广电白频谱超级WiFi技术在露天煤矿视频监控传输中的应用探讨

范俊杰

摘   要：针对露天煤矿视频监控无线传输过程中存在的干扰严重、传输不稳定、存在信号盲区等问题，文章在分析当前露天煤矿常用的视频监控无线传输网络基础上，提出了利用基于广电白频谱超级WiFi技术的无线网络传输露天煤矿视频监控的方式，并在实际测试中取得了满意的效果，为智慧矿山安全生产中的网络通信提供了一种新的思路。

关键词：白频谱;超级WiFi;视频监控;露天煤矿

安全生产是煤矿企业的第一要素[1]。如果没有安全这个“1”，再多的生产成果也难免成为毫无意义的“0”。煤矿环境属于高危险作业区域，提高煤矿作业的生产效率和安全性，实现煤矿环境的智慧化监督和控制，已成为目前各煤矿企业关注的重点[2]。视频监控作为安全生产系统的重要组成部分，能够为管理人员提供直观、准确、及时的信息，让管理人员实时了解煤矿生产现场的状况，为安全生产指挥调度提供决策依据。

露天煤矿具有作业面范围广，地势随开采进度变化快，电铲车、运输车等作业设备大范围移动工作等特点，其视频监控采用有线网络传输存在诸多问题，如施工周期长、见效慢，甚至难以实现布线，不便于后期的扩展和维护。目前，露天煤矿视频监控通常采用无线通信网络传输，但存在干扰严重、传输不稳定、信号盲区等问题。本文在分析当前露天煤矿常用视频监控无线传输技术的基础上，提出了利用基于广电白频谱超级WiFi技术的无线网络传输露天煤矿视频监控的方式，解决了露天煤矿视频监控传输存在的问题，取得了满意的应用效果。

1    露天煤矿常用视频监控无线传输技术

视频监控是露天煤矿实施安全生产重要的一环，根据生产现场需求，对无线传输网络有高速率、大容量、高可靠、易于维护扩展和支持移动性的要求。视频监控无线传输是指利用无线通信技术来传输视频监控的信息，目前在露天煤矿常用的视频监控无线传输网络主要有两种：（1）4G长期演进（Long Term Evolution，LTE）技术的移动通信网络。（2）基于2.4 GHz/5.8 GHz WiFi技术的无线局域网络。两种网络都能满足视频监控无线传输的部分需求，但也存在一些不足。通过基于运营商4G LTE技术的移动通信网络传输露天煤矿视频监控，是运营商在公用数据网络上通过虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）技术建立属于煤矿自己的虚拟私有网络，可以满足煤矿在运营商基站附近作业区中视频监控传输的需求，但受限于运营商的频段资源与运营维护机制，在距离基站较远覆盖不到或集中作业区容量不足时难以扩展，应用中存在信号盲区，经常出现监控中断。通过基于2.4 GHz/5.8 GHz WiFi技术的无线局域网传输露天煤矿视频监控，煤矿可以根据实际情况灵活部署和扩展网络，但2.4 GHz/5.8 GHz易受干扰、衰减大、传输距离短、覆盖相同区域需要更多的设备，维护繁琐，视频监控传输的稳定性波动大。除此之外，2.4 GHz/5.8 GHz网络也容易受到攻击和入侵，安全性无法保障。

2    基于广电白频谱的超级WiFi技术

广电白频谱，主要指广播电视传播所用的特高频（Ultra High Frequency，UHF）频段中没有被占用的空闲部分，具有传播特性好、穿透能力强、覆盖范围广等特点，随着广播电视数字化进程加快，该部分频谱资源将逐步被释放，用于开展新的业务，解决经济社会发展中存在的各类通信难题[3-4]。

基于广电白频谱的超级WiFi技术是在广电白频谱上采用802.11af协议进行通信。802.11af协议基于认知无线电技术，能与周围环境交互信息以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和减少冲突干扰的发生，同时使用正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）抵抗干扰提升频谱利用率，并引入多输入多输出技术（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）提高通信质量和速率[5-6]。

与普通WiFi网络相比，基于广电白频谱的超级WiFi网络在拓扑和结构上没有复杂化，具备WiFi的高速率传输和良好的多媒体支持特性，由于所使用频段的低频特性及先进的通信技术，不仅传播的距离更远，而且穿透性好，不受建筑、树木阻隔，不受恶劣天气影响，非常适用于偏远地区、较大覆盖范围的无线宽带传输应用。

3    广电超级WiFi在露天煤矿视频监控中的应用

在某露天煤矿，矿区半径约4.5 km，各类作业车约170辆，作业面小范围内集聚了较多的作业车，指挥调度室管理人员需要通过作业车上的移动视频监控实时观察生产区域的情况，以便高效调度安全生产。矿区内塔位有6个，高约25 m，塔位间距在2 km左右，由于只有一个塔位有落地光纤资源，塔位间缺少有线网络连接，布线施工与维护难度大，无法满足移动车辆需求，因此只能通过无线网络传输安全生产的视频监控内容进行调度，矿区塔位分布如图1所示。

实际中，要求无线网络在覆盖整个矿区的基础上，能满足全矿区不少于32路移动视频监控的并发传输，且在集中作业区满足不少于22路移动视频监控的并发传输，每路监控视频2 M/bps。经实地测试，采用运营商4G LTE移动网络无法覆盖全矿区，且难以满足集中作業区的需求。采用2.4 GHz/5.8 GHz WiFi则易受严重干扰不稳定，且在边缘地方存在信号盲区，塔位之间的数据传输受限，无法满足要求。基于广电白频谱超级WiFi的优势，可以为矿区提供稳定、高速的无线传输网络，解决作业车移动视频监控传输中遇到的问题。

基于广电白频谱超级WiFi的无线网络结构如图2所示，接入层网络由塔位上配置16 M带宽的基站组成，相邻的基站采用异频组网，减少干扰，在传输距离约2 km的情况下，可以提供60 M/bps的速率，能满足30路视频监控的并发传输，6座塔最大可以满足180路视频监控的传输，作业车辆上的摄像头等接入终端均可通过接入层网络实现与中心机房的双向互联互通。在集中作业区，通过南北两个塔位的基站对其进行覆盖，可以满足约60路视频监控的并发传输。塔位至落地塔之间的传输层采用超级WiFi中继模式，中继站之间采用背靠背模式，同样采用16 M带宽配置，这样能保证每一个中继链路上能提供60 M/bps速率，不会出现带宽损耗，把分布在矿区内的5个塔位与有落地光纤资源的塔位通过无线方式相连接。视频监控信息传输至有落地光纤的塔位后，通过有线网络接入业务应用层的平台。