无线通讯技术在偏远地区水利工程管理中的应用

摘 要本文介绍如何解决偏远地区水利工程的通信问题。通过技术理论对比选择，实际采购，现场施工，最后完成实施。为解决类似偏远地区工程的通信问题提供参考。

【关键词】偏远地区 通信 无线

水利工程具有一定的特殊性，它们的位置都是在比较偏远的地区，如一些水库都是在崇山峻岭之间，而一些水闸则都是在大江大河旁边，这些水利工程都是远离人们生活的地方，网络运营商大都没布线到这些地方，所以这里的安防设施及办公自动化等一些现代管理方法都没办法应用。但是随着现代无线网络技术的发展，为解决它们的问题提供了一种可能。现在我就无线通讯技术在偏远水利工程管理中的应用谈谈个人的看法。

现将前一阵子我单位的一个堤防安防监控工程介绍一下，我单位管理范围11.5公里堤岸，沿路下辖4个旱闸、4个水闸和一个排涝站，单位准备在各个水闸、旱闸、排涝站及部分堤岸都装上安防监控，且都要通上互联网，做到无纸化办公。在这次工程招标方案的设计过程中，碰到一个问题，我们的两个水闸建在堤岸迎水坡，距离通信商的线路端口大约600米，且中间隔着路堤结合的江滨路。明线布设非常困难。如图1所示。

所以在这两个水闸与通信商的连接方面，考虑用无线连接方式。因为如果按照有线方式，那就要破路、破堤挖管铺设线缆，不管从经济方面还是地理环境方面都是不可取的。

1 工程需求分析

（1）每个水闸需要3路（1路高清红外球机、2路红外枪机）高清视频监控；

（2）每个水闸都要连接上互联网满足办公上网需求；

（3）由于包括3路实时高清视频监控，要保证录像画面流畅性和清晰度，所以前端往后端硬盘录像机的流量需求比较大。

2 无线信道及技术方案的选择

通常的无线信道包括红外、短波和微波信道。

（1）红外线是利用红外光源发光照射到墙壁或屋顶等阻碍物反射红外线从而形成整个房间的广播通信系统。这种通信方式的优点是设备便宜，带宽高，但其传输距离很有限，一般在无阻碍物的情况下，可传输几米。常用于家用电器的遥控上。

（2）无线电短波通信是使用甚高频30-300MHz和超高频300-3000MHz的电视广播频段，其波长在100米-10米之间，其容易受到电磁干扰且带宽比微波通信要小。

（3）微波通信的频率段为吉兆段的低端，一般是1-11 GHz，由于频谱越高，其潜在的带宽越大，所以它具有高带宽、容量大的特点。由于使用了高频率，其工作波长短，因为在天线面积给定时，天线增益与工作波长成反比，所以天线增益高，且可使用小型天线，便于安装和移动，灵活性更好。

随着社会的进步，无线技术也日新月异，现在社会上比较流行有以下几种无线技术，即蓝牙、 Zigbee、Wi-Fi。

（1）蓝牙技术其传输范围有限，一般只有在4米范围内，才能收到其信号，大多应用于计算机或手机等与外部设备的连接。

（2）Zigbee是一种新兴的无线网络技术，其传输也只有10-100米，标称传输速率为250Kbps。主要适用于自动控制和远程控制等流量需求比较少的领域。

（3）Wi-Fi俗称无线宽带，它在当今社会上被广泛应用。提到Wi-Fi，我们就要从IEEE802.11这协议说起，它包括IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac等协议。其中802.11n是目前比较主流的协议，它工作于2.4-2.4835 GHz和5.15-5.85 GHz频段，在物理层用了DSSS（直接序列扩频）技术，在DSSS系统中，由于发射的码片只占数据比特的N份之一，所以DSSS信号的带宽是原来数据带宽的N倍。它还在MAC子层采用了CSMA/CA（载波监听多路访问/冲突避免协议）增强了信号传输的可靠性。理论上，它能提供最少1Gbps带宽进行多站或无线局域网通信，或是最少500Mbps的单一连接传输带宽。

综上所述，显然微波通信信道的Wi-Fi比较适合我们实际要求。

按照IEEE802.11协议标准本身来说，其覆盖范围是：室内100、室外300。这个数只是理论值，在实际应用中，会碰到各种障碍物，比如混凝土墙壁、木板、玻璃和石膏墙等都会影响其传输距离。为了实现我们目标，我考虑增加网络互连设备。互连设备按它们工作的协议层划分为：中继器工作于物理层，它只是简单对接收信号进行再生和发送；路由器工作于网络层，其处理数据的速度比网桥慢；而网关则工作于网络层以上协议层，它的产品比较少；网桥和交换机工作于数据链路层，转发处理数据的速度相对较快，所以选择无线室外网桥桥接来解决我们的难题。接下来就是天線增益的问题。在无线网络的架设过程中，为有效提高通信效果，减少天线输入功率，天线会做成各种带有辐射方向性的结构以集中辐射功率，由此就引申出“天线增益”的概念。天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择天线最重要的参数之一。天线分为全向天线和定向天线，全向天线是全方向的即在水平方向图360度都有辐射，没有死角或者死角非常小。一般情况下宽度越大，增益越小，所以其增益小，传输距离近，多用于点对多点通信。而定向天线正前方有水平角度，水平角度的大小与其增益数值成反比。其能量集中，增益相对全向天线要高，适合于远距离点对点通信，同时由于具有方向性，抗干扰能力比较强。

3 设备采购

经过对市场上的产品进行对比、选择，我们选择以下主要设备：大华的PFM880和PFM881，其大概参数为无线技术：IEEE802.11a/n；调制方式：IEEE802.11 OFDM；天线：DH-PFM880是外置天线增益16dbi，DH-PFM881是内置天线增益15dbi；传输距离可达5千米，传输速率最高可到300Mbps。

4 施工阶段

摄像机位置固定好后，通过双绞线连接到交换机，再从交换机连到PFM881的LAN口，其有两个RJ45接口，一个LAN口，一个POE口。PFM881作为发射端装在水闸操作房的顶楼，其供电是从POE口通过双绞线与POE电源上的“POE”口连接，再接到电源插座上。PFM880作为接收端有1个RJ45接口通过双绞线与POE电源上的“POE”接口连接，给PFM880设备提供24V电源和数据传输，POE电源上的“LAN”接口连接光纤收发器，通过布设光纤连接到机房硬盘录像机再接到监视器上显示出来。

最后效果图如图2所示。

在整个施工过程中总结一下几个注意点：

（1）在配置发射端或接收端的IP时，应及时修改其默认IP，避免造成冲突。

（2）天线角度的调整整个施工的难度之一，大增益要细细调整，因为水平角度非常小，稍微调整一下，就会失之千里。

（3）发射端和接收端在无线设置时，网络名称、无线加密选项和密码要设置成一样。

5 结语

实现现代偏远地区水利工程业务信息的高度共享、传递、日常办公及管理信息化，就必须要把它与外界的通信连接起来。通信包括有线和无线，由于偏远地区的局限性及现代无线技术的发展，无线通信方式越来越成了我们的选择，本文通过技术理论对比选择，实际采购，现场施工，最后实施完成。可为解决类似偏远地区工程的通信问题提供参考。

作者简介

戴建泉（1978-），男，从事电子计算机，水利工程管理方面工作和研究。

作者单位

漳州市九龙江河道防洪排涝管理处 福建省漳州市 363000