燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設的分析與探索

◎ 蔡慶斌 汕頭航標處

燈塔是海上船舶的航行指向標，是海上交通基礎設施的重要組成部分。本文從燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設的必要性和可行性入手，探索如何建設燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

燈塔 遠程 監(jiān)控系統(tǒng)

燈塔是海上船舶的航行指向標，是海上交通基礎設施的重要組成部分。當前，遙測遙控技術已基本實現(xiàn)對航標效能的遠程監(jiān)測及部分功能的遠程控制，但燈塔周邊環(huán)境監(jiān)控和綜治管理仍需靠人工管理實現(xiàn)。本文從燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設的必要性和可行性入手，探索如何建設燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

1.燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設的必要性分析

（1）有利于緩解航保一線人力資源矛盾。由于燈塔所在地較為偏僻或位于島嶼，傳統(tǒng)的日常管理均需通過燈塔工的值守來實現(xiàn)，存在交通不便、無市電接入等困難，既浪費人力資源，且對燈塔工及設備設施造成一定的安全隱患。尤其在一線人員老化、人手緊缺的現(xiàn)狀下，借助信息化手段改變傳統(tǒng)管理模式，實現(xiàn)燈塔無人值守，既是形勢所需，也是大勢所趨。建設燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)，有助于強化航標日常管理、減輕一線作業(yè)強度、降低人力資源成本。

（2）有利于降低燈塔及周邊綜治消防管理風險。隨著休閑旅游尤其是海島旅游產業(yè)的發(fā)展，燈塔及其周邊原生態(tài)的環(huán)境逐漸被旅游及攝影愛好者發(fā)掘，近年來經常出現(xiàn)旅游人員在燈塔周邊進行燒烤，甚至翻越燈塔外圍墻壁或破壞進出燈塔的門鎖的情況。迫切需要加強對無人值守燈塔的遠程監(jiān)控，以強化燈塔日常管理，降低管理風險和責任風險。

（3）有利于強化燈塔周邊海上交通管理。燈塔周邊一般為海上航路。利用燈塔的遠程監(jiān)控設備可以延伸到燈塔周邊幾海里乃至更遠海面的航道，全天候實時監(jiān)控航道上航標運行狀態(tài)、過往船只航行狀況及海面污染情況，為航道暢通和安全提供良好的保障。

2.燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設的可行性分析

當前，監(jiān)控系統(tǒng)已應用廣泛，并朝多元化、精細化、智能化發(fā)展，紅外線、長焦距、高清晰度等攝像設備的技術也已成熟。由于燈塔所處位置特殊，如何解決燈塔無市電供應及無有線網絡接入，是建設燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵點。

（1）運用無線傳輸技術解決無有線網絡信號接入的問題。對燈塔周邊環(huán)境實行實時監(jiān)控，監(jiān)控圖像需實時傳輸?shù)胶綐斯芾聿块T。為此，可選擇基于5.8G的微波無線傳輸系統(tǒng)或基于通信運營商的3G/4G無線傳輸系統(tǒng)這兩種無線傳輸方式，解決網絡信號傳輸問題。

一是采用基于5.8G的微波無線傳輸系統(tǒng)。由于燈塔一般位于島嶼高點或臨海突出角且塔身較高，周邊無遮擋物，與周邊的通信基站也較近。因此，位于離岸較近海島或臨海突出角的燈塔可采用5.8G微波無線傳輸系統(tǒng)，將視頻信號傳輸?shù)街苓呌谢谶\營商的寬帶接入或光纖接入的地方，再經網絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。其優(yōu)點是信號較穩(wěn)定，但造價較高，且存在需協(xié)調微波安裝地點和設備耗電量較大的問題。

二是采用基于通信運營商的3G/4G無線傳輸系統(tǒng)。離岸較遠或周邊遮擋物較多的燈塔，可采用3G/4G無線傳輸系統(tǒng)進行傳輸。由于視頻信號傳輸流量較大，而目前3G/4G流量資費較貴，需將數(shù)據(jù)存儲在硬盤錄像機中，每天定時傳輸數(shù)據(jù)，也可根據(jù)需求不定時調用監(jiān)控資料。其優(yōu)點是安裝簡便，但傳輸費用較貴，且受制于3G/4G信號的穩(wěn)定性。

三是采用基于5.8G的微波無線傳輸系統(tǒng)與基于通信運營商的3G/4G無線傳輸系統(tǒng)相結合方式。采用上述兩種傳輸系統(tǒng)均有其優(yōu)缺點，為更好地保障信號傳輸，可采用上述兩種傳輸系統(tǒng)相結合的方式同時接入，實現(xiàn)雙網保障功能，提升網絡穩(wěn)定性。

（2）運用清潔能源解決無市電供應問題。按照航標法律法規(guī)規(guī)定，燈塔周邊除燈守房等附屬建筑外，一般無其他建筑。因此，可根據(jù)系統(tǒng)用電量需求，在燈塔周邊選址建設太陽能、風能等清潔能源系統(tǒng)，通過風能、太陽能等發(fā)電裝置發(fā)電后，將電量存儲至蓄電池組，以供監(jiān)控系統(tǒng)使用。

圖1 燈塔遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成框圖

圖2 電源供應系統(tǒng)組成框圖

一是采用太陽能供電系統(tǒng)。因當前無市電供應的燈塔一般均采用太陽能供電，且經過多年試驗已較為成熟。因此可在原有燈塔供電系統(tǒng)上進行擴容或新建一套太陽能供電系統(tǒng)，以滿足監(jiān)控系統(tǒng)使用。其優(yōu)點是技術成熟、安裝簡便、價格較低，但發(fā)電效率不高，如需較大用電量時，占用較大面積，且出現(xiàn)長時間的陰雨天氣時難以有效發(fā)電。

二是采用風能供電系統(tǒng)。因燈塔所在區(qū)域一般較高、無遮擋，為風力發(fā)電提供了較好的條件。當前小型風力發(fā)電機的技術已基本成熟且應用日漸廣泛，可根據(jù)燈塔所在地的風玫瑰圖，選擇較佳方位安裝。其優(yōu)點是占地較小，安裝簡便，但價格較高，且存在臺風等極端風力下會出現(xiàn)自我保護而停止工作及悶熱無風情況下發(fā)電量難以滿足需求的情況。

三是采用風光互補供電系統(tǒng)。即采用太陽能和風能兩種方式相結合，同時接入同一蓄電池組的供電系統(tǒng)，夜間和陰雨天無陽光時由風能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風又有太陽的情況下，兩者同時發(fā)揮作用，進一步提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)全天候的發(fā)電功能，且其中一套損壞或出現(xiàn)極端天氣時，保持供電系統(tǒng)繼續(xù)工作。

3.燈塔環(huán)境遠程監(jiān)控系統(tǒng)建設方案

（1）設計思路。監(jiān)控系統(tǒng)由前端監(jiān)控系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、后端管理中心構成（見圖1）。其中，前端監(jiān)控系統(tǒng)由網絡攝像機和網絡球機等視頻采集設備組成，采集視頻信息后，再通過具備3G/4G信號傳輸功能的NVR（網絡硬盤錄像機）或微波系統(tǒng)，將信號傳輸至運營商3G/4G基站，實現(xiàn)與后端管理中心的信號傳輸。前端監(jiān)控系統(tǒng)及無線傳輸系統(tǒng)所需電源供應通過風光互補供電系統(tǒng)解決（見圖2）。

（2）前端監(jiān)控系統(tǒng)建設方案。前端監(jiān)控系統(tǒng)可采用球機和固定攝像機兩種視頻采集設備，但由于處于高鹽、高濕、空曠的場所，因此視頻采集設備需具備防腐蝕及鏡頭清洗功能，并配套做好設備固定、防雷及電源穩(wěn)壓等保護措施。在建設位置上，球機可安裝在燈塔平臺外部，利用球機轉動半徑監(jiān)控燈塔周邊環(huán)境及航道情況。固定攝像機可根據(jù)實際情況安裝，如可在燈籠內部布設，監(jiān)控燈器燈光運轉情況；有燈守房或AIS基站的燈塔，還可在燈守房和AIS基站機房內部安裝，監(jiān)控燈守房和AIS基站的設備運行情況。由于多臺攝像設備會造成用電量的疊加，因此，應在滿足監(jiān)控需求的基礎上，盡量控制攝像設備數(shù)量。

（3）無線傳輸系統(tǒng)建設方案。無線傳輸系統(tǒng)采用5.8G微波和3G/4G網絡相結合方式，微波無線傳輸及3G/4G網絡可根據(jù)現(xiàn)場踏勘和信號測試后選擇合適的運營商合作。微波設備可根據(jù)燈塔所在位置及周邊有基于通信運營商的寬帶接入或者光纖接入的地方，分別選取合適方位進行點對點對射安裝。同時，選取具備3G/4G無線傳輸功能的網絡硬盤錄像機，并安裝于燈塔內部。微波傳輸系統(tǒng)接入具備3G/4G無線傳輸功能的網絡硬盤錄像機，實現(xiàn)視頻圖像處理、視頻圖像傳輸、錄像記錄保存、報警信息采集等功能。

（4）后端管理中心建設方案。后端管理中心可使用監(jiān)控系統(tǒng)的配套軟件，通過監(jiān)控平臺、PC客戶端和手機客戶端，獲取前端設備的實時視頻和歷史錄像，以及對前端設備狀態(tài)進行查詢和管理。如單位原已建有監(jiān)控系統(tǒng)和平臺，可接入原監(jiān)控系統(tǒng)和平臺實行統(tǒng)一管理。

（5）電源供應系統(tǒng)建設方案。設備電源供應系統(tǒng)采用風光互補方式，依據(jù)前端監(jiān)控系統(tǒng)和網絡硬盤錄像機的用電量情況，考慮連續(xù)陰雨天和臺風等極端惡劣天氣無法充電的因素進行建設，并做好防雷措施。如攝像設備較少且整體用電量不大，則可采購風光互補一體成型的設備進行供電，如高速公路上風光互補路燈及監(jiān)控設備。如一體成型設備無法滿足，則需選取較大發(fā)電功能的風能發(fā)電設備和太陽能發(fā)電設備，同時接入風光互補控制器，再接入電池組，為監(jiān)控設備供電。電池組的容量應比實際使用電量大數(shù)倍，以發(fā)電裝置出現(xiàn)故障或惡劣天氣無法充電。電源供應系統(tǒng)建議不并入燈塔原有電源供應系統(tǒng)，以消除監(jiān)控系統(tǒng)電源供應對燈塔原電源供應系統(tǒng)的影響。