無線擴頻技術在閘站自動監控中的應用

2019-11-03 09:29:52

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供稿：網友

　　摘要：本文通過實例，詳細闡述了遠程視頻監控技術在水閘管理中的成功應用，所涉及的關鍵技術，采取的質量保障措施，技術先進性，及其廣泛的推廣使用價值。

　　關鍵詞：擴頻技術水利應用

一概況

　　江蘇省通榆河視頻監控系統是遠程監控系統分別由設在遠程現場的模擬監控系統、遠程傳輸系統和監控中心組成。通過對射陽河閘和新洋港閘視頻圖像采集，在鹽城市水利局能夠遠程控制現場攝像和萬向云臺，實時監控閘上和河面交通、水流情況以及水閘、儀表運行狀況，便于防汛調度指揮。

　　遠程現場的模擬監控系統采用了架空明線的方式，攝像機安裝在高竿上，以擴大監控范圍；每座閘設置7臺彩色攝像機，配3個可變鏡頭和萬向云臺，上、下游和工作交橋各設置了2臺攝像機，分布在河兩岸的上、下游攝像機位置距閘身約150米，射陽河寬約400米，新洋港寬約200米；沿河兩側攝像機用于觀察閘門是否開啟及水流、水上交通情況；閘上安裝的攝像機用于觀察設備運行及交通狀況；在控制機房安裝的攝像機，用于觀察控制設施儀表運行情況。遠程搖控端具有多畫面切換功能。

　　遠程圖像監控現場射陽河閘和新洋港閘距監控中心鹽城市水利局的直線距離分別為49.5KM、42KM，相距較遠，根據監控圖像傳輸方案比較，采用了2.4G無線擴頻傳輸方式。在射陽河閘新建40米高鐵塔和利用新洋港閘住宅樓頂原有鐵塔（總高達35米），在鹽城市水利局辦公樓頂原有鐵塔（總高45米），保證了足夠的傳輸余隙。在控制中心機房，能對遠程端站的任一攝像機進行控制，實現對攝像機視角、方位、焦距、光圈、景深的調整，監視時間可定義，并且采用數碼硬盤錄像系統對遠程圖像進行捕捉存儲。

二相關技術問題

　　穩定可靠的數字圖像監控系統需解決音頻、視頻編解碼、網絡傳輸、遠端設備控制等技術問題，同時考慮系統軟件的穩定性，易用性，實時性。

　　基于局域網的遠程視頻監控系統，還應考慮圖像傳輸與攝像機云臺、鏡頭控制動作的同步性、實時性。

　　由于數據流量大，實時性要求高，網絡的穩定性十分重要。首先應保證網絡的完整性，不應破壞原有的網絡結構。

　　其次應采用相關新技術，避免網絡的出現擁塞，使網絡原來的數據傳輸功能免遭破壞。

　　無線路由器的數據傳輸速率必須保證傳輸圖像要求的2M bps的要求。

　　遠距離（50KM）傳輸時，如何保證高速率數據傳輸及系統的可靠性和穩定性。

三傳輸技術的選擇

　　1、無線擴頻：它是一種數字微波，故圖像、話音需進行數字化處理，圖象質量有損傷；但通訊帶寬達到2M bps，能滿足圖像傳輸速率的要求，CIF（352*288）時為25幀/秒，延時<0.1秒。故圖像傳輸較好。由于設備集成化程度高，小巧玲瓏，安裝、維護、管理方便，而且組網靈活，可以自成體系，無須占用郵電中繼站，以實現本行業內的音頻和數據業務的交換?？蓪崿F計算機網絡的延伸，技術等級最高，但造價較底，頻率資源豐富。由于采用數字壓縮、編碼技術，系統具有較高的保密性和安全性?？蓪崿F控制中心和現場的分級管理和控制。缺點是無線傳輸鏈路距離較短，難度較大，需要進行相關技術處理，方可完全達到指標，另外受外部環境（如頻率干擾）較大。

　　2、ISDN（或DDN）：圖像數字話處理，圖象質量有損傷，但通訊帶寬僅達到128K bps，不能滿足圖像傳輸速率的要求，CIF（352*288）時為10幀/秒，延時<1秒。故圖像傳輸較差。同時不能提供話音，而且因三點距離較遠，無法自建，須向電信部門申請專用線路，涉及市縣村三級管理體制，關系復雜、中間環節太多，所以造價較高，

　　3、模擬微波系統：因圖像話音不需要進行數字化處理，而是直接傳輸，故圖象質量不會損傷，傳輸質量較高，圖像效果較好；盡管功能和性能與無線擴頻相當，但因該系統容量較大，組網不靈活，適用于組建大系統，對于一、二個點來說，顯得太浪費，性能價格比最低。

　　4、衛星通信缺點十分突出，帶寬受限、時延長，投資高，維護管理技術要求高。

　　通過上述幾個傳輸技術方案的比較，經過對無線電波實際傳輸鏈路進行現場電路測試，電測數據表明，無線擴頻方案具有可行性，最后采用了技術保障系數最大，性能價格比最高的無線擴頻技術方案。

四技術先進性

　　主要體現在：

　　1、無線擴頻技術采用直擴序列（DSSS），保密性能好，抗干擾性能力強。

　　2、無線路由器的傳輸速率高達11Mbps，符合國際標準IEEE802.11B。實際數據傳輸速率為3.125 Mbps，超過圖像傳輸數據速率2Mbps的要求。

　　3、本系統傳輸電平余量大，適合于遠距離無線通信的要求,保證系統在大霧、大雨、大雪、臺風等各種沿海惡劣的天氣條件下能穩定、可靠的正常工作。

　　4、Cserver1.0數字視音頻監控服務器包含了MPEG視音頻壓縮及傳輸軟件、MPEG視頻頻解壓軟件及COMM組件，實現控制通道的復用，在圖像傳輸的同時，傳送攝像機解碼器的控制命令，使圖像傳輸、云臺、鏡頭動作完全同步實時。

　　5、Pcanywhere軟件的使用，可隨意控制遠程端視頻服務器的工作運行。

　　6、使用無線擴頻技術，無中繼圖像傳輸距離達到50KM，圖像實時，傳輸信號帶寬超過2Mbps，技術領先于國內同行水平。

7、壓縮和網絡延時小于100ms，網絡用戶控制動作和圖像幾乎完全同步。

五質量保證措施

　　1、 50KM遠程無線擴頻傳輸成功實施的技術措施：

　　在電測過程中，充分使用了22GHZ的信號源、22GHZ的頻譜儀，功率計等先進的儀器儀表設備，保證了系統工作性能最佳。

　　新建鐵塔40米一基，增加電波傳輸余隙，減少傳輸損耗；

　　采用增益為30dB的高增益柵狀微波天線，在天線兩端各增加了30dB的功率放大器，增加系統傳輸余量；

　　采用輸出功率達500μW、接收增益達7—9dB高功率和可達-82dB高接收靈敏度的無線路由器（擴頻設備）。

　　無線路由器、放大器均安裝在天線附近，可大大減少饋線損耗。

　　2、提高系統的穩定性、可靠性、實時性的技術措施：

　　選用頻點多達13個的無線擴頻技術，提供抗頻率干擾能力。

　　用工控機，而且使用AGP顯卡，可保證設備的穩定性。

　　UPS的使用，保證系統電源穩定可靠，從而使設備可避免農用電源突高突低不穩定、或停電、或突然啟動所引起的故障。采用具有傳輸速率能自適應功能的無線路由器（擴頻設備）。

　　鐵塔全部采用鋼結構，柵狀天線結構輕，抗風性能好，可經受常年累月的臺風。

　　定時器的使用，延長系統的使用壽命。

　　Pcanywhere1.0軟件的使用，中心站可控制遠程點計算機程序的運行。

　　系統實際工作時的傳輸電平余量達到20dB，保證天氣劇烈變化時系統能正常工作。

　　網絡中斷后可以自動檢測恢復。

3、保證圖像性能的技術措施

　　壓縮和網絡延時小于100ms，控制動作和圖像幾乎完全同步；

　　對兩個遠程站的計算機進行Ping測試，在字節長度為8192時，響應時間均為40ms，即可計算出實際傳輸速率為：8192*2*103/40=3276800bps=3.125Mbps。完全滿足圖像傳輸數據速率2M bps的要求。

　　中心站圖像分辨率為320*240，25幀/秒。

　　遠程圖像監控系統把遠端的多媒體信息通過網絡實時傳送到本地的不同監控點,可使多個不同的部門同時查看遠程點,也能使一個部門查看多個遠程點.由于數據流量大,實時性要求高,網絡的穩定性十分重要。

　　總之，本系統成功解決了數字圖像系統的直序擴頻DSSS、音視頻編/解碼、長距離網絡傳輸、遠端設備控制等技術問題，同時也充分考慮系統軟件的穩定性，實時性，易操作性，在一定程度上處于國內同行領先水平,其遠距離監控功能及其較高的性能價格比在水利工程管理自動化方面具有廣泛的推廣應用價值。

　　該系統自開通以來，圖像傳輸在晴天、小雨、大霧、臺風等惡劣天氣情況下基本穩定、清晰，實現了遠程圖像實時傳遞。其硬件性能可靠，在野外條件下具有較好的穩定性、可靠性；圖像質量良好，帶寬超過2Mbps，幀速達到25幀/秒；在軟件功能上，本系統畫面自由切換，可遠程控制，遠程操作，位距調整，可實施錄像監控及回放，完全達到了系統建設的預期效果，圖像遠程傳輸系統甚至超過了系統設計的指標。

摘自《通訊世界》