電梯視頻監控系統抗干擾技術研究

羅啟平

（廣西機電職業技術學院 建筑工程系，廣西 南寧 530007）

隨著現代化城市的高速發展，作為高層建筑必不可少的垂直交通工具的電梯，和居民的日常工作、生活密切相關。據有關部門統計，到目前為止，我國電梯年需求量已達到全球的1/3。隨著中國電梯市場的快速增長，電梯的廣泛應用，也隨之帶來了很多安全隱患。每年我國在電梯安全事故中，死亡人數已達4位數以上；另外，有關資料表明，電梯暴力事件也呈現增長趨勢[4]。為了有效保證電梯安全運行，對電梯運行進行即時監控，在電梯系統內安裝視頻設備，把所獲的的監控圖像，傳送到中央監控管理中心，供監控人員即時監管，監控圖像同時存入大容量的數字DVR內，以備安全檢查和事故分析調用，已成為普遍而有效的監控措施。

但是，電梯轎箱內的視頻監控設備由于遭受到各種干擾，輕則導致監視器顯示的圖像不清晰，或者出現黑白杠、木紋狀滾動，重則出現大面積網紋干擾，以至顯示紊亂，行不成圖像和同步信號，甚至控制失靈，令人十分頭痛[1]。本文主要就電梯視頻監控系統中產生干擾的原因和抗干擾措施，進行了探討。

1 電梯視頻監控系統

以前電梯監控的雛形，是在電梯中安裝監控攝像機，將視頻線混編于隨行電纜中，再由電梯機房輸出連接至監控中心，系統構架簡單。而現在電梯監控系統，不管從構架上，還是從功能上，都要復雜許多，不同品牌的的電梯視頻監控系統大同小異。

1.1 系統功能簡介

電梯視頻監控系統通常都具有如下功能：

（1）在電梯轎箱頂上安裝攝像頭，電梯控制柜內安裝電梯信息采集卡，監控中心安裝視頻監控主機和監控顯示器，通過視頻線傳輸連接，即可在監控中心看到電梯轎箱內的圖像以及電梯運行狀態。

（2）安裝在電梯轎箱頂上的攝像頭采集轎箱圖像，輸出視頻信號至電梯信息采集卡。

（3）電梯信息采集卡采集電梯樓層信號、方向、滿員、司機以及故障等狀態信號，并轉換成視頻格式疊加在視頻信號上，并發送到監控中心。

（4）監控顯示器可實現多路電梯圖像畫面遠程同屏監控，多畫面智能切換輪巡。

（5）可保存多臺電梯圖像信號，以供必要時查看。

（6）電梯出現故障時，輸出閃動的圖像報警信號。

1.2 系統組成

系統結構圖如圖1所示。

圖1 電梯視頻監控系統結構圖

每臺電梯的轎箱內安裝攝像機，通過視頻線將視頻信號傳送到電梯信號采集卡，然后采集卡再將信號傳送到監控中心并播放。

系統主要由如下部分組成：

（1）攝像機。安裝在轎箱頂部，負責采集電梯轎箱內的模擬視頻信號；

（2）電梯信號采集卡。安裝在電梯控制柜內，主要負責將電梯信息疊加在視頻信號，并傳送到監控主機；

（3）視頻監控主機。配合系統的軟件，實現遠程同步實時監控、錄像并顯示電梯的運行狀態；

（4）軟件。系統的配套軟件，安裝在監控主機上。

2 常見視頻干擾情況分析

說起視頻干擾，要講一下視頻監控信號傳輸的傳統方式——視頻基帶傳輸，就是指視頻信號不經過頻率變換等任何處理，由圖像攝取端通過同軸電纜直接傳輸到監視端的傳輸方式。圖像在傳輸時，直接利用同軸電纜的0～6 MHz來傳輸，非常容易受到干擾，使圖像出現網紋、橫紋和豎條等影響監視效果。

下面就常見的干擾現象及原因作如下分析。

2.1 工頻干擾

（1）干擾現象。圖像出現雪花噪點、網紋或很寬暗橫帶持續不斷滾動。

（2）原因分析。此現象是當攝像端與監控設備端同時接地時，由于地電阻及電纜外皮電阻的存在，在兩地之間電力系統各相負載不平衡，或接地方式不同，引起50 Hz電位差，從而產生工頻干擾所致。

地電位使兩接地端存在電壓降，電壓降加在屏蔽層兩端并與大地（地電阻）構成回路產生地電流，地電流經過線纜屏蔽層形成干擾電壓，地電流的部分諧波分量落入視頻芯線，致使芯線與屏蔽層之間產生干擾電位，使干擾信號加入視頻信號中，對監控圖像形成干擾。

另外，視頻傳輸線的品質不好，特別是屏蔽性能差；視頻線的線電阻過大，因而造成信號產生較大衰減；視頻線的特性阻抗不是75 Ω，以及參數超出規定；供電系統的電源不“潔凈”（指在正常的電源上疊加有干擾信號）等，也是出現圖像出現雪花噪點、網紋或很寬暗橫帶持續不斷滾動的原因。

2.2 空間電磁波干擾

（1）干擾現象。圖像出現較密的斜形網紋，嚴重時圖像全部被破壞，形不成圖像和同步信號。

（2）原因分析。當監控電纜在空中架設時，空中電磁波干擾信號所產生的空間電場，會作用于監控傳輸線路，使線路兩端而產生相當大的電磁干擾電壓，其頻率約在200 Hz～2.3 MHz。由于電纜中電位差的存在，使電纜屏蔽層產生干擾電流。而一般情況下，攝像端和監控設備端均為接地狀態，這就使干擾電流通過線纜兩端接地點與大地形成回路，導致終端負載產生干擾電壓，干擾信號耦合進視頻信號中，產生圖像干擾情況。在傳輸系統、系統前端或中心控制室附近有較強的、頻率較高的空間輻射源，也是產生干擾的原因之一。

另外，造成這種干擾現象的原因，還可能是視頻電纜線的芯線與屏蔽網短路、斷路造成的。這種情況多出現在BNC接頭或其他類型的視頻接頭上。即這種故障現象出現時，往往不會是整個系統的各路信號均出問題，而僅僅出現在那些接頭不好的路數上。

2.3 低頻干擾

即20 Hz～nkHz低頻噪聲干擾。

（1）干擾現象。圖像出現靜止水平條紋。

（2）原因分析。由于聲音、數據等信號，屬于低頻信號，其頻帶狹窄，在傳輸時只用到20 Hz～nkHz，幾乎采用任何種類的電纜都可以傳輸，一般只受交流聲干擾。用于傳輸視頻信號的同軸電纜，其屏蔽層抗干擾曲線特性表明，干擾信號頻率越高，其屏蔽性能越好，對于諸如載波電話、有線電臺等低頻率信號干擾，反而顯得蒼白無力。低頻干擾信號同樣會在傳輸線纜上產生干擾電壓，從而影響圖像品質。

2.4 高頻干擾

即高頻噪聲干擾。

（1）干擾現象。圖像出現雪花點或高亮點。

（2）原因分析。雖然視頻傳輸所用同軸電纜抗高頻干擾要比抗低頻干擾性能強，但是強高頻干擾信號還會對圖像的傳輸產生干擾。大電荷負載啟停、變頻機及高頻機等在工作時，除了輸出高強度基波外，同時還會產生高強度的二次諧波。雖然諧波強度比基波低很多，但高次諧波頻帶很寬，且成分復雜，所以基波的各次諧波，都會對利用視頻基帶傳輸（即6 MHz帶寬內）的視頻信號造成不同程度的干擾。經過多次精度實驗，高頻干擾信號的基波和諧波頻率均在45 MHz以內。此外，視頻傳輸線的特性阻抗不是75 Ω而導致阻抗失配，也會引起高頻干擾。

2.5 反射干擾

（1）干擾現象。圖像出現重影。

（2）原因分析。視頻信號在傳輸過程中色度、亮度及飽和度都會有相應衰減，當傳輸視頻的同軸網絡阻抗不匹配（也稱失配）時，視頻信號傳輸到終端會有部分色度、亮度及飽和度產生微反射，反射回來的信號，會回到發射處形成再反射，與視頻信號疊加，經過延時和損耗到達終端。多個反射信號將在接收端產生碼間干擾（ISI），ISI會導致監視器收到錯誤的輸入信號幅度和相位，并顯示出來，這就使傳回來的圖像看起來好象清楚的圖像上又蒙上了一層模糊不清的圖像現象，即重影現象。

2.6 靜電干擾

（1）干擾現象。圖像時有網紋時有噪點，且時有時無。

（2）原因分析。在發電場、煤礦和工業企業等存在高電壓（1 kV以上）輸出、嚴重機械摩擦及高電磁環境場所接地時的對地電位差,都在400～1 500 VP-P之間。接地與大地之間存在電位差的現象，就屬于靜電現象的一種。存在靜電現象時，接地端（包括冷地和熱地）和大地就相當于一個帶正電荷和負電荷的電容器。根據電容器的工作原理可知，當電荷容量達到一定程度時，便會放電。那么靜電放電時，便會在不同的接地端之間形成電位差，使傳輸線路上屏蔽層形成地電流，從而使干擾信號耦合進視頻信號，并送入監控設備中。靜電對視頻傳輸干擾情況，取決于靜電電壓差的大小，嚴重時會造成接口芯片的損傷或損壞。

3 常用視頻抗干擾措施

通常情況下，電梯視頻監控系統的傳輸介質，都是采用同軸電纜。常用同軸電纜不管是何種電纜，干擾感應電壓，都是直接串聯在視頻信號傳輸回路中，只是多層高編電纜的外導體電阻小，形成的干擾感應電壓也相對較低一些，這對抗低頻電源干擾、電機火花干擾等有一定效果（數十kHz以下的干擾）。但對高頻干擾，由于“趨膚效應”，高頻阻抗與低編電纜相同，抗干擾效果也基本一樣，所以高編電纜只有適當降低低頻干擾的作用，防強干擾和高頻干擾還是無能為力。下面就常用的視頻抗干擾措施進行討論。

（1）電梯布線方式的抗干擾措施。電梯視頻監控中使用同軸電纜，重要的一點是布線，最好從井道中部出線，因為這時井內隨行視頻電纜長度，大約只有井深的一半多一點，最短，自然引入的干擾也最小。過去，在不明白原理的情況下，多數出線位置都是和其他隨行電纜一起走，從電纜井的頂部或底部出線。這種情況下，只有一半電纜是隨行運動的，另一半只是固定延伸連接；隨行運動的那一半電纜，只能與其他隨行電纜捆綁走線，而另一半不動電纜，可以選擇遠離隨行電纜單獨走線的方法，在電梯井內把視頻線緊貼井壁垂直走線，并把這部分電纜穿金屬管槽，以屏蔽干擾對這部分電纜的影響，效果也比較好。

隨行視頻電纜與其他隨行電纜捆綁時，設計者應充分了解其他隨行電纜的結構和分布情況，捆綁時視頻電纜應盡量遠離電流大、頻率高的電纜，靠近電流小、頻率低的電纜捆扎。

（2）攝像機金屬外殼、NC頭的外殼、同軸電纜的外導體等視頻信號的“地”和電梯轎廂、導軌等要絕緣，這在安裝攝像機時要特別注意。攝像機供電應優選集中直流供電方式，其次是選擇轎廂照明電源，不能用動力線。

（3）供電、控制等監控用電纜，盡量選用帶屏蔽的電纜，防止干擾信號向外泄露。

（4）從電梯井出口到控制中心的視頻電纜，應走金屬管槽，并且不要走強電線槽，以屏蔽沿途環境干擾對這部分電纜的影響，并注意這部分屏蔽與電梯井內的屏蔽，應做好電氣連接。

（5）采用抗干擾同軸電纜。抗干擾同軸電纜是一種“雙絕緣雙屏蔽的同軸電纜”，其可以把干擾排除在視頻信號傳輸回路之外，達到抗干擾的目的。這種電纜，對于電梯環境下的超強低頻動力電源干擾、電機電火花干擾、變頻電機干擾、控制信號干擾等數十千赫茲以下的干擾，抗干擾性能十分突出，并且在工程上使用時，可以有效降低工程造價。

（6）采用寬頻共纜監控技術。相關資料表明，視頻干擾源的頻率均在45 MHz以下，寬頻共纜監控把監控音視頻信號搬移到110 MHz以上，完全避開了干擾源的干擾頻率，使干擾信號在監控信號傳輸過程中無用武之地，從而保證了監控信號的傳輸品質。

此外，可以利用雙絞線傳輸視頻信號，雙絞線可以抗共模干擾，要比同軸電纜抗干擾能力好些。在這種情況下，需要雙絞線傳輸器1對、BNC短接線兩條，在攝像機前端接出短接線至傳輸器，傳輸器接雙絞線。中控端雙絞線接出傳輸器，再通過短接線至工控機或者DVR或者視頻分配器就可以了，如果干擾信號很強的話，需要有源雙絞線傳輸器，傳輸器的前端接地，后端不用接地。但是，由于雙絞線信號衰減很大，利用雙絞線傳輸視頻信號時，傳輸距離會受到很大的限制。

4 結束語

電梯作為高樓載客、載貨的主要工具，未來的使用將會越來越廣泛。電梯也是最普通的公共場所，所以在電梯轎箱中，安裝監控攝像機很有必要。電梯轎箱內的視頻設備在設計、安裝和使用維護的各階段，應綜合采用以上所述的技術途徑，使各種抗干擾措施有機地結合起來，以降低乃至避免電梯轎箱內安裝的視頻設備被干擾的現象[1]。

[1]田 競.解決電梯箱內的視頻設備被干擾的技術途徑[J].安防科技，2007，（1）：12-14.

[2]王馨梨.淺談電梯視頻監控常見問題與分析[J].中國電子商務，2010，（5）：96-97.

[3]宗 群，王 波.視頻監控在電梯遠程監控管理系統中的實現[J].制造業自動化，2003，（7）：18-22.

[4]馬 鈺.電梯監控管理系統的設計與實現[D].大連：大連理工大學，2009.