基于無(wú)線通信技術(shù)的堆場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)改造

王 昊

（秦皇島港股份有限公司電力分公司，河北秦皇島 066000）

1 項(xiàng)目背景

A 港口公司現(xiàn)場(chǎng)共設(shè)置了22 個(gè)高桿燈，安裝了44 個(gè)高清攝像頭，覆蓋垛位達(dá)到了100 個(gè)。高桿燈上的監(jiān)控設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸出接口、隨行纜雙絞線連接到在高桿燈后方橋架下弱電箱內(nèi)攝像機(jī)配電控制箱的數(shù)字光端機(jī)。在日常高桿燈升降時(shí)，需要插拔隨行纜的網(wǎng)線頭及電源插頭，多次插拔和塑料的日常損耗，容易導(dǎo)致網(wǎng)線連接器損壞，繼而影響通信質(zhì)量和客戶滿意度。進(jìn)入冬季后，由于溫度原因隨行纜會(huì)變得較為僵硬，隨行纜在高桿燈升降時(shí)極易因?yàn)榫€纜的僵硬而造成線纜的損壞，目前已更換10 余次，維修成本較高。每個(gè)高桿燈都配有一個(gè)配電控制箱，而電源箱分布較為分散，所需備件數(shù)量較多，維護(hù)成本較高，不利于日常維護(hù)。為了更好的為客戶提供優(yōu)質(zhì)、周到、個(gè)性化服務(wù)，進(jìn)行了基于無(wú)線通信技術(shù)的堆場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)改造。

2 項(xiàng)目概述

經(jīng)過(guò)對(duì)監(jiān)控技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)以及未來(lái)管理趨勢(shì)的深入研究與討論，在項(xiàng)目中自主設(shè)計(jì)并搭建了一套無(wú)線網(wǎng)橋點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的無(wú)線監(jiān)控專用網(wǎng)絡(luò)，采用集中傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)堆場(chǎng)視頻圖像與數(shù)據(jù)中心之間的互通，在保證視頻數(shù)據(jù)穩(wěn)定的同時(shí)，減少中間環(huán)節(jié)，降低故障率，節(jié)省維護(hù)成本。無(wú)線化的傳輸系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)較少、架構(gòu)簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少，依靠無(wú)線專用網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)高桿燈視頻信息傳輸、遠(yuǎn)程管理等功能，在滿足使用需求的基礎(chǔ)上，大大節(jié)約了系統(tǒng)搭建成本以及后期維護(hù)的高額費(fèi)用，保證客戶服務(wù)質(zhì)量[1]。

3 技術(shù)方案

3.1 方案概述

項(xiàng)目的技術(shù)方案是在高桿燈上安裝定向的無(wú)線通信板和交換機(jī)，利用OFDM 和DSSS 調(diào)解方式設(shè)置專屬的2.4 G/5 G工作頻段，實(shí)現(xiàn)“無(wú)線網(wǎng)橋點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的數(shù)據(jù)傳輸專用網(wǎng)絡(luò)；東西兩側(cè)的高桿燈視頻信息通過(guò)搭建的無(wú)線通信板匯總到各側(cè)位置居中的高桿燈上，再通過(guò)無(wú)線通信板，將匯總后的數(shù)據(jù)傳輸至地面配電控制箱，而后通過(guò)光纜與中控機(jī)房進(jìn)行數(shù)據(jù)互通。系統(tǒng)由4 層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，第一層為現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)和視頻傳輸設(shè)備；第二層為攝像機(jī)視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備和匯集；第三層為系統(tǒng)設(shè)備管理平臺(tái)和視頻服務(wù)支持；第四層為接入局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)接口和網(wǎng)站資源[2]。

3.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

項(xiàng)目方案制訂過(guò)程中需要考慮的難點(diǎn)如下：①需要安裝的點(diǎn)位分布較為分散，故障點(diǎn)多，不利于日常維護(hù)；②現(xiàn)場(chǎng)共有22個(gè)配電控制箱，每個(gè)配電控制箱內(nèi)含有穩(wěn)壓電源、數(shù)字光端機(jī)等裝置，所需維護(hù)的備件較多，故障節(jié)點(diǎn)多，故障發(fā)生時(shí)問(wèn)題較難判斷，不利于日常維護(hù)；③光纖鏈路多，每臺(tái)數(shù)字光端機(jī)均有光纜進(jìn)行視頻傳輸，故障點(diǎn)多，光纜損壞后維修和維護(hù)成本高、維修周期長(zhǎng)，不利于日常維護(hù)。鑒于以上原因，決定采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)集中傳輸?shù)姆绞剑瑬|西兩側(cè)的高桿燈監(jiān)控信號(hào)通過(guò)搭建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)匯總到各側(cè)位置居中的高桿燈上，再通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)橋，將匯總后的數(shù)據(jù)傳輸至地面配電控制箱，而后再與中控機(jī)房互通。這樣既可以減少故障點(diǎn)，也可以大大減少維護(hù)備件成本[3]。

3.3 應(yīng)對(duì)措施

項(xiàng)目針對(duì)預(yù)期難點(diǎn)的應(yīng)對(duì)措施如下，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)情況分析，找出環(huán)境干擾因素，隨后對(duì)監(jiān)控通信技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行研究，再制定解決方案及可行性分析。在完成上述工作后，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)及調(diào)試，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信道和功率優(yōu)化運(yùn)行效果觀察評(píng)定。

4 實(shí)施過(guò)程

4.1 安裝無(wú)線通信板

首先要在每個(gè)高桿燈上安裝一個(gè)定向型無(wú)線通信板及監(jiān)控專用交換機(jī)，高桿燈之間通過(guò)無(wú)線通信板實(shí)現(xiàn)交換機(jī)之間的互通，從而將22 個(gè)高桿燈上的44 臺(tái)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像頭整合到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。這樣可以省去隨行雙絞線纜，有效降低故障率和減少維護(hù)成本[4]。

4.2 調(diào)整設(shè)備參數(shù)、工作模式及位置

堆料機(jī)、取料機(jī)均采用無(wú)線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了避免與取料機(jī)、堆料機(jī)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生干擾，影響數(shù)據(jù)互通，需要調(diào)整無(wú)線通信板的工作模式，確保實(shí)現(xiàn)相鄰兩個(gè)高桿燈之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)互通[5]。

4.2.1 設(shè)置無(wú)線通信板工作模式

為了避免與裝卸設(shè)備的無(wú)線通信發(fā)生干擾，利用OFDM 和DSSS 調(diào)解方式設(shè)置專屬的2.4 G/5 G 的工作頻段，實(shí)現(xiàn)“無(wú)線網(wǎng)橋點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的傳輸方式。根據(jù)需求，選用網(wǎng)橋模式。

4.2.2 設(shè)置數(shù)據(jù)匯總點(diǎn)的工作模式

設(shè)置數(shù)據(jù)匯總點(diǎn)的工作模式，需要將作為東西兩側(cè)數(shù)據(jù)匯集點(diǎn)的兩個(gè)高桿燈的無(wú)線通信板設(shè)置為接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高桿燈監(jiān)控專用網(wǎng)絡(luò)與地面控制箱之間的通信，進(jìn)而與中控機(jī)房實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通（圖1）。

圖1 數(shù)據(jù)匯總點(diǎn)的工作模式設(shè)置

4.2.3 設(shè)置高桿燈之間的工作模式

每個(gè)高桿燈上的無(wú)線通信板選用二級(jí)站點(diǎn)模式。傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接，每個(gè)高桿燈上要安裝兩個(gè)無(wú)線通信板，一個(gè)無(wú)線通信板進(jìn)行發(fā)射工作，一個(gè)無(wú)線通信板進(jìn)行接收工作，22 個(gè)高桿燈就需要安裝44 個(gè)無(wú)線通信板，這樣不僅增加了搭建成本，還容易出現(xiàn)因?yàn)槟硞€(gè)通信板故障導(dǎo)致多個(gè)高桿燈數(shù)據(jù)丟失。選用二級(jí)站點(diǎn)模式后，一個(gè)無(wú)線通信板可以同時(shí)成為相鄰高桿燈的上級(jí)站點(diǎn)和下級(jí)站點(diǎn)，即便某個(gè)通信板故障，也可快速調(diào)整上下級(jí)站點(diǎn)參數(shù)，跳開故障點(diǎn)，提高維修效率，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。工作模式設(shè)置方法如下：①選擇二級(jí)站點(diǎn)；②設(shè)置二級(jí)站點(diǎn)IP 地址及網(wǎng)關(guān)；③設(shè)置需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳霞?jí)站點(diǎn)以信號(hào)發(fā)射距離；④設(shè)置完成，首頁(yè)面顯示該通信板數(shù)據(jù)互通情況。

5 實(shí)施效果

項(xiàng)目改造完成后，不僅保證了視頻信息的傳輸質(zhì)量，還大大降低了故障率。無(wú)線化的傳輸專網(wǎng)中間環(huán)節(jié)較少、架構(gòu)簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少，僅依靠無(wú)線專用網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)高桿燈視頻信息傳輸、遠(yuǎn)程管理等功能，在滿足使用需求的基礎(chǔ)上，大大地節(jié)約了系統(tǒng)搭建成本以及后期維護(hù)的高額費(fèi)用，為提高客戶服務(wù)質(zhì)量提供了有力保障。

5.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

項(xiàng)目的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為運(yùn)用無(wú)線傳輸技術(shù)搭建堆場(chǎng)視頻客戶服務(wù)系統(tǒng)無(wú)線專網(wǎng)，將該港口公司堆場(chǎng)內(nèi)44 個(gè)監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合。將無(wú)線通信板調(diào)整為二級(jí)站點(diǎn)模式，不僅可以在實(shí)現(xiàn)“無(wú)線網(wǎng)橋點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”傳輸方式的同時(shí)，節(jié)省50%的無(wú)線通信板數(shù)量，而且還能降低傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式造成的故障影響。該項(xiàng)目不但節(jié)省了堆場(chǎng)視頻客戶服務(wù)系統(tǒng)無(wú)線專網(wǎng)的搭建成本，還降低了堆場(chǎng)視頻客戶服務(wù)系統(tǒng)的故障率，減少后期維護(hù)的高額費(fèi)用，為提高客戶服務(wù)質(zhì)量提供有力保障。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)有如下2 個(gè)方面：

（1）自主設(shè)計(jì)的無(wú)線專網(wǎng)。自主設(shè)計(jì)并搭建堆場(chǎng)視頻客戶系統(tǒng)無(wú)線傳輸專網(wǎng)，減少中間環(huán)節(jié)，降低故障率，減少隨行纜的維護(hù)成本，節(jié)省后期維護(hù)費(fèi)用；運(yùn)用二級(jí)站點(diǎn)及接入點(diǎn)的工作模式，節(jié)省搭建成本，降低故障影響，提高維修效率；運(yùn)用802.11 n 的無(wú)線通信設(shè)備，通過(guò)OFDM 和DSSS 調(diào)解方式設(shè)置專屬的2.4G/5G 工作頻段，避免與裝卸設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生數(shù)據(jù)干擾。

（2）適用范圍廣。項(xiàng)目已完成所有高桿燈上監(jiān)控設(shè)備的改造。改造后的堆場(chǎng)視頻信息清晰穩(wěn)定，并且故障率降低。后續(xù)將逐步完成剩余堆場(chǎng)高桿燈視頻系統(tǒng)的無(wú)線化改造。項(xiàng)目無(wú)線化的傳輸網(wǎng)絡(luò)中間環(huán)節(jié)較少、架構(gòu)簡(jiǎn)單、故障點(diǎn)少，僅僅依靠無(wú)線專用網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)高桿燈視頻信息傳輸、遠(yuǎn)程管理等功能，在滿足使用需求的基礎(chǔ)上，大大地節(jié)約了系統(tǒng)搭建成本以及后期維護(hù)的高額費(fèi)用，不僅適合高桿燈之間的數(shù)據(jù)互通，而且還適用于有線敷設(shè)困難或成本較高的項(xiàng)目，適用性較強(qiáng)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目在創(chuàng)造的具體經(jīng)濟(jì)效益如下，可節(jié)約22 對(duì)光電轉(zhuǎn)換器，每對(duì)300 元、共6600 元。同時(shí)，節(jié)約了22 個(gè)高桿燈雙絞線式隨行纜，每個(gè)高桿燈需45 m，每米100 元，共99000 元；節(jié)約了插卡式光電轉(zhuǎn)換器機(jī)架（16 口）3 個(gè)，共3000 元；節(jié)約48口交換機(jī)（含光口）一對(duì)，共7200 元；節(jié)約22 個(gè)穩(wěn)壓電源，每個(gè)700 元，共15400 元；節(jié)約22 個(gè)光纜熔接箱，每個(gè)100元，共2200 元；減少了外委維修次數(shù)，一次外委維修費(fèi)用大約1 萬(wàn)元，每月最少可減少外委維修1 次，一年節(jié)省維修費(fèi)用高達(dá)12 萬(wàn)元。

6 結(jié)束語(yǔ)

項(xiàng)目搭建的堆場(chǎng)視頻客戶視頻無(wú)線化專網(wǎng)不僅能夠滿足堆場(chǎng)高桿燈視頻信息傳輸、遠(yuǎn)程管理等功能需求，而且優(yōu)化了中間傳輸環(huán)節(jié)、故障點(diǎn)少、架構(gòu)簡(jiǎn)單、易于日常維護(hù)。在節(jié)約后期系統(tǒng)維護(hù)成本的同時(shí)，減少無(wú)線專網(wǎng)的搭建成本。系統(tǒng)能夠提高堆場(chǎng)客戶視頻系統(tǒng)的科學(xué)性和完善性，有效保證堆場(chǎng)視頻信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，為客戶服務(wù)提供有力保障。在節(jié)省人力和財(cái)力方面也將實(shí)現(xiàn)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而且無(wú)線專網(wǎng)系統(tǒng)搭建具有非常好的推廣性和擴(kuò)展性，不僅適合于高桿燈之間的數(shù)據(jù)互通，還可用于有線敷設(shè)困難或成本較高的項(xiàng)目，適用性較強(qiáng)。利用OFDM 和DSSS 調(diào)解方式搭建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)設(shè)備架構(gòu)簡(jiǎn)單、中間環(huán)節(jié)較少、抗干擾能力強(qiáng)，也符合未來(lái)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。