水下文化遺產(chǎn)安全技術(shù)防范系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

■ 肖林

保護(hù)珍貴的水下文化遺產(chǎn)，借助高科技視頻監(jiān)控設(shè)備勢在必行。由于海洋特殊的自然環(huán)境，對安全防范系統(tǒng)的建立提出了更高的要求。那么，如何解決前端設(shè)備的安裝防護(hù)、供電以及信號傳輸問題？

我國擁有300萬平方公里的遼闊海域，1.8萬公里的大陸海岸線和豐富的內(nèi)陸水域，蘊(yùn)含著種類多樣、數(shù)量巨大的水下文化遺產(chǎn)，包括數(shù)量眾多的沉船遺址等。保護(hù)這些珍貴的水下文化遺產(chǎn)，深入挖掘其歷史、藝術(shù)和科學(xué)價值，不但是弘揚(yáng)中華民族優(yōu)秀文化、增強(qiáng)民族凝聚力的需要，更是落實(shí)國家海洋發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。然而由于海洋特殊的自然環(huán)境，對安全防范系統(tǒng)的建立提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在前端設(shè)備的選型安裝與防護(hù)、前端設(shè)備的供電及信號的傳輸?shù)?。本文將對上述三個關(guān)鍵要素進(jìn)行簡要分析。

前端設(shè)備的選型、安裝與防護(hù)

海面雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)

由于需要保護(hù)的海面往往范圍很大，傳統(tǒng)的報警設(shè)備根本無法滿足防護(hù)要求，建立遠(yuǎn)程海面雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對防護(hù)海域的監(jiān)測。遠(yuǎn)程海面雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)安裝在距保護(hù)海域最近的島嶼上，根據(jù)距離選用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備，使其探測半徑能夠完全覆蓋保護(hù)海域。遠(yuǎn)程海面雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)能夠探測保護(hù)海域內(nèi)的海面艦船、低空旋翼直升機(jī)等目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的搜索、定位，識別目標(biāo)為正常航道船只還是違法作業(yè)船只，對標(biāo)記的違法船只可以實(shí)施連續(xù)追蹤和記錄。

重點(diǎn)部位視頻監(jiān)控及聲音警告系統(tǒng)

在水下文物集中的重點(diǎn)部位，選取具備安裝條件的礁石，安裝攝像機(jī)、拾音器和揚(yáng)聲器，可以實(shí)時監(jiān)視重點(diǎn)區(qū)域附近的情況。根據(jù)雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)的探測結(jié)果，對發(fā)現(xiàn)的可疑船只進(jìn)行圖像和聲音復(fù)核，圖像和聲音進(jìn)行24小時不間斷錄像，為日后調(diào)查取證保存證據(jù)。在發(fā)現(xiàn)可疑船只靠近重點(diǎn)區(qū)域時，可以通過現(xiàn)場安裝的揚(yáng)聲器對可疑人員進(jìn)行警告和驅(qū)趕。

考慮到現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，選擇攝像機(jī)應(yīng)從環(huán)境適應(yīng)性、集成度、是否帶音頻和報警、變焦倍數(shù)等多方面進(jìn)行考核，選用高強(qiáng)度、高性能的一體化網(wǎng)絡(luò)高速云臺攝像機(jī)。一體化網(wǎng)絡(luò)高速云臺攝像機(jī)是集編碼器、云臺和護(hù)罩為一體的易安裝的云臺攝像機(jī)系統(tǒng)，包括一個一體化攝像機(jī)模塊和一個雨刷器。攝像機(jī)及防護(hù)罩的外殼采用高強(qiáng)度合金材料，以適應(yīng)海面的環(huán)境，工作溫度為-40°C-60°C，防護(hù)罩應(yīng)具有低溫自動加熱功能和去霜/防霧化功能。

前端設(shè)備的智能防護(hù)

設(shè)備防護(hù)系統(tǒng)是為了避免現(xiàn)場設(shè)備受高溫、海水腐蝕的影響，使其能正常運(yùn)行，主要包括設(shè)備箱、設(shè)備箱狀態(tài)檢測系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)?，F(xiàn)場設(shè)備箱采用不銹鋼材料定制，并經(jīng)過防水、防腐蝕處理，達(dá)到IP66標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備箱內(nèi)放置供電系統(tǒng)控制設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、智能供電及控制單元、箱內(nèi)溫濕度、水浸、破壞報警等檢測設(shè)備。

系統(tǒng)中所使用的設(shè)備需進(jìn)行防水降溫的防護(hù)，防水部分可以抗海鹽高腐蝕，降溫部分采用海水制冷，擬在設(shè)備防護(hù)箱中盤輔冷凝管，由海水泵使冷凝管中的海水循環(huán)制冷，進(jìn)水口在海平面以下2米。

前端設(shè)備安裝桿塔

為避免遭到海水的浸泡腐蝕，前端設(shè)備應(yīng)安裝在海平面之上的一定距離?？紤]到海面風(fēng)大浪大的情況，應(yīng)選用滿足強(qiáng)度要求的桿塔。根據(jù)保護(hù)海域的潮汐表，查得海面最大高差，確定設(shè)備安裝桿塔的高度。桿塔固定在具備安裝條件的礁石上，塔架采用鋼結(jié)構(gòu)，多折線型立面廓線，使基礎(chǔ)受力小，整塔穩(wěn)定性好；塔架上設(shè)置有用于安裝視頻監(jiān)控、告警擴(kuò)音等設(shè)備的平臺；整個塔架承載負(fù)荷強(qiáng)，針對保護(hù)海域惡劣環(huán)境增加強(qiáng)度，防水防腐蝕。

前端設(shè)備的供電

由于海面上不具備敷設(shè)供電線路的條件，根據(jù)海域的自然條件，可以充分利用風(fēng)力、潮汐、太陽能等自然資源，解決前端設(shè)備的供電問題。采用風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電方式能同時利用太陽能和風(fēng)能發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)晝夜互補(bǔ)。在適宜氣象條件下，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。由于通常夜晚無陽光時恰好風(fēng)力較大，所以互補(bǔ)性好，可以減少系統(tǒng)的太陽能板配置，從而大大降低系統(tǒng)造價，單位容量的系統(tǒng)初投資和發(fā)電成本均低于獨(dú)立的光伏系統(tǒng)。

風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)，起動風(fēng)速低，風(fēng)能利用率高，體積小，運(yùn)行振動低；風(fēng)輪葉片采用新工藝經(jīng)精密注射成型，配以優(yōu)化的氣動外形設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)能利用系數(shù)高，增加了年發(fā)電量；采用永磁轉(zhuǎn)子交流發(fā)電機(jī)，有效地降低發(fā)電機(jī)的阻轉(zhuǎn)矩，同時使風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)具有更為良好的匹配特性，機(jī)組運(yùn)行的可靠性；配合太陽能電池板供電，采用大容量蓄電池，保證電池可以單獨(dú)連續(xù)供電2-3天。每個設(shè)備塔架配備一套風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，能夠滿足前端設(shè)備的供電要求。

信號傳輸系統(tǒng)

由于海域沒有敷設(shè)有線通訊線纜的可能，也未被電信、移動等無線信號覆蓋，周邊有無線信號覆蓋的島嶼往往距離很遠(yuǎn)，所以常規(guī)的信號傳輸方式在這里均不可行。然而由于纜傳輸給高功率放大器，被放大到指定的功率后，通過波導(dǎo)連接到天線饋源的發(fā)射端口，經(jīng)地面站天線發(fā)送到衛(wèi)星。

端站需要發(fā)往衛(wèi)星的視頻數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都是基于IP 協(xié)議的IP 數(shù)據(jù)包，來自于端站的監(jiān)視圖像信息，這些IP 數(shù)據(jù)包經(jīng)端站的以太網(wǎng)交換機(jī)匯集成一個數(shù)據(jù)流，由交換機(jī)輸出到端站。來自調(diào)制器的信號通過射頻電纜傳輸給高功率放大器，并被放大到指定的功率后，通過波導(dǎo)連接到天線饋源的發(fā)射端口，經(jīng)地面站天線發(fā)送到衛(wèi)星。海面上沒有任何遮擋物，所以衛(wèi)星信號很強(qiáng)，采用衛(wèi)星通訊的方式能夠解決信號傳輸?shù)膯栴}。

衛(wèi)星通訊系統(tǒng)主要由主站、主站天線分系統(tǒng)、終端站、終端站天線分系統(tǒng)組成。主站作為整個監(jiān)控視頻衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的中心節(jié)點(diǎn)，通過衛(wèi)星鏈路與所有固定端站建立通信連接。主站與控制中心通過地面網(wǎng)絡(luò)連接。端站負(fù)責(zé)采集礁盤現(xiàn)場的音視頻并進(jìn)行相關(guān)處理，通過衛(wèi)星鏈路送回主站，同時接收主站通過衛(wèi)星鏈路傳送過來的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

系統(tǒng)中，傳輸信息主要包括設(shè)備控制信息和監(jiān)視圖像信息，同時，系統(tǒng)的傳輸也包括前向和回傳兩類。一方面，各監(jiān)控點(diǎn)將IP 攝像機(jī)的視頻圖像通過交換機(jī)存儲至視頻存儲服務(wù)器中并形成視頻分割，通過衛(wèi)星回傳鏈路將分割圖像或一路視頻圖像信息傳輸?shù)街髡?，再?jīng)地面鏈路傳到控制中心；另一方面，控制中心監(jiān)控平臺通過衛(wèi)星前向鏈路將云臺、攝像機(jī)等設(shè)備控制信息以單播的形式，發(fā)送到指定的監(jiān)控點(diǎn)，下面分別描述一下設(shè)備控制信息和監(jiān)視圖像信息的數(shù)據(jù)傳輸流程。

主站與終端站數(shù)據(jù)傳輸流程

主站需要發(fā)往端站的數(shù)據(jù)流主要是來自于控制中心下發(fā)的設(shè)備控制信息，數(shù)據(jù)信息經(jīng)主站的交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)給主站的封裝機(jī)、調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制處理。來自調(diào)制器的信號通過射頻電

天線分系統(tǒng)

天線及控制分系統(tǒng)由天線部分、四端口饋源網(wǎng)絡(luò)、跟蹤控制部分組成。天線對星采用電動、手動兩種方式，以滿足對不同衛(wèi)星的傳輸要求。該天線主反射面是賦形拋物面，由硬鋁合金面板組成，每塊面板均采用高精度拉伸成型蒙皮與高剛度骨架鉚接而成，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的面板保證了天線重裝精度，減少了安裝工作量，使天線有很強(qiáng)的抗風(fēng)能力和足夠的強(qiáng)度。天線副反射面及饋源喇叭均由數(shù)控車床加工成型，表面處理采用導(dǎo)電陽極化、噴涂氯磺化聚乙烯硅環(huán)氧磁漆的處理工藝；收發(fā)雙工器采用銅制鍍銀，外表面噴涂氯磺化聚乙烯硅環(huán)氧磁漆的處理工藝。天線中心體、座架、輻射梁等全部鋼結(jié)構(gòu)部件采用熱浸鋅的表面處理工藝，全部連接用標(biāo)準(zhǔn)件采用不銹鋼件，增強(qiáng)了它的防腐蝕能力。

結(jié)論

通過利用現(xiàn)代化的高科技手段，解決了前端設(shè)備的安裝防護(hù)、前端設(shè)備的供電以及信號的傳輸?shù)葐栴}，可以在保護(hù)海域建立完善的安防系統(tǒng)。任何在防護(hù)范圍內(nèi)活動的高度1KM以下海面目標(biāo)都在監(jiān)視范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)可疑船只后可通過現(xiàn)場攝像機(jī)進(jìn)行圖像復(fù)核，確認(rèn)后可進(jìn)行聲音驅(qū)趕，必要時可派近島監(jiān)管船只前往執(zhí)法，有效的保護(hù)珍貴的水下文化遺產(chǎn)，防止盜撈等破壞事件的發(fā)生。