数字微波视频远传系统在桃山水库入库水文站中的应用

郭　治,王　越

(黑龙江省桃山水库管理处，黑龙江 七台河 154600)



数字微波视频远传系统在桃山水库入库水文站中的应用

郭治,王越

(黑龙江省桃山水库管理处，黑龙江 七台河 154600)

摘要：桃山水库位于黑龙江省七台河市桃山区，是一座以防洪、城市供水为主，兼顾农业灌溉、水产养殖等综合功能于一体的大型水利枢纽工程。该水库对促进七台河市的经济发展、城市建设和保障城市生活用水发挥了重要作用。随着科技的不断发展，水库管理过程中人工看管已经成为过去，采用视频安全监控在水库供水安全管理中作用越来越明显。桃山水库入库水文站视频数据传输系统采用无线数字微波通信技术，增强了对入库水文站实时管理，提高了对入库河道的监管，提升了入库水来的精准度，无线数字微波在水库入库水文站的监管工作中发挥了重要作用。文章阐述了数字微波视频远传系统的构成、微波信号的传输特点等内容。

关键词：水库上流入库水文站；无线数字微波；无线局域网络；视频安全监控；远程操控

0前言

素有七台河市“小西湖”之称的桃山水库位于黑龙江省七台河市桃山区，与七台河市区中心毗邻，是一座以防洪、城市供水为主，兼顾农业灌溉、水产养殖等综合功能于一体的大型水利枢纽工程，该水库1990年8月成，自建成设入运行以来，对促进七台河市的经济发展、城市建设和保障城市生活用水发挥了重要作用，并取得了一定的经济效益和社会效益。

饮用水安全视频系统是水库供水安全管理中必不可少的措施。随着科技的不断发展，在水库管理过程中已经不再需要人工进行看管，采用视频安全监控在水库供水安全管理中作用越来越明显[1]。由于受地理条件及离距的影响，上流入库水文站入库安全监控视频数据传输成为难点，近年来微波通信技术在视频信息数据传输中被广泛应用，能有效的解决这一问题。

1监控系统的构成

桃山水库集水面积2 043 km2，校核总库容为2.64 亿 m3，兴利总库容0.98 亿 m3。桃山水库供水网络，由1个中心机房、1个中继站2个入库水文站、1个出库水文站、6个单独城市供水计量站组。其新发水文站、北兴水文站与水库中心机房距离较远，监控点共8个监控点，每个监控点设有1个网络数字监控摄像机。

水文站监控系统受地形条限制，中心机房与监控点之间有山体、河流、农田、及煤矿开采出的岩石山等阻隔，使用传统的电缆或光纤布线成本极高，施工难度极大，新兴的3G、4G、VPN无线通信技术架设方便，但通信费用昂贵，通信带宽有限不适用做大容量数据传输。这时无线数字微波通信的优势就体现出来了。桃山水库水文站最远监控点与中心机房直线离距约29 km，有河流、农田、山体等外界因素所间隔，考虑施工成本及后继费用等因素所以选用5.8GHz支持IEEE802.11n标准，传输速率0～300Mbps,无线数字微波进行联通。为更好的避让上流水文站与中心机房间外界因素阻隔，建立优质的无线传输环境，选用原有中继塔作为数字微波通信中继站，转发中心机房与入库水文站间的信息传输。中继站与上流水文站及中心机房通信视野开阔无阻隔，数字信号收送率达到优质传输[2]。

2微波信号的传输特点

由于接近于光波，是直线传播，构建微波通信网络唯有一个苛刻的条件，要求微波发射天线与接收天线之间无阻挡物体，也就是视距传输条件。由于波长短，天线尺寸可做得很小，为增益信息数据高效互通性，天线通常做成平板式通信天线，但方向性极强。数字微波对收到的数字信号可对数字信号进行错码重组、滤噪、数据再生后由发送天线发出干净的波形，整个微波线路噪声不累积，数字微波多条通路的数字信号可由中继站多次转发，微波有对数字信号中继处理功能。所以微波在传送过程中受自然条件影响衰减、干扰比较小。数字信号本身就具有一定的保密性，又因为各种信号数字化后形成无规律信码，方便灵活地对数据进行加密、在线传送、接收解密。所以说这种通信有较高的保密性。由于数字微波的组件固态化、集成化，设备体积小工作能耗低，野外工作有较强的实用性。此外数字微波对视频监控数据传输具有低延时，传输数据信息量大，对动点球机的操控指响应灵敏等特点。中国先后开放了2,4GHz和5.8GHz的ISM频段。其5.8GHz频段应用较广，无需申请就可使用的通信频段，能有效的避让开拥堵的2.4GHz频段。无线数字波通信系统需搭建自用无线局域网络，通过自建的局域网对数据进行互传互通，实现数据的共享。

桃山水库饮用水源安全监控系统的上流水文站入库安全监控充分利用了无线数字微波全天候工作，传输速度快，传输信息容量大，安全性高，运行成本低，可靠性强，通信技术成熟等工作特性来进行入库水文站与水库监控中心间的信息互通建设的。

2.1系统组成

数字微波传输线路的组成方式可以是一条主干线，中间设有多支分支线，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。但不论那种传输方式，主要是由微波终端站、微波中继站和微波分支站组成。

2.1.1视频采集前端

主要由高清网络数字定点摄像机(防护罩、摄像机、镜头、支架)、网络数字动点球机、网络交换机等主要设备组成。

2.1.2视频传输

图像通道采用微波点对点的方式，频率怎复用空间分割方式。各监控点的摄像机输出的视频信号首先发送给网络交换机，经网络交换机组合送出到数字微波转换成压缩加密后将数字视频信号传送给发射天线，最后由发射天线以无线微波的方式发射给接收天线。再经接收天线转化成网络信号后由光端机经光纤将视频数据传送到监控中心机房。数字微波是整个系统中数据传输的核心设备，实现视频数据转换传输工作，它完成视频监视数据的影像压缩、监控视频数据处理、网络传输等功能。它可将视频采集前端的视频信号处理成数字信号发布到自建的无线局域网中传送回中心机房的视频服务器，在监控中心装有专用监控软件的电脑，可实现多用户同时监控相同或者不同的现场图像。真正做到视频网内共享。

2.1.3中继站

微波信号在传输过程中因传输损耗或物体遮挡，同时有噪声混入而使传输性能恶化，出现误码。中继站的任务就是将信号性能未恶化之前或未被遮挡前接收下来，经过处理识别后，再生出与发送端一样的优质的波形由发送端继续传送。主要由数字微波接收天线、发送天线组，网络交换机等主要设备组成。设立在原超短波中继塔上，中继塔身高20 m。

2.2无线局域网组建及数据传输模块

无线微波采用无线桥接模式，无线桥接可用来连接不同的局域网网段，可实现不同局域网间的数据无线共享。上流入库水文站利用网线及网络交换机组建出独立的有线局域网络，由6类网线与各自无线微波的POE连接。POE可在保证微波对数据传输的同时，还可对微波提供工作时所需的直流电。微波是无线传输模块的核心，可将本地摄像头采集到视频图像数据进行滤波、减噪、压缩等处理，转换成高频电磁波，并发送到中继站接收端。在中继站对接收到的视频图像成合处理后的数据信息通过发送端把处理好的视频图像数据转发到中心机房的接收端，利用光纤、交换机、6类网线等设备连接到设在水库管理处中心机房的视频存储服务器中。通过视频中心管理服务器与水库的有线局域网连通后实现视频信息网内共享。

2.3监控软件

水库中心机房设有一台装有监控组态软件的中控PC机，通过监控组态软件可对上流入库水文站进行实时远程监控、动点球机的操控、视频的录像设定、浏览、权限设置等功能。最多可支持25路信号监控。该软件的操作界面设有设备通路显示区、视频画面显示区、视频画面分割区、存储空间状态区、动点控制操作区组成。工作人员可在中控PC机上对水文站动点球机进行水平或垂直旋转，关通过对变焦、光圈设置，可获得高清晰度的视频画面。

2.4优、缺点及解决方案

2.4.1优点

本套视频系统具有显示清晰，无波纹、闪烁、花屏等现象，扩展性好浏览方便快捷，全天候工作易管理好维护。操作简便、反映快、低延时等特点等。

2.4.2缺点

本套视频监控系统由网络组建，故需要大量的IP支持，IP设定为固定式，每个监控点的IP不得随意篡改或更改。中心机房中视频服务器需占用大量的水库管理处内部域局网IP池中的IP。由于视频监控系统采用固定IP与内网连接实现共享视频信息，容易与其他设定自动获取IP的工作电脑产生IP冲突，从而使视频信息无法正常显示及操作。

2.4.3解决方案

为避免上述问题，须在管理处局域网的IP池中设定专用IP段及专用二级IP池。设定好管理处局域网内的工作电脑IP及工作电脑病毒的防治工作等，以免工作电脑受病毒影响或随意更改使IP发生变化与视频服务器IP发生冲突。各监控点、传输点等设备入网IP须记录备案，以免设备增加、更换或升级重设时无法查找到对应的IP组。

3结语

桃山水库饮用水安全监控系统入库水文站安全监控部分主要由无线数字微波进行远程数据输，其据有维护简单，便于作操，大容量传输、抗干扰能力强，低能耗等特点，在水库地理环境开阔，管理面大，无大干扰，应用此技术对时时控管较远的站点是可行的。随着通信技术迅猛发展，无线微波在数据传输容量及传输距离成倍增长，无线微波以点对点或点对多点和形式存在于动移基站与基站间、远距离局域网无线联网、农村通信网中。相信无线数字微波技术在水库远程管理中愈来愈广，也会带动水利事业进一步实现数字化管理发展目标。

参考文献：

[1]纪伟，汪子济，林功威.桃山水库实现管理现代化[J].黑龙江水利科技,2013，41 (11) :199-121.

[2]韩晓晗.SDH数字微波传输设备浅论[J].电信快报，2011(01)：26.

中图分类号：TP39

文献标识码：B

[作者简介]郭治(1980-)，男，黑龙江七台河人，工程师；王越(1973-)，女，黑龙江七台河人，助理工程师。

[收稿日期]2015-11-22

文章编号：1007-7596(2016)01-0097-03