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港口码头无线监控方案

港口码头数字微波无线监控系统解决方案

作者:腾远智拓   来源:www.4008075595.com   时间:2014-03-11 10:04:42

一、概述

    全球经济一体化进程以及国际市场的不断融合,使得港口码头成为了大型货运周转中心,每天数以百计的大型货轮、数以千计的大型集装箱、数以万计的人员流动,在如此异常繁复的环境中,如何保证运输生产和货物安全,成为港口码头管理人员最为关注的问题。以往该区域的监控基本上都由人员到现场巡视或抽查等方式进行,不仅监控的时间和空间非常有限,而且效率较低为此,获得成熟应用的视频监控系统在港口码头上不断应用,从根本上解决了上述问题。

    因此,利用无线局域网技术构建底层通信平台,是非常实用而有效的。支持高移动性、具有高保密性和强抗干扰性的无线宽带网络,既能满足港口作业各项业务系统的要求,又能实现港口重点区域远程视频监控的需要。

二、港口码头无线典型应用

    1、港口码头无线视频监控系统

    在港口码头安装视频监控系统有其特殊性,这主要源于现场环境。由于港口码头的主体环境多数都是早期建设完成,地域开阔,地面固定平坦,加之大型搬运车和集装箱货物经常移动,架设或地埋传统的有线监控系统基本不可行,采用基于先进的无线监控系统成为港口码头的首选。针对这一需求,专注于视频监控的专业无线传输品牌-腾远智拓,采用当前最成熟的微波通讯产品-无线网桥,推出了领先的港口无线视频监控系统,以满足这一实际应用。

    腾远智拓港口码头无线监控系统构建在基于IP的无线COFDM微波技术之上,系列无线产品经过严谨的生产工艺和严格的测试手段,产品可以在任何地域气候环境下很好的运转。该技术已经经历了多年以上的发展,目前已经非常成熟,该技术工作在国家许可的5Ghz频率范围内,具备良好的频率资源,可以保证客户的应用顺畅且快速。通过合理的链路规划和可以解决复杂环境带来的网络建设影响,不会破坏目前港口基础建设,不用架空或地埋线缆,实现快速搭建网络;同时,腾远智拓的无线网络通过高质量的无线网桥、无线聚合技术、无线路由技术、无线跳接技术,可以提供上百兆稳定安全的高带宽数据传输通道,充分满足港口码头监控视频信息及其它数据的稳定传输。

    在腾远智拓的这套港口码头无线监控系统中,无线网络以其高度的灵活性、便捷性、移动性、低成本、保护用户投资等特性成为卡口监控的最佳网络解决方案。这一系统具有如下功能:     

    提供准确无误的实时全天候影像信息,并安全存储,以备查询;

    为安全运输生产、防盗防抢等案件提供线索和证据;为货物运输中转、货轮进港等提供视频数据资料;

    准确统计货轮和货物流动情况,为合理调配设备、人员、提高管理水平提供科学数据。

    适应各种复杂环境,通过综合的无线技术,可以在任何地点架设监控点,再通过中继点进行数据回传。

    2、港口大型机械设备远程无线监控系统

    港口大型机械设备远程无线监控系统(以下简称为RCMS)将大型起重机设备的监视与管理功能结合在一起,突破了传统的监视或管理软件的应用局限,实现了设备的监视与管理一体化的功能,是协助企业实现设备高效使用预防保养和信息化管理的重要手段。    RCMS系统的各项功能是以大型设备的PLC产生的周期性数据为基础,通过网络系统将PLC数据传输至RCMS服务器,服务器再将数据整合、计算实现不同功能。RCMS系统最重要的就是要保证整套系统的实时性,鉴于集装箱码头工作现场的实际环境,起重设备的PLC数据最优化的传输途径是通过工业无线以太网,以保证很高的实时性要求。

    3、港口集装箱码头无线实时系统

    由于船公司对码头装卸效率的高度关注,集装箱码头在生产运营、集装箱流通过程中,对设备、人员、集装箱等信息,各个关键节点的实时控制的要求越来越高,尤其是繁忙的大型专业集装箱码头。在集装箱装卸港区,首先其作业流程相当复杂,涉及到船舶进出港、集装箱装卸、集装箱运输、大型装卸机械控制、堆场计划、作业进度控制等一系列环节。从一个集装箱入港,到下船、运输、落场存放、最终再运输上船,整个业务流程伴随产生的数据多达几十条,而每天需要处理的数据记录更高达数万条。在如此之大的数据量面前,再像以前那样采用完全手工管理的方式,显然不太现实。其次港区复杂的地理位置和特殊功能不适合使用传统的有线网络。如:大型吊车,运输道路和货物通道不能铺设光缆和电缆;近海作业区,易受海潮的影响,不适合大面积在地面铺设线路;不允许架空明线;港口工人作业的移动性。

    无线实时作业方式是集装箱码头操作的发展趋势。可以实现控制室与作业现场的实时信息双向传输。如向作业现场远程发送作业设备调度指令、集装箱调动指令、集卡的提箱/落箱场位安排指令、装卸作业指令等;现场理货人员通过无线网络,可将现场实时作业信息传回堆场管理控制中心,如将现场集装箱实时场位信息定时确认给堆场管理控制系统,中央控制人员即可方便对此堆场场位继续操作;大型作业机械的工作状态和各项数据指标,可实时传输至中央控制室,实现对现场作业机械的实时动态监控。

    针对用户轮胎吊、集卡等港口设备长期暴露并在潮湿和具有腐蚀性空气的海边作业,冬季最低气温可能到冰点以下,以及需要在剧烈震动下进行稳定的数据交互的需求,为集装箱码头公司提供一套满足用户需求的工业无线移动计算解决方案。对于无线终端的选择,由于港区前沿码头的现场理货人员需要采集集装箱所有数据并实时与中心控制台的人员进行数据通讯,腾远智拓的技术专家将数据处理的稳定性、快速性和实时性充分考虑在内,同时将恶劣的自然环境也考虑在内,为用户选业界成熟的支持恶劣环境操作的室外型无线手持终端,配合集装箱码头的集卡调度系统进行使用;该终端专为恶劣环境所设计,IP65的工业等级使终端具有优秀的防尘、防水、低温使用和抗震动的性能,充分满足用户苛刻的使用环境。而港区堆场内主要是轮胎吊、铲车、拖车的作业,需同时使用无线车载终端,主要任务是将集装箱按计划装、卸在正确的位置。例如:港区中心控制台会将集装箱的货位信息发送到拖车司机面前的无线终端屏幕上告诉该箱子要由哪台轮胎吊放在哪块堆场的分配信息,且该信息还将同步传递到要放置堆场的轮胎吊无线终端上,而司机只需按要求将拖车开到该轮胎吊下,即可再迅速返回到港船舶处进行下一轮卸箱任务。为轮胎吊的移动数据采集我们需在驾驶室中安装无线车载终端设备,腾远智拓技术专家为用户选择坚固的图形无线车载终端;针对铲车驾驶室中空间较小、振动大,腾远智拓技术专家为其设计了小尺寸的工业无线车载终端,这样设计既不影响驾驶员开车同时还能方便快捷对终端数据进行操作。本案提供之车载终端设备均符合北约军方对抗震性、抗冲击、恶劣环境适应能力的高标准,能充分满足港区的作业环境要求。

    4、港口无线多媒体调度系统

    无线多媒体调度是基于新一代IP技术架构的综合调度通信系统,它在保留传统调度机调度功能的基础上,实现语音、数据、视频等多媒体化的操作应用。具体来说可以包括视频回传、语音调度、数据上传等多种多媒体式的调度方式和功能。

    它无论是在功能方面还是扩容性方面具有传统调度系统无法相比的先进性,不仅有效提高了工业指挥调度过程中的效能,确保信息沟通的顺畅,延伸调度操作手段,并且使整个系统还可以向统一通信和NGN网络进行平滑过渡。

    5、散杂货码头作业管理系统

    利用无线网络对港区内汽车、火车、船舶装卸作业的各个环节进行实施数据采集,实现港区生产进行的全面动态监控,相关人员可根据实际情况及时调整作业流程,提高装卸效率,使信息系统能够及时反映现场生产的各种信息,便于相关部门对码头生产各环节的监控,通过信息化进一步提高公司的生产管理水平。

    6、外轮理货GPRS系统

    外理理货系统是面向整个外理理货业务的系统软件。系统以客户为中心,支持多样化的作业模式(手工或PDA实时传输),面向流程的应用集成,操作事务的实时跟踪;支持与海关、船代等客户的EDI数据交换,满足集装箱理箱、件杂货理货、装拆箱理货、水尺计重等各项理货业务工作的需要,并通过系统数据共享,完成费收计费和部颁标准报表输出,通过数据分析,建立客户档案,为公司决策提供支持,为客户提供更完善的服务。   

    三、系统设计方案

    1、系统带宽计算:根据需求描述,以项目有15个内陆监控点(每个船只监控点使用4只监控摄像机)为例,视频预计视频使用D1(高清视频格式)格式传输,视频码流为2Mbps,只有视频码流达到2Mbps的时候,才能保证在监控中心解码输出高质量的视频画面,但码流高,如果网络丢包就会出现马赛克图像或者图像卡壳。

    2、接入点设计:接入点架设应遵循:a、应建立在航道沿线能够无遮挡直视河道的地点;b、能够建立制高点的监控地点。

    3、无线设备选型:由于监控图像属于固定传输,建议使用外接天线型远端无线收发器或者无线DVS外接定向天线,以避免在传输过程中无线图像的失真等等问题,加强点对多点的无线传输。

    4.接入点无线设备选型:由于河道的地理位置以及制高点不相同,前端设备的天线则使用定向型天线,使无线收发器设备能无死角的与覆盖网络建立无线传输链路,达到无线视频数据传输的最好效果。

    5.船载摄像机选型:由于设备长期处于户外,潮湿、阴冷的环境中,建议使用,防水,防雾的一体化无线网络摄像机/无线网络视频服务器设备。由于项目监控点有可能需要音频输出需求,无线网络摄像机/无线网络视频服务器设备均支持音频输入输出功能。

    四、无线视频监控系统设计说明

    1、在河道两岸及附近岛屿沿岸安装15到30(根据具体公里数量进行设计)台54Mbps无线收发器外接120/60度扇区天线(天线选型视具体环境决定)实现对北岸至南岸两条航道北岸部分的无线覆盖;河道两岸根据现场情况进行无线设备安装,54Mbps无线收发器外接120/60度扇区天线(天线选型视具体环境决定)实现对南岸至北岸两条航道北岸部分的无线覆盖;

    2、在渡船、河道执法船渡船船载54M无线收发器设备,与两岸的覆盖设备建立无线链路,传输无线视频监控图像数据。

    工作原理:

    a、一体化网络摄像机采集的模拟视频信号直接采用H.264进行数字化处理;

    b、数字视频数据通过双绞线接入无线远端网桥;

    c、无线远端网桥外接全向天线将视频流媒体数据传到相应的无线接入点。

    3、河道沿线无线接入设备落地接入有线网络,将船载监控设备采集到的数字视频回传到江心码头监控指挥中心;

    工作原理:

  a、无线接入设备通过与船载无线远端网桥建立通信,接收回传的数字视频;

    b、无线接入设备接入有线网络,江心码头监控指挥中心通过有线网络与河道沿线无线接入设备建立通信;

    c、无线接入设备通过有线网络与江心码头监控指挥中心服务器建立通信后,将数字视频图像传回监控中心。

    无线视频传输系统示意图:

无线监控系统示意图

 


 

    河道无线远程监控点的结构如上图所示,包括无线传输系统、网络摄像机两部分。执法船只采用的防水,防震一体化网络摄像机采集到模拟视频信号,通过自身视频编码系统得到H.264格式的数字视频。无线传输系统包括无线远端网桥和外接全向天线,之间通过射频馈线进行连接。无线网桥与无线网络摄像机之间直接采用无线网络系统连接,数字视频通过无线远端网桥回传到河道沿线的无线接入点。

    五、频率干扰处理的考虑

    根据目前国内外固定无线宽带接入系统的建设经验,固定宽带无线接入系统干扰源主要来自系统内部的干扰和相邻系统间的干扰。对于系统内部以及相邻系统之间的同道、邻道干扰抑制能力主要取决于系统的载干比(C/I)。

    对于系统内部,可能的干扰有相邻扇区间的邻道干扰和相隔扇区间的同频干扰。

    克服系统内部干扰的主要手段是采用合理的频率规划方案及发射天线的极化方式。对邻道干扰,扇区之间最严重的干扰频率是两个相邻的载频点。在网络规划时期,通过采用合理的频率规划方案,调整天线的极化方式以减少邻道干扰的影响。对相隔扇区的同频干扰,在系统组网中目前主要采用背对背的频率2次复用,通过有效控制天线的前后比及天线的极化方式,来消除同频干扰。同时在满足系统传输指标的前提下,尽可能地降低基站发射功率使得不同基站间越区干扰电平降到最低。同时选择高性能天线,调整天线方向,合理设计扇区布局。尽可能地利用建筑物的阻挡以降低不同蜂窝之间的干扰。

    对于来自系统外部干扰,在站址选择时,要对地形、天线方位以及其它链路来的干扰等进行考虑,

    需要避开雷达、散射通信系统以及卫星通信等系统的外界干扰源。因此对于干扰问题的解决,传播设计在无线网络规划中是至关重要的。而在给定路径和当地气候条件下,天线高度是传播控制的唯一手段,具体方法的选用需根据实际情况而定。当覆盖区域不重叠时,以邻道C/I作为干扰计算的依据;对于覆盖区域重叠情况,应保证基站之间保持足够的垂直和水平距离,并与干扰者协调,要求其降低功率,减轻干扰。

    对于我们目前建设的网络来说,由于地处偏远,频谱较为干净,系统间干扰很少。主要干扰将来自系统内干扰。因此我们在前期规划时,根据现场实际情况,充分利用地形地貌,做好频率规划,合理的选择站址和天线的运用,将能很好的提高系统的性能。

    六、天线安装要求

    1、安装高度要求及注意

    要求在视线距离内没有阻挡。

    由于安装在塔上,塔的晃动对微波的接收有很大的影响,会使数据接收不稳定,请在调试时注意。

    2、室外安装

    固定微波天线及ODU的采用Φ40镀锌钢管,高度3m及以上,根据现场的实际情况调整,要求固定牢固。在砖塔上,除在巡逻道栏杆固定外,在塔顶用一根钢管与装ODU及天线的Φ40镀锌钢管固定。如果是铁塔,根据天线对准的方位,采用2米左右Φ40镀锌钢管固定在铁塔的栏杆上。

    连接电缆

    一条以太网电缆连接到POE的输出端口。另一条以太网络电缆(RJ–45;交叉电缆)连接POE的输入端口。

    3、天线和安全注意事项

    请遵循如下注意事项进行天线安装:

    l对于大多数升降天线的安装,我们推荐您向专业安装人员咨询安全正确的方法。

    l考虑到安全因素,你不能触摸甚至是你身体的某个部分轻轻碰到一个正在传输的高增益天线。

    l使天线远离金属物体/不利因素。(暖气、空调管、大的天花板构架,建筑上部构造、和主电源线)

    l当你在两个基站之间建立连接的时候,由于距离远推荐使用定向天线。一个定向天线的发射面要与另一个定向天线发射面对上。

    l室外天线应该放置在足够的高度以避免以上所提到的由于树和建筑产生的干扰

    l天线塔应该与上方的高压电线保持安全距离。我们推荐的安全距离是两倍的天线塔高。

    l防止水渗进天线的电缆中并确保所有接入的外部电缆接口都已经密封完好。

    4、基本天线对准

    当你使用定向天线在两个网桥之间通讯的时候,需要手动对准天线以便恰好执行网桥的操作。定向天线的发射角度很小,大约是15到25度,而且抛物面天线的发射角大约是12.5度。

    在网桥被连接之后,使用测试连接的工具帮助测量二个天线是否对准。测试连接的工具能提供数据使你能够精确计量对准。

    5、重检安装

    当安装好网桥而且对准天线后,你需要确保所有的电缆连接畅通。

    l确保对准后的天线装置牢固。

    l检查连接在天线和网桥之间的电缆是否牢靠。

    l确定接地线连接是否正确。

    l检查连接POE适配器的电缆连接是否正确。

    l确定从个人计算机或手提电脑到POE适配器的电缆连接正确。

    l确定POE适配器的指示灯是亮的。

    l确定你在安装期间使用的是合适的电缆。

    l确定所有接口都被密封完好。

    l在现场安装之前按你的需要配置好ODU。

    l检查两边的网桥无线电设置是否相同。

    确保你已经分别设置了两边网桥的MAC地址。检查完毕后,你需要进入网络用户界面进行连接性能测试,观察RSSI值是否在正常值范围内。如果效果不是很好,你可能需要再次调校天线。

    七、系统安全保护

    前端基站部分

    良好的接地设备安全防护的基础,根据对现场的初步勘察,每个基站的接地都不规范,甚至有站接地阻值超标,给设备的安全保护造成不利影响。另外,每个塔的避雷针已生锈,有些站避雷针高度不够,甚至避雷针已经不在,基于以上因素,建议用户对所有塔的避雷针重新处理,我们对直击雷防护提出要求如下。

    A、直击雷防护

    铁塔、砖塔担负着极其重要的作用,摄像机,云台、微波天线,风力发电机等重要设备均位于塔之上,因此做好雷电防护工作。

    1、塔上设备处于雷击防护区内,保护角度<30度。避雷针的引下线采用40*4热镀锌扁钢作为防雷引下线。

    2、线缆穿钢管或镀锌金属屏蔽软管进行保护,钢管或金属软管两端可靠接地,同时线缆的屏蔽层在两端与汇流排连接。

    3、联合接地的要求:接地阻值小于等于1欧。

    直击雷防护接地与雷电感应防护接地、工作接地、保护接地与联合地网的引接点距离应不小于10米

    雷电感应防护接地与工作接地、保护接地与联合地网的引接点距离应不小于5米。

    当地网的接地电阻值达不到要求时,应扩大地网的面积(宽度和深度)、换土法和采用降阻剂。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成,水平接地体周边为封闭式,可辐射式延伸接地体,延伸接地体的长度宜限制在10-30米以内。

    B、基站感应防雷部署

    (1)基站通讯信息防雷部署

    在防水控制箱到数字云台的视频线、电源线两端部署署二合一防雷器;在防水控制箱到数字云台控制线两端部署RS422防雷器;

    在微波天线进入设备房端部署POE防雷器。

    (2)基站电源防雷部署

    在采用市电供电的指挥中心中继塔部署三级防雷。

    a:电源一级防雷粗保护:在基站总电源入线处安装60KA电涌保护器。

    b:电源二级防雷细保护:在基站接入防雷插座之前并联接入40KA电涌保护器,吸收低能雷电流和浪涌过电压,以保护设备的安全。

    由于一级防雷器和二级防雷器之间的电缆长度不能达到10米,则需在一级和二级之间一个串联退耦器,以满足保护要求。

    c:电源三级防雷防过压精细保护:在进入设备箱之前安装避雷插座1个,吸收低能雷电流和浪涌过电压,作为防雷三级保护。

    八、设备设备清单及价格:

    编号设备名称单位数量单价

    (元)合计

    (元)备注

    1摄像机台n

    2无线网桥台n

    3视频编码器台

    4交换机台

    5网络硬盘录像机台

    6 POE电源个n

    7线缆、辅材等

    合计

    九、施工要求

    监控点工程

    本节主要叙述监控点的安装方式,墙面安装方式、室外立杆安装方式、沿墙安装方式以及涉及到的室内布线部分。

    防雷与接地

    该现场所处的地理位置在较空旷的平原上,监控系统前端摄像机属带电设备且常年运行,网络信号属弱电系统,为保障网络设备安全,在防雷与接地方面应重点考虑,在前端摄像机、编码器等室外设备上安装信号防雷器,避免雷击造成设备损坏,及造成厂区安全隐患。

    墙面安装    本节要说明的是,厂区绝大多数监控点都是安装在室内墙壁、室外墙角等处。在此部分涉及到的设备有摄像机、摄像机支架、编码器设备箱、云台解码器、电源箱等设备。箱体设备采用膨胀螺栓的固定方式。

    室外立杆安装

    室外立杆的监控点,涉及到的设备有摄像机、电源、避雷针等。每个监控杆安装之前都在监控点的位置制作长400mm*宽400mm*深1000mm混凝土基础,并在基础上做监控杆的预埋件长1100mm*宽250mm*厚5mm,待混凝土强度达到固定指标后,将监控杆固定在预埋件上。

    布线工程

    本节要说明的是,本次安装工程涉及到的电缆部分:视频线、电源线、控制线、信号线等敷设及保护方式。

    电源线

    依据规范规定,电源线与弱电线缆之间平行距离不得小于300mm,因此在本工程施工中,电源线与弱电线缆分开走线避免信号干扰。

    电源在沿墙、围栏、立杆部分采用FPC管保护地下直埋敷设;在墙面敷设部分采用PVC和钢管保护辅设。

    视频线

    视频线在沿墙、围栏、墙面、立杆等敷设方式均采用钢管保护辅设,在监控点少的部位与信号线、控制线共用。

    控制线

    控制线属于RS485协议电缆,其敷设过程全部采用钢管。与强电系统距离大于300mm。

    信号线

    报警信号线传输的内容属于开关量,不走任何信号传输协议,因此可以与强电共用一条管路,不存在干扰问题。在墙面、沿墙、直埋、架空等敷设方式采用FPC管、PVC管、钢管都选用。

    恢复工程

    恢复工程指的是在监控系统建设过程中,对于已经建设好的道路、绿地、人行道等部位因为要敷设管线造成的破坏,在施工完毕后必须恢复原状,对于施工过程中的建筑垃圾等要及时清理,保持施工现场整洁。

    防水工程

    本节涉及到室外监控设备摄像机、电源、室外报警器、编码器等,本系统能够稳定运行除设备稳定可靠外,设备的运行环境必须严格要求,因此对于所有放在室外的设备,箱体

    防水处理

    防水处理部位:前端摄像机视频线、电源线、信号线的入线孔;室外箱体四周缝隙、出入线孔、膨胀螺栓孔洞、钥匙孔;入户光缆孔洞、入户电缆孔洞等其他孔洞

    十、技术服务体系

    通过完善的技术支持专家培养体系以及严格的任职资格管理制度,深圳腾远智拓电子有限公司培养了一大批设备维护专家和技术管理人才。目前,已经建立起规模庞大的服务体系,在中国设有4个技术支撑及工程维护中心,积极为客户提供技术支持。

    同时,每个工程维护中心都设立有备品备件库,可以随时应用户的要求或设备维护的实际需要,提供备品备件更换以及销售服务,保障了及时、完备的技术支持服务。

    l备件供应期和供应网络

    在全球所有工程维护中心都设有备品备件仓库,在公司总部设有中央备品备件库,及时响应用户的备品备件服务请求。可提供包括硬件维修、硬件更换、备件销售、软硬件升级等全面的备品备件支持服务。

    l维修服务

    (1)保修期限

    设备质量保修期限为设备初验通过之日起12个月;

    (2)服务范围

    n故障电路及其它损坏设备的修理;

    n备品备件的购买;

无线监控设备连接系统

 


 


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