近幾年，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控方興未艾之時，太陽能無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，一種真正的脫 “線”了的遠程視頻傳輸模式，猶如一只奇葩悄然綻放。太陽能無線傳輸模式慢慢從一種概念，成為工程實用案例，走入人們的視野。跟我們一起揭開太陽能無線遠程監(jiān)控的面紗。
一、應(yīng)用特點
該系統(tǒng)由于主要利用的是可再生新能源供電的無線傳輸模式，所以該系統(tǒng)具有：不需挖溝埋線、不需要輸變電設(shè)備、不消耗市電、維護費用低、低壓無觸電危險。此種工程案例主要應(yīng)用于一些偏遠地帶以及太陽能資源相對豐富的地區(qū)。如高速公路、電力傳輸線監(jiān)控、石油天然氣管道監(jiān)控、森林防火監(jiān)控、邊境線監(jiān)控、航道指示燈塔、海岸線、島嶼(群)等。其次是景區(qū)的需要，如城市風(fēng)光景區(qū)、旅游景區(qū)、自然保護區(qū)、野生動物保護園區(qū)。簡單概括為“三無一有”的地方，即無人無電無網(wǎng)線，但需要實時監(jiān)控管理又需節(jié)能零排放無污染的地方或區(qū)域。
這些野外大范圍監(jiān)控是網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的一個新的應(yīng)用市場，它對監(jiān)控系統(tǒng)的供電和信號傳輸提出了各種新的要求。利用太陽能和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸來實施遠距離視頻監(jiān)控，有助于大幅度降低工程材料使用量和施工作業(yè)工程量，是野外視頻監(jiān)控領(lǐng)域節(jié)能環(huán)保的有效選擇。無線太陽能遠程監(jiān)控是新能源行業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的一個有效結(jié)合。
二、系統(tǒng)原理和架構(gòu)
太陽能無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)有太陽能發(fā)電子系統(tǒng)、電源管理子系統(tǒng)、蓄電池子系統(tǒng)、攝像機子系統(tǒng)、視頻記錄子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和其它輔助子系統(tǒng)組成。整個系統(tǒng)的架構(gòu)圖如下：
從系統(tǒng)架構(gòu)圖中可以看出：太陽能發(fā)電子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)無線傳輸子系統(tǒng)分別解決了遠距離監(jiān)控的供電問題和傳輸問題，這是實現(xiàn)野外遠距離監(jiān)控的關(guān)鍵系統(tǒng)。下面我們就這兩個重要系統(tǒng)分別進行分析和闡述。
1.太陽能發(fā)電子系統(tǒng)
太陽能發(fā)電系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，需要根據(jù)太陽能為蓄電池充電的速度來決定太陽能發(fā)電的功率。由于蓄電池充電有其自身的特性和有效日照時間的影響，蓄電池需要一天或以上才能達到充滿的效果。
由于太陽能發(fā)電和蓄電池儲電的寶貴，它直接影響了整個系統(tǒng)的建設(shè)成本，因此整個系統(tǒng)中工作部分設(shè)備的低功耗運行變成為了太陽能無線視頻監(jiān)控的關(guān)鍵之一。目前市場銷售的攝像機都沒有在這方面提供明確的數(shù)據(jù)，不少攝像機如高速球采用24伏交流供電。為了使太陽能和蓄電池的電壓能夠滿足市售攝像機的工作，必須對系統(tǒng)中的電壓進行變化。由于電壓變換過程中的損耗，使得整個系統(tǒng)的電量有效使用率大幅度下降。“為了解決這個棘手的問題，我們必須制定太陽能無線監(jiān)控系統(tǒng)進行供電及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并進行統(tǒng)一。首先，所有攝像機和各種設(shè)備都基于直流12伏電壓，且滿足低功耗運行要求，比如說我們對攝像機換了電機，對部分電路采用低功耗元器件并進行了特別設(shè)計;其次，縮短其部分系統(tǒng)的運行時間。比如說功放，它只有在通話時才會自動開啟。這樣整個耗電系統(tǒng)就符合低功耗要求，同時也降低了太陽能系統(tǒng)的供電成本。”吳勇彪對供電部位如何節(jié)能解釋道。
蓄電池的計算，主要是根據(jù)客戶的系統(tǒng)需要連續(xù)工作的時間的需求來計算的。“太陽能電池板的發(fā)電功率和蓄電池的容量不是一個簡單的比例關(guān)系”吳勇彪說，太陽能電池板發(fā)電不足的情況下，容易使蓄電池出于長期虧電的狀態(tài)，從而縮短蓄電池的壽命。供電控制系統(tǒng)必須把有限的太陽能功率最大程度化地利用，在最短的時間內(nèi)把蓄電池充滿。“在我們設(shè)計的太陽能供電系統(tǒng)中有一個充電管理系統(tǒng)通過對蓄電池進行矩陣式控制，從而發(fā)揮了舉足輕重的作用。”
2.數(shù)據(jù)無線傳輸子系統(tǒng)
目前適合進行太陽能無線視頻監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸方式有兩種：無線網(wǎng)絡(luò)即WIFI和3G網(wǎng)絡(luò)。兩種網(wǎng)絡(luò)各有優(yōu)點，用戶可有針對性選擇。
如果監(jiān)控點離監(jiān)控中心之間的距離為數(shù)公里，且中間無阻隔，或者可以通過增加很少的轉(zhuǎn)接點連接到監(jiān)控中心，這種情況就比較適合采用WIFI傳輸。WIFI傳輸可以獲得較高的有效帶寬，保證視頻傳輸?shù)那逦群土鲿承浴?ldquo;如果用戶可以通過自身的能力建設(shè)這些WIFI基站和轉(zhuǎn)接點，系統(tǒng)建成后總體運營成本會比較低，不過前期投入成本高。”吳勇彪分析道。如果監(jiān)控點離監(jiān)控中心比較遠，且中間有很多建筑和阻隔，這時采用3G視頻傳輸將是一個比較好的選擇。利用3G視頻傳輸，將視頻數(shù)據(jù)通過相關(guān)的電信運營商的網(wǎng)絡(luò)傳遞到監(jiān)控中心。如果可以通過互聯(lián)網(wǎng)來傳輸視頻則會更加容易實現(xiàn)跨地區(qū)的遠程視頻監(jiān)控。綜合比較起來，WIFI傳輸適合于沒有或較少阻擋的地區(qū)，例如農(nóng)牧場、湖泊、沼澤、河流、海岸等等。3G傳輸由于運營商的服務(wù)的支持，更加適合于城市、村莊、郊區(qū)和快速應(yīng)急應(yīng)用。
如果從經(jīng)濟上來比較，吳勇彪向記者算了一筆賬。“我們以30KM處的監(jiān)控點來比較，環(huán)境是比較空曠的地帶。如果選擇3G傳輸，每個月要交給電信運營商的3G使用費大概是600-800元，那一年的租金大概要10000元;以蓄電池5年的周期一換來算，5年大概要5萬的費用;如果是WIFI傳輸，假設(shè)要建立6個太陽能中轉(zhuǎn)(基)站，假設(shè)每個太陽能中轉(zhuǎn)(基)站的建設(shè)費用要3萬元，合計大概是18萬元。”
從這筆賬看來，似乎3G的費用更低，不過具體工程得具體分析。吳勇彪解釋：“如果半徑30KM以內(nèi)，監(jiān)控點是10個以上，我建議用WIFI傳輸;如果監(jiān)控點是10個以內(nèi)，就用3G傳輸比較經(jīng)濟些。不過這也要看客戶的喜好和需求，由于3G帶寬還不能達到傳輸高質(zhì)量監(jiān)控圖像的期望值，加上3G資費的因素，所以在開闊地域使用WIFI傳輸偏多些，國外的情況也是如此。”
3.其他子系統(tǒng)
其它主要是攝像機子系統(tǒng)，這是視頻監(jiān)控的中心。工程要根據(jù)耗電設(shè)備的整個功耗參數(shù)指標(biāo)，所以這些設(shè)備的參數(shù)非常重要，將直接影響到對太陽能能發(fā)電子系統(tǒng)和蓄電池子系統(tǒng)的計算和設(shè)計，直接影響到整個系統(tǒng)能否正常運行。同時，由于太陽能無線視頻監(jiān)控都是應(yīng)用于野外，受氣候條件的影響很大。在我國就室外氣溫幅度在-40℃-40℃，因此需要能夠在如此寬范圍的氣候條件下工作的監(jiān)控設(shè)備。但不能為了解決在低溫情況下的工作問題，簡單地采用攝像機內(nèi)加熱的方法。因為加熱需要消耗大量的電量。所以在此種監(jiān)控工程中采用工業(yè)級設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、選用工業(yè)級元器件，使得攝像機可以在比較寬的氣候條件下工作，盡量減少機內(nèi)加熱的工作才是最佳選擇。
“為了使得太陽能視頻監(jiān)控更加容易實現(xiàn)，我們對攝像機的聯(lián)接接口進行改進。”吳總說，“減少用線，簡化安裝。我們的攝像機在提供電源、視頻和云臺控制的標(biāo)準(zhǔn)接口以外還提供三位一體的綜合接口，使用一根聯(lián)線就可以滿足電源、視頻和云臺控制等需要”。
同時，為了克服無線傳輸過程可能出現(xiàn)的視頻中斷，需要在現(xiàn)場記錄設(shè)備中采用相應(yīng)的如SD卡和硬盤等存儲器件。除此之外，還可以根據(jù)客戶需要配備一些類似于燈光、探測、報警等輔助系統(tǒng)。
三、應(yīng)用案例
為了更好地理解太陽能無線監(jiān)控視頻傳輸，吳勇彪例舉了一個太陽能供電3G網(wǎng)絡(luò)傳輸電塔監(jiān)控系統(tǒng)的案例。
某制造企業(yè)為保障企業(yè)生產(chǎn)用電安全，防止輸電線路被破壞，決定對廠外的輸電線路的3座供電塔進行綜合監(jiān)控。3座供電塔距廠區(qū)距離分別是3至7公里，平時巡查使用大量的人力、車輛和時間。“建立監(jiān)控系統(tǒng)可以有效降低對這些電塔的監(jiān)控成本。由于電塔地處野外，無可用的網(wǎng)絡(luò)及電源供應(yīng)，因此建設(shè)監(jiān)控困難很多。”吳勇彪說。在這種情況下，客戶選擇了橋茵科技太陽能供電3G網(wǎng)絡(luò)傳輸信號攝像監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)客戶的功能要求，經(jīng)過計算，整個前端監(jiān)控的耗電功率總和在25W左右。太陽能發(fā)電可以滿足連續(xù)陰雨天工作4至7天。