長距離蒸汽管道視頻監(jiān)控的無線信號(hào)傳輸

摘 要：長距離蒸汽管道視頻監(jiān)控信號(hào)傳輸采用無線擴(kuò)頻技術(shù)，只需架設(shè)無線基站和天線，傳輸范圍就可達(dá)100 km，通信速率可從64 kb/s到1 000 Mb/s，布線工作量小，實(shí)施簡單;收發(fā)鏈路在40 km的站距條件下衰落儲(chǔ)備10 dB，足夠滿足要求?，F(xiàn)介紹該技術(shù)在揚(yáng)州項(xiàng)目中應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)傳輸;視頻監(jiān)控;無線擴(kuò)頻;衰落儲(chǔ)備

1? ? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

在長輸熱網(wǎng)領(lǐng)域，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對長距離蒸汽管道的重要部位進(jìn)行監(jiān)控，保證蒸汽管道的安全運(yùn)行，并且能夠有效實(shí)現(xiàn)防人為不利因素、防盜的監(jiān)控，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)能將前方監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)采集的視頻和監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給電廠或熱力公司監(jiān)控室，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地報(bào)告被監(jiān)測點(diǎn)的情況是否安全，運(yùn)行維護(hù)人員就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行處理。

1.1? ? 無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是熱網(wǎng)工程中最常見的監(jiān)控系統(tǒng)之一。因?yàn)闊o線傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控系統(tǒng)綜合成本較低，無須花費(fèi)采購大量光纜及挖溝埋管等費(fèi)用，只需一次性投資，所以特別適用于長距離蒸汽管道。

1.2? ? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式比較

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸有無線傳輸形式、有線模擬傳輸、有線視頻監(jiān)控這3種類型，其中無線傳輸形式利用無線擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行傳輸，有線模擬傳輸利用有線視頻電纜進(jìn)行傳輸，有線視頻監(jiān)控利用電話線、DDN、ISDN、光纖進(jìn)行傳輸。這3種傳輸方式在施工、可擴(kuò)展性、傳輸范圍、維護(hù)管理等方面存在較大差異，具體對比如表1所示。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的無線傳輸不受地形復(fù)雜和路徑長短的限制，而且布線工作量小，實(shí)施簡單，十分靈活和便捷，非常適用于在環(huán)境監(jiān)測重點(diǎn)區(qū)域建立的防控系統(tǒng)。

長輸熱網(wǎng)工程重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域的無線視頻系統(tǒng)由中心基站和多個(gè)就地槍機(jī)或球機(jī)監(jiān)測點(diǎn)構(gòu)成。監(jiān)控系統(tǒng)與各監(jiān)測點(diǎn)之間一般通過點(diǎn)對多點(diǎn)或點(diǎn)對點(diǎn)的連接通信方式，構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場圖像的實(shí)時(shí)無線傳輸。

2? ? 無線鏈路計(jì)算分析

2.1? ? 無線鏈路的衰落儲(chǔ)備

擴(kuò)頻微波數(shù)據(jù)傳輸鏈路的站距主要是依據(jù)采用設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)、天線高度、電波傳輸所經(jīng)過的地形、電波路徑的氣象條件等各種因素確定的。

衰落儲(chǔ)備：

（1）要保證誤碼率小于10-8的數(shù)據(jù)傳輸鏈路指標(biāo)，必須保證微波傳輸鏈路具有一定的衰落儲(chǔ)備，這是多年微波電路設(shè)計(jì)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所證明的。

（2）無線局域網(wǎng)應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)遇到各種地形、地貌或者不一樣的氣象條件，這些條件將對微波數(shù)據(jù)傳輸鏈路造成不同的插入衰減。

（3）系統(tǒng)連通時(shí)，收發(fā)天線角度一般不可能是理想的最佳方向角，方向角誤差必然帶來一定的天線增益插入損耗。在移動(dòng)局域網(wǎng)互聯(lián)時(shí)，應(yīng)保留一些儲(chǔ)備。

（4）計(jì)算機(jī)無線（局域網(wǎng)）接入網(wǎng)的鏈路設(shè)計(jì)、測試、試運(yùn)行證明：收發(fā)鏈路在40 km的站距條件下，保證5 dB衰落儲(chǔ)備是必需的，最好有10 dB的衰落儲(chǔ)備。

2.2? ? 無線視距信道上的傳輸特性

以上討論的自由空間傳輸，假定大氣是均勻和無吸收的，而且地面離傳輸路徑較遠(yuǎn)，其反射可以忽略，但實(shí)際上，由于視距傳播的大氣效應(yīng)，必須考慮大氣與地面的影響，對自由空間傳輸做必要的修正。就衰落而言，簡單進(jìn)行如下理論分析：

（1）平衰落：這主要是由于直射波與地面反射波的相位干涉結(jié)果結(jié)合產(chǎn)生的衰落。如：企業(yè)、山地、森林反射系數(shù)為0.01～0.2，田野反射系數(shù)為0.3～0.5，水面反射系數(shù)為0.9～1。

（2）頻率選擇性衰落：對于頻帶只有十幾兆的微波射頻頻譜，可以近似考慮為平衰落;對于二三十兆寬帶微波射頻頻譜，應(yīng)考慮頻率選擇性衰落。

（3）一般來說，10 GHz及以下的頻段，雨霧的散射衰減并不顯得特別明顯，通常只有幾分貝，不用考慮。

2.3? ? 路徑剖面圖

路徑剖面圖是路徑設(shè)計(jì)的有力工具。一般情況下，通過選擇無線設(shè)備的站址（確定站址海拔高度），也可以適當(dāng)調(diào)整天線高度，保證在視距范圍內(nèi)電波傳輸路徑上，就不會(huì)出現(xiàn)對擴(kuò)頻微波信號(hào)的嚴(yán)重阻擋。

3? ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

揚(yáng)州某項(xiàng)目東部主干線長度約39 km，南部主干線長度約16 km。需要在蒸汽管道沿線布置15個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)來監(jiān)控每個(gè)現(xiàn)場的環(huán)境情況，監(jiān)控中心在30 km之外，通過光纖傳輸?shù)姆绞绞┕ぶ芷陂L，成本過高，不是理想的選擇，而基于無線傳輸在此類應(yīng)用中的巨大優(yōu)勢，可以使用無線擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行無線傳輸。

考慮到監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心之間距離較遠(yuǎn)，中間可能有障礙物遮擋，先在沿線采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式將15個(gè)監(jiān)控點(diǎn)集中起來，監(jiān)控點(diǎn)采用傳輸距離5 km的SI3030，然后在周圍選擇一個(gè)高點(diǎn)作為中繼點(diǎn)，在監(jiān)控中心一端也選擇一個(gè)高點(diǎn)作為中繼點(diǎn)，分別采用兩套設(shè)備做中繼，傳輸中繼鏈路采用能傳10 km距離的SU3030，然后在兩個(gè)中繼點(diǎn)之間采用S800外接高增益拋物面天線做遠(yuǎn)距離傳輸，將監(jiān)控視頻實(shí)時(shí)回傳到監(jiān)控中心進(jìn)行監(jiān)控和存儲(chǔ)。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

根據(jù)環(huán)境來看，采用高帶寬電信級(jí)無線設(shè)備，其安全防護(hù)等級(jí)均支持IP68標(biāo)準(zhǔn)，能夠確保其在室外環(huán)境長時(shí)間使用的需要，符合環(huán)境監(jiān)測無線傳輸使用的實(shí)際情況。

4? ? 結(jié)語

針對長距離蒸汽管道，采用無線擴(kuò)頻傳輸技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全方位、全過程的安全監(jiān)控。在今后視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)中要充分挖掘和利用其優(yōu)勢，為蒸汽管網(wǎng)安全監(jiān)控提供更為有效的信息支撐。

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收稿日期：2020-12-24

作者簡介：蔡衛(wèi)宏（1966—），男，江蘇揚(yáng)州人，碩士研究生，高級(jí)工程師，揚(yáng)州市勞動(dòng)模范，現(xiàn)任揚(yáng)州供熱有限公司黨總支書記、董事長、總經(jīng)理，長期從事熱電聯(lián)產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保、集中供熱等工作。