劉超

無線網橋技術在茨淮新河信息化建設中的應用

劉超

一、茨淮新河簡介

茨淮新河是安徽省淮北平原上最大的一條人工河道，全長134.2km，流域面積6960km2。河道西起安徽省阜陽市茨河鋪，東至懷遠荊山口入淮。自上而下建有茨河鋪、插花、闞疃、上橋四級控制樞紐。

目前，由于組織架構、隸屬關系的不同，茨淮流域的四大樞紐尚未形成統(tǒng)一管理的工作模式。安徽省茨淮新河工程管理局主要負責上橋樞紐以及荊山湖進、退洪閘的管理工作，在日常實際管理過程中，由于其特有的管理模式，上橋樞紐上游的各涵閘閘門開度情況尚沒有得到統(tǒng)一，從而導致了下游上橋樞紐區(qū)域的水位經常發(fā)生較大幅度的變化。因此，對上游流域較為重要節(jié)點的涵閘實現閘門開度的有效監(jiān)視顯得尤為重要。通過調研勘察，選擇在茨淮新河流域內的利民新河閘、計圩閘、大柳溝萬莊站3個重要涵閘進行視頻監(jiān)控站點的布設。

二、系統(tǒng)設計

1.設計思路

由于茨淮新河流域視頻監(jiān)控站點在地理布局上分布較廣且地形復雜、位置偏僻，與監(jiān)控中心相距較遠，利用傳統(tǒng)的有線連接方式，不僅成本高昂、施工周期長，且往往因河流等障礙而難以架設線纜。更重要的是，有線傳輸的抗災性比較差，在大風、暴雨、決口等惡劣環(huán)境下，有線線路極易遭到破壞，水文監(jiān)測信息無法及時傳遞，難以滿足水文信息安全防范的高可靠性要求。因此，采用無線監(jiān)控是必要的。

茨淮新河流域視頻監(jiān)控站點建設傳輸信號為視頻信號，無線傳輸方式中GPRS不能滿足要求，3G方式運行費用較高，因此選擇無線網橋。無線網橋視頻監(jiān)控建設不僅安裝方便，無需鋪設網絡電纜，可大量節(jié)省投資，而且具有極強的靈活性和可擴充性，通過在需要監(jiān)測的地點架設監(jiān)控攝像設備和無線基站，迅速實現系統(tǒng)的拓展。此外，茨淮新河為人工河，河道筆直，監(jiān)控點與上橋中心平臺之間沒有障礙物阻隔，這也給無線網橋技術的應用提供了非常好的條件。

2.無線網橋技術

無線網橋拋棄了傳統(tǒng)的銅線或光纖，利用無線通訊技術，以空氣作為媒介進行網絡數據傳輸，達到連接2個或者多個獨立網絡段的目的。無線網橋有點對點、點對多點以及中繼連接這3種工作方式，適用于相距較遠且環(huán)境復雜的通信，也可以用于戶外的臨時組網。

點對點橋接模式，可用來連接兩個分別位于不同地點的網絡，一般由一對無線網橋組成，該對網橋需設置成相同的頻道。無線網橋在組網過程中如果遇到比較高大的山峰或者建筑阻擋，會降低通信的質量和效率，導致組網困難等，可以使用無線中繼的方法繞開障礙物，完成兩點之間的無線橋接。無線網橋是通過高增益天線實現無線網絡通信的，其傳輸功率并不比有線網絡低，而且可以實現超遠距離傳輸，據有效試驗表明，無線網橋的傳輸距離最遠可以達到120 km。簡單的點對點橋接如圖1所示。

圖1 無線網橋點對點橋接模式

在無線網橋的實際應用中，采用最多的是點對多橋接，點對多點無線橋接能夠把多個離散的遠程網絡連成一體，結構相對于點對點無線網橋來說較復雜。點對多點無線網橋通常以一個網絡為中心點發(fā)送無線信號，其他接收點接收信號。中心點的天線在不同的項目中會采用不同的中心天線配置方案，遠程鏈接點通常會使用定向天線，通過精確的天線角度定位對準中心點天線，進行無線信號接收，完成無線橋接。利用點對多橋接特點，可以彌補水利設施分散、分布廣等缺陷。無線網橋點對多點無線橋接模式結構圖如圖2所示。

圖2 無線網橋點對多點橋接模式

3.系統(tǒng)架構

茨淮新河整套監(jiān)控系統(tǒng)采用點對多橋接的無線網橋建設模式，主要由3個部分組成：前端部分、傳輸部分、中心部分。其網絡拓撲結構圖如圖3所示。

圖3 茨淮新河視頻監(jiān)控系統(tǒng)網絡拓撲結構圖

（1）前端部分

前端主要由攝像機、高速球、云臺、防護罩、視頻編碼器以及整個前端的避雷、安裝支架和基礎設施組成。

（2）傳輸部分

數字微波傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括：數字微波圖像發(fā)射機、拋物面微波天線、寬頻板狀定向天線、功分器。從茨淮新河上3個重點視頻監(jiān)控點采集圖像，然后通過天線一體化數字微波圖像發(fā)射機信道調制、發(fā)送，監(jiān)控中心平臺微波接收系統(tǒng)則相反，天線接收信號，微波解擴。

（4）中心部分

監(jiān)控中心平臺由視頻解碼器、LED大屏、監(jiān)控主機、主監(jiān)視器、主/分控鍵盤等組成。監(jiān)控中心能向指揮調度人員提供全面、清晰、可錄制、可回放的現場實時圖像。

三、結語

本文在現場調研和查閱相關資料的基礎上，對茨淮新河流域相關水閘視頻監(jiān)控的現狀和存在問題進行了總結。提出了一套以國際領先的無線網絡技術和產品為基礎的、適用性極強的無線網絡整體解決方案。這套無線傳輸網絡不僅能克服長距離、復雜地形的制約，還能兼容現存網絡系統(tǒng)，避免重復建設，大大降低網絡建設成本。經過實踐應用，滿足水利部門對監(jiān)控系統(tǒng)各項技術指標的要求，具有先進、實用、穩(wěn)定和操作簡便的特點，應用前景廣泛■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學研究院 233000）