风光互补无线远程视频监控系统方案设计.docx
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风光互补无线远程视频监控系统方案设计
风光互补供电
无线远程视频监控系统
设
计
方
案
编制：
深圳市鑫日科科技有限公司
日期：
二O一三年八月
一、前言
近几年，传统视频监控方兴未艾之时，太阳能、风能无线网络监控，一种真正的脱“线”了的远程视频传输模式，犹如一只奇葩悄然绽放。
太阳能无线传输模式，慢慢从一种概念，成为一种实际工程案例，走入人们的视野。
二、应用特点
该系统由于主要利用的是可再生新能源供电的无线传输模式，所以该系统具有：
不需挖沟埋线、不需要输变电设备、不消耗市电、维护费用低、低压无触电危险。
此种工程案例主要应用于一些偏远地带以及太阳能资源相对丰富的地区。
如高速公路，电力传输线监控，石油、天然气管道监控，森林防火监控，水资源监控，矿产资源监控，边境线监控，航道指示灯塔、海岸线，岛屿（群）等。
其次是景区的需要，如城市风光景区、旅游景区、自然保护区、野生动物保护园区。
简单概括为“三无一有”的地方，即无人无电无网线，但需要实时监控管理又需节能零排放无污染的地方或区域。
这些野外大范围监控是网络视频监控的一个新的应用市场，它对监控系统的供电和信号传输提出了各种新的要求。
利用太阳能和无线网络传输来实施远距离视频监控，相比传统的模拟监控模式，有助于大幅度降低工程材料使用量和施工作业工程量，是野外视频监控领域节能环保的有效选择。
无线太阳能远程监控是新能源行业和物联网行业的一个有效结合。
二、系统原理和架构
太阳能无线视频监控系统有太阳能发电子系统、电源管理子系统、蓄电池子系统、摄像机子系统、视频记录子系统、数据传输子系统和其它辅助子系统组成。
整个系统的架构图如下：
从系统架构图中可以看出，太阳能发电子系统、电源管理子系统和蓄电池子系统构成了整个系统的供电部分，而数据传输子系统、摄像机子系统、视频记录子系统则构成了整个系统的工作部分。
其它辅助子系统指相关可选功能，如现场检测、控制、照明、入侵侦测、机械支撑部件等。
下面我们就电源管理子系统，数据无线传输子系统以及太阳能无线视频监控系统采用的标准和接口等几个重要系统分别进行分析和阐述。
2.1风电互补发电子系统
太阳能、风能发电是整个系统工作的能量来源，当太阳能发出的电量在供给整个系统工作后有富裕时，蓄电池中的储备电量才会不断上升。
所以太阳能发电的能力是整个系统的关键，需要根据太阳能为蓄电池充电的速度来决定太阳能发电的功率。
由于蓄电池充电有其自身的特性和有效日照时间的影响，蓄电池需要一天或以上才能达到充满的效果。
蓄电池是维持在没有日照情况下系统工作所需的能量，当发生连日阴雨的情况时就需要蓄电池有足够的电量维持整个系统的连续工作。
由于太阳能发电和蓄电池储电的宝贵，它直接影响了整个系统的建设成本，因此整个系统中工作部分设备的低功耗运行变成为了太阳能无线视频监控的关键之一。
目前市场销售的摄像机都没有在这方面提供明确的数据，不少摄像机如高速球采用24伏交流供电。
为了使太阳能和蓄电池的电压能够满足市售摄像机的工作，必须对系统中的电压进行变化。
由于电压变换过程中的损耗，使得整个系统的电量有效使用率大幅度下降。
为了解决这个棘手的问题，我们必须制定太阳能无线监控系统进行供电及相关标准并进行统一。
“首先，所有摄像机和各种设备都基于直流12伏电压，而且满足低功耗运行要求，比如说我们对摄像机换了电机，对部分电路采用低功耗元器件并进行了特别设计；其次：
缩短其部分系统的运行时间。
比如说功放，它只有在通话时才会自动开启。
这样整个耗电系统就符合低功耗要求，同时也降低了太阳能系统的供电成本。
2.2数据无线传输子系统
目前适合进行太阳能无线视频监控的数据传输方式有两种，一是基于计算机无线网络即WIFI，二是基于电信运营商的3G网络。
两种网络具有各自不同的优点，用户可以有针对性地进行选择。
如果客户的监控点离开监控中心之间的距离为数公里，而且中间没有阻隔，或者可以通过增加很少的转接点连接到监控中心，这种情况就比较适合采用WIFI传输。
采用WIFI传输可以获得较高的有效带宽，保证视频传输的清晰度和流畅性。
如果用户可以通过自身的能力建设这些WIFI基站和转接点，系统建成后总体运营成本会比较低，不过前期投入成本高。
如果客户的监控点离开监控中心比较远，而且中间具有很多负载的建筑和阻隔，这时采用3G视频传输将是一个比较好的选择。
利用3G视频传输，将视频数据通过相关的电信运营商的网络传递到监控中心。
如果可以通过互联网来传输视频则会更加容易实现跨地区的远程视频监控。
综合比较起来，WIFI传输适合于没有或较少阻挡的地区，例如农牧场、湖泊、沼泽、河流、海岸等等。
3G传输由于运营商的服务的支持，可以有效地克服建筑等对信号的阻挡，最大程度上保证视频传输，更加适合于城市、村庄、郊区和快速应急应用。
2.3其他子系统
其它就是摄像机子系统，这是视频监控的中心。
工程要根据耗电设备的整个功耗参数指标，所以这些设备的参数非常重要，将直接影响到对太阳能能发电子系统和蓄电池子系统的计算和设计，直接影响到整个系统能否正常运行。
同时，由于太阳能无线视频监控都是应用于野外，受气候条件的影响很大。
在我国各地气候条件相差很大，就室外气温而言，从零下40多度至零上40多度，因此需要能够在如此宽范围的气候条件下工作的监控设备。
但不能为了解决在低温情况下的工作问题，简单地采用摄像机内加热的方法。
因为加热需要消耗大量的电量。
所以在此种监控工程中采用工业级设计标准、选用工业级元器件，使得摄像机可以在比较宽的气候条件下工作，尽量减少机内加热的工作才是最佳选择。
“为了使得太阳能视频监控更加容易实现，我们对摄像机的联接接口进行改进。
”，“减少用线，简化安装。
我们的摄像机在提供电源、视频和云台控制的标准接口以外还提供三位一体的综合接口，使用一根联线就可以满足电源、视频和云台控制等需要”。
视频记录子系统，主要是安置在监控中心。
不过要提及到一点的是，由于是无线传输，为了克服无线传输过程可能出现的视频中断，保证视频监控不丢失，需要在现场记录设备中采用相应的存储器件，例如SD卡和硬盘。
除此之外，为了有效地保证系统工作，还需要一些辅助子系统，类似于灯光、探测、报警、支架等辅助系统，使太阳能无线监控系统工作在良好状态。
2.3系统相关应用案例图片
三、项目需求
如下图，图中方块为临时营区，放置主机和监控平台，并在监时营区设置一个监控点。
椭圆形区域为另外的两个监控点，相距监时营区约为3公里距离，现场因没有勘察，暂定为营区与监控点之间无障碍阻挡。
监时营区接收到的视频信号需要传输到汕尾监控室同步显示。
由于监控点至营区间无法铺设线路，且线路铺设成本太高，根据上述需求，建议利用现场自然资源建设一套风光互补发电系统来给监控设备提供电力，通过无线传输将视频信号传回营区，营区本地的监控点通过线路铺设完成视频信号传输工作。
建议风光互补发电系统配置不少于2天的蓄电池容量，在现场无风无光的情况下能持续给监控设备提供2天的供电续航能力。
四、无线视频传输方案设计
4.1无线传输方案概述
随着基于扩频技术的无线局域网技术的迅速发展，突破了传输容量的瓶颈，使得视、音频、数据无线传输集成应用得到了进一步的发展。
无线远程网络视频监控系统应能将视频、音频、数据集合在一起通过无线宽带网络传输设备进行点对点或点对多点无线传输，是一套集影像监控、声音监控、环境监控、报警、资料存储和查询、站点集中管理等一体的高级多媒体监控管理系统。
系统应基于TCP/IP协议，采用M-JPEG、MPEG4编码方式，实现单播、广播、组播功能，将监控的功能与网络技术完美结合，具有高可靠性，高集成度。
产品应具有体积小、功能强、易使用、易安装，网络化管理等特点。
1.标准化：
无线网络视频监控系统就是要实现在无线网络系统上的图像传输和共享。
应能遵循网络协议和传输标准的要求。
2.可扩展性：
由于用户以后的需求会不断发展，监控数量将随之扩大，只要增加前端设备，不用添加其他附加设备，以保证用户的投资。
3.可用性和可靠性：
考虑用户的实际情况，选用的设备应采用嵌入式的操作系统，减少其他因素造成故障的可能性。
4.2无线传输方案设计
项目情况：
安装2台网络高清摄像机，传输距离2-3公里以内，空旷无遮挡，主机采用NVR。
具体实施：
前端每台摄像机接一台高带宽无线网桥向监控中心发射视频信号，采用点对点的方式，中心用2台LA-5837高带宽无线无线网桥接收前端2路高清视频信号，同时用一台交换机将2台网桥的信号汇集成一路信号，接入到NVR中存储显示。
系统如下图所示
系统优势：
采用基于IP/TCP协议的传输，采用了高频传输机制和高速率网桥，可以有效可以避开其他信号的干扰，同时组网灵活，系统扩容性强，后续项目增加摄像机方便接入现有系统。
同时利用了无线网络视频传输，还可以同时实现无线控制等功能。
4.3无线传输设备介绍
LA-5837室外数字无线网桥是一款性价比非常高的远距离室外无线网桥，采用美国原装创锐讯AR7240芯片，主频高，保证设备运行稳定，采用双射频以及高达26dbm的功率输出，完全能够达到长踞离及高带宽的传输要求。
设备运行于抗干扰能力极强且目前频率较少使用的5.8G频段，数据传输双通道2×2MIMO技术，最高带宽可达300Mbps。
配置简单方便，方便上手。
设备内置17dBi特制5G宽频双极化MIMO天线，增益足，角度大，非常适合远踞离高速率的数据传输。
经过实地测试，无障碍传输9公里情况下，有效带宽高达90M。
适合应用在标清网络摄像机信号、720P、1080P网络摄像机的视频传输，高容量网络数据吞吐传输、网络覆盖等各种无线传输系统里面。
技术规格：
系统信息
核心处理器
原装美国创锐讯AR7240主频400MHz
内存
32MBDDRSDRAM
NORFlash
4MB
接口
1x10/100BASE-TEthernetPort
天线
内置5.8G17dbi双极化宽频天线水平30度垂直33度
外接口
双SMA接口（可选）
耗电量
整机功耗7.5瓦
供电方式
POE12V
发射功率
双通道26dbm输出
整机重量
420克
适合湿度
工作:
5%to95%（non-condensing）
存放:
Max.90%（non-condensing）
温度条件
工作:
-30oCto70oC存放:
-40oCto90oC
尺寸（长*宽*高）
278.5x122.2x94.5（mm）
设备特性:
系统特性
无线操作模式
无线接入点/无线桥接/客户端/客户端桥接/中继五类模式
WAN类别
●固定IP
●动态IP
●PPPoE拨号
设备管理
●通过IE设置
●SNMPV2c
●Telnet/SecureShell（SSH）
数据警示和管理
●EventLogin（Syslog）
●DetailedStatisticsperClient
虚拟子网（VAP）
●每个RF最多支持4个VAPs
高级特征
●Built-inDHCPserver
●TransmissionPowerControl（OnedBperstep）
●ClosedSystem（SuppressSSID）
●TransmissionRateControl
●SpanningTreeProtocol（802.11Q）
设备有四个信号强度指示，现场安装调试根据指示灯提示，可以快速锁定信号最佳状态，以获取理想的数据传输数率。
五、风光互补发电系统方案设计
5.1风光互补独立供电系统（监控类）示意图
5.2设计思路
风光互补独立供电系统要确保能给设备供电（即对供电的硬性需求），以风光互补发电为供电来源.在设备选型上以风力发电为主，光伏发电为辅原则。
风光互补独立供电系统具备了将风能转化为电能和将太阳能转化为电能的双重优点，没有风有光时可以通过太阳能电池组件来发电并储存在蓄电池；有风没有光时可以通过风力发电机来发电，储存在蓄电池。
风光都具备时，可以同时发电；无风无光的时候，可将储存在蓄电池里的化学能转化为电能供监控使用。
在白天可以利用太阳光和风力资源发电，晚上利用风力发电机发电，弥补了风能供电或太阳能供电的单一性，使供电系统更具稳定性和可靠性。
5.3安装地对自然资源要求
根据项目所在地气象数据判断日照资源是否适合风光互补供电系统的安装使用。
一般情况下年平均风速≥4米/秒，年日照时数≥1095小时的条件下是比较适合安装风光互补供电系统的安装使用的。
5.4设备选型方案
风光互补供电系统选型:
1.测算用电系统（监控设备）的日均耗电量:
监控负载总功率45W，电压分别是DC12V，每天24小时工作
用电设备实际总功耗45W×24h×1.17＝11263.6W·h。
备注：
1.17为常数：
即系统损耗（线损，设备无功损耗等）为17％，即供电系统每天至少需提供1263.6W·h的电能。
2、确定风光互补发电系统的日均发电量
为保证监控点设备的正常用电，风光互补发电系统的日均发电量必须大于监控点设备的日均耗电量；即风光互补发电系统日均发电量必须大于1263.6W·h.
按照风光互补发电系统日均满载发电量2小时计算，则风光互补发电系统的总功率必须≥1236.6W·h/2h=631.8W。
则风光互补发电系统总功率必须≥631.8W。
对计算出的风光互补总装机容量值进行设备的选型一般情况遵循以下原则：
1.对自然资源风力资源和太阳能资源评估：
风力资源好，太阳能资源次之，发电设备取以风力发电为主，太阳能发电为辅；太阳能资源好，风能资源次之，发电设备取以太阳能发电为主，风力发电为辅。
本系统设备选型建议以风力发电，太阳能发电并重原则。
本系统设备选型风力发电设备装机容量300W，太阳能发电设备装机容量332.4W，为合理的配置风力发电设备和太阳能发电设备的电压等级及充电、放电电流的均衡性，提高系统稳定性，太阳能发电设备装机容量为400Wp
2.风光互补关键设备选型
1）选择风光互补发电系统的风力发电机与光伏板功率
在风光互补发电系统设计中，考虑实际发电和成本因素，故将选用300W的风力发电机和400W的太阳能板
2）选择风力发电机、光伏板与配套设备
根据以上测算，系统设计选择太阳能电池组件100Wp四块，风力发电机300W一台，风光互补控制器DC12V一台。
3.蓄电池选型
蓄电池的选型最少要满足2天无风无光条件下用电设备能正常工作。
蓄电池的容量等于设备每天用电量乘以极限天数乘以1.67除以蓄电池组电压:
45W×24h×1.67×2/12V=300.6Ah（1.67为经验值，蓄电池50％放电深度，15％左右的设备损耗，2％左右的线损）.
12V150AH蓄电组2块，即2块串联满足12伏电压要求，蓄电池组容量300AH满足用电设备300Ah的容量要求。
六、前端监控设备介绍
产品概述：
彩色/黑白自动转换摄像机，光学18倍，数字12倍，彩色解晰度480线，彩色最低照度0.15Lux，黑白照度0.01Lux,日夜视切换功能,水平旋转速度0.05°～250°/S,垂直旋转速。
度0.05°～200°/S,带80-256个预置点，24个区域遮罩块,屏幕菜单、花样扫描等功能。
（支架等附件另配）。
支持AB码、Pelco“P”/“D”协议，“Coax”同轴视控。
关键特性：
区域遮罩功能
报警调用功能
手动限位功能
自动归位功能
空闲动作功能
预置画面冻结功能
屏幕菜单功能及屏幕操作提示功能
采用功能完善的高性能数字DSP设计，性能可靠稳定
产品特性：
一体化集成设计，结构紧凑
精密电机驱动，运转平稳、反应灵敏
水平360°连续旋转无监视盲区
垂直方向实现自动翻转连续监视
旋转速度根据镜头变倍倍数自动调整
自动光圈、自动聚焦、自动白平衡
随机自动扫描功能
花样扫描功能
削苹果式扫描功能
内部设置数据断电后不丢失
内置智能感应控制器，可根据预设温度，自动
调节风扇的工作状态，延长使用寿命，降低功耗
支持内置光模块，解决外置光端机防水防尘问题
七、远程视频同步方案介绍
在营区与汕尾管理中心之间租用电信专用网络或移动运营商3G网络，通过NVR管理软件将视频实时传输回汕尾管理中心。
利用视频解码服务器可将网络视频信号解码还原成模拟视频信号并通过电视墙进行统一管理。
监控中心NVR主要功能特点：
●具有超强的视频信号管理能力，能管理1728路图像，并可对每路图像进行命名
●支持多画面分组管理，可分成48组，并支持分组自动切换显示
●具有多种画面显示模式，可任意切换1、4、9、16、25、36画面显示
●具有“一键登录”功能，只要按一个键就能将一组画面全部打开
●支持手动录像、定时录像、报警联动录像、移动侦测录像，可对各路图像进行分别设置
●在定时录像和报警联动录像时，可使用预录像功能，提前几十秒录像
●能完善的支持高速球的控制，可设置、调用128个预置位、32条巡航轨迹
●可对网络摄像机、网络视频服务器的各项参数进行远程设置
●可按日期、类别、服务器名称、服务器通道，进行多条件组合检索录像资料
●具有录像回放服务功能，能将录像电脑设置成录像服务器，实现远程查看录像资料
●具有数据转发功能，可方便地搭建转发服务器
●同时支持主动/被动两种运行模式，既能让监控中心向前端设备取数据，也能让前端设备主动向监控中心发数据
●支持电子地图，地图中可设置摄像机与探测器，报警时对应位置闪烁
●支持双显示器模式（一台显示图像、一台显示电子地图）
●具有完善的权限管理机制，可设置多个用户，具有13项权限可选
●全面支持二次开发，可提供完善的SDK开发包
八、方案预算
风光互补无线网络远距离监控系统配置报价
序号
设备名称
型号/规格
品牌/产地
计量单位
数量
金额（元）
备注
单价
合价
1、前端监控部份
1
红外网络高速球机
360连续旋转、红外距离100米，内置日立高倍变倍机芯,含支架及电源
国优
台
3
5300.00
15900.00
2、无线传输部份
2
无线传输网桥
配置简单方便，方便上手。
设备内置17dBi特制5G宽频双极化MIMO天线，增益足，角度大，非常适合远踞离高速率的数据传输。
经过实地测试，无障碍传输9公里情况下，有效带宽高达90M。
国优
台
4
3000.00
12000.00
3、风光互补发电设备部份
3
太阳能电池板
SN-S150W，单晶硅太阳能电池组件，转换率17%以上，最大电压：
18V，最大电流：
6.67安，150W/块，CE、TUV认证。
使用寿命20年以上。
国优
块
4
1900.00
7600.00
4
太阳能电池板支架
定制
幅
4
350.00
1400.00
5
风力发电机
MINI5400W，5叶片低风速起动，额定功率400w,电压24V,重量7.1KG，加强尼龙纤维叶片，叶片直径121cm，1.5米/秒启动风速，2.0米/秒切入风速，最大承受风速50米/秒，机身全铝合金，安装架：
48mm钢管连接。
使用寿命15年以上
国优
台
2
2900.00
5800.00
6
风光互补电源控制器
SN-WSL-24V，MPPT方式充电,24V风机输入600w,太阳能输入360W,路灯光控和时控开关；可显示过压，欠压，过载，短路等故障状态；可防太阳能板反充，反接，过充，过放，电池反接，晨亮功能,两路接口均可设监控模式,15A.
国优
套
2
760.00
1520.00
7
电源逆变器
SN-WI300-24V，使用CPU控制,智能化纯正弦波输出,输出短路保护设计,过载保护设计,最大输出功率300W,24VDC输入,220VAC输出,最大充电流20A
国优
个
2
980.00
1960.00
8
太阳能专用蓄电池
SN-200AH，尚能高性能免维护太阳能专用铅酸电池，12V，200AH/块，0℃-60℃温度范围内使用，使用寿命3-4年。
国优
块
4
2380.00
9520.00
9
蓄电池地埋箱
BB-400AH，400AH蓄电池地埋箱,防水,防腐蚀,电池恒温
定制
个
2
500.00
1000.00
4、立杆、防雷设备及辅件设备部份
10
八角立杆
主杆上口径：
120mm，下口径：
190mm，长度：
10米，厚度：
4.0mm八角管，底板：
350×350×16mm，热镀锌防锈处理打磨光滑后喷户外漆。
定制
根
2
6500.00
13000.00
11
立杆基础及接地制安
混凝土基础浇筑、钢筋笼制作、防雷接地极制作
国优
处
2
4000.00
8000.00
12
电源防雷器
对用电设备电源进行防雷
国优
台
8
600.00
4800.00
13
RJ45网络防雷器
对设备信号进行防雷
国优
台
8
490.00
3920.00
14
室外防水设备箱
附着于立杆或墙壁安装
定制
个
3
700.00
2100.00
15
五金辅材及配件
含跳线、五金辅材
国产
批
1
2000.00
2000.00
16
起重吊车机械台班
起重质量2T以上
国产
台班
2
2000.00
4000.00
17
高空作业车机械台班
高空升高达12米以上
国产
台班
2
2000.00
4000.00
5、监控中心部份
1
视频存储服务器NVR
服务器四核CPU,4G内存，8T硬盘，高清录像达90天以上。
定制
台
1
24000.00
24000.00
2
大屏显示器
46”液晶电视
创维
台
1
4600.00
4600.00
3
视频解码服务器
汕尾管理中心用，解码清晰度为D1画质
国优
台
3
2800.00
8400.00
4
网络交换机
100/1000M16口
H3C
台
1
2000.00
2000.00
5
五金辅材及配件
含跳线、五金辅材
国产
批
1
1000.00
1000.00
6、施工及结算部份
A
设备材料费
138520.00
B
施工及安装调试费（设备×20%）
27704.00
C
工程税金（设备费+施工费）×6.39%
10571.85
D
工程总价（设备费+施工费+税金）
176795.85
注：
以上报价不含电信或移动运营商网络租用费用。
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