基于無線通訊技術(shù)的移動(dòng)監(jiān)控及船岸通信系統(tǒng)建立

周開欣，嚴(yán) 爽

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225000)

加強(qiáng)河道監(jiān)測管理具有重要的研究意義。孫博等[1]以遼河沈陽段為例，對(duì)河道保護(hù)劑管理措施進(jìn)行研究；李維濤等[2]對(duì)無人機(jī)技術(shù)在河道漂浮物巡查中的應(yīng)用進(jìn)行研究，提出了一種人機(jī)交互的漂浮物巡查方法；王安領(lǐng)等[3]、馮東利等[4]、顧禮清[5]分別以淮河、海河、基層水利工程為例，對(duì)河道綜合巡查監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析和介紹。船岸通訊技術(shù)的發(fā)展和使用可以提高河陸兩地的交流與溝通。史兆彥等[6]、岳躍申[7]、王勇[8]對(duì)船岸一體化通訊技術(shù)的建設(shè)和發(fā)展中的硬件和軟件技術(shù)進(jìn)行分析，可為后續(xù)船岸一體化發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)。隨著近年來無線通訊技術(shù)的快速發(fā)展[9- 10]，移動(dòng)監(jiān)控和船岸通訊系統(tǒng)也將邁入新的階段。在前人研究基礎(chǔ)上，文章以高郵湖為例，對(duì)移動(dòng)監(jiān)控和船岸通訊系統(tǒng)建立進(jìn)行分析。高郵湖地跨江蘇省和安徽兩省，屬于淮河流域，總面積為760.67km2，湖底高程3.5～4.5m，常年水位5～5.5m，蓄水體積可達(dá)5×108～6×108m3。

1 巡查船移動(dòng)監(jiān)控方案

1.1 移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

巡查船移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包主要包含兩個(gè)部分：

(1)需要完成對(duì)高郵湖湖面的無線信號(hào)覆蓋建設(shè)(無線覆蓋架構(gòu))，可為巡查船與水利監(jiān)控中心之間的通訊提供數(shù)據(jù)傳輸支撐。

(2)巡查船監(jiān)控系統(tǒng)，該部分是獲取湖面水利數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，該系統(tǒng)可通過無線覆蓋架構(gòu)與水利監(jiān)控中心之間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

1.2 無線覆蓋架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對(duì)高郵湖的現(xiàn)場考察，結(jié)合工程環(huán)境特點(diǎn)以及設(shè)備儀器特點(diǎn)，提出在喬家尖設(shè)置高為15.0m的通信鐵塔一座。同時(shí)鐵塔上需安裝ST5801GB-M1-G1-Q無線MESH傳輸設(shè)備1臺(tái)。使用功分器將3片120°的廣角天線進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)高郵湖湖面的無線信號(hào)的覆蓋。建設(shè)完成后，可實(shí)現(xiàn)以喬家尖為中心的半徑5.0km范圍內(nèi)無線信號(hào)的覆蓋，如圖1所示。此設(shè)備的無線傳輸帶寬為20Mbps，可以充分滿足湖面移動(dòng)巡查船實(shí)時(shí)傳輸視頻的帶寬需求。同時(shí)，也可為后續(xù)擴(kuò)寬和系統(tǒng)擴(kuò)展預(yù)留充足的帶寬?？杉友b工業(yè)級(jí)數(shù)字無線視頻傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與高郵運(yùn)河二橋電信光纖VPN點(diǎn)工業(yè)級(jí)數(shù)字無線視頻傳輸設(shè)備之間的通訊。

圖1 無線架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1中圓圈區(qū)域?yàn)闊o線MESH信號(hào)有效覆蓋范圍。湖泊巡查船監(jiān)控系統(tǒng)在該范圍內(nèi)移動(dòng)工作，巡查船上的攝像頭采集到的圖像、視頻、信息等均實(shí)時(shí)通過無線MESH網(wǎng)絡(luò)傳輸至電信VPN端，再由VPN傳輸至引江水利監(jiān)控中心。

考慮湖邊基站附近無可接電源，則需要加裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)為基站設(shè)備供電。

1.3 湖泊巡查船監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合過往的移動(dòng)監(jiān)控工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，高郵湖巡查船移動(dòng)監(jiān)控方案具體實(shí)施如下：

在湖泊巡查船上安裝4臺(tái)200萬高清攝像球機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡查船所在位置的湖泊監(jiān)控，在巡查船上安裝一臺(tái)無線MESH傳輸設(shè)備(型號(hào)：ST5801GB-M1-Q)連接一條高增益全向玻璃鋼天線，實(shí)現(xiàn)巡查船與湖泊無線基站之間的無線連接，實(shí)時(shí)將船載攝像球機(jī)采集到的視頻數(shù)據(jù)傳輸至引江水利監(jiān)控中心。

1.4 監(jiān)控基站選取

提供以下A、B、C、D4處作為小型基站的建設(shè)地點(diǎn)，并標(biāo)出無線信號(hào)大致覆蓋范圍，以供江都水利工程管理處湖泊管理科參考，如圖2所示?；揪唧w建設(shè)地點(diǎn)由湖泊管理科根據(jù)自己的實(shí)際需要和規(guī)劃決定。

圖2 基站選取

1.5 基站無線信號(hào)覆蓋范圍

根據(jù)系統(tǒng)所使用的無線MESH傳輸設(shè)備的不同，其無線信號(hào)覆蓋范圍也不同，如基站采用無線MESH傳輸設(shè)備(型號(hào)：ST5801GB-M1-G1-Q)(傳輸功率：34dBm)，基站塔高調(diào)整為20m；巡查船也采用無線MESH傳輸設(shè)備(型號(hào)：ST5801GB-M1-G1-Q)(傳輸功率：34dBm)，則該基站無線覆蓋半徑將達(dá)到10km，其所覆蓋的區(qū)域面積將比覆蓋半徑5km的多出3倍。

信號(hào)的覆蓋范圍和基站塔高、通信設(shè)備發(fā)射功率、天線增益成正比，如圖3所示。

圖3 基站無線覆蓋范圍

2 船岸通信系統(tǒng)建立

船舶遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)用戶通過船舶上的衛(wèi)星或者4G通信系統(tǒng)來保障與岸端數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)通，從而提供安全和可管理的船岸通信服務(wù)。

通過建立船岸通訊系統(tǒng)，如圖4所示，可以實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的兩個(gè)人或兩人以上的通過多媒體設(shè)備完成音頻、視頻以及其他資料的傳輸，從而達(dá)到實(shí)時(shí)溝通交流，達(dá)到完成視頻會(huì)議的最初目的。

圖4 船岸通訊系統(tǒng)圖

2.1 遠(yuǎn)程視頻通訊系統(tǒng)

音、視頻：視頻協(xié)議采用目前主流的H.264HP協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)全高清的視頻圖像分辨率，圖像幀率也提升為60幀/s，保證了視頻會(huì)議中視頻的清晰度和流暢度，提高會(huì)議參與人員的臨場感。

組網(wǎng)：主流的多媒體通信協(xié)議有：H.320、H.323和SIP，能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)清—超清、桌面視頻、PC端視頻、移動(dòng)端視頻等多種混合視頻會(huì)議，隨著通信協(xié)議的發(fā)展和成熟，會(huì)議組網(wǎng)更加靈活多變。

2.2 視頻會(huì)議主/分會(huì)場

主、分會(huì)場可部署華為一體式高清終端TE30，該終端擁有高度集成設(shè)計(jì)，包含高清攝像頭、麥克風(fēng)、編解碼器，最大支持1080P分辨率和30fps，輔流1080P，支持H.239/BFCP雙流，可根據(jù)需要配置液晶電視、投影儀等設(shè)備，如圖5所示。

表1 無線Mesh設(shè)備型號(hào)及參數(shù)

表2 攝像器材和無線視頻傳輸設(shè)備

圖5 主/分會(huì)場連接系統(tǒng)

3 移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)

巡查船移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備見表1、表2。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)高郵湖特征，通過選取合適的設(shè)備建立巡查船即按移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高郵湖水利情況自動(dòng)巡查、智能監(jiān)控，是建立智慧水利的重要措施。

(2)通過建立船岸通訊系統(tǒng)，可將信息一對(duì)一或者一對(duì)多傳輸，及時(shí)完成監(jiān)控信息共享，有助于多方同時(shí)參與高郵湖水利會(huì)議，制定相關(guān)決策。