一種基于lte無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備、泄露電纜和多個傳感器；所述的傳感器用于采集隧道內(nèi)的狀態(tài)信息；監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備與泄露電纜依次相連；所述的傳感器包括環(huán)境條件傳感器、消防用傳感器、水位傳感器、有害氣體傳感器、出入口防盜及檢測傳感器中的至少一種。該基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)易于實施，擴展性強，信號覆蓋率高，容量大。
【專利說明】
一種基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領域
[0001]本實用新型涉及一種基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市電力負荷密度的不斷提高、加之城市規(guī)劃對輸電線路走廊的一致性要求越來越嚴格。電纜隧道作為高壓輸電線路敷設的最高形式，因其環(huán)境友好、斷面輸送容量及回路數(shù)大等特點，已越來越廣泛的應用于大中型城市電網(wǎng)建設中。
[0003]在已投運的高壓電纜隧道工程中，至少會配置環(huán)境條件、消防、水位、有害氣體檢測、出入口防盜及其檢測等等一系列傳感器，以區(qū)域為單位配置若干綜合采集裝置采集這些傳感器的信息，并通過若干采集裝置通過有線系統(tǒng)傳輸至主控制室的系統(tǒng)主機，供數(shù)據(jù)處理分析后后臺監(jiān)控。
[0004]由于隧道具有長距離分布式的特點，致使傳感器數(shù)量非常巨大，綜合采集器也需要大量配置。根據(jù)工程實際，傳感器、采集器的控制信號線纜和光纜投資甚至超過了傳感器和采集器本身，建設效率低下。
[0005]目前的電纜隧道監(jiān)控平臺有如下缺陷:
[0006]1.傳感器和采集器均將數(shù)據(jù)匯聚到主控室主機處理決策，效率低下冗余度低。
[0007]2.布線量大，附屬設施占總投資比例高，檢修維護工作量大。
[0008]3.功能擴展性差，如果要新增傳感器或采集器，需新布線和安裝通信設備，制約了系統(tǒng)的開放性和擴展性。
[0009]4.傳感器和采集器由于都上傳至主控室主機，缺乏傳感器間信息共享，在主機或站控層通信失效后不能發(fā)揮作用，不滿足電力信息冗余的要求，制約了物聯(lián)網(wǎng)在電纜隧道中的應用。
[0010]因此，有必要設計一種新型的電纜隧道通信系統(tǒng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，該基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)易于實施，擴展性強，信號覆蓋率高，容量大。
[0012]實用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0013]一種基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備、泄露電纜和多個傳感器;所述的傳感器用于采集隧道內(nèi)的狀態(tài)信息；
[0014]監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備與泄露電纜依次相連;泄露電纜發(fā)出無線信號;泄露電纜上設有便于散播無線信號的開槽;傳感器與泄露電纜無線通信連接；
[0015]所述的傳感器包括環(huán)境條件傳感器(如溫濕度傳感器)、消防用傳感器(如煙感傳感器，感應明火的傳感器等)、水位傳感器、有害氣體傳感器(如一氧化氮傳感器等)、出入口防盜及檢測傳感器(人體感應傳感器，如紅外傳感器等)中的至少一種。
[0016]電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)還包括控制器和采集器;泄露電纜與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制器和采集器無線通信連接;所述的控制器與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的采集器相連。
[0017]隧道全程敷設單根泄漏電纜。
[0018]電纜隧道通信系統(tǒng)的工作頻段223.025-235Mhz，采用TDD雙工方式，射頻信道帶寬8.5Mhz0
[0019]采集控制是電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的，采集器指采集電纜隧道運行原始數(shù)據(jù)，控制器指匯總多個采集器數(shù)據(jù)并加以控制。
[0020]LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備部署在高壓變電站通信機房或主控制室內(nèi)，LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備集成有支持SGSN&MME、GGSN&S/P-GW、CG、DNS、HLR&HSS和PCRF的網(wǎng)絡單元。
[0021 ] LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備具有能直接耦合泄漏電纜的接口，還具備光纖接口，所述的光纖接口用于將信號拉遠至遠端射頻拉遠器或分布式基站RRU+BBU，通過射頻拉遠器或分布式基站RRU+BBU耦合到另一根泄漏同軸電纜，完成信息在泄漏電纜中的中繼。即LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備可用直接與泄漏同軸電纜相連，也可以通過光纖接口與泄漏電纜相連。
[0022]泄露電纜為離散型泄漏同軸電纜。即沿長度方向分成多段，有開槽的段和沒有開槽的段交替設置。
[0023]LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)通信連接。
[0024]230M是工信部授權(quán)電力等行業(yè)專用頻段，屬寶貴的低頻段資源，LTE標準已成熟運商用于各大運營商4G網(wǎng)絡，隨著電力系統(tǒng)對無線通信需求的發(fā)展，有必要將優(yōu)越的LTE引入電網(wǎng)自動控制領域。
[0025]LTE是英文Long Term Evolut1n的縮寫。LTE也被通俗的稱為3.9G，具有100Mbps的數(shù)據(jù)下載能力，被視作從3G向4G演進的主流技術(shù)。它改進并增強了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MI MO作為其無線網(wǎng)絡演進的唯一標準。在2 OMHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率。
[0026]系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖參見圖1，LTE核心網(wǎng)設備是整個系統(tǒng)的樞紐，它一端通過以太網(wǎng)接入“電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)”；另一端通過泄漏電纜完成傳感器、采集器等底層設備的通信交換。
[0027]由于電纜隧道相對于其他工業(yè)建筑，其信息量不大且終端固定，因此選用低端緊湊型LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備，該LTE核心網(wǎng)設備主要負責控制面的移動性管理，包括用戶上下文和移動狀態(tài)管理，分配用戶臨時身份標識，鑒權(quán)管理等。緊湊核心網(wǎng)根據(jù)電力系統(tǒng)特點部署在高壓變電站通信機房或主控制室內(nèi)，核心網(wǎng)設備機柜應集成支持SGSN&MME、GGSN&S/P-Gff、CG、DNS、HLR&HSS和PCRF等多個網(wǎng)元，以提高核心網(wǎng)設備的集成度，減少機房占地，降低設備成本。
[0028]核心網(wǎng)設；自帶多種接口模式，可以直接耦合至本實用新型所述的泄漏同軸電纜，也具備光纖接口拉遠至遠端分布式基站RRU+BBU，通過RRU+BBU耦合到所述的泄漏同軸電纜，完成信息在泄漏電纜中的傳輸。
[0029]泄漏電纜通過其槽孔向外界輻射電磁波從而交換信息，布置于電纜隧道頂層電纜支架外沿，完成信號的傳輸和無線發(fā)射，隧道全程敷設單根泄漏電纜，實現(xiàn)隧道無線通信全覆蓋。隧道內(nèi)所有IED設備(智能電子設備)如傳感器、控制器和采集器均可以通過泄漏電纜散播的無線信號通過核心網(wǎng)設備接入“電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)”。
[0030]“電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)”是指這樣一套計算機監(jiān)控系統(tǒng)，通常分為站控層設備和過程層設備。其中站控層設備含各種處理服務器、通信接口服務器，通過與前述核心網(wǎng)設備雙向交換信息實現(xiàn)與過程層設備聯(lián)網(wǎng)通訊，最終將電纜隧道中所有傳感器、控制器等智能設備的信息集中采集并集中決策的系統(tǒng);過程層設備常見配置通常包含:視頻監(jiān)控、火災報警、排水暖通、氣體環(huán)境、安防等，它們完成基本信息的測量與控制，例如獲取視頻信息或啟動排風系統(tǒng)等，過程層設備通過嵌入式或外置的CPE(無線終端接入設備)獲取從泄漏同軸電纜中散發(fā)的無線信號，與之雙向交換后傳輸至前述的核心網(wǎng)設備，上送站控層分析決策或執(zhí)行下行命令。
[0031]泄漏電纜的選型
[0032]本實用新型充分考慮到電纜隧道監(jiān)控對象的離散性，特選用插入損耗極低的分布式泄漏同軸電纜，即泄漏同軸電纜由同軸電纜在電纜隧道中有信息需求的地方開槽，形成對應于監(jiān)控對象的離散型泄漏同軸電纜，在電纜隧道中理論損耗約為0.25dB，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0033]本實用新型采用針對專用頻段設計的泄漏同軸電纜，在lte230M的頻帶環(huán)境下，通常固定頻率泄漏電纜的損耗綜合考慮介質(zhì)衰減+輻射衰減+導體自身衰減，漏泄同軸電纜的衰減常數(shù)*1 可取為2.2dBkm，系統(tǒng)損耗為amax.=as+M = a X L+Lc+M則L= (amax._Lc_M) +α，以230Mhz為例，在考慮余量M = 45dB、耦合損耗Lc = 75，設計最大系統(tǒng)損耗amax.= 135dB的時候，得出 L = (135dB-75dB-45dB )+2.2dB/KM=6.82km；
[0034]通過以上理論分析，單體系統(tǒng)的理論有效覆蓋距離約為6.82km，考慮到隧道封閉穹頂結(jié)構(gòu)本身對泄漏電纜耦合性能有助增作用，實際傳輸距離理論值可達7km左右，能滿足絕大多數(shù)城市電纜隧道的要求。
[0035]相關技術(shù)指標
[0036]本實用新型工作頻段223.025-235Mhz，采用TDD雙工方式，射頻信道帶寬8.5Mhz，可支持最大2000個信息點的在線用戶數(shù)，用戶是指前述的控制器、傳感器等需要無線通信的終端設備，設計靈敏度_120dB，終端CPE側(cè)峰值傳輸速率1.85Mbps?？蓾M足電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)中所有過程層設備對傳輸帶寬、質(zhì)量的和靈敏度的要求。
[0037]對于距離較長的電纜隧道，由于一段泄露電纜的傳輸距離有限，需要采用一個或多個射頻拉遠器進行中繼，參見圖3，射頻拉遠器布置在核心設備(如合路器等)有線傳輸距離內(nèi)，射頻拉遠器也可以通過光纖與核心設備相連，射頻拉遠器的電源取自隧道內(nèi)照明電源，完成信號在泄漏電纜中的中繼。
[0038]有益效果:
[0039]本實用新型的基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)是一個通信系統(tǒng)平臺，具有以下優(yōu)點:
[0040](I)支持電纜隧道采集層實現(xiàn)信息上傳和信息交換共享，支持物聯(lián)網(wǎng)在電纜隧道中的應用。
[0041](2)本系統(tǒng)以低成本解決電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)所需的無線通信覆蓋。
[0042](3)采用230M頻段的LTE核心網(wǎng)設備，專門用于電力系統(tǒng)的電纜隧道無線通信。
[0043]LTE230基于工信部批準給電力等系統(tǒng)的230M專用頻段，低頻傳輸距離長、安全且不會對其他無線系統(tǒng)造成頻段電磁干擾。
[0044](4)在選用230Mhz定頻泄漏同軸電纜的情況下，采用本實用新型約定的離散開槽做法，可以使得泄漏同軸電纜傳輸距離可達7km，這樣的覆蓋半徑非常適合用作電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的通信平臺，充分利用了電力行業(yè)特有的230M專用低頻資源。
[0045](5)、系統(tǒng)可擴展性強、容量大，滿足大型隧道多種輔助監(jiān)控系統(tǒng)對通信實時性、安全性和可靠性的要求。
[0046]本實用新型的系統(tǒng)可進一步推廣至城市綜合管廊中。地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。
【附圖說明】
[0047]圖1為基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖2為泄漏電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖3為具備射頻拉遠模塊的基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0050]以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明:
[0051 ] 實施例1:
[0052]如圖1-3，一種基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備、泄露電纜和多個傳感器;所述的傳感器用于采集隧道內(nèi)的狀態(tài)信息；
[0053]監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備與泄露電纜依次相連;泄露電纜發(fā)出無線信號;泄露電纜上設有便于散播無線信號的開槽;傳感器與泄露電纜無線通信連接；
[0054]所述的傳感器包括環(huán)境條件傳感器(如溫濕度傳感器)、消防用傳感器(如煙感傳感器，感應明火的傳感器等)、水位傳感器、有害氣體傳感器(如一氧化氮傳感器等)、出入口防盜及檢測傳感器(人體感應傳感器，如紅外傳感器等)中的至少一種。
[0055]電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)還包括控制器和采集器;泄露電纜與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制器和采集器無線通信連接;所述的控制器與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的采集器相連。
[0056]隧道全程敷設單根泄漏電纜。
[0057]電纜隧道通信系統(tǒng)的工作頻段223.025-235Mhz，采用TDD雙工方式，射頻信道帶寬8.5Mhz0
[0058]采集控制是電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的，采集器指采集電纜隧道運行原始數(shù)據(jù)，控制器指匯總多個采集器數(shù)據(jù)并加以控制。
[0059]LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備部署在高壓變電站通信機房或主控制室內(nèi)，LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備集成有支持SGSN&MME、GGSN&S/P-GW、CG、DNS、HLR&HSS和PCRF的網(wǎng)絡單元。
[0060]LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備具有能直接耦合泄漏電纜的接口，還具備光纖接口，所述的光纖接口用于將信號拉遠至遠端射頻拉遠器或分布式基站RRU+BBU，通過射頻拉遠器或分布式基站RRU+BBU耦合到另一根泄漏同軸電纜，完成信息在泄漏電纜中的中繼。即LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備可用直接與泄漏同軸電纜相連，也可以通過光纖接口與泄漏電纜相連。
[0061]泄露電纜為離散型泄漏同軸電纜。即沿長度方向分成多段，有開槽的段和沒有開槽的段交替設置;LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)通信連接。
【主權(quán)項】
1.一種基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備、泄露電纜和多個傳感器;所述的傳感器用于采集隧道內(nèi)的狀態(tài)信息； 監(jiān)控系統(tǒng)主機、LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備與泄露電纜依次相連;泄露電纜發(fā)出無線信號；泄露電纜上設有便于散播無線信號的開槽;傳感器與泄露電纜無線通信連接； 所述的傳感器包括環(huán)境條件傳感器、消防用傳感器、水位傳感器、有害氣體傳感器、出入口防盜及檢測傳感器中的至少一種； 電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)還包括控制器和采集器;泄露電纜與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的控制器和采集器無線通信連接;所述的控制器與電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)的采集器相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，隧道全程敷設單根泄漏電纜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備部署在高壓變電站通信機房或主控制室內(nèi)，LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備集成有支持 SGSN&MME、GGSN&S/P-GW、CG、DNS、HLR&HSS 和 PCRF 的網(wǎng)絡單元。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，LTE系統(tǒng)核心網(wǎng)絡設備具有能直接耦合泄漏電纜的接口，還具備光纖接口，所述的光纖接口用于將信號拉遠至遠端射頻拉遠器或分布式基站RRU+BBU，通過射頻拉遠器或分布式基站RRU+BBU耦合到另一根泄漏同軸電纜，完成信息在泄漏電纜中的中繼。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的基于LTE無線寬帶的電纜隧道監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，泄露電纜為離散型泄漏同軸電纜。
【文檔編號】H04B5/00GK205490540SQ201620045771
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月18日
【發(fā)明人】甘星, 張幸, 于彩葵, 李成, 羅明輝, 周凱
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司, 國網(wǎng)湖南省電力公司永州供電分公司