基于点对多点微波视频回传技术的应用研究.pdf
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1、电力电信姜翔飞等:基于点对多点微波视频回传技术的应用研究油气田地面工程 https:/基于点对多点微波视频回传技术的应用研究姜翔飞1林其明2唐军1张萤1张玉蓉11中国石油天然气管道工程有限公司2国家管网集团广东省管网有限公司摘要:为适应智能管道的快速发展,加强管道沿线的风险防控,保证视频监控在油气管道河流穿跨越区域的传输质量,提出了一种基于点对多点微波技术的视频回传方案。该方案通过设置一个发射点和多个接收点,将视频监控数据在接收点与发射点之间通过无线微波技术进行传输,根据微波链路备余量来确定合理的传输距离,从而确定发射端和接收端的安装位置。该方案在接收点与发射点之间采用微波传输,传输带宽高达
2、250 Mbps,克服了光缆在河流穿跨越区域施工困难的问题,降低了 30%光缆敷设的施工成本,解决了多台智能高清监控站点传输带宽受限的问题,具有超大传输带宽、较强抗干扰能力、部署方便和后期运维便捷等优良特性,为视频数据流提供了高可靠性、高稳定性的传输方案。关键词:点对多点微波;无线传输;智能管道;视频监控;视频回传Application Research Based on PMP Microwave Video Transmission TechnologyJIANG Xiangfei1,LIN Qiming2,TANG Jun1,ZHANG Ying1,ZHANG Yurong11China
3、 National Petroleum Pipeline Engineering Co.,Ltd.2Guangdong Pipeline Network Co.,Ltd.,PipeChinaAbstract:In order to adapt to the rapid development of intelligent pipelines,strengthen risk preven-tion and control,and ensure the transmission quality of video surveillance in the river crossing area ofo
4、il and gas pipelines,a video transmission scheme based on point-to-multipoint microwave technolo-gy is proposed.This scheme sets up one transmitting point and multiple receiving points,and transmitsthe video data between the receiving points and the transmitting point through wireless microwave.Ther
5、easonable transmission distance is determined based on the microwave link reserve,thereby the installa-tion positions of the transmitting and receiving ends are determined.The scheme uses microwave trans-mission between the receiving points and the transmitting point,the transmission bandwidth is up
6、 to250 Mbps.Meanwhile,this scheme overcomes the difficulty in the construction of the optical cable inthe river crossing area,saves the construction cost of optical cable laying by 30%,and solves the prob-lem of limited transmission bandwidth of multiple intelligent HD surveillance sites.This scheme
7、 not onlyhas excellent features such as ultra-large transmission bandwidth,strong anti-interference ability,con-venient deployment,and convenient later operation and maintenance,but also provides a highly reli-able and stable transmission scheme for video data streams.Keywords:point-to-multipoint mi
8、crowave;wireless transmission;intelligent pipeline;video sur-veillance;video transmission近年来,智慧管网发展迅速,输油气管道运行管理更加智能化。输油气管道多穿跨越河流、山体等重点区域,这些地区不仅地形复杂,且为自然灾害频发地段,当发生河流冲刷、河流中挖沙及山体滑坡等事件时,极有可能对输油气管道造成破坏1-2。为了给智能管道大数据分析提供大量基础数DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2023.08.00840第 42卷第 08期(2023-08)油气田地面工程 https:/电力电信据
9、,保证管道安全运行,真正做到“感知交互可视、预测预警可控”,可在管道沿线高后果区、河流穿跨越等重点区域全面覆盖视频监控点,对重点区域进行重点监视,实现实时、可视化监控3,这些举措有利于加强对输油气管道沿线的风险防控,可为重点区域安全管控的智能应用提供可靠的信息源4。然而,监控站点数量的不断增加和智能高清视频业务的不断推进使单个视频站点的视频数据回传带宽大幅增长,并且在面对环境严酷、地形复杂、人口密集等情况时,站点传输设备会经受恶劣条件的考验,需具备极强的抗干扰性。为了在高清视频监控站点数量较大的前提下降低单个站点部署成本、缩短建设周期、高效运维,以视频监控为主的监控站点迫切需要高效、可靠的传输
10、方案,本文提出了一种基于点对多点(Point To Multipoint,简称PMP)微波技术的无线传输方案,此方案为宽带数据传输提供了基础,既保证监控数据传输的稳定性,又可以避免光缆敷设施工的复杂性,同时可减少征地,提高经济性,为智能管道的建设奠定了坚实的基础。1PMP微波传输技术原理基于点对多点微波技术视频回传方案的系统组成如下:前端采集器(智能高清摄像机)、发射端(RT)、无线链路、接收端(AP)、交换机及 PC 端(图 1)。由于传输采用 4.915.97 G 固定的免费频段,因此是基于时分多址技术(TDMA)的点对多点微波技术5。该技术可为多路数据有序分配时隙资源,确保多个接入点都能
11、与 AP 建立持续可靠的连接,实现多用户间的有序连接。与基于频分多址的(FDMA)点对多点微波技术相比,频谱利用率更高,节省频率资源,RT端传输速率可达 250 Mbps,AP端接收速率可达 750 Mbps。图 1PMP微波技术传输架构Fig.1 PMP microwave technology transmission architecture2PMP微波技术应用PMP微波技术在油气管道物联网试点项目中卫-贵阳联络线工程可行性研究阶段进行了应用。中卫-贵阳联络线工程的犀牛江、广坪河、湘江三处河流河面较宽,为了更好地监视管道经过河流的情况,在输气管道跨越河流两侧各设置 1处监控站点以方便可视
12、化监控经过河流的管道情况(如漂管、人员挖沙等)。目前有三种方案可考虑。方案一:河流两侧分别从与输气管道同沟敷设的干线光缆引接 1 路光缆至河流跨越两侧监控点,将视频数据通过光缆传输至作业区,传输架构如图 2所示。方案二:河流跨越两侧监控点分别通过 4G 方式将视频传至作业区6,传输架构如图 3所示。方案三:河流两侧监控点通过 PMP 微波技术将视频数据传输至作业区,传输架构如图 4所示。图 34G传输架构Fig.3 4G transmission architecture图 2引接光缆传输架构Fig.2 Lead-in optical cable transmission architectu
13、re41电力电信姜翔飞等:基于点对多点微波视频回传技术的应用研究油气田地面工程 https:/三种传输方案对比见表 1。方案一为传统有线回传方式,一方面需对与输气管道同沟敷设的光缆进行 2次熔接,增加了光缆传输故障点,影响干线光缆的传输质量,另一方面两处引接光缆施工操作较困难,特别在地形复杂地区,临时征地成本增加,且后期引接光缆维护工作量增加,这个缺点在未铺设光缆的老管道智能化升级改造项目上体现尤为明显,但是该方案数据安全性有保证,最大传输速率不低于 155 Mbps。方案二过多受制于运营商的服务范围和服务质量,最大传输速率可达 100 Mbps。方案三减少了光缆熔接次数,降低了施工难度,同时
14、保证数据传输质量,最大传输速率可达250 Mbps。根据前期现场调研,犀牛江、广坪河、湘江三处河流跨越地形复杂、征地难度较大,管线运行多年,原有光缆查找困难,寻找干线光缆接头盒亦较为困难,且经过实地勘测,三处河流跨越 4G 信号覆盖不稳定。综合考虑三种方案,为了保证视频数据可靠及稳定传输,更好地保证管道运行可视化监控,尽可能减少传统有线回传方案在油气管道跨越河流区域实施的种种困难,同时避免 4G 信号传输不稳定的问题,推荐采用 PMP 微波方式。PMP 微波传输其工作原理如下:在三处河流跨越一侧设置 RT端,包括安装杆以及安装在杆上的摄像机、发射器和调制器;另一侧设置 AP 端,包括安装杆以及
15、安装杆上的摄像机、接收器和解调器;RT 端将采集的视频数据调制后通过无线微波传输至 AP端;AP 端接收到视频数据后由解调器解调,经由以太网交换机与 4芯引接光缆相接,然后在干线光缆接头盒里将 4芯引接光缆与中贵线干线光缆进行熔接,最终将视频数据传输至成都分控中心 PC端进行管理,实现高清实时监控。在实际应用中,PMP微波技术的传输质量会受到地面遮挡、地形起伏、大气中各种衰落(如多径衰落、波导衰落等)等因素的影响,需综合考虑各种外界影响因素,建立合理的计算模型,微波链路增益损耗计算过程为FM=P-L(1)P=()PTX-PRTH+()GTX+GRX(2)L=L0+LTXGRX+LRX(3)式中
16、:P为整体功率,W;L为整体的传输损耗,dB;FM为微波链路储备余量,dB;PTX为设备射频输出功率,dB;PRTH为接收灵敏度,dB;GTX为发射端的天线增益,dB;GRX为接收端的天线增益,dB(一般来说,发射天线和接收天线采用相同的天线口径7-13,即GTX=GRX);L0为电磁波在自由空间中的传输损耗,dB;LTX为发送端线路损耗,dB;LRX为接收端线路损耗,dB。表 1三种方案对比Tab.1 Comparison of three schemes方案一二三传输方式有线回传4GPMP微波建设投资投资费用较高基本没有建设期投资投资费用相对方案一较低后期维护费用维护费用较低由 于 受 制
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