數字微波視頻遠傳系統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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數字微波視頻遠傳系統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，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧農業灌溉、水產養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展、城市建設和保障城市生活用水發揮了重要作用。隨著科技的不斷發展，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據傳輸系統采用無線數字微波通信技術，增強了對入庫水文站實時管理，提高了對入庫河道的監管，提升了入庫水來的精準度，無線數字微波在水庫入庫水文站的監管工作中發揮了重要作用。文章闡述了數字微波視頻遠傳系統的構成、微波信號的傳輸特點等內容。

關鍵詞：水庫上流入庫水文站；無線數字微波；無線局域網絡；視頻安全監控；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，與七臺河市區中心毗鄰，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧農業灌溉、水產養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展、城市建設和保障城市生活用水發揮了重要作用，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控視頻數據傳輸成為難點，近年來微波通信技術在視頻信息數據傳輸中被廣泛應用，能有效的解決這一問題。

1監控系統的構成

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。其新發水文站、北興水文站與水庫中心機房距離較遠，監控點共8個監控點，每個監控點設有1個網絡數字監控攝像機。

水文站監控系統受地形條限制，中心機房與監控點之間有山體、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據傳輸。這時無線數字微波通信的優勢就體現出來了。桃山水庫水文站最遠監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,無線數字微波進行聯通。為更好的避讓上流水文站與中心機房間外界因素阻隔，建立優質的無線傳輸環境，選用原有中繼塔作為數字微波通信中繼站，轉發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，數字信號收送率達到優質傳輸[2]。

2微波信號的傳輸特點

由于接近于光波，是直線傳播，構建微波通信網絡唯有一個苛刻的條件，要求微波發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，為增益信息數據高效互通性，天線通常做成平板式通信天線，但方向性極強。數字微波對收到的數字信號可對數字信號進行錯碼重組、濾噪、數據再生后由發送天線發出干凈的波形，整個微波線路噪聲不累積，數字微波多條通路的數字信號可由中繼站多次轉發，微波有對數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。數字信號本身就具有一定的保密性，又因為各種信號數字化后形成無規律信碼，方便靈活地對數據進行加密、在線傳送、接收解密。所以說這種通信有較高的保密性。由于數字微波的組件固態化、集成化，設備體積小工作能耗低，野外工作有較強的實用性。此外數字微波對視頻監控數據傳輸具有低延時，傳輸數據信息量大，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。無線數字波通信系統需搭建自用無線局域網絡，通過自建的局域網對數據進行互傳互通，實現數據的共享。

桃山水庫飲用水源安全監控系統的上流水文站入庫安全監控充分利用了無線數字微波全天候工作，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控中心間的信息互通建設的。

2.1系統組成

數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

主要由高清網絡數字定點攝像機(防護罩、攝像機、鏡頭、支架)、網絡數字動點球機、網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。各監控點的攝像機輸出的視頻信號首先發送給網絡交換機，經網絡交換機組合送出到數字微波轉換成壓縮加密后將數字視頻信號傳送給發射天線，最后由發射天線以無線微波的方式發射給接收天線。再經接收天線轉化成網絡信號后由光端機經光纖將視頻數據傳送到監控中心機房。數字微波是整個系統中數據傳輸的核心設備，實現視頻數據轉換傳輸工作，它完成視頻監視數據的影像壓縮、監控視頻數據處理、網絡傳輸等功能。它可將視頻采集前端的視頻信號處理成數字信號發布到自建的無線局域網中傳送回中心機房的視頻服務器，在監控中心裝有專用監控軟件的電腦，可實現多用戶同時監控相同或者不同的現場圖像。真正做到視頻網內共享。

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，再生出與發送端一樣的優質的波形由發送端繼續傳送。主要由數字微波接收天線、發送天線組，網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無線局域網組建及數據傳輸模塊

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網段，可實現不同局域網間的數據無線共享。上流入庫水文站利用網線及網絡交換機組建出獨立的有線局域網絡，由6類網線與各自無線微波的POE連接。POE可在保證微波對數據傳輸的同時，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據進行濾波、減噪、壓縮等處理，轉換成高頻電磁波，并發送到中繼站接收端。在中繼站對接收到的視頻圖像成合處理后的數據信息通過發送端把處理好的視頻圖像數據轉發到中心機房的接收端，利用光纖、交換機、6類網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連通后實現視頻信息網內共享。

2.3監控軟件

水庫中心機房設有一臺裝有監控組態軟件的中控PC機，通過監控組態軟件可對上流入庫水文站進行實時遠程監控、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路信號監控。該軟件的操作界面設有設備通路顯示區、視頻畫面顯示區、視頻畫面分割區、存儲空間狀態區、動點控制操作區組成。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、缺點及解決方案

2.4.1優點

本套視頻系統具有顯示清晰，無波紋、閃爍、花屏等現象，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

本套視頻監控系統由網絡組建，故需要大量的IP支持，IP設定為固定式，每個監控點的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IP池中的IP。由于視頻監控系統采用固定IP與內網連接實現共享視頻信息，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發生變化與視頻服務器IP發生沖突。各監控點、傳輸點等設備入網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控系統入庫水文站安全監控部分主要由無線數字微波進行遠程數據輸，其據有維護簡單，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展，無線微波在數據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、遠距離局域網無線聯網、農村通信網中。相信無線數字微波技術在水庫遠程管理中愈來愈廣，也會帶動水利事業進一步實現數字化管理發展目標。

參考文獻：

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

[2]韓曉晗.SDH數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