水是生命之源，水是地球上一切生物賴以生長和繁衍的保障。如果沒有水，地球就不會像今天這樣生機盎然，充滿活力。

    然而，地球的水資源正面臨前所未有的危機。自工業(yè)革命以來，人類的生產(chǎn)和生活方式發(fā)生了巨變，原本天地人和諧共處的平衡被打破，人類在大自然面前不再謙卑，而是以近乎掠奪的方式開始向大自然索取。森林遭砍伐，山體被破壞，草原被蠶食，人口在瘋長，同時，工業(yè)廢水和城市生活污水不經(jīng)處理地傾倒入江河湖海，濫施化肥導致水體嚴重富營養(yǎng)化，原本就稀缺的淡水資源無法涵養(yǎng)生息。毫不夸張地說，如不及早解決水的問題，人類將面臨可怕的生態(tài)災難。

    我國政府已經(jīng)意識到環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的重要性，在《“十一五”環(huán)境保護和生態(tài)建設思路》中明確制訂了環(huán)境保護生態(tài)建設的基本目標，即，主要工業(yè)污染物排放總量基本維持在“十五”末期水平，“增產(chǎn)少增污”；生活污染物排放總量有所減少，47個環(huán)境保護重點城市和“三河三湖”（淮河、海河、遼河、太湖、巢湖、滇池）地區(qū)環(huán)境質量得到改善。80%以上的重點城市集中式飲用水源地水質基本達標，70%的重點城市空氣質量達到環(huán)境標準，全國地表水國控斷面好于Ⅴ類水質的達到75%；生活污染治理設施的建成率和運轉率顯著提高，其中城市污水集中處理率應達到40%，垃圾無害化處理率應達到60%?！叭尤钡貐^(qū)農(nóng)業(yè)面源污染加重的趨勢有所減緩，農(nóng)村地區(qū)的飲用水源得到有效保護。

    為了保證上述目標的達成，除了有效的法律和行政干預，還必須有可靠的技術手段作為保障。實時對重點水域和排污點的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控能夠為法律和行政處罰提供有效證據(jù)，并實現(xiàn)對水質的動態(tài)監(jiān)測。

水環(huán)境監(jiān)控的技術要求
    水環(huán)境的監(jiān)控包括兩個方面的內容：第一，水體生化數(shù)據(jù)的采集、分析和傳輸；第二，水域及排污口的實時可視圖像。生化數(shù)據(jù)可通過專業(yè)傳感器進行收集，而視頻圖像可通過攝像機與視頻服務器獲取，兩者都有成熟的產(chǎn)品。真正困難的是，如何把采集到的樣本數(shù)據(jù)或分析結果以及現(xiàn)場圖像實時地傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)測中心。眾所周知，沿江河以及環(huán)湖泊地區(qū)大多不是電信基礎設施的有效覆蓋區(qū)，因此，難以獲得可靠的傳輸干線，如果專為某些特殊業(yè)務而敷設專線，無疑將耗費大量的人力和物力，其建設費用和后期維護費用無論對電信企業(yè)還是環(huán)保部門，都將是巨大的財務負擔。但若無法實時地獲取現(xiàn)場資料，僅靠人力定時赴現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)進行事后分析，往往錯過取證的最佳時機，而沒有充分的證據(jù)就意味著行政和法律干預難以湊效。所以，解決現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像的實時傳輸問題是水環(huán)境監(jiān)控面臨的一個重要技術問題。[nextpage]

無線傳輸技術用于水環(huán)境實時監(jiān)控
    近年來，無線傳輸技術的發(fā)展為水環(huán)境實時監(jiān)控提供了可能。目前主流的無線傳輸方式包括：一，移動運營商提供的CDMA和EDGE傳輸方式；二，IEEE-802.11無線局域網(wǎng)傳輸方式；三，COFDM調制的傳輸方式。這三種方式各有自己的優(yōu)缺點，很難僅用一種方式，完全應對所有的水環(huán)境監(jiān)控應用。表1列出了三種無線傳輸方式的一些基本特點，可供參考和比較。根據(jù)表1的對比，我們可以作出以下的基本分析。

    CDMA 1X和EDGE傳輸方式因為移動運營商的基站分布廣泛，接入系統(tǒng)最為方便，客戶不需要建設自己的中繼設備，就可遠距離獲取現(xiàn)場的視頻圖像和監(jiān)測數(shù)據(jù)。但是，其理論帶寬原本就低，而實際可用帶寬一般都無法達到100kbps，因此，除保障正常數(shù)據(jù)傳輸外，實時視頻則完全受限于帶寬，無法獲得高質量和連續(xù)的圖像。況且，CDMA 1X和EDGE是運營商按流量收費的業(yè)務，從成本上核算，客戶根本不可能實現(xiàn)24小時實時監(jiān)控，只能以定點、定時方式對現(xiàn)場狀況進行點播式的采集，往往會錯過非法排污的取證時機。

    COFDM傳輸方式因其良好的繞射能力，只需少量的中繼站，就可實現(xiàn)大區(qū)覆蓋，使得現(xiàn)場設備遠距離接入監(jiān)測中心非常方便。又因其足夠高的帶寬，完全能夠保證既提供數(shù)據(jù)傳輸，又提供高質量的現(xiàn)場實時監(jiān)控圖像。但是，它使用的頻點和信道要向無線電管理機構申請，不僅需要申請費，而且每年還必須為每個頻點繳納頻占費，對監(jiān)測點較多的應用，將是一筆不菲的財務支出。況且，COFDM設備較貴，雖是一次性支出，對客戶而言，必須有充足的預算才行。

    IEEE-802.11 a/g無線局域網(wǎng)WLAN接入方式，是一種最經(jīng)濟的接入方式。它的理論帶寬高達54Mbps，實際帶寬根據(jù)傳輸距離最少也可達8Mbps，完全滿足數(shù)據(jù)傳輸和高質量視頻傳輸?shù)男枰?。而且其使用的信道是免申請的公共信道，沒有后續(xù)的使用費，設備的采購價格也適中，建設費用不高，因此，對客戶的財務成本不會造成過大負擔。但是，它的缺點也是顯而易見的。由于它不支持NLOS傳輸，信號繞射能力差，雖然直線傳輸距離很遠，但在有遮擋的情況下，只能通過逐級中繼和橋接，才能把現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖像傳達監(jiān)測中心，其次，它對移動通信的支持能力弱，只能保證監(jiān)測車輛的流動接入而不是移動接入。當然，也有簡單的解決辦法，就是將現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖像通過無線網(wǎng)橋傳達最近的水文站或某個固網(wǎng)可達的建筑，然后經(jīng)有線寬帶網(wǎng)接入監(jiān)測中心。 [nextpage]

選用無線傳輸方式需知
    無論采用何種無線方案，都必須有能力同時處理監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻圖像的實時傳輸，因此必須有豐富的接口與現(xiàn)場各種采集設備適配。由于視頻服務器本身就是網(wǎng)絡設備，它的輸出是基于IP的網(wǎng)絡視頻流，所以，它與無線傳輸設備通過以太網(wǎng)口相連。另一方面，出于傳統(tǒng)，水體生化數(shù)據(jù)采集和分析設備，往往通過RS-232串行口提供數(shù)據(jù)，因此，對接的無線傳輸設備必須同樣具有串行通信接口，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)透傳。此外，現(xiàn)場告警處理（例如，排放超標告警等）作為監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要功能，不能被忽視?；径裕婢录儆陂_關量，一般由傳感器的繼電器觸發(fā)告警，所以，前端監(jiān)控設備還必須包括告警處理模塊以及與告警信號輸入輸出接口。

    現(xiàn)場視頻監(jiān)控是水環(huán)境監(jiān)測中的一個重要手段，由于它能提供高質量的現(xiàn)場圖像，既能實時觀察現(xiàn)場的顯性變化，如，湖泊中的藍藻爆發(fā)成因和發(fā)展過程，又能在特定事件的行政和司法干預過程中作為呈堂證供，所以，圖像質量是關鍵。目前的主流視頻編碼方式為MPEG-4和H.264，圖像分辨率為Full-D1（720×576像素），備選分辨率為VGA（640×480像素）和CIF（352×288像素）。H.264標準因其更適合網(wǎng)絡傳輸，尤其是相關DSP芯片組價格越來越低，已經(jīng)變得越來越普及。就保證高品質圖像傳輸而言，CDMA和EDGE因其帶寬受限，都不是最佳選擇。

基于無線局域網(wǎng)WLAN的水環(huán)境視頻監(jiān)控方案
    考慮到無線局域網(wǎng)WLAN的效費比最高，所以，在水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中使用基于WLAN的無線鏈路完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和圖像傳輸，是一個不錯的選擇。尤其是，無線局域網(wǎng)與監(jiān)測中心的內部以太網(wǎng)是完全無縫對接，可以保證前端數(shù)據(jù)和圖像直達中心監(jiān)控平臺。

根據(jù)水環(huán)境監(jiān)測需求，基于WLAN的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)必須具備以下能力：
·串行數(shù)據(jù)的透傳能力；
·告警信號的輸入輸出和處理能力；
·MPEG-4/H.264圖像編碼能力；
·D1（720×576像素）圖像的處理能力；
·單鏈路的多路信號復用能力；
·6Mbps以上的傳輸帶寬；
·PTE或POE線上遠程供電。[nextpage]

    基于WLAN的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端為帶橋接功能的無線視頻服務器，即，視頻服務器與WLAN無線傳輸模塊實現(xiàn)了一體化整合，它的以太網(wǎng)口用于掛接網(wǎng)絡化的水體生化數(shù)據(jù)采集設備或其他復用信道的視頻服務器，RS-232或RS-485串行接口用于傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)據(jù)透傳。

    監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)監(jiān)測和記錄平臺與視頻監(jiān)控平臺一般是兩套獨立的平臺系統(tǒng)，雖然可以共享無線鏈路，但后臺處理是完全分離的。

    由于無線局域網(wǎng)WLAN的射頻繞射能力差，不支持NLOS傳輸，因此，監(jiān)控前端只能通過逐級中繼接入監(jiān)測中心，這種模式將增加系統(tǒng)的復雜性和建設成本，而且，系統(tǒng)將變得很難管理和維護。此外，由于中繼過多導致信道規(guī)劃繁復，實際上將減少系統(tǒng)可用頻率，降低系統(tǒng)效率。這些問題對一個小型監(jiān)測網(wǎng)絡沒有太大影響，但對于大型系統(tǒng)則非常嚴重。為了克服WLAN模式的這些缺點，必須合理利用固網(wǎng)的干線傳輸特點，才能最大發(fā)揮兩者優(yōu)勢。圖1所示為通過固網(wǎng)節(jié)點將無線監(jiān)控前端接入環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡的方案。圖中，原理性地用單級中繼方式表達了無線接入過程，在實際應用中，這一中繼模式有可能是多級結構，取決于距離和傳輸受阻程度。

結語
    總體而言，在水環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，水體數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測、分析和記錄是主要業(yè)務，視頻監(jiān)控是輔助業(yè)務。但由于無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的引入，為數(shù)據(jù)實時監(jiān)測提供了傳輸通道，所以，在傳輸層面上，兩者是混合的。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中，既是圖像業(yè)務的主體，又是數(shù)據(jù)業(yè)務的載體，因此，必須合理布局和構建無線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡，以確保整套系統(tǒng)的廣覆蓋、易接入、易維護和易管理。