燈塔環境遠程監控系統建設的分析與探索

燈塔環境遠程監控系統建設的分析與探索

◎ 蔡慶斌 汕頭航標處

燈塔是海上船舶的航行指向標，是海上交通基礎設施的重要組成部分。本文從燈塔環境遠程監控系統建設的必要性和可行性入手，探索如何建設燈塔環境遠程監控系統。

燈塔 遠程 監控系統

燈塔是海上船舶的航行指向標，是海上交通基礎設施的重要組成部分。當前，遙測遙控技術已基本實現對航標效能的遠程監測及部分功能的遠程控制，但燈塔周邊環境監控和綜治管理仍需靠人工管理實現。本文從燈塔環境遠程監控系統建設的必要性和可行性入手，探索如何建設燈塔環境遠程監控系統。

1.燈塔環境遠程監控系統建設的必要性分析

（1）有利于緩解航保一線人力資源矛盾。由于燈塔所在地較為偏僻或位于島嶼，傳統的日常管理均需通過燈塔工的值守來實現，存在交通不便、無市電接入等困難，既浪費人力資源，且對燈塔工及設備設施造成一定的安全隱患。尤其在一線人員老化、人手緊缺的現狀下，借助信息化手段改變傳統管理模式，實現燈塔無人值守，既是形勢所需，也是大勢所趨。建設燈塔環境遠程監控系統，有助于強化航標日常管理、減輕一線作業強度、降低人力資源成本。

（2）有利于降低燈塔及周邊綜治消防管理風險。隨著休閑旅游尤其是海島旅游產業的發展，燈塔及其周邊原生態的環境逐漸被旅游及攝影愛好者發掘，近年來經常出現旅游人員在燈塔周邊進行燒烤，甚至翻越燈塔外圍墻壁或破壞進出燈塔的門鎖的情況。迫切需要加強對無人值守燈塔的遠程監控，以強化燈塔日常管理，降低管理風險和責任風險。

（3）有利于強化燈塔周邊海上交通管理。燈塔周邊一般為海上航路。利用燈塔的遠程監控設備可以延伸到燈塔周邊幾海里乃至更遠海面的航道，全天候實時監控航道上航標運行狀態、過往船只航行狀況及海面污染情況，為航道暢通和安全提供良好的保障。

2.燈塔環境遠程監控系統建設的可行性分析

當前，監控系統已應用廣泛，并朝多元化、精細化、智能化發展，紅外線、長焦距、高清晰度等攝像設備的技術也已成熟。由于燈塔所處位置特殊，如何解決燈塔無市電供應及無有線網絡接入，是建設燈塔環境遠程監控系統的關鍵點。

（1）運用無線傳輸技術解決無有線網絡信號接入的問題。對燈塔周邊環境實行實時監控，監控圖像需實時傳輸到航標管理部門。為此，可選擇基于5.8G的微波無線傳輸系統或基于通信運營商的3G/4G無線傳輸系統這兩種無線傳輸方式，解決網絡信號傳輸問題。

一是采用基于5.8G的微波無線傳輸系統。由于燈塔一般位于島嶼高點或臨海突出角且塔身較高，周邊無遮擋物，與周邊的通信基站也較近。因此，位于離岸較近海島或臨海突出角的燈塔可采用5.8G微波無線傳輸系統，將視頻信號傳輸到周邊有基于運營商的寬帶接入或光纖接入的地方，再經網絡傳輸到監控中心。其優點是信號較穩定，但造價較高，且存在需協調微波安裝地點和設備耗電量較大的問題。

二是采用基于通信運營商的3G/4G無線傳輸系統。離岸較遠或周邊遮擋物較多的燈塔，可采用3G/4G無線傳輸系統進行傳輸。由于視頻信號傳輸流量較大，而目前3G/4G流量資費較貴，需將數據存儲在硬盤錄像機中，每天定時傳輸數據，也可根據需求不定時調用監控資料。其優點是安裝簡便，但傳輸費用較貴，且受制于3G/4G信號的穩定性。

三是采用基于5.8G的微波無線傳輸系統與基于通信運營商的3G/4G無線傳輸系統相結合方式。采用上述兩種傳輸系統均有其優缺點，為更好地保障信號傳輸，可采用上述兩種傳輸系統相結合的方式同時接入，實現雙網保障功能，提升網絡穩定性。

（2）運用清潔能源解決無市電供應問題。按照航標法律法規規定，燈塔周邊除燈守房等附屬建筑外，一般無其他建筑。因此，可根據系統用電量需求，在燈塔周邊選址建設太陽能、風能等清潔能源系統，通過風能、太陽能等發電裝置發電后，將電量存儲至蓄電池組，以供監控系統使用。

圖1 燈塔遠程監控系統組成框圖

圖2 電源供應系統組成框圖

一是采用太陽能供電系統。因當前無市電供應的燈塔一般均采用太陽能供電，且經過多年試驗已較為成熟。因此可在原有燈塔供電系統上進行擴容或新建一套太陽能供電系統，以滿足監控系統使用。其優點是技術成熟、安裝簡便、價格較低，但發電效率不高，如需較大用電量時，占用較大面積，且出現長時間的陰雨天氣時難以有效發電。

二是采用風能供電系統。因燈塔所在區域一般較高、無遮擋，為風力發電提供了較好的條件。當前小型風力發電機的技術已基本成熟且應用日漸廣泛，可根據燈塔所在地的風玫瑰圖，選擇較佳方位安裝。其優點是占地較小，安裝簡便，但價格較高，且存在臺風等極端風力下會出現自我保護而停止工作及悶熱無風情況下發電量難以滿足需求的情況。

三是采用風光互補供電系統。即采用太陽能和風能兩種方式相結合，同時接入同一蓄電池組的供電系統，夜間和陰雨天無陽光時由風能發電，晴天由太陽能發電，在既有風又有太陽的情況下，兩者同時發揮作用，進一步提高供電系統的穩定性和可靠性，實現全天候的發電功能，且其中一套損壞或出現極端天氣時，保持供電系統繼續工作。

3.燈塔環境遠程監控系統建設方案

（1）設計思路。監控系統由前端監控系統、無線傳輸系統、后端管理中心構成（見圖1）。其中，前端監控系統由網絡攝像機和網絡球機等視頻采集設備組成，采集視頻信息后，再通過具備3G/4G信號傳輸功能的NVR（網絡硬盤錄像機）或微波系統，將信號傳輸至運營商3G/4G基站，實現與后端管理中心的信號傳輸。前端監控系統及無線傳輸系統所需電源供應通過風光互補供電系統解決（見圖2）。

（2）前端監控系統建設方案。前端監控系統可采用球機和固定攝像機兩種視頻采集設備，但由于處于高鹽、高濕、空曠的場所，因此視頻采集設備需具備防腐蝕及鏡頭清洗功能，并配套做好設備固定、防雷及電源穩壓等保護措施。在建設位置上，球機可安裝在燈塔平臺外部，利用球機轉動半徑監控燈塔周邊環境及航道情況。固定攝像機可根據實際情況安裝，如可在燈籠內部布設，監控燈器燈光運轉情況；有燈守房或AIS基站的燈塔，還可在燈守房和AIS基站機房內部安裝，監控燈守房和AIS基站的設備運行情況。由于多臺攝像設備會造成用電量的疊加，因此，應在滿足監控需求的基礎上，盡量控制攝像設備數量。

（3）無線傳輸系統建設方案。無線傳輸系統采用5.8G微波和3G/4G網絡相結合方式，微波無線傳輸及3G/4G網絡可根據現場踏勘和信號測試后選擇合適的運營商合作。微波設備可根據燈塔所在位置及周邊有基于通信運營商的寬帶接入或者光纖接入的地方，分別選取合適方位進行點對點對射安裝。同時，選取具備3G/4G無線傳輸功能的網絡硬盤錄像機，并安裝于燈塔內部。微波傳輸系統接入具備3G/4G無線傳輸功能的網絡硬盤錄像機，實現視頻圖像處理、視頻圖像傳輸、錄像記錄保存、報警信息采集等功能。

（4）后端管理中心建設方案。后端管理中心可使用監控系統的配套軟件，通過監控平臺、PC客戶端和手機客戶端，獲取前端設備的實時視頻和歷史錄像，以及對前端設備狀態進行查詢和管理。如單位原已建有監控系統和平臺，可接入原監控系統和平臺實行統一管理。

（5）電源供應系統建設方案。設備電源供應系統采用風光互補方式，依據前端監控系統和網絡硬盤錄像機的用電量情況，考慮連續陰雨天和臺風等極端惡劣天氣無法充電的因素進行建設，并做好防雷措施。如攝像設備較少且整體用電量不大，則可采購風光互補一體成型的設備進行供電，如高速公路上風光互補路燈及監控設備。如一體成型設備無法滿足，則需選取較大發電功能的風能發電設備和太陽能發電設備，同時接入風光互補控制器，再接入電池組，為監控設備供電。電池組的容量應比實際使用電量大數倍，以發電裝置出現故障或惡劣天氣無法充電。電源供應系統建議不并入燈塔原有電源供應系統，以消除監控系統電源供應對燈塔原電源供應系統的影響。