天津市津南區(qū)防汛視頻監(jiān)控系統(tǒng)微波鏈路設(shè)計(jì)方案

【摘 要】天津市津南區(qū)地處九河下梢，承擔(dān)著上泄洪水、中排瀝水、下防海潮的重要任務(wù)。區(qū)內(nèi)有二級河道16條，河網(wǎng)密集總長度181.8公里，現(xiàn)有泵站14座，閘涵28座。由于泵站、閘涵坐落位置較為偏遠(yuǎn)，光纖傳輸受地形、距離因素導(dǎo)致造價高昂，公網(wǎng)3G后期使用成本高等因素，故采用數(shù)字微波方式作為傳輸視頻主鏈路，實(shí)時傳輸視頻信號及相關(guān)數(shù)據(jù)，公網(wǎng)3G作為備份鏈路。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字微波通信數(shù)字通信體制數(shù)據(jù)信號與圖像信號

津南區(qū)是四個環(huán)城區(qū)之一總面積387.84平方公里，位于市區(qū)東南部，海河下游南岸，河網(wǎng)密集。為了保障社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民生命財產(chǎn)的安全，防汛任務(wù)十分重要。該區(qū)地處九河下梢，承擔(dān)著上泄洪水、中排瀝水、下防海潮的重要任務(wù)，負(fù)有保證市區(qū)安全度汛的重要職責(zé)。區(qū)內(nèi)有二級河道16條，總長度181.8公里，總調(diào)蓄能力1000萬立方米，全區(qū)現(xiàn)有區(qū)管泵站14座，區(qū)管閘涵28座，但交通不便，防汛管理上采用人工報送數(shù)據(jù)方式，不能實(shí)時以圖像方式直觀顯示泵站運(yùn)行及河道水位情況，給防汛工作帶來不便，也不符合水利現(xiàn)代化、信息化發(fā)展的大趨勢。

系統(tǒng)的總體構(gòu)架是基于分層的思想設(shè)計(jì)的，由防汛視頻監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)端攝像頭、泵站開關(guān)監(jiān)測傳感器構(gòu)成采集層，通過數(shù)字微波鏈路進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)到達(dá)中心機(jī)房后進(jìn)入視頻監(jiān)控平臺，通過監(jiān)控平臺的處理，能夠在局域網(wǎng)WEB頁面及會商室顯示系統(tǒng)中進(jìn)行展示，用于防汛會商、指揮調(diào)度。

視頻監(jiān)控寬帶鏈路是各監(jiān)控站點(diǎn)與中心機(jī)房間的寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，是組成防汛視頻監(jiān)控系統(tǒng)難度最高部分，也是該系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件。通過前期調(diào)研，發(fā)現(xiàn)各監(jiān)控點(diǎn)距離中心機(jī)房較遠(yuǎn)，不具備光纖接入條件。本系統(tǒng)需常年運(yùn)行，公網(wǎng)3G后期使用成本高，且視頻圖像傳輸帶寬占用大，要求數(shù)據(jù)傳輸鏈路帶寬較高，所以需要建設(shè)一個高帶寬、運(yùn)維成本低、組網(wǎng)靈活、性能穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。經(jīng)過對現(xiàn)場條件分析，以及設(shè)備的性價比，設(shè)計(jì)使用數(shù)字微波設(shè)備作為視頻數(shù)據(jù)傳輸主鏈路，租用公網(wǎng)3G作為備份鏈路。

鏈路系統(tǒng)采用數(shù)字微波通信技術(shù)，基于該通信技術(shù)頻段的頻帶寬，傳輸信息容量大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)上行帶寬為6M。一套數(shù)字微波通信設(shè)備可以容納幾千甚至上萬條話路同時工作，可同時傳輸多路高清視頻信號等寬頻帶信號業(yè)務(wù)。通信穩(wěn)定、可靠，天電干擾及太陽黑子的活動對其影響小，數(shù)字微波通信中繼站能對數(shù)字信號進(jìn)行再生，使數(shù)字微波通信線路噪聲不逐站積累，增加了抗干擾性，因此通信穩(wěn)定、可靠。通信靈活性較大，微波中繼通信采用中繼方式，可以實(shí)現(xiàn)地面上的遠(yuǎn)距離通信，并且可以跨越沼澤、江河、等特殊地理環(huán)境。在遭遇地震、洪水、等災(zāi)禍時，通信的建立及轉(zhuǎn)移都較容易，這些方面比有線通信具有更大的靈活性。天線增益高、方向性強(qiáng)。當(dāng)天線面積給定時，天線增益與工作波長的平方成反比。由于微波通信的工作波長短，天線尺寸可做得很小，有利于設(shè)備的安裝及組網(wǎng)，設(shè)備采用增益高，方向性強(qiáng)的面式天線。這樣可以降低微波發(fā)信機(jī)的輸出功率，利用微波天線方向性強(qiáng)的特點(diǎn)，使微波電磁波傳播特定方向?qū)?zhǔn)下一接收站，減少通信中的相互干擾。投資少、建設(shè)快，與其它有線通信相比，在通信容量和質(zhì)量基本相同的條件下，按話路公里計(jì)算，微波中繼通信線路具有建設(shè)費(fèi)用低周期短、組網(wǎng)靈活、易維護(hù)、可擴(kuò)容、后期使用成本低的特點(diǎn)。

為了保證系統(tǒng)在意外惡劣條件下正常運(yùn)行，采用聯(lián)通公司3G網(wǎng)絡(luò)VPDN方式作為圖像傳輸?shù)膫浞萱溌?，上行速率設(shè)計(jì)5.76Mbps。VPDN方式將視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與公共互聯(lián)網(wǎng)隔離，保證了運(yùn)營商側(cè)的高安全專網(wǎng)的接入與承載，所有前端無線監(jiān)控終端設(shè)備都處于專用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，數(shù)據(jù)保密性好，不會受到來自互聯(lián)網(wǎng)上的黑客及病毒的侵襲，能夠有效保證穩(wěn)定的傳輸速率和帶寬。前端視頻監(jiān)控3G傳輸按流量計(jì)費(fèi)，為節(jié)省流量，中心端系統(tǒng)平臺采用召測方式，即平臺主動觀看視頻時產(chǎn)生流量，平時處于待機(jī)狀態(tài)。在中心機(jī)房租用10M MSTP鏈路，作為中心端接收前端3G信號的接入鏈路。這種備份設(shè)計(jì)既保證了特定意外條件下系統(tǒng)整體的安全運(yùn)行，同時又兼顧了后期的使用成本及網(wǎng)絡(luò)安全的需要。

該工程自建成后已安全運(yùn)行數(shù)年，由于設(shè)計(jì)之初考慮到未來終端增加、遷址的現(xiàn)實(shí)需求。系統(tǒng)運(yùn)行期間在不改變鏈路整體構(gòu)架的基礎(chǔ)下對微波鏈路進(jìn)行增容、遷址。即免去了二次投資節(jié)約了建設(shè)成本，又使整個視頻系統(tǒng)靈活多變，為防汛工作提供了強(qiáng)有力的保障。

系統(tǒng)組網(wǎng)微波結(jié)構(gòu)示意圖

作者簡介：王景屹（1978—） 男，天津人，本科，助理工程師，研究方向：通信工程。