黄河水利委员会无线网桥监控系统案例

黄河水利委员会无线网桥监控系统案例

胡敏

编者按：传统有线网络不仅铺设费用高，施工周期长，变更余地小，而且年租金、初装费等一般在万元以上，维护成本高。与之相比，无线网络不仅布线简单，而且是一次性投资，节省了维护成本。无线网络不仅可以作为有线网络的补充及延伸，而且在某些特殊环境下，无线网络甚至是惟一可行的数据传输方式。黄河水利委员会的无线网桥管理监控系统应用就是其中之一。

黄河水利委员会是水利部在黄河流域和新疆、青海、甘肃、内蒙古内陆河区域内的派出机构，代表水利部行使所在流域内的水行政主管职责，其主要职责是负责黄河水利的治理与利用。

地域复杂 无线显威

黄河流域涉及地域非常辽阔，流经青海、甘肃、宁夏、陕西、内蒙古、山西、河南、山东等8省/自治区，最后汇入黄海，绵延5600多千公里；而且与传统的石坝不同，黄河流域周围多沙坝，抵抗力弱，加之地处偏僻，因而管理、治理黄河具有相当大的难度。仅水文信息的采集就极其困难。长期以来，水文工作者都是冒着生命危险拼搏在狂风浪尖上，靠手测、目测收集水文信息。

尽管黄河水利委员会在其下各个区域都设立了分支机构，仍然存在着数据汇聚不及时的问题，因而无法完成真正意义的实时、统一管理。

在这样庞大的流域中进行水文信息的采集和监控必须借助现代科技手段，因此黄河水利委员会计划在黄河下游县局以下主要地区建实时水文数据检测系统，采用全数字摄影测量、遥测、遥感、地理信息系统、全球定位系统等信息技术快速采集数据、图像、声音、视频等水文信息。

选择合适的数据通讯方式成为最先需要解决的问题。过去，黄河流域曾经用过有线通讯，但在遇到刮风、暴雨、决口等灾害时，线路一断，水文信息就无法及时传递上去，因此有线传输的抗灾性比较差，难以适应数字防汛、现代水利调度管理的高可靠性要求，加之黄河流域地形复杂、偏僻，因此铺设光纤的难度非常大，成本也比较高。

相比之下，无线通信布线简单、方便，抗灾性比较好，成本也比较低。经过多方考察，黄河水利委员会最终决定以黄河下游沿河SDH微波干线为依托，采用宽带无线接入为手段，建设宽带无线监控系统，以解决县局以下防汛基层单位高速数据和图像传输问题。此宽带无线监控系统将以刘庄、彭楼、范县、东明、利津、滨洲为中心站，以黄河水量调度管理系统第一期工程中的13座涵闸和2个水文站为接入点，每个接入点到中心站的无线带宽不低于2M，实现原阳县、范县、东明县和利津县河务局的数据信息高速上网，并在关键闸口如南小堤闸和闫潭闸各安装3台摄像机，分别摄取闸前、闸后和闸室的图像，以满足黄河水调系统对图像监视的要求。最后，中心站的数据再通过微波传送到黄河水利委员会，以便集中管理监控。基于实际情况，黄河水利委员会率先在利津、东明、滨洲等地建设了3个试验区，以供考察。

算一笔“经济帐”

实际上，除了特殊的地域环境要求必须用无线组网，低成本也是其倍受青睐的一个重要原因。举例来说，利津试验区位于河口区局下属的利津县，位于济东微波干线上，以利津县局为中心站，下设利津水文站和胜利闸两个接入点。如果在利津一个县区铺设40公里长的光纤，就需要投入一百多万元，而采用无线方式，20多万元就解决问题了，节省投资近3/4，因此采用无线方案比较简单、经济。

根据利津县的具体需求，如传输距离远、可以在建筑物之间或建筑物内施工困难的环境下使用、支持移动漫游等，利津实验区采用了以色列Alvarion（奥维通）公司专为室外无线网络设计的5.8GHz无线网桥BreezeNET DS.5800系列11Mbps无线局域网产品，实现高速数据、图像传输。谈及为何采用5.8 Ghz无线产品组网，黄河水利委员会有关人员介绍说，5.8 Ghz无线产品是国家刚刚开放的无线频段，干扰性比2.4 Ghz无线产品少，数据传输更安全、更可靠。

目前，利津县局安装了一只DS.5800D通过一个两路功分器连接两面28dBi定向天线，分别对应利津水文站和胜利闸的RB-DS5800室外单元的集成21dBi平板天线。DS-5800产品无线速率高达11Mbps，有效带宽最高在5Mbps左右，可以保证每个接入点2Mbps带宽的要求（如图1所示）。

　　图1 利津宽带无线接入网络示意图

为满足紧急情况下灾情现场实时数据和图像传输的要求，在中心站利津县局还要安装一只BU-DS.5800D，它接一只9dBi全向天线并对应覆盖其周围360度内范围的移动外围站。在每个移动外围站的车上安装一只RB-DS.5800D无线设备，通过双绞线将其以太网口通过8口交换机与车上的计算机和摄像机相连，无线设备的射频接口连接车顶的定向天线。在出现险情时，这有效保证了能将定向天线升高对准中心站的全向天线，实现现场信息的实时传输。

如今，利津的水文工作者足不出户，只用轻点鼠标，当前的黄河水量、水库运行、雨情等水文信息，就自动反馈回来。除了了解信息，调度系统还能实现远程监控。操作人员进入胜利引水闸界面，马上就可以看到当地实况引水信息，只要轻点几下鼠标，这个远在千里之外的闸门就会按命令自动启闭。

试验区宽带无线接入系统的建设和应用，满足了县局以下防汛基层单位对高速数据、视频监控、办公自动化等多业务信息的通信需要，使防汛部门得到实时的河势、工情、险情、灾情的文字、图像、图表等信息，为今后黄河下游县局以下河务局开展宽带业务打下基础。网络运行至今，从没发生过数据丢失、传输失败的情况。

精打细算话“损耗”

提起无线方案，大家最关心的可能是无线网络的传输质量，即信号传输的强弱、传输距离长短、接收灵敏度等问题。实际上，这与接收端的信号接收强度（Si）有关。而接收端的信号接收强度（见图2）由设备的输出功率（Pout，按最大输出功率计算）、发射端天线的增益（Gt）、接收端天线的增益（Gr），发射端的馈线损耗（Ct），接收端的馈线损耗（Cr），空间的信号衰减（PL）等决定。我们可以根据理论公式（Si=Pout-Ct+Gt-PL+Gr-Cr）计算出在自由空间中不同的天线配置下所能够传输的距离，从而选择最合适的无线设备。

　　图2 无线信号传输过程

经过一年的运行， 5.8GHz宽带无线接入系统具有明显的抗干扰强、故障率低、接收灵敏度高等特点，为“数字黄河”工程建设的信息采集点提供接入带宽高、业务功能全、使用灵活、稳定可靠的接入手段。

据介绍，“数字黄河”第一期工程目前正在紧张建设。在“数字黄河” 工程建设中，黄河水利委员会将大规模使用无线传输，并有可能建成我国规模最大的无线宽带应用系统。

本文原载于中国计算机用户