基于无线通信技术的堆场监控系统改造

王 昊

（秦皇岛港股份有限公司电力分公司，河北秦皇岛 066000）

1 项目背景

A 港口公司现场共设置了22 个高杆灯，安装了44 个高清摄像头，覆盖垛位达到了100 个。高杆灯上的监控设备通过网络输出接口、随行缆双绞线连接到在高杆灯后方桥架下弱电箱内摄像机配电控制箱的数字光端机。在日常高杆灯升降时，需要插拔随行缆的网线头及电源插头，多次插拔和塑料的日常损耗，容易导致网线连接器损坏，继而影响通信质量和客户满意度。进入冬季后，由于温度原因随行缆会变得较为僵硬，随行缆在高杆灯升降时极易因为线缆的僵硬而造成线缆的损坏，目前已更换10 余次，维修成本较高。每个高杆灯都配有一个配电控制箱，而电源箱分布较为分散，所需备件数量较多，维护成本较高，不利于日常维护。为了更好的为客户提供优质、周到、个性化服务，进行了基于无线通信技术的堆场监控系统改造。

2 项目概述

经过对监控技术、无线传输技术以及未来管理趋势的深入研究与讨论，在项目中自主设计并搭建了一套无线网桥点对点式的无线监控专用网络，采用集中传输的方式实现堆场视频图像与数据中心之间的互通，在保证视频数据稳定的同时，减少中间环节，降低故障率，节省维护成本。无线化的传输系统中间环节较少、架构简单、故障点少，依靠无线专用网络就可以实现堆场高杆灯视频信息传输、远程管理等功能，在满足使用需求的基础上，大大节约了系统搭建成本以及后期维护的高额费用，保证客户服务质量[1]。

3 技术方案

3.1 方案概述

项目的技术方案是在高杆灯上安装定向的无线通信板和交换机，利用OFDM 和DSSS 调解方式设置专属的2.4 G/5 G工作频段，实现“无线网桥点对点”的数据传输专用网络；东西两侧的高杆灯视频信息通过搭建的无线通信板汇总到各侧位置居中的高杆灯上，再通过无线通信板，将汇总后的数据传输至地面配电控制箱，而后通过光缆与中控机房进行数据互通。系统由4 层结构构成，第一层为现场摄像机和视频传输设备；第二层为摄像机视频信号转换设备和汇集；第三层为系统设备管理平台和视频服务支持；第四层为接入局域网或互联网接口和网站资源[2]。

3.2 项目难点

项目方案制订过程中需要考虑的难点如下：①需要安装的点位分布较为分散，故障点多，不利于日常维护；②现场共有22个配电控制箱，每个配电控制箱内含有稳压电源、数字光端机等装置，所需维护的备件较多，故障节点多，故障发生时问题较难判断，不利于日常维护；③光纤链路多，每台数字光端机均有光缆进行视频传输，故障点多，光缆损坏后维修和维护成本高、维修周期长，不利于日常维护。鉴于以上原因，决定采用无线网络集中传输的方式，东西两侧的高杆灯监控信号通过搭建的无线网络汇总到各侧位置居中的高杆灯上，再通过点对点的无线网桥，将汇总后的数据传输至地面配电控制箱，而后再与中控机房互通。这样既可以减少故障点，也可以大大减少维护备件成本[3]。

3.3 应对措施

项目针对预期难点的应对措施如下，进行现场情况分析，找出环境干扰因素，随后对监控通信技术、无线网络技术进行研究，再制定解决方案及可行性分析。在完成上述工作后，进行现场施工作业及调试，对无线网络设备信道和功率优化运行效果观察评定。

4 实施过程

4.1 安装无线通信板

首先要在每个高杆灯上安装一个定向型无线通信板及监控专用交换机，高杆灯之间通过无线通信板实现交换机之间的互通，从而将22 个高杆灯上的44 台数字网络摄像头整合到一个网络内。这样可以省去随行双绞线缆，有效降低故障率和减少维护成本[4]。

4.2 调整设备参数、工作模式及位置

堆料机、取料机均采用无线通信方式进行数据传输。为了避免与取料机、堆料机的无线网络发生干扰，影响数据互通，需要调整无线通信板的工作模式，确保实现相邻两个高杆灯之间点对点的数据互通[5]。

4.2.1 设置无线通信板工作模式

为了避免与装卸设备的无线通信发生干扰，利用OFDM 和DSSS 调解方式设置专属的2.4 G/5 G 的工作频段，实现“无线网桥点对点”的传输方式。根据需求，选用网桥模式。

4.2.2 设置数据汇总点的工作模式

设置数据汇总点的工作模式，需要将作为东西两侧数据汇集点的两个高杆灯的无线通信板设置为接入点，实现高杆灯监控专用网络与地面控制箱之间的通信，进而与中控机房实现数据互通（图1）。

图1 数据汇总点的工作模式设置

4.2.3 设置高杆灯之间的工作模式

每个高杆灯上的无线通信板选用二级站点模式。传统点对点链接，每个高杆灯上要安装两个无线通信板，一个无线通信板进行发射工作，一个无线通信板进行接收工作，22 个高杆灯就需要安装44 个无线通信板，这样不仅增加了搭建成本，还容易出现因为某个通信板故障导致多个高杆灯数据丢失。选用二级站点模式后，一个无线通信板可以同时成为相邻高杆灯的上级站点和下级站点，即便某个通信板故障，也可快速调整上下级站点参数，跳开故障点，提高维修效率，确保数据稳定传输。工作模式设置方法如下：①选择二级站点；②设置二级站点IP 地址及网关；③设置需要数据传输的上级站点以信号发射距离；④设置完成，首页面显示该通信板数据互通情况。

5 实施效果

项目改造完成后，不仅保证了视频信息的传输质量，还大大降低了故障率。无线化的传输专网中间环节较少、架构简单、故障点少，仅依靠无线专用网络就可以实现堆场高杆灯视频信息传输、远程管理等功能，在满足使用需求的基础上，大大地节约了系统搭建成本以及后期维护的高额费用，为提高客户服务质量提供了有力保障。

5.1 技术优势

项目的主要技术创新点为运用无线传输技术搭建堆场视频客户服务系统无线专网，将该港口公司堆场内44 个监控点进行数据整合。将无线通信板调整为二级站点模式，不仅可以在实现“无线网桥点对点”传输方式的同时，节省50%的无线通信板数量，而且还能降低传统点对点传输方式造成的故障影响。该项目不但节省了堆场视频客户服务系统无线专网的搭建成本，还降低了堆场视频客户服务系统的故障率，减少后期维护的高额费用，为提高客户服务质量提供有力保障。其技术优势有如下2 个方面：

（1）自主设计的无线专网。自主设计并搭建堆场视频客户系统无线传输专网，减少中间环节，降低故障率，减少随行缆的维护成本，节省后期维护费用；运用二级站点及接入点的工作模式，节省搭建成本，降低故障影响，提高维修效率；运用802.11 n 的无线通信设备，通过OFDM 和DSSS 调解方式设置专属的2.4G/5G 工作频段，避免与装卸设备的无线网络产生数据干扰。

（2）适用范围广。项目已完成所有高杆灯上监控设备的改造。改造后的堆场视频信息清晰稳定，并且故障率降低。后续将逐步完成剩余堆场高杆灯视频系统的无线化改造。项目无线化的传输网络中间环节较少、架构简单、故障点少，仅仅依靠无线专用网络就可以实现堆场高杆灯视频信息传输、远程管理等功能，在满足使用需求的基础上，大大地节约了系统搭建成本以及后期维护的高额费用，不仅适合高杆灯之间的数据互通，而且还适用于有线敷设困难或成本较高的项目，适用性较强。

5.2 经济效益

项目在创造的具体经济效益如下，可节约22 对光电转换器，每对300 元、共6600 元。同时，节约了22 个高杆灯双绞线式随行缆，每个高杆灯需45 m，每米100 元，共99000 元；节约了插卡式光电转换器机架（16 口）3 个，共3000 元；节约48口交换机（含光口）一对，共7200 元；节约22 个稳压电源，每个700 元，共15400 元；节约22 个光缆熔接箱，每个100元，共2200 元；减少了外委维修次数，一次外委维修费用大约1 万元，每月最少可减少外委维修1 次，一年节省维修费用高达12 万元。

6 结束语

项目搭建的堆场视频客户视频无线化专网不仅能够满足堆场高杆灯视频信息传输、远程管理等功能需求，而且优化了中间传输环节、故障点少、架构简单、易于日常维护。在节约后期系统维护成本的同时，减少无线专网的搭建成本。系统能够提高堆场客户视频系统的科学性和完善性，有效保证堆场视频信息传输的稳定性，为客户服务提供有力保障。在节省人力和财力方面也将实现巨大的经济效益。而且无线专网系统搭建具有非常好的推广性和扩展性，不仅适合于高杆灯之间的数据互通，还可用于有线敷设困难或成本较高的项目，适用性较强。利用OFDM 和DSSS 调解方式搭建的无线网络，系统设备架构简单、中间环节较少、抗干扰能力强，也符合未来数据传输的发展趋势。