水下文化遗产安全技术防范系统设计要点

■ 肖林

保护珍贵的水下文化遗产，借助高科技视频监控设备势在必行。由于海洋特殊的自然环境，对安全防范系统的建立提出了更高的要求。那么，如何解决前端设备的安装防护、供电以及信号传输问题？

我国拥有300万平方公里的辽阔海域，1.8万公里的大陆海岸线和丰富的内陆水域，蕴含着种类多样、数量巨大的水下文化遗产，包括数量众多的沉船遗址等。保护这些珍贵的水下文化遗产，深入挖掘其历史、艺术和科学价值，不但是弘扬中华民族优秀文化、增强民族凝聚力的需要，更是落实国家海洋发展战略的重要内容之一。然而由于海洋特殊的自然环境，对安全防范系统的建立提出了更高的要求，主要表现在前端设备的选型安装与防护、前端设备的供电及信号的传输等。本文将对上述三个关键要素进行简要分析。

前端设备的选型、安装与防护

海面雷达预警系统

由于需要保护的海面往往范围很大，传统的报警设备根本无法满足防护要求，建立远程海面雷达预警系统能够实现对防护海域的监测。远程海面雷达预警系统安装在距保护海域最近的岛屿上，根据距离选用适当的设备，使其探测半径能够完全覆盖保护海域。远程海面雷达预警系统能够探测保护海域内的海面舰船、低空旋翼直升机等目标，实现对目标的搜索、定位，识别目标为正常航道船只还是违法作业船只，对标记的违法船只可以实施连续追踪和记录。

重点部位视频监控及声音警告系统

在水下文物集中的重点部位，选取具备安装条件的礁石，安装摄像机、拾音器和扬声器，可以实时监视重点区域附近的情况。根据雷达预警系统的探测结果，对发现的可疑船只进行图像和声音复核，图像和声音进行24小时不间断录像，为日后调查取证保存证据。在发现可疑船只靠近重点区域时，可以通过现场安装的扬声器对可疑人员进行警告和驱赶。

考虑到现场的恶劣环境，选择摄像机应从环境适应性、集成度、是否带音频和报警、变焦倍数等多方面进行考核，选用高强度、高性能的一体化网络高速云台摄像机。一体化网络高速云台摄像机是集编码器、云台和护罩为一体的易安装的云台摄像机系统，包括一个一体化摄像机模块和一个雨刷器。摄像机及防护罩的外壳采用高强度合金材料，以适应海面的环境，工作温度为-40°C-60°C，防护罩应具有低温自动加热功能和去霜/防雾化功能。

前端设备的智能防护

设备防护系统是为了避免现场设备受高温、海水腐蚀的影响，使其能正常运行，主要包括设备箱、设备箱状态检测系统、降温系统。现场设备箱采用不锈钢材料定制，并经过防水、防腐蚀处理，达到IP66标准。设备箱内放置供电系统控制设备、网络通讯设备、智能供电及控制单元、箱内温湿度、水浸、破坏报警等检测设备。

系统中所使用的设备需进行防水降温的防护，防水部分可以抗海盐高腐蚀，降温部分采用海水制冷，拟在设备防护箱中盘辅冷凝管，由海水泵使冷凝管中的海水循环制冷，进水口在海平面以下2米。

前端设备安装杆塔

为避免遭到海水的浸泡腐蚀，前端设备应安装在海平面之上的一定距离。考虑到海面风大浪大的情况，应选用满足强度要求的杆塔。根据保护海域的潮汐表，查得海面最大高差，确定设备安装杆塔的高度。杆塔固定在具备安装条件的礁石上，塔架采用钢结构，多折线型立面廓线，使基础受力小，整塔稳定性好；塔架上设置有用于安装视频监控、告警扩音等设备的平台；整个塔架承载负荷强，针对保护海域恶劣环境增加强度，防水防腐蚀。

前端设备的供电

由于海面上不具备敷设供电线路的条件，根据海域的自然条件，可以充分利用风力、潮汐、太阳能等自然资源，解决前端设备的供电问题。采用风光互补的发电方式能同时利用太阳能和风能发电，可实现昼夜互补。在适宜气象条件下，风光互补系统可提高系统供电的连续性和稳定性。由于通常夜晚无阳光时恰好风力较大，所以互补性好，可以减少系统的太阳能板配置，从而大大降低系统造价，单位容量的系统初投资和发电成本均低于独立的光伏系统。

风光互补供电系统，起动风速低，风能利用率高，体积小，运行振动低；风轮叶片采用新工艺经精密注射成型，配以优化的气动外形设计和结构设计，风能利用系数高，增加了年发电量；采用永磁转子交流发电机，有效地降低发电机的阻转矩，同时使风轮与发电机具有更为良好的匹配特性，机组运行的可靠性；配合太阳能电池板供电，采用大容量蓄电池，保证电池可以单独连续供电2-3天。每个设备塔架配备一套风光互补发电系统，能够满足前端设备的供电要求。

信号传输系统

由于海域没有敷设有线通讯线缆的可能，也未被电信、移动等无线信号覆盖，周边有无线信号覆盖的岛屿往往距离很远，所以常规的信号传输方式在这里均不可行。然而由于缆传输给高功率放大器，被放大到指定的功率后，通过波导连接到天线馈源的发射端口，经地面站天线发送到卫星。

端站需要发往卫星的视频数据业务都是基于IP 协议的IP 数据包，来自于端站的监视图像信息，这些IP 数据包经端站的以太网交换机汇集成一个数据流，由交换机输出到端站。来自调制器的信号通过射频电缆传输给高功率放大器，并被放大到指定的功率后，通过波导连接到天线馈源的发射端口，经地面站天线发送到卫星。海面上没有任何遮挡物，所以卫星信号很强，采用卫星通讯的方式能够解决信号传输的问题。

卫星通讯系统主要由主站、主站天线分系统、终端站、终端站天线分系统组成。主站作为整个监控视频卫星传输系统的中心节点，通过卫星链路与所有固定端站建立通信连接。主站与控制中心通过地面网络连接。端站负责采集礁盘现场的音视频并进行相关处理，通过卫星链路送回主站，同时接收主站通过卫星链路传送过来的数据。

系统数据处理流程

系统中，传输信息主要包括设备控制信息和监视图像信息，同时，系统的传输也包括前向和回传两类。一方面，各监控点将IP 摄像机的视频图像通过交换机存储至视频存储服务器中并形成视频分割，通过卫星回传链路将分割图像或一路视频图像信息传输到主站，再经地面链路传到控制中心；另一方面，控制中心监控平台通过卫星前向链路将云台、摄像机等设备控制信息以单播的形式，发送到指定的监控点，下面分别描述一下设备控制信息和监视图像信息的数据传输流程。

主站与终端站数据传输流程

主站需要发往端站的数据流主要是来自于控制中心下发的设备控制信息，数据信息经主站的交换机转发给主站的封装机、调制器进行调制处理。来自调制器的信号通过射频电

天线分系统

天线及控制分系统由天线部分、四端口馈源网络、跟踪控制部分组成。天线对星采用电动、手动两种方式，以满足对不同卫星的传输要求。该天线主反射面是赋形抛物面，由硬铝合金面板组成，每块面板均采用高精度拉伸成型蒙皮与高刚度骨架铆接而成，这种复合结构的面板保证了天线重装精度，减少了安装工作量，使天线有很强的抗风能力和足够的强度。天线副反射面及馈源喇叭均由数控车床加工成型，表面处理采用导电阳极化、喷涂氯磺化聚乙烯硅环氧磁漆的处理工艺；收发双工器采用铜制镀银，外表面喷涂氯磺化聚乙烯硅环氧磁漆的处理工艺。天线中心体、座架、辐射梁等全部钢结构部件采用热浸锌的表面处理工艺，全部连接用标准件采用不锈钢件，增强了它的防腐蚀能力。

结论

通过利用现代化的高科技手段，解决了前端设备的安装防护、前端设备的供电以及信号的传输等问题，可以在保护海域建立完善的安防系统。任何在防护范围内活动的高度1KM以下海面目标都在监视范围内，发现可疑船只后可通过现场摄像机进行图像复核，确认后可进行声音驱赶，必要时可派近岛监管船只前往执法，有效的保护珍贵的水下文化遗产，防止盗捞等破坏事件的发生。