无人机电力巡检车通信系统方案.docx
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无人机电力巡检车通信系统方案
无人机电力巡检车通信系统方案
无人机电力巡检车通信
系统方案
2013年11月
1概述1
2客户需求分析1
2.1功能需求1
2.2性能需求2
2.3应用环境需求2
3系统方案2
3.1系统设计2
3.1.1系统概述2
3.1.2系统设计原则3
3.1.3系统总体架构3
3.1.4系统组成4
3.2系统功能及应用5
3.2.1巡线视频采集并实时传输到PC终端显示输出功能5
3.2.2巡线视频保存和回放功能5
3.2.3巡线位置快速精确定位功能6
3.2.4巡线人员间的视频、语音通话功能6
3.2.5巡线人员间的数据、图像传输功能6
3.2.6巡线人员通过PC终端实现对摄像头远程控制功能6
3.2.7巡线人员间的会议通话功能（选配）6
3.3系统技术指标6
3.3.1摄像视频指标6
3.3.2无线传输技术指标6
3.3.3通信距离指标7
3.4系统特点7
3.4.1先进性7
3.4.2兼容性7
3.4.3扩展性7
3.4.4安全性7
3.4.5可靠性8
3.4.6易用性8
3.4.7功能丰富性8
4系统产品参数8
4.1XNB-SC1400A4G无线宽带基站8
4.1.1产品概述8
4.1.2产品特性9
4.1.3产品参数9
4.2XTC-AO1400A无线宽带CPE终端10
4.2.1产品概述10
4.2.2产品特性11
4.2.3产品参数11
4.3XTH-FL1400A智能移动单兵终端12
4.3.1产品概述12
4.3.2产品特性13
4.3.3产品参数13
4.4LW9424-B全高清网络高速球型摄像机14
4.4.1产品概述14
4.4.2产品特性14
4.4.3产品参数15
4.5XAM-FH8008综合业务控制平台（选配）16
4.5.1产品概述16
4.5.2产品特性16
4.5.3产品参数16
5工作环境要求18
5.1安装平台要求18
5.2电源及功耗18
6系统配置清单18
7质量保证19
8结束语19
概述
随着电力在工业生产、日常生活中发挥越来越重要的作用,电网的安全、稳定、高效运行成为电网运行的当务之急。
而输电线路跨区域分布,点多面广,所处地形复杂,自然环境恶劣,且输电线路设备长期暴露在野外,使得传统的人工巡线方法无法完成输电线路的有效巡检和故障定位及排查工作。
无人直升机巡线是一种安全、快速、高效、前途广阔的巡线方式。
但是以前的无人机巡线系统因为受限于无人直升机与地面巡检中心通信系统的限制,无法实时将巡检的高清视频实时传输到地面巡检中心,因此无人机巡线系统的往往采用先拍摄回去后再分析,或者将拍摄的高清视频转化为低分辨率视频再传回地面进行分析的方法,基于上述因素无人直升机巡线的优势和效果也大打折扣。
为解决上述无人直升机巡线的问题,充分发挥无人直升机巡线的优势和特点,我公司（全称:
南京鑫软图信息技术有限公司,本文中统一简称鑫软图）基于自主知识产权的高性价比XNB-SC1400ATD-LTE基站、XTC-AO1400A无线宽带CPE终端、XTH-FL1400A智能移动单兵终端、XAM-FH8008综合业务控制平台（选配）并结合LW9424-B全高清网络高速球型摄像机,经过认真分析系统需求及多次优化改进设计,提出了这套完全满足无人直升机巡线需求并提供巡检人员相互进行视频通话的无线通信系统。
该系统采用目前最先进的第四代移动通信技术（LTE）标准,具有高带宽、低时延、高稳定性以及高速率（峰值速率:
下行:
40Mbps,上行:
40Mbps）,覆盖能力强（有效覆盖直径5-7公里,并可以通过提升功率增加覆盖范围）等特点。
所有产品均按工业级要求进行设计生产,完全适用于巡线工作的野外工作环境。
客户需求分析
根据前期与贵单位的多次沟通交流获取到的系统用途与需求及我们通过其他方面获取到的信息,按照系统要求,对于系统需求,我们主要从功能、性能、及应用环境三方面进行了详细的需求分析,具体如下。
功能需求
本通信系统建成后需实现如下功能:
实现日间可见光全高清巡线视频数据采集功能;
实现夜间红外线全高清巡线视频数据采集功能;
实现巡线视频数据从无人机实时传输到地面巡检车功能;
实现对电力故障部位、灾情位置的高清图片的航拍功能;
实现电力灾情位置的精确定位功能;
实现巡检人员间的视频、语音通话功能;
实现巡检人员间的数据、图像传输功能;
实现长距离线路普查视频采集功能;
实现短距离线路详查视频、图像采集功能;
视频采集摄像头支持变焦功能;
实现采集视频的存储和回放功能;
性能需求
巡线高清视频分辨率达全高清（1080P）标准;
巡线视频清晰度高便于分析与处理;
巡线视频、图像高清晰度,可以发现肉眼难以发现的、处于萌芽状态的隐患
巡线移动过程中视频、图像清晰可辨;
循线人员间的通话视频清晰、话音清楚;
机载设备满足IP65防尘防水标准;
应用环境需求
定期较长工作时间日常例行巡线
恶劣气象环境下的灾情特别巡线
日间、夜间应急抢修故障点巡查
系统方案
系统设计
系统概述
基于对无线通信系统的深刻理解,并结合无人直升机巡线系统的实际应用,我们采用最先进的第四代移动通信技术（LTE）为贵单位量身定做,提出了如下具有极高性能、高可靠性、具有极大的可扩展性和灵活性、操作简单、使用方便的解决方案,非常切合无人直升机巡线系统通信的应用。
系统设计原则
1先进性原则:
遵循有关国际标准和国内外有关的规范要求;采用当今最新和尖端的通信、网络、IT及多媒体处理等的成熟技术。
2标准化原则:
严格按照国际和国家行业标准设计,提供行业标准接口,使系统具有较高的兼容性,能够行业内其他厂家的设备系统平滑连接和互通。
3安全性原则:
系统留有可进行扩展加密的功能和接口,有效抵制网络病毒和黑客等的攻击,具有防火墙功能。
具备严格的授权和认证机制。
4可靠性原则:
系统结构集成度高,能够保证长时间地稳定可靠运行,适应工作环境能力强,故障率低。
5灵活和可扩展性原则:
系统设计考虑了今后功能和性能的发展需要,采用行业标准接口,能够方便地实现系统的扩展与升级。
6易操作性原则:
对机载视频终端和手持终端均采用基于WEB的图形化操作界面,全中文人机对话模式,易于操作、维护和管理。
7经济实用性原则:
在满足系统各项性能指标和功能要求的前提下,实现了较高的性能价格比。
系统总体架构
1）系统网络结构示意图如下所示:
无人机巡检车通信系统网络结构示意图
2）系统应用示意图如下所示:
无人机巡检车通信系统应用示意图
系统组成
在本方案中,无人机巡检车通信系统从安装和搭载方式可分为以下三部分组成:
（1）车载设备:
XNB-SC1400ATD-LTE基站;
系统无线接入和与其他系统内设备进行有线接入的核心设备,实现系统内通信设备的枢纽,系统内的设备通过他实现互联互通。
XAM-FH8008综合业务控制平台（选配）;
基于Web操作界面高性能会议通话控制平台,可实现多人会议高清视频通话。
（2）机载设备:
XTC-AO1400A无线宽带CPE终端;
基于TDD-LTE通信制式精心研制的宽带无线终端模块。
这是一款大功率输出、双天线的终端产品。
可用于实现远距离视频回传、无线办公、数据采集等应用,以满足用户宽带无线业务接入的需求。
LW9424-B全高清网络高速球型摄像机;
200万像、20倍光学变焦、支持日夜自动转换、水平垂直旋转的全高清网络高速球型云台摄像机。
（3）手持设备:
XTH-FL1400A智能移动单兵终端;
采用先进的LTE无线通信体制、一体化紧凑设计,具备高稳定性、高可靠性专门针对集群通信进行开发设计的多功能智能终端。
系统功能及应用
本系统针对无人直升机电力巡检需求进行设计,主要应用于日常例行电力巡检、恶劣气象环境下的灾情特别巡线及应急抢修故障点巡查等方面,也可应用于与电力巡检类似用途和特点的其他场合。
本系统具备的功能如下:
巡线视频采集并实时传输到PC终端显示输出功能
通过安装在无人机上的高清网络高速球型摄像机完成视频信息采集,并经过无线宽带CPE终端将视频信息发送给基站,基站收到视频信息后传输给PC终端,通过PC终端的软件完成摄像视频的显示输出。
巡线视频保存和回放功能
PC终端的视频输出软件具备将摄像视频保存在PC终端的存储器内,在需要的时候使用视频播放软件即可完成存储视频的回放。
巡线位置快速精确定位功能
机载无线宽带CPE终端安装有GPS定位模块,可以完成巡线位置的快速定位功能,也可通过无人机上本身的GPS定位模块完成定位。
巡线人员间的视频、语音通话功能
通过XTH-FL1400A智能移动单兵终端可以完成巡线人员间的视频、语音通话的功能。
巡线人员间的数据、图像传输功能
通过XTH-FL1400A智能移动单兵终端可以完成巡线人员间的数据、图像传输功能。
巡线人员通过PC终端实现对摄像头远程控制功能
系统中采用的摄像头为高清网络摄像头,可以通过IP通信方式直接连接摄像头完成对摄像头的控制功能。
巡线人员间的会议通话功能（选配）
根据实际需求可以配置XAM-FH8008综合业务控制平台实现巡线人员间的多人会议通话功能。
系统技术指标
摄像视频指标
最大像素:
1920*1080（1080P）
帧率:
30fps@1080p
镜头:
自动光圈20倍光学变焦
旋转控制:
水平0-360度,400度/秒;垂直0-90度,机械自动翻转,400度/秒
拍摄距离:
0-300米
无线传输技术指标
信道带宽:
20MHz
峰值速率:
下行:
80Mbps,上行:
30Mbps
通信距离指标
通信距离:
有效覆盖范围5-7公里
系统特点
先进性
本方案以采用目前最为先进的第四代移动通信技术（LTE）基站为核心,配备支持H.264、MPEG-4等多种高清视频编码技术清晰度为1920*1080（1080P）,具备20倍光学变焦、EIS（电子防抖）技术、水平垂直可自由旋转的网络摄像头和智能手持终端,直接在PC终端上通过WEB方式实现对摄像头的控制和全高清1080P视频输出,充分体现了系统的先进性与实用性。
兼容性
本方案中的产品严格按照国际和国家行业标准设计,提供行业标准接口,使系统具有较高的兼容性,核心设备LTE基站完全按照3GPP标准设计,能够行业内其他厂家的终端设备互联互通,终端设备也提供标准接口,方便进行系统升级改造及设备替换。
扩展性
本方案具有良好的扩展性,可根据实际需求进行如下方式扩展:
LTE基站设备支持不少于1200个注册用户,并可同时支持88VoIP用户同时通话,可以通过增加智能终端的方式便可完成通话用户的扩容;
摄像头同时支持最多10个用户对其访问,只需增加PC终端即可完成多名巡检人员同时对巡检视频进行分析功能;
可以通过增加巡检直升机的数量可以让多架直升机同时进行巡线功能。
安全性
本方案支持软件加密和硬件加密模式,可以通过内部加密软件或增加外部保密模块,实现保密通信的功能。
可靠性
本方案基站和终端设备采用全密封一体化设计,和军用防护等级的防水材料,达到IP65防护等级,并通过专业的可靠性实验环境的验证,摄像头达IP66防暴设计要求,大大的提高了系统的可靠性和稳定性,抗恶劣环境和气候工作能力,具有故障率低、运行稳定、高可靠性的特点。
易用性
本方案中整个基站系统在产品出厂时就按用户的需求进行配置,上电即可工作,免去了复杂的配置过程,如果个别用户有特别需求,也可给用户配置基于TCP/IP协议全中文、图形化操作界面控制软件;终端侧采用人性化设计的中文UI菜单同样可实现简单管理与操作;会议控制台和网络摄像头的操作均采用基于WEB服务的方式,通过PC终端即可完成简单的操作和控制管理。
功能丰富性
本方案不仅仅实现了无人巡检直升机和地面移动巡检车的无线视频传输,存储回放等功能,同时还支持巡检人员的相互间通信、数据传输,并可根据用户需要进行扩展。
系统产品参数
XNB-SC1400A4G无线宽带基站
产品概述
XNB-SC1400A基站是鑫软图专门针对各种行业应用研制的高性价比宽带无线接入产品。
该系统基于目前最为先进的第四代移动通信技术（LTE）研制而成。
考虑到行业应用
设备面板前视图设备面板后视图的特点,在3GPP协议的基础上进行了大幅度的改进、优化,满足行业对于无线宽带接入应用的需求。
基于XNB-SC1400A基站,可以提供语音、视频通话以及语音和视频的多媒体调度;关键设备、场景的视频监控;环境监控和报警;工业控制节点的数据采集及控制等各类行业物联网应用等定制化的业务。
XNB-SC1400A向上提供千兆以太网接口,向下通过LTE协议与无线数据采集终端设备进行数据通信。
产品特性
产品的特性如下:
单设备实现一个可以组网的AllinOne无线接入系统（含基带和射频以及核心网功能）;架构简单,操作性强;
设备按照商用产品级别设计,可靠性高;
功耗低,供电方便;
接口丰富,尺寸小,部署方便;
系统性能高,单设备最高能够支持下行40Mbps,上行40Mbps;
支持软件的远程升级模式;
网管功能强大;
支持灵活的二次开发和功能定制。
产品参数
总体规格
编号项目性能
1产品制式TDD-LTE
2支持频段1447-1467MHz
3工作带宽20MHz
4采样速率30.72MHz
5载波数1
6接收通道2天线
7发送通道2天线
8防雷要求天馈10kA
电源20kA
9防尘防水指标IP65
10功耗200w
11工作温度-40oC~55oC
12工作湿度10%-100%
13电源220V交流
14尺寸400mm*306mm*160mm
15重量18Kg
发射性能
编号项目性能
1最大发射功率40+/-1dBm/通道
2射频通道数2发2收
3频率稳定度±0.05ppm
4VSWROFDM天线≤1.5
GPS天线≤2
5EVMQPSK≤17.5;
16QAM≤12.5;
64QAM≤5;
6输出功率动态范围20dB1dBStep
7关发射功率***************
8杂散辐射（SpuriousEmissions）9~150kHz≤-36dBm/1kHz
150kHz~30MHz≤-36dBm/10kHz
30MHz~1GHz≤-36dBm/100kHz
1GHz~12.75GHz≤-30dBm/1MHz
9过载保护（Outputoverloadprotection）43dBmtotaloutputpowerPerChannel
10ACPRAdjacentChannel-45dB
Non-adjacentchannel-55dB
11天线保护天线短路、开路3分钟之类,重新恢复后,发射链路可无任何性能指标损失的工作
接收性能
编号项目性能
1参考灵敏度-101.5dBm
2增益范围≥20dB
3Rejection见3GPP36.104
4Blocking见3GPP36.104
XTC-AO1400A无线宽带CPE终端
产品概述
XTC-AO1400A是一款用于4G无线宽带接入解决方案的终端产品,支持高速移动下的宽带多媒体接入,包括视频、语音和上网等业务。
XTC-AO1400A基于TDD-LTE通信制式精心研制XTC-AO1400A室外型外观图的宽带无线终端模块。
这是一款大功率输出、双天线的终端产品。
可用于实现远距离视频回传、无线办公、数据采集等应用,以满足用户宽带无线业务接入的需求。
采用第四代移动通信核心技术OFDMA向客户提供基于4G技术的无线宽带设备,包括基站、终端和网络设备,可向用户提供整体系统解决方案。
配合XNB-SC1400A基站,实现大范围的无线传输。
设备支持1.4GHZTDD-LTE频段,提供WIFI和100M/1000M自适应以太网接口。
产品特性
产品的特性如下:
支持NAT（NetworkAddressTranslation）工作模式,一个CPE下可以带多个用户,并支持本地局域网的IP地址动态分配分配;
空口侧IP地址支持动态DHCPIP方式和静态IP配置方式;
基于WebUI的设备管理软件,提供WebUI管理界面,支持对CPE的本地和远程维护,包括版本升级等功能;
支持?
WPA-PSK?
/?
WPA2-PSK安全加密;
支持配置文件导入/导出和软件升级以及WEBUI管理方式:
产品参数
总体规格
编号项目性能
1产品制式TDD-LTE
2支持频段TDD-LTE:
1447-1467MHz/WLAN:
802.11B/G/N
3工作带宽20MHz
4LTE天线2天线（2收1发）
5WIFI天线2天线
6防雷要求天馈10kA
电源20kA
7防尘防水指标IP65
8功耗30w
9工作温度-40oC~55oC
10工作湿度10%-100%
11电源220VAC/12VDC
12尺寸230mm*123mm*40mm
13重量2Kg
射频指标
序号性能分类参数名称指标
1发射性能最大发射功率CPE:
33dBm
2发射功率绝对精度+/-0.5dB
3动态功率控制可控范围:
60dB
最小步进:
1dB
步进精度:
+/-0.5dB
4临信道泄漏比ACLR-31dBc
5VSWR1.5
6输出阻抗50Ω
7矢量误差EVM3.20%
8接收性能最大输入功率-19dBm
最大容忍功率0dBm
接收灵敏度QPSK1/2-93dBm
QPSK3/4-89.5dBm
16QAM1/2-87dBm
16QAM3/4-83dBm
64QAM-76dbm
VSWR1.5
增益可控范围30dB
输入阻抗50Ω
XTH-FL1400A智能移动单兵终端
产品概述
XTH-FL1400A智能移动单兵终端,是一款采用先进的LTE无线通信体制芯片为核心处理器的多媒体业务传输终端。
具有大容量、高宽带、高安全的基本特性。
采用一体化紧凑设计,具备高稳定性、高可靠性,支持软件版本的远程升级、二次开发和功能定制,是一款专门针对专网通信进行开发设计的多功能智能XTH-FL1400A智能终端外观图终端。
产品特性
产品的特性如下:
仿人体工程学设计手感舒适,外部防震、防水、防尘设计,携带使用方便
高度集成的手持式3G/TD-LTE/WIFI无线视频应急指挥终端,内置智能充电管理,实时查询电量,低电智能报警,省电模式。
配置大容量电池可持续使用6-8个小时
支持WIFI或TD-LTE无线视频传输
支持wifi组网,支持开机自动检测wifi网络,并自动连接
内置GPS定位系统
支持双向语音对讲
支持双向视频通讯
专用图片抓拍和紧急呼叫按钮,及时捕捉关键影像,为决策者提供远程指挥的第一手资料
3.5寸屏幕,支持触摸屏操作,参数配置和常见功能很方便的在本地进行设置,同时支持图像的本地显示
产品参数
总体规格
编号项目性能
1产品制式TDD-LTE
2支持频段1447-1467MHz
3工作带宽20MHz
4天线2天线
5支持业务视频/VoIP/数据/录像存储（TF卡16G）
6人机交互3.5?
触屏+键盘+PTT键
7发射功率0.2W
8防尘防水指标IP65
9功耗4w
10工作温度-10℃~50℃
11电源单电池6000mAH
12尺寸136.5mm*75mm*30.5mm
13重量1Kg（摄像头及其它配件不计）
射频指标
序号性能分类参数名称指标
1发射性能最大发射功率CPE:
23dBm
2发射功率绝对精度+/-0.5dB
3动态功率控制可控范围:
60dB
最小步进:
1dB
步进精度:
+/-0.5dB
4临信道泄漏比ACLR-31dBc
5VSWR1.5
6输出阻抗50Ω
7矢量误差EVM3.20%
8接收性能最大输入功率-19dBm
最大容忍功率0dBm
接收灵敏度QPSK1/2-93dBm
QPSK3/4-89.5dBm
16QAM1/2-87dBm
16QAM3/4-83dBm
64QAM-76dbm
VSWR1.5
增益可控范围30dB
输入阻抗50Ω
LW9424-B全高清网络高速球型摄像机
产品概述
LG?
LW9424全高清网络高速球型摄像机,采用1/3”逐行扫描CMOS,配合LG自行研发的XDI-II芯片,实现了真正的1080P全高清彩转黑低照度高速球型摄像机。
其20倍的光学变倍、400度每秒的快速转动速度,128个预置位、8路巡航、4组宏轨迹的设计,使其能更好的满足大范围、快速响应的监控需要。
加上独特的3D-DNR数码降噪技术、Sens-UP功能,内部高智能化的控制系统和智能视频分析功能,使其在恶劣的环境下仍能应用自如。
产品特性
产品的特性如下:
采用LG新的XDI-II技术芯片
清晰度:
最高1920*1080（1080P）
1/3"逐行扫描CMOS
机械式彩转黑
20倍光学变倍镜头
超宽动态80dB
H.264,MJPEG双压缩
水平0-360度自由旋转,400度每秒高速定位
128个预置位、8路巡航、4组宏轨迹?
支持双向音频传输、支持报警输入输出
XDI-II独有的3D-DNR噪声抑制滤波器
支持高级隐私遮挡功能
EIS（电子防抖）
HSBLC（超强光抑制）
支持自动白平衡,色彩还原度高,图像逼真
产品参数
序号参数名称指标
1最大像素1920*1080（1080P）
2CCDIC1/3SONY逐行扫描CMOS
3镜头自动光圈20倍光学变倍,f4.7mm~94mm
4视频压缩H.264,MJPEG双码流
5帧率30fps@1080p
6同步方式内同步/行锁定
7音频压缩G.711,G.726,双向音频
8事件通知继电器输出,Email,FTP
9报警输入输出2/2
10智能视频分析入侵探测,通过线,目标移动探测,计数,干扰探测场景变化,越线报警,进/出,滞留/丢失,音频侦测,人脸识别
11视频输出1RCA输出
12行频（H）15.625KHz
13协议TCP/IPIPv4,HTTP,HTTPS,RTP,RTSP,UDP,DHCP,FTP,SMTP,,NTP,ARP,ICMP,DDNSLG
14信噪比大于52dB（AGC关）
15最低照度彩色:
0.003LuxSens-Up自动0.6
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