物聯網電梯監控傳輸解決方案的研究

薛冠鳴　武傳勝

一、電梯無線視頻傳輸系統概述：

傳統電梯監控采用隨纜方案，對相關設備提供電力供應、同時將音視頻監控信號傳輸至監控中心，從而實現一纜多用。但電梯經過長時間，周期性的往復上下行機械運動過程，隨纜往往容易磨損，甚至斷裂，再次部署隨纜成本雖然不高，但極易再次出現相同后果，使得電梯維護成本偏高。

在閉路監控工程中，電梯監控一直是最常見、最難對付、也是最受關注的問題之一。電梯井內通常布置了動力、照明、風扇、控制、通信等線纜，各種電纜都會產生電磁輻射。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，控制信號干擾等幾十千赫以下的干擾十分突出。

由于電梯環境中干擾現象十分嚴重，對此我公司專門設計生產了專業電梯無線視頻監控系統，該無線監控系統適合于各類商務辦公樓、高層住宅電梯。電梯無線監控方案可支持單梯監控，雙梯監控，以及多梯監控。

新一代無線視頻監控專門針對電梯監控環境，創新的推出電梯無線視頻監控解決方案，其部署靈活，維護簡單，受干擾小，外型美觀靈巧，方便安裝。同時無線的音視頻傳輸方式，有效避免因電梯隨纜故障導致的監控畫面及音頻丟失，從根本上改善了電梯監控面臨的一系列問題。

電梯專用無線監控系統安裝非常間單，將發射機放置在轎廂頂部，接收機置于天井上部（或井的底部，視監控室的位置而定，如果監控室在頂樓可把接收機和天線放在井的上部，反之則在井的下部），發射機和接收機之間通過無線方式進行信號傳輸。將接收到的視頻信號通過視頻電纜送到監控室，管理人員就可以實時監控電梯里的運行情況了。

由于采用無線傳輸方式，不存在有線監控在電梯運動過程中對電纜線的磨損，確保監控系統長期可靠工作。

電梯無線視頻監控解決方案為用戶帶來創新的電梯無線監控體驗，已在國內多個地區的小區，大廈的電梯建設中成功實施，其穩定，可靠，清晰，流暢的監控畫面，贏得了用戶的高度認可。

二、電梯干擾狀況分析：

電梯目前所受到的干擾主要有：

1、電源干擾：由于電梯攝像頭所采用的電源取自電梯380伏電源，而電梯采用的是變頻電機，故對于攝像頭以及傳輸線造成影響；

2、變頻電機干擾：視頻信號為0-6兆信號，而變頻電機所產生的干擾頻率在0-11兆之間，對視頻信號造成直接干擾；

3、控制器對視頻信號的干擾：電梯內部的控制部分（包括上下開門關門等動作）為11兆左右的控制器，一旦其啟動，就會不斷的發送控制信號和11兆的控制波，該控制信號會對視頻隨行電纜產生干擾；（這就是電梯一旦工作干擾就會加大的原因）；

4、電風扇以及燈光對視頻信號的干擾：電梯內部的燈光采用的是電子振蕩燈管，該燈管的工作會導致50hz以及衍生的多種頻率干擾，該干擾會對視頻圖像產生干擾；

5、距離：由于視頻圖像按照國家標準，如果采用75-5線纜傳輸距離應該在167米左右，而現場的傳輸距離達到600多米，這樣使得視頻信號的強度大大降低，從而使得干擾信號對視頻信號產生強烈的干擾。

三、設備參數：

JBA-601T無線影音傳輸系統因體積小，安裝簡單，不用布線，廣泛應用于公安刑偵、記者暗訪、法律取證、油田、文物基地、商場超市、工廠、車間、車庫、汽車、珠寶店、娛樂場所、家庭別墅等場所。即可固定使用也可移動使用。該設備工作在2.4G頻段，具有較好的抗干擾能力，運行穩定，圖像清晰。

四、方案說明

在電梯相關部位安裝電梯運行數據采集的前端傳感器，具體包括：平層及方向傳感器、人體感應探頭、門開關傳感器、極限傳感器、基站傳感器、前端傳感器采集的各類電梯運行數據，統一上傳到安裝于轎頂的電梯數據采集儀；

在電梯的轎廂安裝電梯遠程監控多媒體一體機，一體機和電梯數據采集儀之間用RS485/232方式連接，電梯遠程監控一體機具有數據采集、數據預處理、協議轉換等功能，將電梯數據采集儀采集到的電梯數據轉換成TCP/IP網絡通訊協議，結合以太網高速傳輸的方式進行轉發，安全傳輸到電梯遠程監控中心。

安裝RFID讀卡器通過RS485/232連接到電梯遠程監控多媒體一體機，并為每個維保人員配備EM ID卡/ MF1 IC卡，維保人員進行維保工作的同時打卡簽到，記錄并上傳維保記錄，準確掌控哪個維保人員在什么時候維保了哪部電梯，強化了對電梯維保工作的監督管理。

在監控中心機房部署服務器，安裝電梯遠程監控與緊急救援系統。電梯遠程監控多媒體一體機把接收到的電梯日常運行數據、電梯維保記錄、音視頻信息傳輸到監控機房中的電梯遠程監控與緊急救援系統上，系統以web瀏覽器的方式向用戶展示各類電梯數據、音視頻信息、維保記錄、故障搶修記錄等 。

給天益SSL/IPsec VPN網關一個公網地址，用于外部用戶安全接入訪問；

如果電梯運行過程出現故障，安裝在電梯轎頂的數據采集儀采集到非正常數據，隨易聯工業適配器收集到這些數據傳輸到電梯遠程監控與緊急救援系統，處理后匹配故障數據，然后預計出故障問題，系統告警，發送短信到指定的維保人員，告知XX電梯XX時間出現XX問題；

用戶通過使用USBKEY或者用戶名和密碼登陸電梯遠程監控與緊急救援系統，對電梯運行和維保工作進行監督管理。

五、電梯監控無線傳輸可行性：

頻段上采用2.4G微波擴頻設備，這種設備采用上變頻，特殊的調制技術。 （這種頻段設備避開了電梯的干擾頻率，故不會產生干擾）

擴頻技術的基本特征是：使用比發送的信息數據速率高許多倍的偽隨機碼，把載有信息數據的基帶信號的頻譜進行擴展，形成寬帶的低功率譜密度的信號來發射。

微波擴頻技術在發射端進行擴頻調制，在接收端以相關解調技術收信，和傳統的布線相比較，具有諸多的優良特性，最主要有：

1、抗干擾能力強。表示擴頻通信特性的一個重要參數是擴頻增益G SpreadingGain，G=B2 B1。擴頻通信中，接收端對接收到的信號做擴頻解調，只提取擴頻編碼相關處理后帶寬為B1的信號成分，而排除了擴展到寬帶B2中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響，相當于把接收信噪比提高了G倍。考慮到輸出端的信噪比和接收系統損耗，可以認為實際的擴頻增益帶來的信噪比的改善為：M=G-輸出端信噪比-系統損耗，公式中的M叫做抗干擾容限。實際上，輸出端信噪比和系統損耗都比較小，所以M近似等于G。

2、隱蔽性強、干擾小。因信號在很寬的頻帶上被擴展，則單位帶寬上的功率很小，即信號功率譜密度很低。信號淹沒在白噪聲之中，別人難于發現信號的存在，再加之不知擴頻編碼，就更難拾取有用信號。而極低的功率譜密度，也很少對其他電訊設備構成干擾。

3、易于實現碼分多址。擴頻通信占用寬帶頻譜資源通信，改善了抗干擾能力，提高了頻帶的利用率。正是由于擴頻通信要用擴頻調制發送，而信號接收需要用相同的擴頻之間的相關解擴才能得到，這給頻率復用和多址通信提供了基礎。

4、抗多徑干擾。在無線通信中，抗多徑干擾問題一直是難以解決的問題，利用擴頻之間的相關特性，在接收端可以用相關技術從多徑信號中提取分離出最強的有用信號，出可把多個路徑來的同一碼序列的波形相加使之得到加強，從而達到有效的抗多徑干擾。