電纜的影響，效果也比較好。

隨行視頻電纜與其他隨行電纜捆綁時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分了解其他隨行電纜的結(jié)構(gòu)和分布情況，捆綁時(shí)視頻電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電流大、頻率高的電纜，靠近電流小、頻率低的電纜捆扎。

（2）攝像機(jī)金屬外殼、NC頭的外殼、同軸電纜的外導(dǎo)體等視頻信號(hào)的“地”和電梯轎廂、導(dǎo)軌等要絕緣，這在安裝攝像機(jī)時(shí)要特別注意。攝像機(jī)供電應(yīng)優(yōu)選集中直流供電方式，其次是選擇轎廂照明電源，不能用動(dòng)力線。

（3）供電、控制等監(jiān)控用電纜，盡量選用帶屏蔽的電纜，防止干擾信號(hào)向外泄露。

（4）從電梯井出口到控制中心的視頻電纜，應(yīng)走金屬管槽，并且不要走強(qiáng)電線槽，以屏蔽沿途環(huán)境干擾對(duì)這部分電纜的影響，并注意這部分屏蔽與電梯井內(nèi)的屏蔽，應(yīng)做好電氣連接。

（5）采用抗干擾同軸電纜。抗干擾同軸電纜是一種“雙絕緣雙屏蔽的同軸電纜”，其可以把干擾排除在視頻信號(hào)傳輸回路之外，達(dá)到抗干擾的目的。這種電纜，對(duì)于電梯環(huán)境下的超強(qiáng)低頻動(dòng)力電源干擾、電機(jī)電火花干擾、變頻電機(jī)干擾、控制信號(hào)干擾等數(shù)十千赫茲以下的干擾，抗干擾性能十分突出，并且在工程上使用時(shí)，可以有效降低工程造價(jià)。

（6）采用寬頻共纜監(jiān)控技術(shù)。相關(guān)資料表明，視頻干擾源的頻率均在45 MHz以下，寬頻共纜監(jiān)控把監(jiān)控音視頻信號(hào)搬移到110 MHz以上，完全避開了干擾源的干擾頻率，使干擾信號(hào)在監(jiān)控信號(hào)傳輸過程中無用武之地，從而保證了監(jiān)控信號(hào)的傳輸品質(zhì)。

此外，可以利用雙絞線傳輸視頻信號(hào)，雙絞線可以抗共模干擾，要比同軸電纜抗干擾能力好些。在這種情況下，需要雙絞線傳輸器1對(duì)、BNC短接線兩條，在攝像機(jī)前端接出短接線至傳輸器，傳輸器接雙絞線。中控端雙絞線接出傳輸器，再通過短接線至工控機(jī)或者DVR或者視頻分配器就可以了，如果干擾信號(hào)很強(qiáng)的話，需要有源雙絞線傳輸器，傳輸器的前端接地，后端不用接地。但是，由于雙絞線信號(hào)衰減很大，利用雙絞線傳輸視頻信號(hào)時(shí)，傳輸距離會(huì)受到很大的限制。

4 結(jié)束語

電梯作為高樓載客、載貨的主要工具，未來的使用將會(huì)越來越廣泛。電梯也是最普通的公共場(chǎng)所，所以在電梯轎箱中，安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)很有必要。電梯轎箱內(nèi)的視頻設(shè)備在設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)的各階段，應(yīng)綜合采用以上所述的技術(shù)途徑，使各種抗干擾措施有機(jī)地結(jié)合起來，以降低乃至避免電梯轎箱內(nèi)安裝的視頻設(shè)備被干擾的現(xiàn)象[1]。

[1]田 競(jìng).解決電梯箱內(nèi)的視頻設(shè)備被干擾的技術(shù)途徑[J].安防科技，2007，（1）：12-14.

[2]王馨梨.淺談電梯視頻監(jiān)控常見問題與分析[J].中國電子商務(wù)，2010，（5）：96-97.

[3]宗 群，王 波.視頻監(jiān)控在電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2003，（7）：18-22.

[4]馬 鈺.電梯監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.