【安防知識網(wǎng)】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(jī)盎然，充滿活力。

　　然而，地球的水資源正面臨前所未有的危機(jī)。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(dǎo)致水體嚴(yán)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(zāi)難。

　　我國政府已經(jīng)意識到環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的重要性，在《“十一五”環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)思路》中明確制訂了環(huán)境保護(hù)生態(tài)建設(shè)的基本目標(biāo)，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(hù)重點(diǎn)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(zhì)量得到改善。80%以上的重點(diǎn)城市集中式飲用水源地水質(zhì)基本達(dá)標(biāo)，70%的重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，全國地表水國控?cái)嗝婧糜冖躅愃|(zhì)的達(dá)到75%;生活污染治理設(shè)施的建成率和運(yùn)轉(zhuǎn)率顯著提高，其中城市污水集中處理率應(yīng)達(dá)到40%，垃圾無害化處理率應(yīng)達(dá)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(hù)。

　　為了保證上述目標(biāo)的達(dá)成，除了有效的法律和行政干預(yù)，還必須有可靠的技術(shù)手段作為保障。實(shí)時對重點(diǎn)水域和排污點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控能夠?yàn)榉珊托姓幜P提供有效證據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對水質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測。

　　水環(huán)境監(jiān)控的技術(shù)要求

　　水環(huán)境的監(jiān)控包括兩個方面的內(nèi)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(shí)時可視圖像。生化數(shù)據(jù)可通過專業(yè)傳感器進(jìn)行收集，而視頻圖像可通過攝像機(jī)與視頻服務(wù)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(jié)果以及現(xiàn)場圖像實(shí)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(chǔ)設(shè)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(wù)而敷設(shè)專線，無疑將耗費(fèi)大量的人力和物力，其建設(shè)費(fèi)用和后期維護(hù)費(fèi)用無論對電信企業(yè)還是環(huán)保部門，都將是巨大的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)。但若無法實(shí)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(jìn)行事后分析，往往錯過取證的最佳時機(jī)，而沒有充分的證據(jù)就意味著行政和法律干預(yù)難以湊效。所以，解決現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像的實(shí)時傳輸問題是水環(huán)境監(jiān)控面臨的一個重要技術(shù)問題。[nextpage]

　　無線傳輸技術(shù)用于水環(huán)境實(shí)時監(jiān)控

　　近年來，無線傳輸技術(shù)的發(fā)展為水環(huán)境實(shí)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(yùn)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(diào)制的傳輸方式。這三種方式各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，很難僅用一種方式，完全應(yīng)對所有的水環(huán)境監(jiān)控應(yīng)用。表1列出了三種無線傳輸方式的一些基本特點(diǎn)，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。

表1  幾種無線傳輸方式的比較

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　　CDMA 1X和EDGE傳輸方式因?yàn)橐苿舆\(yùn)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(shè)自己的中繼設(shè)備，就可遠(yuǎn)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(shí)際可用帶寬一般都無法達(dá)到100kbps，因此，除保障正常數(shù)據(jù)傳輸外，實(shí)時視頻則完全受限于帶寬，無法獲得高質(zhì)量和連續(xù)的圖像。況且，CDMA 1X和EDGE是運(yùn)營商按流量收費(fèi)的業(yè)務(wù)，從成本上核算，客戶根本不可能實(shí)現(xiàn)24小時實(shí)時監(jiān)控，只能以定點(diǎn)、定時方式對現(xiàn)場狀況進(jìn)行點(diǎn)播式的采集，往往會錯過非法排污的取證時機(jī)。

　　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(shí)現(xiàn)大區(qū)覆蓋，使得現(xiàn)場設(shè)備遠(yuǎn)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(zhì)量的現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控圖像。但是，它使用的頻點(diǎn)和信道要向無線電管理機(jī)構(gòu)申請，不僅需要申請費(fèi)，而且每年還必須為每個頻點(diǎn)繳納頻占費(fèi)，對監(jiān)測點(diǎn)較多的應(yīng)用，將是一筆不菲的財(cái)務(wù)支出。況且，COFDM設(shè)備較貴，雖是一次性支出，對客戶而言，必須有充足的預(yù)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(jì)的接入方式。它的理論帶寬高達(dá)54Mbps，實(shí)際帶寬根據(jù)傳輸距離最少也可達(dá)8Mbps，完全滿足數(shù)據(jù)傳輸和高質(zhì)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(fèi)，設(shè)備的采購價格也適中，建設(shè)費(fèi)用不高，因此，對客戶的財(cái)務(wù)成本不會造成過大負(fù)擔(dān)。但是，它的缺點(diǎn)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(yuǎn)，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?cái)?shù)據(jù)和圖像傳達(dá)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(dāng)然，也有簡單的解決辦法，就是將現(xiàn)場監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和圖像通過無線網(wǎng)橋傳達(dá)最近的水文站或某個固網(wǎng)可達(dá)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(shí)時傳輸，因此必須有豐富的接口與現(xiàn)場各種采集設(shè)備適配。由于視頻服務(wù)器本身就是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它的輸出是基于IP的網(wǎng)絡(luò)視頻流，所以，它與無線傳輸設(shè)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(shè)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(shè)備必須同樣具有串行通信接口，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透傳。此外，現(xiàn)場告警處理(例如，排放超標(biāo)告警等)作為監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要功能，不能被忽視。基本而言，告警事件屬于開關(guān)量，一般由傳感器的繼電器觸發(fā)告警，所以，前端監(jiān)控設(shè)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(zhì)量的現(xiàn)場圖像，既能實(shí)時觀察現(xiàn)場的顯性變化，如，湖泊中的藍(lán)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(yù)過程中作為呈堂證供，所以，圖像質(zhì)量是關(guān)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(biāo)準(zhǔn)因其更適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，尤其是相關(guān)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(zhì)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(fèi)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(nèi)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(dá)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(fù)用能力;

　　·6Mbps以上的傳輸帶寬;

　　·PTE或POE線上遠(yuǎn)程供電。

　　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(wù)器，即，視頻服務(wù)器與WLAN無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)了一體化整合，它的以太網(wǎng)口用于掛接網(wǎng)絡(luò)化的水體生化數(shù)據(jù)采集設(shè)備或其他復(fù)用信道的視頻服務(wù)器，RS-232或RS-485串行接口用于傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)采集設(shè)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(dú)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。[nextpage]

　　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(fù)雜性和建設(shè)成本，而且，系統(tǒng)將變得很難管理和維護(hù)。此外，由于中繼過多導(dǎo)致信道規(guī)劃繁復(fù)，實(shí)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(luò)沒有太大影響，但對于大型系統(tǒng)則非常嚴(yán)重。為了克服WLAN模式的這些缺點(diǎn)，必須合理利用固網(wǎng)的干線傳輸特點(diǎn)，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(diǎn)將無線監(jiān)控前端接入環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的方案。圖中，原理性地用單級中繼方式表達(dá)了無線接入過程，在實(shí)際應(yīng)用中，這一中繼模式有可能是多級結(jié)構(gòu)，取決于距離和傳輸受阻程度。

圖1  基于WLAN的水環(huán)境無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方案

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　　結(jié)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(wù)，視頻監(jiān)控是輔助業(yè)務(wù)。但由于無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的引入，為數(shù)據(jù)實(shí)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(wù)的主體，又是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的載體，因此，必須合理布局和構(gòu)建無線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以確保整套系統(tǒng)的廣覆蓋、易接入、易維護(hù)和易管理。