無線網橋在向家壩升船機船舶交通管理系統中的應用

黃仁輝 郝寅生 馬麟 劉佳洋

摘 要：向家壩升船機船舶交通管理系統，用于向家壩升船機上下游航道的視頻監控、船舶識別以及甚高頻通信。本文通過無線通信技術無線網橋的應用，對向家壩升船機船舶交通管理系統通信的可靠性及系統擴展性進行探討。

關鍵詞：無線網橋;向家壩升船機;船舶交通管理系統;通信

中圖分類號：U642? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）09-0051-03

數據通信主要有無線與有線兩種方式。無線通信建設工程周期短，成本低，便于維護。有線通信一般受干擾較小，可靠性高，保密性強，但建設費用大。隨著城市的快速發展，城市建設動土施工中通訊線纜被破壞已成為常態。建設施工往往周期較長，被破壞的通訊線纜往往不能在短期內恢復，因此造成數據通信中斷，可靠性大大降低。無線通訊以空氣為傳播介質，其獨有的空中傳輸方式，正好可以作為有線通訊的可靠備用。

1 船舶交通管理系統當前情況

向家壩升船機船舶交通管理（Vessel Traffic Service，簡稱VTS[1]）系統，簡稱向家壩VTS系統，主要由PRIDe VTS 1000子系統、視頻監控（CCTV）子系統和甚高頻通訊（VHF）子系統三部分組成。用于向家壩升船機上下游航道的視頻監控、船舶識別以及甚高頻通信。整個系統由4個雷達基站，1個服務器站，2個監控中心及7個攝像機組成，硬件設備通過有線網絡組成一個獨立的局域網，其中3號基站與金沙江北岸通過小型無線網橋接入本局域網作為網絡備用。

圖1為向家壩升船機船舶交通管理系統硬件分布示意圖，其系統監控覆蓋范圍為向家壩升船機上下游水上管理區，硬件設施分布于上游4號基站至下游3號基站約7kM范圍內。

北岸向家壩營區屬向家壩電廠管轄，南岸為XX省XX市城區。隨著向家壩水電站的建設及向家壩升船機的通航， XX市近年來發展迅速，基礎建設項目眾多，經常發生施工中破壞通訊線纜的情況。其中3號基站至服務器站通訊線纜需穿越XX省XX市城區，4號基站至服務器站需穿越翻壩運輸隧道，因此通訊線纜被破壞已成常態。

通訊不暢、可靠性低已成為制約向家壩升船機船舶交通管理系統安全穩定運行及擴展的主要原因。

2 無線網橋介紹

2.1無線網橋簡介

無線網橋的工作原理是以空氣作為傳輸介質進行無線網絡的橋接。其發射端把有線信號轉化為無線電磁波信號并定向發射到空氣中。接收端接收空氣中的無線電磁波信號并轉化為有線信號。無線網橋這種以空氣為傳輸介質進行信號傳輸的方式，可以解決很多情況下有線部署施工困難的問題。

無線網橋工作在2.4G或5.8G的免申請無線執照的頻段。采用無線網橋進行組網，除了具備有線網絡的基本特點之外，還可以在長達數十公里的距離上實現點對點或者點對多點網絡連接，數據傳輸速度最高可達108Mbps。在無線網橋信號覆蓋區域內，無線終端都可以方便地接入該網絡，融入系統，不需要任何布線，無線終端可以實現零配置接入，因此非常容易進行網絡維護和擴展。

2.2? 2.4G網橋與5.8G 網橋的區別

2.4G網橋的優點是傳播性能好，由于其頻率低，波長大，因此繞射能力比較強，即使傳播路徑上有輕微的遮擋也不會對信號有較大影響，且2.4G網橋設備成本較低，組網成本不高。缺點是使用2.4G頻段的設備容易受周圍其他同頻段設備發射的無線電磁波信號干擾，造成傳輸質量下降，且2.4GHz 頻段本身的傳輸帶寬較小，一般不超過300Mbps。

5.8G 網橋的優點是傳輸帶寬大，傳輸帶寬最高可達到1Gbps以上，由于其頻率較高，使用該頻段的設備相對較少，因此不易受其他信號干擾，適合用于數據傳輸要求較高的場所。缺點是由于其頻率較高，波長短，因此穿透性比較差，傳播路徑上不能有遮擋物。5.8G 無線網橋設備相較于2.4G無線網橋設備價格較高，因此其組網成本較高。

2.3無線網橋常用傳輸模式

常見的無線網橋傳輸模式有3種，即點對點傳輸模式、中繼傳輸模式、點對多點傳輸模式。

2.3.1點對點傳輸模式

點對點傳輸模式（見圖2）是無線網橋最簡單的組網模式，即發射端定向發射無線電磁波信號，再由接收端接收信號，一對一的發射與接收。該模式常用于傳輸距離遠，或者監控點分布區域較大，且發射端及接收端無信號遮擋的傳輸情況。

2.3.2中繼傳輸模式

中繼傳輸模式（見圖3）是由于發射端與接收端之間有阻擋物遮擋了電磁波信號，因此在發射端與接收端之間添加中繼站作為中轉設備，電磁波信號即可通過中繼站傳輸到接收端，由于該模式要增加中轉設備因此設備費用投入較大，一般非必要時不會采用該模式。

2.3.3點對多點傳輸模式

點對多點傳輸模式（見圖4） 由點對點傳輸模式發展而來，即一個接收端接收多個發射端的信號，主要用于信號傳輸距離較近，終端設備分布點較多、分布較密集的情況。

3 無線網橋在向家壩升船機船舶交通管理系統中的應用

3.1向家壩升船機船舶交通管理系統通信可靠性分析

向家壩升船機船舶交通管理系統硬件設備主要分布于金沙江南北兩岸。金沙江北岸設置有1號基站、2號基站，3號攝像機， 4號、5號攝像機，聯合指揮中心監控中心;金沙江南岸設置有4號基站，3號基站;向家壩升船機設置1個服務器站和1個監控中心。

北岸設備均位于向家壩工區管轄范圍之內，通信線路安全性較高，因此本文不再贅述。3號基站和4號基站位于金沙江南岸，已在向家壩工區管轄范圍之外。3號基站光纖線路穿越XX市城區，近年來XX市發展迅速，隨著向家壩升船機的通航，以及XX市新碼頭的投運，城市基建改造項目眾多，基建施工中通訊線纜被破壞已成常態。

硬件設備故障恢復周期一般較長，在當前環境條件下，通訊故障并不能及時恢復。由此可見，向家壩升船機船舶交通管理系統可靠性薄弱點主要在通信的可靠性。

3.2無線網橋在向家壩升船機船舶交通管理系統中的應用

3.2.1可行性

從向家壩升船機船舶交通管理系統硬件分布圖來看（見圖5），該系統屬于點對多點的傳輸模式，正好可以采用無線網橋架設模式中點對多點的傳輸模式。除1號基站、4號基站和向家壩升船機外，其余位置海拔均在約300m左右。各站點與1號基站距離均不超過5km，實際直線距離內均在金沙江江面，無高大建筑物阻擋，有利于無線信號傳輸。從設備分布和施工難度及效果來看，1號基站最適合作為中心收發點，因此可在1號基站附近設置一套全方向收發天線。

3.2.2無線網橋的選擇

3.2.2.1傳輸距離

不同的無線網橋設備有不同的傳輸距離，可根據現場設備的距離選擇合適的無線網橋設備。無線網橋的傳輸距離一般有1～3km、 3～5km、5～10km以及20km以上的，為保證可靠性，應盡可能選擇網橋的最大傳輸距離大于實際傳輸距離。因為在實際應用中雨、霧、雪等天氣會大大降低無線網橋的傳輸性能，因此在選擇設備時應預留充足的設備性能余量。向家壩升船機船舶交通管理系統監控區域雨、霧較多，因此預留充足的設備性能余量可大大提高系統的可靠性。

3.2.2.2、工作頻段

無線網橋的工作頻段目前主要有2.4G和5.8G兩種。2.4G的無線網橋是當前最常用的頻段，其兼容性好，繞射能力強，但抗干擾性比較差，在城市地區使用容易受周圍其他設備的無線信號干擾。5.8G的無線網橋信道比較純凈，抗干擾能力強，傳輸距離遠，但繞射能力較差。向家壩升船機船舶交通管理系統監控區域鄰近XX省XX市城區，且各站點間均無信號遮擋物，為避免信號干擾，宜采取5.8G的無線網橋。

3.2.2.3天線

天線是無線網橋用來發射和接收無線電磁波信號最重要的部件。天線分為全向天線和定向天線，全向天線適用于近距離的無線信號覆蓋和傳輸，遠距離信號傳輸應選擇定向天線，且天線增益越大，無線網橋的傳輸性能越好。因此，可以在1號基站附近設置一套全方向收發天線，作中心收發點，再通過有線光纖連接至服務器。其余站點設置定向天線，考慮建設成本，3號攝像機和4號、5號攝像機可共用一套天線，如圖6所示：

3.2.2.4防護等級

無線網橋一般工作于室外，受環境因素影響較大，如雨、雪、霧、高溫等，因此，為保證可靠性，無線網橋設備應滿足防水、防塵、耐高溫、抗冷凝等室外長期使用的標準。

3.2.3無線網橋在向家壩升船機船舶交通管理系統后期擴展中的作用

無線網橋方便部署的特點，對于后期系統升級帶來了極大的方便，在不易于有線網絡部署的位置，或短時間不能部署的位置均可考慮采用無線網橋進行部署，可以方便快速地接入網絡，融入系統。

向家壩升船機上游80m待閘躉船、90m浮堤由于位于江面無法采用有線方式安裝監控設備。因此可采用無線網橋進行80m待閘躉船及90m浮堤監控設備部署，即可快速方便解決當前問題，通過無線網橋可方便快速接入向家壩升船機船舶交通管理系統，實現系統的功能擴展。

4 結論

采用無線網橋組網，作為向家壩升船機船舶交通管理系統有線通信網絡的備用網絡，可在有線網絡故障時起到全方面備用的作用。同時，向家壩升船機區域水上管理區由于地理環境限制，某些需要安裝監控設備的地方無法采取有線網絡部署，即可采用無線網橋組網。從而實現向家壩升船機船舶交通管理系統的功能擴展，更好地發揮其應有的作用。

參考文獻：

[1]陳澤亮， 劉沁悅. 淺談VTS運行維護的問題及對策[J]. 珠江水運， 2019， （11）： 89-90.