基于無線通信技術的堆場監(jiān)控系統(tǒng)改造

王 昊

（秦皇島港股份有限公司電力分公司，河北秦皇島 066000）

1 項目背景

A 港口公司現(xiàn)場共設置了22 個高桿燈，安裝了44 個高清攝像頭，覆蓋垛位達到了100 個。高桿燈上的監(jiān)控設備通過網(wǎng)絡輸出接口、隨行纜雙絞線連接到在高桿燈后方橋架下弱電箱內攝像機配電控制箱的數(shù)字光端機。在日常高桿燈升降時，需要插拔隨行纜的網(wǎng)線頭及電源插頭，多次插拔和塑料的日常損耗，容易導致網(wǎng)線連接器損壞，繼而影響通信質量和客戶滿意度。進入冬季后，由于溫度原因隨行纜會變得較為僵硬，隨行纜在高桿燈升降時極易因為線纜的僵硬而造成線纜的損壞，目前已更換10 余次，維修成本較高。每個高桿燈都配有一個配電控制箱，而電源箱分布較為分散，所需備件數(shù)量較多，維護成本較高，不利于日常維護。為了更好的為客戶提供優(yōu)質、周到、個性化服務，進行了基于無線通信技術的堆場監(jiān)控系統(tǒng)改造。

2 項目概述

經(jīng)過對監(jiān)控技術、無線傳輸技術以及未來管理趨勢的深入研究與討論，在項目中自主設計并搭建了一套無線網(wǎng)橋點對點式的無線監(jiān)控專用網(wǎng)絡，采用集中傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)堆場視頻圖像與數(shù)據(jù)中心之間的互通，在保證視頻數(shù)據(jù)穩(wěn)定的同時，減少中間環(huán)節(jié)，降低故障率，節(jié)省維護成本。無線化的傳輸系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)較少、架構簡單、故障點少，依靠無線專用網(wǎng)絡就可以實現(xiàn)堆場高桿燈視頻信息傳輸、遠程管理等功能，在滿足使用需求的基礎上，大大節(jié)約了系統(tǒng)搭建成本以及后期維護的高額費用，保證客戶服務質量[1]。

3 技術方案

3.1 方案概述

項目的技術方案是在高桿燈上安裝定向的無線通信板和交換機，利用OFDM 和DSSS 調解方式設置專屬的2.4 G/5 G工作頻段，實現(xiàn)“無線網(wǎng)橋點對點”的數(shù)據(jù)傳輸專用網(wǎng)絡；東西兩側的高桿燈視頻信息通過搭建的無線通信板匯總到各側位置居中的高桿燈上，再通過無線通信板，將匯總后的數(shù)據(jù)傳輸至地面配電控制箱，而后通過光纜與中控機房進行數(shù)據(jù)互通。系統(tǒng)由4 層結構構成，第一層為現(xiàn)場攝像機和視頻傳輸設備；第二層為攝像機視頻信號轉換設備和匯集；第三層為系統(tǒng)設備管理平臺和視頻服務支持；第四層為接入局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)接口和網(wǎng)站資源[2]。

3.2 項目難點

項目方案制訂過程中需要考慮的難點如下：①需要安裝的點位分布較為分散，故障點多，不利于日常維護；②現(xiàn)場共有22個配電控制箱，每個配電控制箱內含有穩(wěn)壓電源、數(shù)字光端機等裝置，所需維護的備件較多，故障節(jié)點多，故障發(fā)生時問題較難判斷，不利于日常維護；③光纖鏈路多，每臺數(shù)字光端機均有光纜進行視頻傳輸，故障點多，光纜損壞后維修和維護成本高、維修周期長，不利于日常維護。鑒于以上原因，決定采用無線網(wǎng)絡集中傳輸?shù)姆绞?，東西兩側的高桿燈監(jiān)控信號通過搭建的無線網(wǎng)絡匯總到各側位置居中的高桿燈上，再通過點對點的無線網(wǎng)橋，將匯總后的數(shù)據(jù)傳輸至地面配電控制箱，而后再與中控機房互通。這樣既可以減少故障點，也可以大大減少維護備件成本[3]。

3.3 應對措施

項目針對預期難點的應對措施如下，進行現(xiàn)場情況分析，找出環(huán)境干擾因素，隨后對監(jiān)控通信技術、無線網(wǎng)絡技術進行研究，再制定解決方案及可行性分析。在完成上述工作后，進行現(xiàn)場施工作業(yè)及調試，對無線網(wǎng)絡設備信道和功率優(yōu)化運行效果觀察評定。

4 實施過程

4.1 安裝無線通信板

首先要在每個高桿燈上安裝一個定向型無線通信板及監(jiān)控專用交換機，高桿燈之間通過無線通信板實現(xiàn)交換機之間的互通，從而將22 個高桿燈上的44 臺數(shù)字網(wǎng)絡攝像頭整合到一個網(wǎng)絡內。這樣可以省去隨行雙絞線纜，有效降低故障率和減少維護成本[4]。

4.2 調整設備參數(shù)、工作模式及位置

堆料機、取料機均采用無線通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸。為了避免與取料機、堆料機的無線網(wǎng)絡發(fā)生干擾，影響數(shù)據(jù)互通，需要調整無線通信板的工作模式，確保實現(xiàn)相鄰兩個高桿燈之間點對點的數(shù)據(jù)互通[5]。

4.2.1 設置無線通信板工作模式

為了避免與裝卸設備的無線通信發(fā)生干擾，利用OFDM 和DSSS 調解方式設置專屬的2.4 G/5 G 的工作頻段，實現(xiàn)“無線網(wǎng)橋點對點”的傳輸方式。根據(jù)需求，選用網(wǎng)橋模式。

4.2.2 設置數(shù)據(jù)匯總點的工作模式

設置數(shù)據(jù)匯總點的工作模式，需要將作為東西兩側數(shù)據(jù)匯集點的兩個高桿燈的無線通信板設置為接入點，實現(xiàn)高桿燈監(jiān)控專用網(wǎng)絡與地面控制箱之間的通信，進而與中控機房實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通（圖1）。

圖1 數(shù)據(jù)匯總點的工作模式設置

4.2.3 設置高桿燈之間的工作模式

每個高桿燈上的無線通信板選用二級站點模式。傳統(tǒng)點對點鏈接，每個高桿燈上要安裝兩個無線通信板，一個無線通信板進行發(fā)射工作，一個無線通信板進行接收工作，22 個高桿燈就需要安裝44 個無線通信板，這樣不僅增加了搭建成本，還容易出現(xiàn)因為某個通信板故障導致多個高桿燈數(shù)據(jù)丟失。選用二級站點模式后，一個無線通信板可以同時成為相鄰高桿燈的上級站點和下級站點，即便某個通信板故障，也可快速調整上下級站點參數(shù)，跳開故障點，提高維修效率，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。工作模式設置方法如下：①選擇二級站點；②設置二級站點IP 地址及網(wǎng)關；③設置需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳霞壵军c以信號發(fā)射距離；④設置完成，首頁面顯示該通信板數(shù)據(jù)互通情況。

5 實施效果

項目改造完成后，不僅保證了視頻信息的傳輸質量，還大大降低了故障率。無線化的傳輸專網(wǎng)中間環(huán)節(jié)較少、架構簡單、故障點少，僅依靠無線專用網(wǎng)絡就可以實現(xiàn)堆場高桿燈視頻信息傳輸、遠程管理等功能，在滿足使用需求的基礎上，大大地節(jié)約了系統(tǒng)搭建成本以及后期維護的高額費用，為提高客戶服務質量提供了有力保障。

5.1 技術優(yōu)勢

項目的主要技術創(chuàng)新點為運用無線傳輸技術搭建堆場視頻客戶服務系統(tǒng)無線專網(wǎng)，將該港口公司堆場內44 個監(jiān)控點進行數(shù)據(jù)整合。將無線通信板調整為二級站點模式，不僅可以在實現(xiàn)“無線網(wǎng)橋點對點”傳輸方式的同時，節(jié)省50%的無線通信板數(shù)量，而且還能降低傳統(tǒng)點對點傳輸方式造成的故障影響。該項目不但節(jié)省了堆場視頻客戶服務系統(tǒng)無線專網(wǎng)的搭建成本，還降低了堆場視頻客戶服務系統(tǒng)的故障率，減少后期維護的高額費用，為提高客戶服務質量提供有力保障。其技術優(yōu)勢有如下2 個方面：

（1）自主設計的無線專網(wǎng)。自主設計并搭建堆場視頻客戶系統(tǒng)無線傳輸專網(wǎng)，減少中間環(huán)節(jié)，降低故障率，減少隨行纜的維護成本，節(jié)省后期維護費用；運用二級站點及接入點的工作模式，節(jié)省搭建成本，降低故障影響，提高維修效率；運用802.11 n 的無線通信設備，通過OFDM 和DSSS 調解方式設置專屬的2.4G/5G 工作頻段，避免與裝卸設備的無線網(wǎng)絡產(chǎn)生數(shù)據(jù)干擾。

（2）適用范圍廣。項目已完成所有高桿燈上監(jiān)控設備的改造。改造后的堆場視頻信息清晰穩(wěn)定，并且故障率降低。后續(xù)將逐步完成剩余堆場高桿燈視頻系統(tǒng)的無線化改造。項目無線化的傳輸網(wǎng)絡中間環(huán)節(jié)較少、架構簡單、故障點少，僅僅依靠無線專用網(wǎng)絡就可以實現(xiàn)堆場高桿燈視頻信息傳輸、遠程管理等功能，在滿足使用需求的基礎上，大大地節(jié)約了系統(tǒng)搭建成本以及后期維護的高額費用，不僅適合高桿燈之間的數(shù)據(jù)互通，而且還適用于有線敷設困難或成本較高的項目，適用性較強。

5.2 經(jīng)濟效益

項目在創(chuàng)造的具體經(jīng)濟效益如下，可節(jié)約22 對光電轉換器，每對300 元、共6600 元。同時，節(jié)約了22 個高桿燈雙絞線式隨行纜，每個高桿燈需45 m，每米100 元，共99000 元；節(jié)約了插卡式光電轉換器機架（16 口）3 個，共3000 元；節(jié)約48口交換機（含光口）一對，共7200 元；節(jié)約22 個穩(wěn)壓電源，每個700 元，共15400 元；節(jié)約22 個光纜熔接箱，每個100元，共2200 元；減少了外委維修次數(shù)，一次外委維修費用大約1 萬元，每月最少可減少外委維修1 次，一年節(jié)省維修費用高達12 萬元。

6 結束語

項目搭建的堆場視頻客戶視頻無線化專網(wǎng)不僅能夠滿足堆場高桿燈視頻信息傳輸、遠程管理等功能需求，而且優(yōu)化了中間傳輸環(huán)節(jié)、故障點少、架構簡單、易于日常維護。在節(jié)約后期系統(tǒng)維護成本的同時，減少無線專網(wǎng)的搭建成本。系統(tǒng)能夠提高堆場客戶視頻系統(tǒng)的科學性和完善性，有效保證堆場視頻信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為客戶服務提供有力保障。在節(jié)省人力和財力方面也將實現(xiàn)巨大的經(jīng)濟效益。而且無線專網(wǎng)系統(tǒng)搭建具有非常好的推廣性和擴展性，不僅適合于高桿燈之間的數(shù)據(jù)互通，還可用于有線敷設困難或成本較高的項目，適用性較強。利用OFDM 和DSSS 調解方式搭建的無線網(wǎng)絡，系統(tǒng)設備架構簡單、中間環(huán)節(jié)較少、抗干擾能力強，也符合未來數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。