基于无线WIFI传输的铁塔防外破系统设计方案发表时间：2020-11-19 14:17 基于无线WIFI传输的 电力铁塔防外破系统
设 计 方 案
二零一七年
目录 一. 需求分析近几年来，随着电网结构的发展和完善，电力线路的建设得到了长足的发展。但是，由于电力线路所处地理位置和环境条件的特殊性，杆塔点多，面广，线长，终年暴露在野外，除了要遭受恶劣自然天气的侵袭外，人为因素，外力破坏、杆塔倾斜、防盗引起的线路跳闸，线路被迫停电事故的概率呈上升趋势，不能不引起我们的极大重视。 探讨研究防止电力线路免遭外力破坏、杆塔倾斜、防盗的对策方案，遏止人为因素导致的事故，确保电网的安全运行，成为线路管理和维护单位急需解决的问题。 我司研发的电力铁塔防外力破坏系统，通过全天候对视频监控系统实时分析的方式，在线预警线路走廊附近施工状况，对大型施工机械违章超高作业行为实时抓拍照片，即时自动播报语音提示信息，以短信的方式将告警信息发送至线路维护单位相关负责人和领导手机上，同时也可在监控中心借助实时语音喊话喇叭，及时制止危险作业。 该系统的主要特点是采用自组网的方式，通过WIFI+网桥组成一个庞大的免费无线网络，把前端高清视频图像和外力破坏等信息实时、高速、有效的传输到监控中心，以便使施工现场和铁塔得到有效的监管，骨干链路采用5.8G网桥作为传输中继，两个中继之间的无障碍传输距离能够达到30KM，外力破坏点的数据则通过WIFI、2.4G或MESH网络汇入骨干网，传输半径可达到5-8KM。 二. 系统优势1、实用性：根据用户具体情况特点布置监控点，并全盘考虑整个用户的联网传送和控制视频音频信号，能完全满足客户的监控要求。 2、先进性：安装高清晰度一体化摄象机，自动光圈、自动聚焦，云台动作远程可控，保证灵敏、清晰、高精度的视音频信号采集。 3、可靠性：系统各部分的硬件均采用可靠性高的部件，具有较强的抗干扰能力，在系统结构上采取星形结构，可防止在某一采集端或通讯线路故障时影响整个系统运行。系统具备自诊断和自恢复功能，通过安全管理机制和日志管理功能防止外力入侵。 4、灵活性：系统规模能够伸缩，可以用于大型的网路系统，也可以使用于仅有一个采集端的系统。能够适应不同的通讯网络。 5、扩展性：系统具有较好的开放性，方便系统功能的完善和扩展，可以与其他各种自动化系统方便接口，视频音频数据流及文件满足标准的格式，标准的播放器能播放。对于云台、矩阵、多画面分割器的控制命令以及系统的配置命令按照一个统一的方式进行，能够实现和其他系统的互连互通。 6、经济性：采用WIFI+网桥的自组网方式，一次投资就可使整个系统投入运行，后续无需任何通信费用。 三. 产品特点
四. 无线组网方案基于无线WIFI传输的电力铁塔防外破系统的传输通道是保证前端数据高速、稳定传输至监控平台的基础保证，由5.8G无线网络骨干链路和2.4G杆塔热点覆盖所组成的MESH网络，不但具有自组网和自愈合特点，还可根据需求进行无限拓展，从点到面，组成一个庞大的网络。
4.1 5.8G无线网络骨干链路
无线技术：专有协议，2x2 MIMO 无线频段：5.15－5.915 GHz 工作模式：点对点 最高发射功率： 28（+/-2）dBm 增益（垂直/水平）：23/23 dBi 安全和认证: WEP/AES/TKIP加密，支持***别的认证和加密 数据接口： 10/100/1000 Base-T 传输距离：无障碍传输20-30KM
4.2 2.4G杆塔热点覆盖
五. 设备组成基于无线WIFI传输的电力铁塔防外破系统主要包含以下几个部分：中继覆盖基站、杆塔热点传输设备、视频在线监测装置、供电系统、接入端管理平台。
1、中继覆盖基站无线基站位于输电塔上，通过网口接收监控摄像头的数据和其他控制设备的数据，以无线跳接的方式将数据转发到归属的网络控制器；接收归属网络控制器的数据，通过网口转发到摄像头和其他控制设备。由于使用的是5.8G频段，无线基站之间要求可视，并根据无线规划的结果在指定输电塔安装。无线基站可以根据需要配置一个，两个或者四个无线模块，使用2－4个天线。无线基站使用高带宽、高密集的兼具传输覆盖功能的无线网状网（MESH）设备。在一个网络内，实现无需用户干预的自建路由、自组网、自愈合功能。配合多样化的天线可以实现强壮稳定的无线传输和覆盖，完全满足高灵活性的大范围、高带宽无缝应用。 1.1 主要特征 ① 高性能-低成本的无线延伸设备：产品允许自动信道分配、自动功率控制和数据速率选择，**化了频谱效率。 ② 为视频、语音和数据业务优化的吞吐量：支持广泛的视频、语音和数据业务，交付高性能和高移动特性，是世界各地的电信运营向和企业用户的理想选择。 ③ 多跳后的低时延和高吞吐量：当笔记本电脑等无线终端无法同室外无线Mesh网络通信时， A1N5200提升了数倍的功率、穿透性和性能，实现更佳的用户体验。通过改善信号强度， 得以更快地与室外无线Mesh网络建立连接，选择**的信道，使用户接入更加稳定。 无线 Mesh网状网络是自组网系统，提供了自动组网、自动配置、自动修复和自动性能调整功能；提供了网络伸缩性、内建的故障排除工具和远程升级功能。 ④ 即插即用/无缝的互操作性：即插即用特性、自动发现和自动配置功能，提供无缝的互操作性，使之与室内无线系统IWS、室外无线系统OWS和热点无线系统HSX设备。 ⑤ 管理简易：系统支持CLI 、 HTTP 和 SNMP ，允许统一管理和远程管理能力。设备支持远程固件升级并且包括了监控和排障等工具，使其可以统一集中的管理。提供事件日志和统计功能、Lay2 NAT和Lay3 NAT监控、客户端监控、非设备监控和信号强度历史纪录等功能。 ⑥ 安全性和QOS服务质量：支持QoS服务质量，支持***别的认证和加密，并且提供VLAN、VPN、PPPOE、数据速率限定和漫游参数调节等功能。 1.2主要技术参数：
2、AP热点设备AP杆塔热点设备主要用于前端视频在线监测装置通过WIFI将视频、外力破坏等数据传输到中继基站，最终接入监控中心。 2.1 主要特征 ① 高带宽 – 低成本的有线网络替代方案：使用2x2天线和MIMO技术，无线Mesh系统提供更高的吞吐量，是有线网络的有效的替代手段或者作为有线网络的延伸。对于不同行业用户的多种应用，无线Mesh解决方案可以极大地降低部署成本(CapEx)和运营成本(OpEx)，这对于日益增多的网络互联需求是非常关键的。 ② 更高容量和性能：支持2x2 MIMO技术。系统支持2.4GHz、4.9GHz和5GHz等多个频段，专门为了多种应用的实时支持而设计的，包括无线VLAN网络、实时语音业务、高分辨率视频应用和服务等。 ③ **的系统架构：相比其他无线解决方案，系统架构提供了****的优势，是真正的多射频Layer2交换算法。无线Mesh网状网骨干可提供近似全双工的高性能，并且通过多个专用模块提供无线终端用户的实时接入。相比于单模块、双模块Mesh网状网架构，无线网络将每跳的吞吐量提升了50%以上，为多跳的无线传输提供了稳定的可持续的高带宽。 ④ 简单的大规模部署和网络管理：系统支持自动组网功能、自动配置功能、自愈功能，自动的组成高冗余性的无线Mesh网状网，帮助降低部署成本和运营维护成本。专利的多模多射频无线Mesh技术和Layer2 Mesh算法，使无线Mesh网状网的部署具备无受限制的可扩展性，对于成百上千的Mesh节点的大规模部署更加轻松简单。统一网管和监控功能进一步简化了系统的管理工作。 ⑤ 冗余性和可靠性：依据智能的分析系统，确保网络通信性能最总是在**水平。系统同时具备“调整”和“修复”功能，以便动态的、自动的优化无线网络通信，基本上消除了单点故障的影响。每台基站都具备分布式智能，可感知邻站，当任意一台临近基站出现故障或者过载等问题，受到影响的基站设备将自动的重定向无线网络链路，满足了用户对于冗余性和稳定性的要求。 ⑥ 高速移动特性：解决方案支持车辆高速移动和快速漫游切换，可高达160公里的移动速度。多模Mesh算法、Layer2 Mesh算法和可调的高速移动参数使高速漫游切换和会话持续成为可能。同时，无线网络提供专用车载移动设备和优化的私有算法，进一步提升了漫游速度。 ⑦ 安全和优化：提供业界最高等级的安全认证和加密功能，包括128位AES加密，以及无线Mesh网状网内部的二层流量隔离。系统提供增强优化参数，包括QoS服务质量、组播效率提升、弱信号终端处理、移动漫游、节电、天线调试工具以及吞吐量测试等工具。 ⑧ 应用和业务：固定和移动的视频监控、应急救援、VoIP语音通信、 SCADA工业采集、自动读表、智能电网、智能交通、WiFi热点、农村覆盖等领域。 2.2 主要技术参数
3、视频在线监测装置
3.1 远程视频监测主机单元
（1） 嵌入式设计，内置视频压缩编解码单元体积小，功耗低，高可靠。 （2） 1-4路视频输入，内置双模式视频压缩编码器，压缩模式可在线选择，最高分辨率1080x720(PAL)。 （3） 内置EMSH网络通讯控制协议及TCP/IP协议。 （4） 压缩编码器-1：高质量CAMEC-I/II活动视频压缩编码，160x120-1080x720多种格式。 （5） 压缩编码器-2：JPEG静止图像压缩编码，160x120-1080x720多种格式。 （6） 传输速度：平均15～20帧/秒(彩色CIF，EVDO)。 （7） 可控制云台镜头。 （8） 一路数字量输入/输出，支持外部开关量触发，支持报警前后现场录像。 （9） 接收软件支持网络客户端共享浏览。 （10） 待机功耗约0.5W,运行功耗6W （11） 工作温度 -40°～60° （12） 环境湿度 0～95%（无冷凝） 3.2 智能云台摄像机单元
智能视频采集单元示意图 采用索尼一体机芯，高亮红外灯设计，实现真正的无暗角。本款产品使用多种安装结构方式，安装方便，故障率小。在显示方面，采用了最新技术，显示效果更为细腻。独有的防高磁辐射隔离电路、防低寒自动加热模块，内置高灵敏温度传感器，球机可根据自身温度自动控制内部加热器的开启与关闭。同时，集成了业内全功能高速球机的功能，如英文菜单、菜单锁定、等功能，更为智能化。 （1） 图像传感器1/4” SONY Super HAD CCD （2） 有效像素PAL：500(H)x582(V) NTSC：510(H)x492(V) （3） 信号系统P制/N制 （4） 水平清晰度彩色480线/黑白520线，36倍光学变焦，可拉伸400m （5） 内置镜头6mm （6） 信噪比大于48dB（AGC OFF） （7） Y特性0.45 （8） 快门速度1/50秒至1/100,000秒 （9） 视频输出1.0Vp~p75Ω(BNC) （10） 电源功耗DC12V，120mA （11） 外壳铝合金（黑色或银白色） （12） 操作温度 -40°～60° （13） 环境温度 0～95%（无冷凝） （14） 防护等级 IP66、全天侯防护罩，TV1500W防雷、防突波和防浪涌保护 3.3 智能外力探测单元
智能外力探测单元示意图 采用的三鉴红外是一种综合当今安防领域最新科技的高性能双窗口探测器，由主从双组高精被动红外探测装置和抗强光电路及不易老化的超长寿命微波模块与模糊逻辑数码核心组成，防水外壳，造型优美。 （1） 微波与被动红外复合探测，并经ASIC模糊逻辑数码（专利）分析，排除种种普通探测器无法克服的干扰，只对真实人体移动报警，杜绝误报漏报，性能远远超出无微波功能的各种红外探测器。可防止飞鸟、鼠群、等45公斤以内宠物引发误报。 （2） 采用享有专利的全范围精密温度补偿，无论环境温度如何变化，探测灵敏度始终一致，没有温度死区（一般探测器在32℃～40℃时，灵敏度大幅度下降，或在其它温区极易误报）。 （3） 可编程功能，拥有**的应用灵活性。 （4） 电源：DC9～12V （5） 工作电流：静态18mA报警33mA(12VDC工作电压) （6） 上电自检：预热20秒 （7） 感应器：双组低噪声双元结构 （8） 感应灵敏度：3级可选 （9） 透镜探测窗:上视窗72个,下视窗36个 （10） 探测角度: 110° （11） 覆盖范围： 15m×15m （12） 温度补偿：自动双曲线温补 （13） 振荡源:微带电路、振荡单元 （14） 工作频率：3.2GHz （15） 灵敏度（微波装置）：30%-100%可调 （16） 报警指示：红色指示灯亮3秒 （17） 报警端口：常开常闭报警端口，接点容量100mA/30VDC （18） 防拆开关：平常为连通，拆开时开路，接点容量100mA/30VDC （19） 产品尺寸：138×75×46mm （20） 工作温度：-40℃至70℃ （21） 保存温度：-40℃至70℃ （22） 抗电磁干扰：﹥30V/M （23） 抗白光干扰：﹥1，000，000LUX （24） 使用场所：全天候室内,外均可 3.4 供电单元一般情况下安装输电线路野外现场的监测装置没有可供使用的交流电源，为此必须借助能量收集技术，开发独立的供电装置。目前在高压输电线路监控项目主要利用太阳能电源装置，以此解决监测装置的供电问题。
太阳光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。它包括光伏发电、光化学发电、光感发电和光生物发电。硅系列太阳能电池中，单晶硅和多晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位，单晶硅和多晶硅的比例已超过80%，而这一发展趋势还在继续增长。越来越多的电子设备开始运用太阳能这一取之不尽用之不绝的能源。 太阳能电源由太阳能电池板、蓄电池及充放电控制器。充放电控制器的功能是将太阳能电池板供给的电压转换成稳定直流电压，给监测装置供电，并给蓄电池充电，完成电能的存储。在夜晚无法供给太阳能或阴天等气候情况太阳能供给不足时由蓄电池继续给监测装置供电。 3.4.1 太阳能供电单元
太阳能供电单元示意图 （1） 具有良好的光电转换效率，满足前端系统的供电及电池的充电要求； （2） 太阳能板材质：进口A片 （3） 光电转换效率：太阳能板具有良好的光电转换性能，太阳光不强时也可以浮充供电； （4） 输出电压：18V DC （5） 封装方式：玻璃层压板 （6） 固定支点：4个。 （7） 抗震性：太阳能板要求具有良好的，能抗击10级台风； （8） 温度适用范围：-40℃至+80℃ （9） 使用寿命：10年以上 3.4.2 电池供电单元（1） 聚合物锂铁电池，具有稳定的充放电过压，过流保护功能； （2） 重量：3kg （3） 工作温度：-40℃-60℃ （4） 寿命：3-5年 3.4.3 充放电保护单元（1） 具有稳定电压、电流作用； （2） 具有多级防雷； （3） 具有充电保护、放电保护功能 （4） 工作温度：-40℃-60℃ 3.5 监控中心专用管理平台控制中心的设计主要包括微机（或工作站、工控机）、网络接入设备（ADSL宽带及静态IP地址）、中心处理处理器等。控制中心的设计开发主要集中在用软件的设计开发上，一般是基于Windows操作系统的。当前用于此类软件开始、调试的工具较多，且功能强大，给控制中心软件的设计带来便利。 3.5.1 服务器软件防外力破坏系统由图像编码器（也称为前端）、图像监控流媒体服务器和客户端监控软件组成，图像编码器将实时采集的图像经压缩编码后，通过3G/GPRS/CDMA/WIFI网络发送到流媒体服务器，客户端监控软件登录图像服务器站点，实现实时图像浏览、监控。 服务器主要由图像监控服务器和存储服务器组成，图像监控服务器负责整个系统的连接和运行，存储服务器是可选组件，主要用于集中存储图像数据文件。同时，可选用动态域名解析服务器，配套使用，方便图像编码器的配置和管理。图像监控服务器是系统的核心，负责连接前端图像编码器与客户监控端，并进行图像数据和控制命令转发，同时连接和管理存储服务器中的图像数据，以及管理系统中的各种设备和资源，包括图像流管理、录像管理和用户管理等。 3.5.2 客户端软件客户端由监控器和播放器组成，监控器用于实时浏览、管理图像，播放器用于播放存储的图像文件，使用监控器软件登录图像服务器站点，能够实现多画面图像浏览监控，同时提供多站点（服务器）登录、图像参数控制、PTZ控制、逻辑分组和分组轮跳等功能。 客户端软件特点： （1） 精心设计人性化用户界面，操作方便、舒适； （2） 多站点登录、连接；能同时支持16个在线站点； （3） 多画面浏览，不同规格画面监控，全屏多窗口、单窗口模式； （4） 用户自定义镜头分组，分组轮跳浏览，可设定轮跳时间； （5） 支持断线重连，可以设置**网络延迟； （6） 支持对图像编码器参数的远程控制； （7） 支持对图像编码器端摄像机云台PTZ的远程控制； （8） 支持事件提示、报警输出；
客户端软件图像监控界面
六. 网络拓扑图
备注：1、如上图所示，前端6个视频监控点，汇聚于1级中继覆盖基站，经过2，3，4级中继，最终由单中继接入设备接入到变电站；其中1级，4级为AP信息覆盖点，可实现周围5-10公里的覆盖。 2、以1，2，3，4号中继覆盖基站为主干网络，后续可向周边地区进行网络拓扑和AP杆塔设备接入，形成大区域设备覆盖。 七. 整体施工设计7.1 现场勘测7.1.1 地理勘测为避免无线网络工程施工的盲目性、减少工程施工的难度，结合无线网络的初步方案，项目经理应组织有关人员同用户方经理一起对实地进行勘察。勘察的结果应记录在案。 1.对地理环境勘察，应携带望远镜、罗盘、皮尺、地图等有关设备及材料。 2.将各站点的具体位置在五万分之一地图上做好标记，测量、计算出各远端站点到中心点之间的距离以及有关远端点之间的距离。并计算天线安装的方位角。 3.检查天线安装的位置。安装天线的地方是否牢固、能否与天线安装架匹配。 4.如果两站点的距离较近时可用望远镜观看、测量两站点之间是否完全可视。如果有建筑物遮挡，根据具体情况进行网络结构设计和修正链路。 5.测量天线安装的位置到地面的距离。如果有条件的话可对海拔高度进行测量。 6.测量从天线安装点到机房的距离（即馈线的长度）。如果距离太长，项目经理应与用户方经理进行协调有关设计和施工中可能出现的问题。如提高设备的安放位置、减少馈线长度、选择高增益天线等。
7.1.2 天线安装高度天线的安装高度应保证相连的两站点之间完全可视。根据实地勘测和相关地图的测量，可计算出天线安装的**高度，在计算时应注意对费涅尔区（费涅尔区是围绕电磁信号中心线周围的一个区域）的计算。在费涅尔区内不能有障碍物。如果费涅尔区内有障碍物的话，就会造成信号的衍射和衰减，降低信号强度。如果地形条件特殊时还可以进行特殊考虑，如链路之间有断面等。 7.1.3 天线方位角
计算出天线的理论角度有利于对整个网的链路设计，避免干扰和降低工程的施工难度。计算天线的角度可用带有投影坐标的5万分一地图进行计算，可在图上标出站点的具体位置和查出各站点的经纬度。计算公式如下： AQ=(tg-1(|y1-y2|/|x1-x2|))+Q1 x1是发信站的纬度坐标 y1是发信站的经度坐 x2是收信站的纬度坐标 y2是收信站的经度坐标 AQ是通信方位角（以真北为始线顺时针旋转的角度） Q1是地图坐标线与真子午线的坐标夹角（一般在5°左右）。 7.2 防雷设计设计目的 1、直接雷防护——避免或减轻直击雷对建筑物本身的损害，同时为建筑物内部空间提 供一个良好的电磁环境。 2、感应雷防护——避免或减轻感应雷对建筑物内部空间所安装的弱电设备的损害。 防雷设计是一项独立的专业技术设计，按严格的要求设计非常复杂，涉及的客观条件也较多，考虑设计的内容面广；除此之外，按要求设计还需有国家防雷设计、施工的资质，方能取得防雷接地工程的合格证书。 设计中以天馈线系统和相关的无线网桥为保护对象，进行局部防雷设计，这样可变的简单一些，但应尽可能的和机房已有的防雷接地系统有效的融合，建议进行等电位连接和共用接地。 几种可能发生的情况： 1.微波天线安装在铁塔上，可省去接地引下线和做地极。 2.微波天线安装在高楼上，楼上有防雷带，要求将天线支架与防雷带进行有效连接。 3.微波天线安装在楼上，楼上无防雷带，机房内或楼内有接地，可将接地引下线与已有的地进行有效连接。 4.楼上即无防雷带，机房内或楼内也无接地，建议参考（天馈线系统防雷接地示意图）进行有关设计施工。
7.3设备连接设计图
7.3.1 中继接线图
说明：所有中继设备5600都有两个无线模块，即每个中继最多可开拓两个前端视频热点。由于中继基站数据量传输比较大，作为主要回路，故中继需要接市电220v。
7.3.2 前端视频热点设备接线图
说明：所有前端视频热点设备均使用5632作为单点热点视频数据传输，主路使用5200传输。
7.4 设备结构件尺寸及固定方式7.4.1、主机和电池箱
7.4.2摄像机
7.4.2天线
所有设备都是固定在L型铁上，符合安全固定要求。
八. 工程安装案例8.1、部分案例展示 8.1.1、2014年陕西检修公司750kv信山线视频+微气象在线监测项目，组网方式：OPGW+wifi模式； 8.1.2、2015年甘肃检修公司800kv天中线视频在线监测项目，组网方式：OPGW+wifi模式，此项目实现视频设备加密接入统一视频平台； 8.1.3、2015年甘肃白银供电公司自组网视频项目，组网方式：5.8G+wifi模式，实现对监控线路24小时不间断巡视； 8.1.4、2016年甘肃临夏供电公司自组网视频项目，组网方式：5.8G+wifi模式，实现对监控线路24小时不间断巡视。
8.2、现场设备安装图片
（输电铁塔）
（WIFI传输设备）
（视频在线监测主机）
（高速球机）
（风力发电机供电单元）
（太阳能板供电单元）
8.3、后台监控平台
九. 系统配置
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