无线网桥在向家坝升船机船舶交通管理系统中的应用

黄仁辉 郝寅生 马麟 刘佳洋

摘 要：向家坝升船机船舶交通管理系统，用于向家坝升船机上下游航道的视频监控、船舶识别以及甚高频通信。本文通过无线通信技术无线网桥的应用，对向家坝升船机船舶交通管理系统通信的可靠性及系统扩展性进行探讨。

关键词：无线网桥;向家坝升船机;船舶交通管理系统;通信

中图分类号：U642             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）09-0051-03

数据通信主要有无线与有线两种方式。无线通信建设工程周期短，成本低，便于维护。有线通信一般受干扰较小，可靠性高，保密性强，但建设费用大。随着城市的快速发展，城市建设动土施工中通讯线缆被破坏已成为常态。建设施工往往周期较长，被破坏的通讯线缆往往不能在短期内恢复，因此造成数据通信中断，可靠性大大降低。无线通讯以空气为传播介质，其独有的空中传输方式，正好可以作为有线通讯的可靠备用。

1 船舶交通管理系统当前情况

向家坝升船机船舶交通管理（Vessel Traffic Service，简称VTS[1]）系统，简称向家坝VTS系统，主要由PRIDe VTS 1000子系统、视频监控（CCTV）子系统和甚高频通讯（VHF）子系统三部分组成。用于向家坝升船机上下游航道的视频监控、船舶识别以及甚高频通信。整个系统由4个雷达基站，1个服务器站，2个监控中心及7个摄像机组成，硬件设备通过有线网络组成一个独立的局域网，其中3号基站与金沙江北岸通过小型无线网桥接入本局域网作为网络备用。

图1为向家坝升船机船舶交通管理系统硬件分布示意图，其系统监控覆盖范围为向家坝升船机上下游水上管理区，硬件设施分布于上游4号基站至下游3号基站约7kM范围内。

北岸向家坝营区属向家坝电厂管辖，南岸为XX省XX市城区。随着向家坝水电站的建设及向家坝升船机的通航， XX市近年来发展迅速，基础建设项目众多，经常发生施工中破坏通讯线缆的情况。其中3号基站至服务器站通讯线缆需穿越XX省XX市城区，4号基站至服务器站需穿越翻坝运输隧道，因此通讯线缆被破坏已成常态。

通讯不畅、可靠性低已成为制约向家坝升船机船舶交通管理系统安全稳定运行及扩展的主要原因。

2 无线网桥介绍

2.1无线网桥简介

无线网桥的工作原理是以空气作为传输介质进行无线网络的桥接。其发射端把有线信号转化为无线电磁波信号并定向发射到空气中。接收端接收空气中的无线电磁波信号并转化为有线信号。无线网桥这种以空气为传输介质进行信号传输的方式，可以解决很多情况下有线部署施工困难的问题。

无线网桥工作在2.4G或5.8G的免申请无线执照的频段。采用无线网桥进行组网，除了具备有线网络的基本特点之外，还可以在长达数十公里的距离上实现点对点或者点对多点网络连接，数据传输速度最高可达108Mbps。在无线网桥信号覆盖区域内，无线终端都可以方便地接入该网络，融入系统，不需要任何布线，无线终端可以实现零配置接入，因此非常容易进行网络维护和扩展。

2.2  2.4G网桥与5.8G 网桥的区别

2.4G网桥的优点是传播性能好，由于其频率低，波长大，因此绕射能力比较强，即使传播路径上有轻微的遮挡也不会对信号有较大影响，且2.4G网桥设备成本较低，组网成本不高。缺点是使用2.4G频段的设备容易受周围其他同频段设备发射的无线电磁波信号干扰，造成传输质量下降，且2.4GHz 频段本身的传输带宽较小，一般不超过300Mbps。

5.8G 网桥的优点是传输带宽大，传输带宽最高可达到1Gbps以上，由于其频率较高，使用该频段的设备相对较少，因此不易受其他信号干扰，适合用于数据传输要求较高的场所。缺点是由于其频率较高，波長短，因此穿透性比较差，传播路径上不能有遮挡物。5.8G 无线网桥设备相较于2.4G无线网桥设备价格较高，因此其组网成本较高。

2.3无线网桥常用传输模式

常见的无线网桥传输模式有3种，即点对点传输模式、中继传输模式、点对多点传输模式。

2.3.1点对点传输模式

点对点传输模式（见图2）是无线网桥最简单的组网模式，即发射端定向发射无线电磁波信号，再由接收端接收信号，一对一的发射与接收。该模式常用于传输距离远，或者监控点分布区域较大，且发射端及接收端无信号遮挡的传输情况。

2.3.2中继传输模式

中继传输模式（见图3）是由于发射端与接收端之间有阻挡物遮挡了电磁波信号，因此在发射端与接收端之间添加中继站作为中转设备，电磁波信号即可通过中继站传输到接收端，由于该模式要增加中转设备因此设备费用投入较大，一般非必要时不会采用该模式。

2.3.3点对多点传输模式

点对多点传输模式（见图4） 由点对点传输模式发展而来，即一个接收端接收多个发射端的信号，主要用于信号传输距离较近，终端设备分布点较多、分布较密集的情况。

3 无线网桥在向家坝升船机船舶交通管理系统中的应用

3.1向家坝升船机船舶交通管理系统通信可靠性分析

向家坝升船机船舶交通管理系统硬件设备主要分布于金沙江南北两岸。金沙江北岸设置有1号基站、2号基站，3号摄像机， 4号、5号摄像机，联合指挥中心监控中心;金沙江南岸设置有4号基站，3号基站;向家坝升船机设置1个服务器站和1个监控中心。

北岸设备均位于向家坝工区管辖范围之内，通信线路安全性较高，因此本文不再赘述。3号基站和4号基站位于金沙江南岸，已在向家坝工区管辖范围之外。3号基站光纤线路穿越XX市城区，近年来XX市发展迅速，随着向家坝升船机的通航，以及XX市新码头的投运，城市基建改造项目众多，基建施工中通讯线缆被破坏已成常态。

硬件设备故障恢复周期一般较长，在当前环境条件下，通讯故障并不能及时恢复。由此可见，向家坝升船机船舶交通管理系统可靠性薄弱点主要在通信的可靠性。

3.2无线网桥在向家坝升船机船舶交通管理系统中的应用

3.2.1可行性

从向家坝升船机船舶交通管理系统硬件分布图来看（见图5），该系统属于点对多点的传输模式，正好可以采用无线网桥架设模式中点对多点的传输模式。除1号基站、4号基站和向家坝升船机外，其余位置海拔均在约300m左右。各站点与1号基站距离均不超过5km，实际直线距离内均在金沙江江面，无高大建筑物阻挡，有利于无线信号传输。从设备分布和施工难度及效果来看，1号基站最适合作为中心收发点，因此可在1号基站附近设置一套全方向收发天线。

3.2.2无线网桥的选择

3.2.2.1传输距离

不同的无线网桥设备有不同的传输距离，可根据现场设备的距离选择合适的无线网桥设备。无线网桥的传输距离一般有1～3km、 3～5km、5～10km以及20km以上的，为保证可靠性，应尽可能选择网桥的最大传输距离大于实际传输距离。因为在實际应用中雨、雾、雪等天气会大大降低无线网桥的传输性能，因此在选择设备时应预留充足的设备性能余量。向家坝升船机船舶交通管理系统监控区域雨、雾较多，因此预留充足的设备性能余量可大大提高系统的可靠性。

3.2.2.2、工作频段

无线网桥的工作频段目前主要有2.4G和5.8G两种。2.4G的无线网桥是当前最常用的频段，其兼容性好，绕射能力强，但抗干扰性比较差，在城市地区使用容易受周围其他设备的无线信号干扰。5.8G的无线网桥信道比较纯净，抗干扰能力强，传输距离远，但绕射能力较差。向家坝升船机船舶交通管理系统监控区域邻近XX省XX市城区，且各站点间均无信号遮挡物，为避免信号干扰，宜采取5.8G的无线网桥。

3.2.2.3天线

天线是无线网桥用来发射和接收无线电磁波信号最重要的部件。天线分为全向天线和定向天线，全向天线适用于近距离的无线信号覆盖和传输，远距离信号传输应选择定向天线，且天线增益越大，无线网桥的传输性能越好。因此，可以在1号基站附近设置一套全方向收发天线，作中心收发点，再通过有线光纤连接至服务器。其余站点设置定向天线，考虑建设成本，3号摄像机和4号、5号摄像机可共用一套天线，如图6所示：

3.2.2.4防护等级

无线网桥一般工作于室外，受环境因素影响较大，如雨、雪、雾、高温等，因此，为保证可靠性，无线网桥设备应满足防水、防尘、耐高温、抗冷凝等室外长期使用的标准。

3.2.3无线网桥在向家坝升船机船舶交通管理系统后期扩展中的作用

无线网桥方便部署的特点，对于后期系统升级带来了极大的方便，在不易于有线网络部署的位置，或短时间不能部署的位置均可考虑采用无线网桥进行部署，可以方便快速地接入网络，融入系统。

向家坝升船机上游80m待闸趸船、90m浮堤由于位于江面无法采用有线方式安装监控设备。因此可采用无线网桥进行80m待闸趸船及90m浮堤监控设备部署，即可快速方便解决当前问题，通过无线网桥可方便快速接入向家坝升船机船舶交通管理系统，实现系统的功能扩展。

4 结论

采用无线网桥组网，作为向家坝升船机船舶交通管理系统有线通信网络的备用网络，可在有线网络故障时起到全方面备用的作用。同时，向家坝升船机区域水上管理区由于地理环境限制，某些需要安装监控设备的地方无法采取有线网络部署，即可采用无线网桥组网。从而实现向家坝升船机船舶交通管理系统的功能扩展，更好地发挥其应有的作用。

参考文献：

[1]陈泽亮， 刘沁悦. 浅谈VTS运行维护的问题及对策[J]. 珠江水运， 2019， （11）： 89-90.