基于無線通訊技術的移動監控及船岸通信系統建立

周開欣，嚴 爽

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225000)

加強河道監測管理具有重要的研究意義。孫博等[1]以遼河沈陽段為例，對河道保護劑管理措施進行研究；李維濤等[2]對無人機技術在河道漂浮物巡查中的應用進行研究，提出了一種人機交互的漂浮物巡查方法；王安領等[3]、馮東利等[4]、顧禮清[5]分別以淮河、海河、基層水利工程為例，對河道綜合巡查監管系統的應用進行分析和介紹。船岸通訊技術的發展和使用可以提高河陸兩地的交流與溝通。史兆彥等[6]、岳躍申[7]、王勇[8]對船岸一體化通訊技術的建設和發展中的硬件和軟件技術進行分析，可為后續船岸一體化發展提供經驗。隨著近年來無線通訊技術的快速發展[9- 10]，移動監控和船岸通訊系統也將邁入新的階段。在前人研究基礎上，文章以高郵湖為例，對移動監控和船岸通訊系統建立進行分析。高郵湖地跨江蘇省和安徽兩省，屬于淮河流域，總面積為760.67km2，湖底高程3.5～4.5m，常年水位5～5.5m，蓄水體積可達5×108～6×108m3。

1 巡查船移動監控方案

1.1 移動監控系統設計方案

巡查船移動監控系統包主要包含兩個部分：

(1)需要完成對高郵湖湖面的無線信號覆蓋建設(無線覆蓋架構)，可為巡查船與水利監控中心之間的通訊提供數據傳輸支撐。

(2)巡查船監控系統，該部分是獲取湖面水利數據的關鍵，該系統可通過無線覆蓋架構與水利監控中心之間進行實時數據傳輸。

1.2 無線覆蓋架構設計

通過對高郵湖的現場考察，結合工程環境特點以及設備儀器特點，提出在喬家尖設置高為15.0m的通信鐵塔一座。同時鐵塔上需安裝ST5801GB-M1-G1-Q無線MESH傳輸設備1臺。使用功分器將3片120°的廣角天線進行連接，從而實現對整個高郵湖湖面的無線信號的覆蓋。建設完成后，可實現以喬家尖為中心的半徑5.0km范圍內無線信號的覆蓋，如圖1所示。此設備的無線傳輸帶寬為20Mbps，可以充分滿足湖面移動巡查船實時傳輸視頻的帶寬需求。同時，也可為后續擴寬和系統擴展預留充足的帶寬。可加裝工業級數字無線視頻傳輸設備，實現與高郵運河二橋電信光纖VPN點工業級數字無線視頻傳輸設備之間的通訊。

圖1 無線架構設計

圖1中圓圈區域為無線MESH信號有效覆蓋范圍。湖泊巡查船監控系統在該范圍內移動工作，巡查船上的攝像頭采集到的圖像、視頻、信息等均實時通過無線MESH網絡傳輸至電信VPN端，再由VPN傳輸至引江水利監控中心。

考慮湖邊基站附近無可接電源，則需要加裝太陽能發電系統為基站設備供電。

1.3 湖泊巡查船監控系統

結合過往的移動監控工程實施經驗，高郵湖巡查船移動監控方案具體實施如下：

在湖泊巡查船上安裝4臺200萬高清攝像球機，實現對巡查船所在位置的湖泊監控，在巡查船上安裝一臺無線MESH傳輸設備(型號：ST5801GB-M1-Q)連接一條高增益全向玻璃鋼天線，實現巡查船與湖泊無線基站之間的無線連接，實時將船載攝像球機采集到的視頻數據傳輸至引江水利監控中心。

1.4 監控基站選取

提供以下A、B、C、D4處作為小型基站的建設地點，并標出無線信號大致覆蓋范圍，以供江都水利工程管理處湖泊管理科參考，如圖2所示。基站具體建設地點由湖泊管理科根據自己的實際需要和規劃決定。

圖2 基站選取

1.5 基站無線信號覆蓋范圍

根據系統所使用的無線MESH傳輸設備的不同，其無線信號覆蓋范圍也不同，如基站采用無線MESH傳輸設備(型號：ST5801GB-M1-G1-Q)(傳輸功率：34dBm)，基站塔高調整為20m；巡查船也采用無線MESH傳輸設備(型號：ST5801GB-M1-G1-Q)(傳輸功率：34dBm)，則該基站無線覆蓋半徑將達到10km，其所覆蓋的區域面積將比覆蓋半徑5km的多出3倍。

信號的覆蓋范圍和基站塔高、通信設備發射功率、天線增益成正比，如圖3所示。

圖3 基站無線覆蓋范圍

2 船岸通信系統建立

船舶遠程通信系統實現局域網內用戶通過船舶上的衛星或者4G通信系統來保障與岸端數據實時聯通，從而提供安全和可管理的船岸通信服務。

通過建立船岸通訊系統，如圖4所示，可以實現不同地點的兩個人或兩人以上的通過多媒體設備完成音頻、視頻以及其他資料的傳輸，從而達到實時溝通交流，達到完成視頻會議的最初目的。

圖4 船岸通訊系統圖

2.1 遠程視頻通訊系統

音、視頻：視頻協議采用目前主流的H.264HP協議，可實現全高清的視頻圖像分辨率，圖像幀率也提升為60幀/s，保證了視頻會議中視頻的清晰度和流暢度，提高會議參與人員的臨場感。

組網：主流的多媒體通信協議有：H.320、H.323和SIP，能夠實現標清—超清、桌面視頻、PC端視頻、移動端視頻等多種混合視頻會議，隨著通信協議的發展和成熟，會議組網更加靈活多變。

2.2 視頻會議主/分會場

主、分會場可部署華為一體式高清終端TE30，該終端擁有高度集成設計，包含高清攝像頭、麥克風、編解碼器，最大支持1080P分辨率和30fps，輔流1080P，支持H.239/BFCP雙流，可根據需要配置液晶電視、投影儀等設備，如圖5所示。

表1 無線Mesh設備型號及參數

表2 攝像器材和無線視頻傳輸設備

圖5 主/分會場連接系統

3 移動監控系統主要設備及參數

巡查船移動監控設備見表1、表2。

4 結論

(1)針對高郵湖特征，通過選取合適的設備建立巡查船即按移動監控系統，可以實現高郵湖水利情況自動巡查、智能監控，是建立智慧水利的重要措施。

(2)通過建立船岸通訊系統，可將信息一對一或者一對多傳輸，及時完成監控信息共享，有助于多方同時參與高郵湖水利會議，制定相關決策。