數(shù)字微波視頻遠傳系統(tǒng)在桃山水庫入庫水文站中的應用

郭　治,王　越

(黑龍江省桃山水庫管理處，黑龍江 七臺河 154600)

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數(shù)字微波視頻遠傳系統(tǒng)在桃山水庫入庫水文站中的應用

郭治,王越

(黑龍江省桃山水庫管理處，黑龍江 七臺河 154600)

摘要：桃山水庫位于黑龍江省七臺河市桃山區(qū)，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧農業(yè)灌溉、水產養(yǎng)殖等綜合功能于一體的大型水利樞紐工程。該水庫對促進七臺河市的經濟發(fā)展、城市建設和保障城市生活用水發(fā)揮了重要作用。隨著科技的不斷發(fā)展，水庫管理過程中人工看管已經成為過去，采用視頻安全監(jiān)控在水庫供水安全管理中作用越來越明顯。桃山水庫入庫水文站視頻數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用無線數(shù)字微波通信技術，增強了對入庫水文站實時管理，提高了對入庫河道的監(jiān)管，提升了入庫水來的精準度，無線數(shù)字微波在水庫入庫水文站的監(jiān)管工作中發(fā)揮了重要作用。文章闡述了數(shù)字微波視頻遠傳系統(tǒng)的構成、微波信號的傳輸特點等內容。

關鍵詞：水庫上流入庫水文站；無線數(shù)字微波；無線局域網(wǎng)絡；視頻安全監(jiān)控；遠程操控

0前言

素有七臺河市“小西湖”之稱的桃山水庫位于黑龍江省七臺河市桃山區(qū)，與七臺河市區(qū)中心毗鄰，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧農業(yè)灌溉、水產養(yǎng)殖等綜合功能于一體的大型水利樞紐工程，該水庫1990年8月成，自建成設入運行以來，對促進七臺河市的經濟發(fā)展、城市建設和保障城市生活用水發(fā)揮了重要作用，并取得了一定的經濟效益和社會效益。

飲用水安全視頻系統(tǒng)是水庫供水安全管理中必不可少的措施。隨著科技的不斷發(fā)展，在水庫管理過程中已經不再需要人工進行看管，采用視頻安全監(jiān)控在水庫供水安全管理中作用越來越明顯[1]。由于受地理條件及離距的影響，上流入庫水文站入庫安全監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)傳輸成為難點，近年來微波通信技術在視頻信息數(shù)據(jù)傳輸中被廣泛應用，能有效的解決這一問題。

1監(jiān)控系統(tǒng)的構成

桃山水庫集水面積2 043 km2，校核總庫容為2.64 億 m3，興利總庫容0.98 億 m3。桃山水庫供水網(wǎng)絡，由1個中心機房、1個中繼站2個入庫水文站、1個出庫水文站、6個單獨城市供水計量站組。其新發(fā)水文站、北興水文站與水庫中心機房距離較遠，監(jiān)控點共8個監(jiān)控點，每個監(jiān)控點設有1個網(wǎng)絡數(shù)字監(jiān)控攝像機。

水文站監(jiān)控系統(tǒng)受地形條限制，中心機房與監(jiān)控點之間有山體、河流、農田、及煤礦開采出的巖石山等阻隔，使用傳統(tǒng)的電纜或光纖布線成本極高，施工難度極大，新興的3G、4G、VPN無線通信技術架設方便，但通信費用昂貴，通信帶寬有限不適用做大容量數(shù)據(jù)傳輸。這時無線數(shù)字微波通信的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。桃山水庫水文站最遠監(jiān)控點與中心機房直線離距約29 km，有河流、農田、山體等外界因素所間隔，考慮施工成本及后繼費用等因素所以選用5.8GHz支持IEEE802.11n標準，傳輸速率0～300Mbps,無線數(shù)字微波進行聯(lián)通。為更好的避讓上流水文站與中心機房間外界因素阻隔，建立優(yōu)質的無線傳輸環(huán)境，選用原有中繼塔作為數(shù)字微波通信中繼站，轉發(fā)中心機房與入庫水文站間的信息傳輸。中繼站與上流水文站及中心機房通信視野開闊無阻隔，數(shù)字信號收送率達到優(yōu)質傳輸[2]。

2微波信號的傳輸特點

由于接近于光波，是直線傳播，構建微波通信網(wǎng)絡唯有一個苛刻的條件，要求微波發(fā)射天線與接收天線之間無阻擋物體，也就是視距傳輸條件。由于波長短，天線尺寸可做得很小，為增益信息數(shù)據(jù)高效互通性，天線通常做成平板式通信天線，但方向性極強。數(shù)字微波對收到的數(shù)字信號可對數(shù)字信號進行錯碼重組、濾噪、數(shù)據(jù)再生后由發(fā)送天線發(fā)出干凈的波形，整個微波線路噪聲不累積，數(shù)字微波多條通路的數(shù)字信號可由中繼站多次轉發(fā)，微波有對數(shù)字信號中繼處理功能。所以微波在傳送過程中受自然條件影響衰減、干擾比較小。數(shù)字信號本身就具有一定的保密性，又因為各種信號數(shù)字化后形成無規(guī)律信碼，方便靈活地對數(shù)據(jù)進行加密、在線傳送、接收解密。所以說這種通信有較高的保密性。由于數(shù)字微波的組件固態(tài)化、集成化，設備體積小工作能耗低，野外工作有較強的實用性。此外數(shù)字微波對視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸具有低延時，傳輸數(shù)據(jù)信息量大，對動點球機的操控指響應靈敏等特點。中國先后開放了2,4GHz和5.8GHz的ISM頻段。其5.8GHz頻段應用較廣，無需申請就可使用的通信頻段，能有效的避讓開擁堵的2.4GHz頻段。無線數(shù)字波通信系統(tǒng)需搭建自用無線局域網(wǎng)絡，通過自建的局域網(wǎng)對數(shù)據(jù)進行互傳互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

桃山水庫飲用水源安全監(jiān)控系統(tǒng)的上流水文站入庫安全監(jiān)控充分利用了無線數(shù)字微波全天候工作，傳輸速度快，傳輸信息容量大，安全性高，運行成本低，可靠性強，通信技術成熟等工作特性來進行入庫水文站與水庫監(jiān)控中心間的信息互通建設的。

2.1系統(tǒng)組成

數(shù)字微波傳輸線路的組成方式可以是一條主干線，中間設有多支分支線，也可以是一個樞紐站向若干方向分支。但不論那種傳輸方式，主要是由微波終端站、微波中繼站和微波分支站組成。

2.1.1視頻采集前端

主要由高清網(wǎng)絡數(shù)字定點攝像機(防護罩、攝像機、鏡頭、支架)、網(wǎng)絡數(shù)字動點球機、網(wǎng)絡交換機等主要設備組成。

2.1.2視頻傳輸

圖像通道采用微波點對點的方式，頻率怎復用空間分割方式。各監(jiān)控點的攝像機輸出的視頻信號首先發(fā)送給網(wǎng)絡交換機，經網(wǎng)絡交換機組合送出到數(shù)字微波轉換成壓縮加密后將數(shù)字視頻信號傳送給發(fā)射天線，最后由發(fā)射天線以無線微波的方式發(fā)射給接收天線。再經接收天線轉化成網(wǎng)絡信號后由光端機經光纖將視頻數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心機房。數(shù)字微波是整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵脑O備，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)轉換傳輸工作，它完成視頻監(jiān)視數(shù)據(jù)的影像壓縮、監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡傳輸?shù)裙δ?。它可將視頻采集前端的視頻信號處理成數(shù)字信號發(fā)布到自建的無線局域網(wǎng)中傳送回中心機房的視頻服務器，在監(jiān)控中心裝有專用監(jiān)控軟件的電腦，可實現(xiàn)多用戶同時監(jiān)控相同或者不同的現(xiàn)場圖像。真正做到視頻網(wǎng)內共享。

2.1.3中繼站

微波信號在傳輸過程中因傳輸損耗或物體遮擋，同時有噪聲混入而使傳輸性能惡化，出現(xiàn)誤碼。中繼站的任務就是將信號性能未惡化之前或未被遮擋前接收下來，經過處理識別后，再生出與發(fā)送端一樣的優(yōu)質的波形由發(fā)送端繼續(xù)傳送。主要由數(shù)字微波接收天線、發(fā)送天線組，網(wǎng)絡交換機等主要設備組成。設立在原超短波中繼塔上，中繼塔身高20 m。

2.2無線局域網(wǎng)組建及數(shù)據(jù)傳輸模塊

無線微波采用無線橋接模式，無線橋接可用來連接不同的局域網(wǎng)網(wǎng)段，可實現(xiàn)不同局域網(wǎng)間的數(shù)據(jù)無線共享。上流入庫水文站利用網(wǎng)線及網(wǎng)絡交換機組建出獨立的有線局域網(wǎng)絡，由6類網(wǎng)線與各自無線微波的POE連接。POE可在保證微波對數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，還可對微波提供工作時所需的直流電。微波是無線傳輸模塊的核心，可將本地攝像頭采集到視頻圖像數(shù)據(jù)進行濾波、減噪、壓縮等處理，轉換成高頻電磁波，并發(fā)送到中繼站接收端。在中繼站對接收到的視頻圖像成合處理后的數(shù)據(jù)信息通過發(fā)送端把處理好的視頻圖像數(shù)據(jù)轉發(fā)到中心機房的接收端，利用光纖、交換機、6類網(wǎng)線等設備連接到設在水庫管理處中心機房的視頻存儲服務器中。通過視頻中心管理服務器與水庫的有線局域網(wǎng)連通后實現(xiàn)視頻信息網(wǎng)內共享。

2.3監(jiān)控軟件

水庫中心機房設有一臺裝有監(jiān)控組態(tài)軟件的中控PC機，通過監(jiān)控組態(tài)軟件可對上流入庫水文站進行實時遠程監(jiān)控、動點球機的操控、視頻的錄像設定、瀏覽、權限設置等功能。最多可支持25路信號監(jiān)控。該軟件的操作界面設有設備通路顯示區(qū)、視頻畫面顯示區(qū)、視頻畫面分割區(qū)、存儲空間狀態(tài)區(qū)、動點控制操作區(qū)組成。工作人員可在中控PC機上對水文站動點球機進行水平或垂直旋轉，關通過對變焦、光圈設置，可獲得高清晰度的視頻畫面。

2.4優(yōu)、缺點及解決方案

2.4.1優(yōu)點

本套視頻系統(tǒng)具有顯示清晰，無波紋、閃爍、花屏等現(xiàn)象，擴展性好瀏覽方便快捷，全天候工作易管理好維護。操作簡便、反映快、低延時等特點等。

2.4.2缺點

本套視頻監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡組建，故需要大量的IP支持，IP設定為固定式，每個監(jiān)控點的IP不得隨意篡改或更改。中心機房中視頻服務器需占用大量的水庫管理處內部域局網(wǎng)IP池中的IP。由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用固定IP與內網(wǎng)連接實現(xiàn)共享視頻信息，容易與其他設定自動獲取IP的工作電腦產生IP沖突，從而使視頻信息無法正常顯示及操作。

2.4.3解決方案

為避免上述問題，須在管理處局域網(wǎng)的IP池中設定專用IP段及專用二級IP池。設定好管理處局域網(wǎng)內的工作電腦IP及工作電腦病毒的防治工作等，以免工作電腦受病毒影響或隨意更改使IP發(fā)生變化與視頻服務器IP發(fā)生沖突。各監(jiān)控點、傳輸點等設備入網(wǎng)IP須記錄備案，以免設備增加、更換或升級重設時無法查找到對應的IP組。

3結語

桃山水庫飲用水安全監(jiān)控系統(tǒng)入庫水文站安全監(jiān)控部分主要由無線數(shù)字微波進行遠程數(shù)據(jù)輸，其據(jù)有維護簡單，便于作操，大容量傳輸、抗干擾能力強，低能耗等特點，在水庫地理環(huán)境開闊，管理面大，無大干擾，應用此技術對時時控管較遠的站點是可行的。隨著通信技術迅猛發(fā)展，無線微波在數(shù)據(jù)傳輸容量及傳輸距離成倍增長，無線微波以點對點或點對多點和形式存在于動移基站與基站間、遠距離局域網(wǎng)無線聯(lián)網(wǎng)、農村通信網(wǎng)中。相信無線數(shù)字微波技術在水庫遠程管理中愈來愈廣，也會帶動水利事業(yè)進一步實現(xiàn)數(shù)字化管理發(fā)展目標。

參考文獻：

[1]紀偉，汪子濟，林功威.桃山水庫實現(xiàn)管理現(xiàn)代化[J].黑龍江水利科技,2013，41 (11) :199-121.

[2]韓曉晗.SDH數(shù)字微波傳輸設備淺論[J].電信快報，2011(01)：26.

中圖分類號：TP39

文獻標識碼：B

[作者簡介]郭治(1980-)，男，黑龍江七臺河人，工程師；王越(1973-)，女，黑龍江七臺河人，助理工程師。

[收稿日期]2015-11-22

文章編號：1007-7596(2016)01-0097-03