长距离蒸汽管道视频监控的无线信号传输

摘 要：长距离蒸汽管道视频监控信号传输采用无线扩频技术，只需架设无线基站和天线，传输范围就可达100 km，通信速率可从64 kb/s到1 000 Mb/s，布线工作量小，实施简单;收發链路在40 km的站距条件下衰落储备10 dB，足够满足要求。现介绍该技术在扬州项目中应用的系统设计方案。

关键词：数据传输;视频监控;无线扩频;衰落储备

1    视频监控系统概述

在长输热网领域，视频监控系统可以对长距离蒸汽管道的重要部位进行监控，保证蒸汽管道的安全运行，并且能够有效实现防人为不利因素、防盗的监控，因此视频监控系统必将得到越来越广泛的应用。

视频监控系统能将前方监控点实时采集的视频和监测数据及时传输给电厂或热力公司监控室，实时动态地报告被监测点的情况是否安全，运行维护人员就能够及时发现问题并进行处理。

1.1    无线视频监控系统的优势

视频监控系统是热网工程中最常见的监控系统之一。因为无线传输的视频监控系统综合成本较低，无须花费采购大量光缆及挖沟埋管等费用，只需一次性投资，所以特别适用于长距离蒸汽管道。

1.2    视频监控系统的传输方式比较

视频监控系统的数据传输有无线传输形式、有线模拟传输、有线视频监控这3种类型，其中无线传输形式利用无线扩频信号进行传输，有线模拟传输利用有线视频电缆进行传输，有线视频监控利用电话线、DDN、ISDN、光纤进行传输。这3种传输方式在施工、可扩展性、传输范围、维护管理等方面存在较大差异，具体对比如表1所示。

视频监控系统的无线传输不受地形复杂和路径长短的限制，而且布线工作量小，实施简单，十分灵活和便捷，非常适用于在环境监测重点区域建立的防控系统。

长输热网工程重点监控区域的无线视频系统由中心基站和多个就地枪机或球机监测点构成。监控系统与各监测点之间一般通过点对多点或点对点的连接通信方式，构成无线网络系统，实现现场图像的实时无线传输。

2    无线链路计算分析

2.1    无线链路的衰落储备

扩频微波数据传输链路的站距主要是依据采用设备的各项参数、天线高度、电波传输所经过的地形、电波路径的气象条件等各种因素确定的。

衰落储备：

（1）要保证误码率小于10-8的数据传输链路指标，必须保证微波传输链路具有一定的衰落储备，这是多年微波电路设计及运行经验所证明的。

（2）无线局域网应用中经常会遇到各种地形、地貌或者不一样的气象条件，这些条件将对微波数据传输链路造成不同的插入衰减。

（3）系统连通时，收发天线角度一般不可能是理想的最佳方向角，方向角误差必然带来一定的天线增益插入损耗。在移动局域网互联时，应保留一些储备。

（4）计算机无线（局域网）接入网的链路设计、测试、试运行证明：收发链路在40 km的站距条件下，保证5 dB衰落储备是必需的，最好有10 dB的衰落储备。

2.2    无线视距信道上的传输特性

以上讨论的自由空间传输，假定大气是均匀和无吸收的，而且地面离传输路径较远，其反射可以忽略，但实际上，由于视距传播的大气效应，必须考虑大气与地面的影响，对自由空间传输做必要的修正。就衰落而言，简单进行如下理论分析：

（1）平衰落：这主要是由于直射波与地面反射波的相位干涉结果结合产生的衰落。如：企业、山地、森林反射系数为0.01～0.2，田野反射系数为0.3～0.5，水面反射系数为0.9～1。

（2）频率选择性衰落：对于频带只有十几兆的微波射频频谱，可以近似考虑为平衰落;对于二三十兆宽带微波射频频谱，应考虑频率选择性衰落。

（3）一般来说，10 GHz及以下的频段，雨雾的散射衰减并不显得特别明显，通常只有几分贝，不用考虑。

2.3    路径剖面图

路径剖面图是路径设计的有力工具。一般情况下，通过选择无线设备的站址（确定站址海拔高度），也可以适当调整天线高度，保证在视距范围内电波传输路径上，就不会出现对扩频微波信号的严重阻挡。

3    系统设计方案

扬州某项目东部主干线长度约39 km，南部主干线长度约16 km。需要在蒸汽管道沿线布置15个视频监控点来监控每个现场的环境情况，监控中心在30 km之外，通过光纤传输的方式施工周期长，成本过高，不是理想的选择，而基于无线传输在此类应用中的巨大优势，可以使用无线扩频技术进行无线传输。

考虑到监控点和监控中心之间距离较远，中间可能有障碍物遮挡，先在沿线采用点对点的方式将15个监控点集中起来，监控点采用传输距离5 km的SI3030，然后在周围选择一个高点作为中继点，在监控中心一端也选择一个高点作为中继点，分别采用两套设备做中继，传输中继链路采用能传10 km距离的SU3030，然后在两个中继点之间采用S800外接高增益抛物面天线做远距离传输，将监控视频实时回传到监控中心进行监控和存储。具体网络拓扑如图1所示。

根据环境来看，采用高带宽电信级无线设备，其安全防护等级均支持IP68标准，能够确保其在室外环境长时间使用的需要，符合环境监测无线传输使用的实际情况。

4    结语

针对长距离蒸汽管道，采用无线扩频传输技术可实现全方位、全过程的安全监控。在今后视频监控系统平台中要充分挖掘和利用其优势，为蒸汽管网安全监控提供更为有效的信息支撑。

[参考文献]

[1] 唐竞新.数字电子电路[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2] 林家瑞.电子工程师指南[M].武汉：华中工学院出版社，1993.

[3] 梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2009.

收稿日期：2020-12-24

作者简介：蔡卫宏（1966—），男，江苏扬州人，硕士研究生，高级工程师，扬州市劳动模范，现任扬州供热有限公司党总支书记、董事长、总经理，长期从事热电联产、节能环保、集中供热等工作。