長距離蒸汽管道視頻監控的無線信號傳輸

摘 要：長距離蒸汽管道視頻監控信號傳輸采用無線擴頻技術，只需架設無線基站和天線，傳輸范圍就可達100 km，通信速率可從64 kb/s到1 000 Mb/s，布線工作量小，實施簡單;收發鏈路在40 km的站距條件下衰落儲備10 dB，足夠滿足要求。現介紹該技術在揚州項目中應用的系統設計方案。

關鍵詞：數據傳輸;視頻監控;無線擴頻;衰落儲備

1? ? 視頻監控系統概述

在長輸熱網領域，視頻監控系統可以對長距離蒸汽管道的重要部位進行監控，保證蒸汽管道的安全運行，并且能夠有效實現防人為不利因素、防盜的監控，因此視頻監控系統必將得到越來越廣泛的應用。

視頻監控系統能將前方監控點實時采集的視頻和監測數據及時傳輸給電廠或熱力公司監控室，實時動態地報告被監測點的情況是否安全，運行維護人員就能夠及時發現問題并進行處理。

1.1? ? 無線視頻監控系統的優勢

視頻監控系統是熱網工程中最常見的監控系統之一。因為無線傳輸的視頻監控系統綜合成本較低，無須花費采購大量光纜及挖溝埋管等費用，只需一次性投資，所以特別適用于長距離蒸汽管道。

1.2? ? 視頻監控系統的傳輸方式比較

視頻監控系統的數據傳輸有無線傳輸形式、有線模擬傳輸、有線視頻監控這3種類型，其中無線傳輸形式利用無線擴頻信號進行傳輸，有線模擬傳輸利用有線視頻電纜進行傳輸，有線視頻監控利用電話線、DDN、ISDN、光纖進行傳輸。這3種傳輸方式在施工、可擴展性、傳輸范圍、維護管理等方面存在較大差異，具體對比如表1所示。

視頻監控系統的無線傳輸不受地形復雜和路徑長短的限制，而且布線工作量小，實施簡單，十分靈活和便捷，非常適用于在環境監測重點區域建立的防控系統。

長輸熱網工程重點監控區域的無線視頻系統由中心基站和多個就地槍機或球機監測點構成。監控系統與各監測點之間一般通過點對多點或點對點的連接通信方式，構成無線網絡系統，實現現場圖像的實時無線傳輸。

2? ? 無線鏈路計算分析

2.1? ? 無線鏈路的衰落儲備

擴頻微波數據傳輸鏈路的站距主要是依據采用設備的各項參數、天線高度、電波傳輸所經過的地形、電波路徑的氣象條件等各種因素確定的。

衰落儲備：

（1）要保證誤碼率小于10-8的數據傳輸鏈路指標，必須保證微波傳輸鏈路具有一定的衰落儲備，這是多年微波電路設計及運行經驗所證明的。

（2）無線局域網應用中經常會遇到各種地形、地貌或者不一樣的氣象條件，這些條件將對微波數據傳輸鏈路造成不同的插入衰減。

（3）系統連通時，收發天線角度一般不可能是理想的最佳方向角，方向角誤差必然帶來一定的天線增益插入損耗。在移動局域網互聯時，應保留一些儲備。

（4）計算機無線（局域網）接入網的鏈路設計、測試、試運行證明：收發鏈路在40 km的站距條件下，保證5 dB衰落儲備是必需的，最好有10 dB的衰落儲備。

2.2? ? 無線視距信道上的傳輸特性

以上討論的自由空間傳輸，假定大氣是均勻和無吸收的，而且地面離傳輸路徑較遠，其反射可以忽略，但實際上，由于視距傳播的大氣效應，必須考慮大氣與地面的影響，對自由空間傳輸做必要的修正。就衰落而言，簡單進行如下理論分析：

（1）平衰落：這主要是由于直射波與地面反射波的相位干涉結果結合產生的衰落。如：企業、山地、森林反射系數為0.01～0.2，田野反射系數為0.3～0.5，水面反射系數為0.9～1。

（2）頻率選擇性衰落：對于頻帶只有十幾兆的微波射頻頻譜，可以近似考慮為平衰落;對于二三十兆寬帶微波射頻頻譜，應考慮頻率選擇性衰落。

（3）一般來說，10 GHz及以下的頻段，雨霧的散射衰減并不顯得特別明顯，通常只有幾分貝，不用考慮。

2.3? ? 路徑剖面圖

路徑剖面圖是路徑設計的有力工具。一般情況下，通過選擇無線設備的站址（確定站址海拔高度），也可以適當調整天線高度，保證在視距范圍內電波傳輸路徑上，就不會出現對擴頻微波信號的嚴重阻擋。

3? ? 系統設計方案

揚州某項目東部主干線長度約39 km，南部主干線長度約16 km。需要在蒸汽管道沿線布置15個視頻監控點來監控每個現場的環境情況，監控中心在30 km之外，通過光纖傳輸的方式施工周期長，成本過高，不是理想的選擇，而基于無線傳輸在此類應用中的巨大優勢，可以使用無線擴頻技術進行無線傳輸。

考慮到監控點和監控中心之間距離較遠，中間可能有障礙物遮擋，先在沿線采用點對點的方式將15個監控點集中起來，監控點采用傳輸距離5 km的SI3030，然后在周圍選擇一個高點作為中繼點，在監控中心一端也選擇一個高點作為中繼點，分別采用兩套設備做中繼，傳輸中繼鏈路采用能傳10 km距離的SU3030，然后在兩個中繼點之間采用S800外接高增益拋物面天線做遠距離傳輸，將監控視頻實時回傳到監控中心進行監控和存儲。具體網絡拓撲如圖1所示。

根據環境來看，采用高帶寬電信級無線設備，其安全防護等級均支持IP68標準，能夠確保其在室外環境長時間使用的需要，符合環境監測無線傳輸使用的實際情況。

4? ? 結語

針對長距離蒸汽管道，采用無線擴頻傳輸技術可實現全方位、全過程的安全監控。在今后視頻監控系統平臺中要充分挖掘和利用其優勢，為蒸汽管網安全監控提供更為有效的信息支撐。

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收稿日期：2020-12-24

作者簡介：蔡衛宏（1966—），男，江蘇揚州人，碩士研究生，高級工程師，揚州市勞動模范，現任揚州供熱有限公司黨總支書記、董事長、總經理，長期從事熱電聯產、節能環保、集中供熱等工作。