郭樹巖( 遼寧科技學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 本溪 117004 )

分析監(jiān)控圖像受干擾的產(chǎn)生原因及解決方法

郭樹巖
( 遼寧科技學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 本溪 117004 )

監(jiān)控系統(tǒng)在煉鋼廠的生產(chǎn)及安防保衛(wèi)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多，但由于線路、電氣環(huán)境的不同，或是在施工中疏忽，容易引發(fā)各種不同的干擾。根據(jù)不同的情況采取相應(yīng)的措施，對提高監(jiān)控系統(tǒng)圖像質(zhì)量，輔助調(diào)度指揮及安防保衛(wèi)非常重要。

基帶傳輸；移頻 ；視頻光纜傳輸；數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸

1 前言

監(jiān)控系統(tǒng)在煉鋼廠的生產(chǎn)及安防保衛(wèi)系統(tǒng)中應(yīng)用越來越多，由于廠區(qū)過大，監(jiān)控點(diǎn)分散，現(xiàn)場電氣環(huán)境復(fù)雜等因素，造成視頻圖像質(zhì)量下降，嚴(yán)重影響了調(diào)度指揮及生產(chǎn)監(jiān)控，本文主要結(jié)合本鋼煉鋼廠監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)存在的干擾問題，分析監(jiān)控圖像受干擾的產(chǎn)生原因及解決方法

2 干擾產(chǎn)生的原因

該廠現(xiàn)在的工業(yè)監(jiān)控及安防保衛(wèi)系統(tǒng)采用的信號傳輸方式為基帶傳輸。所謂的視頻基帶傳輸是指視頻信號不經(jīng)過頻率變換等任何處理由圖像攝取端通過同軸電纜直接傳輸?shù)奖O(jiān)視端的傳輸方式，這種傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是傳輸系統(tǒng)構(gòu)架簡單，在一定范圍內(nèi)，失真小、噪聲低(系統(tǒng)信噪比高)；缺點(diǎn)是傳輸距離不能太遠(yuǎn)，必須在線纜特性要求的范圍內(nèi)傳輸，并且一根視頻同軸電纜同時(shí)只能傳送一路監(jiān)控信號。由于這種傳輸方式具有穩(wěn)定性高，系統(tǒng)中使用的設(shè)備簡單，布線方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在現(xiàn)實(shí)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。圖像在傳輸時(shí)直接利用同軸電纜的0～6MHz來傳輸，但是線纜高帶寬和實(shí)際低頻率的使用，造成信號在電纜中傳輸時(shí)，其振幅及相位在低頻段與高頻段的差別就會很大，特別是在相位失真太大時(shí)，便難以用簡單的電路進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。以及基帶傳輸?shù)皖l部分很容易受到強(qiáng)電、發(fā)射塔、基站、電動(dòng)機(jī)、變頻器等干擾源的干擾。由于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜非常容易受到干擾，使圖像出現(xiàn)網(wǎng)紋、橫紋和噪點(diǎn)影響監(jiān)視效果。

3 干擾的分類

3.1 工頻干擾

干擾現(xiàn)象：圖像出現(xiàn)雪花噪點(diǎn)、網(wǎng)紋或很寬暗橫帶持續(xù)不斷滾動(dòng)。

干擾原因：此現(xiàn)象是當(dāng)攝像端與監(jiān)控設(shè)備端同時(shí)接地時(shí)，由于地電阻及電纜外皮電阻的存在，在兩地之間電力系統(tǒng)各相負(fù)載不平衡或接地方式不同引起50Hz電位差，從而產(chǎn)生工頻干擾所致。地電位使兩接地端存在電壓降，電壓降加在屏蔽層兩端并與大地(地電阻)構(gòu)成回路產(chǎn)生地電流，地電流經(jīng)過線纜屏蔽層形成干擾電壓，地電流的部分諧波分量落入視頻芯線，致使芯線與屏蔽層之間產(chǎn)生干擾電位，使干擾信號加入視頻信號中對監(jiān)控圖像形成干擾。

3.2 空間電磁波干擾

干擾現(xiàn)象：圖像出現(xiàn)較密的斜形網(wǎng)紋，嚴(yán)重時(shí)會淹沒圖像。

干擾原因：當(dāng)監(jiān)控電纜在空中架設(shè)時(shí)，空中電磁波干擾信號所產(chǎn)生的空間電場會作用于監(jiān)控傳輸線路，使線路兩端而產(chǎn)生相當(dāng)大的電磁干擾電壓，其頻率約在200Hz～2.3MHz。由于電纜中電位差的存在，使電纜屏蔽層產(chǎn)生干擾電流，而一般情況下攝像端和監(jiān)控設(shè)備端均為接地狀態(tài)，這就使干擾電流通過線纜兩端接地點(diǎn)與大地形成回路，導(dǎo)致終端負(fù)載產(chǎn)生干擾電壓，干擾信號耦合進(jìn)視頻信號中，產(chǎn)生圖像干擾情況。

3.3 低頻干擾(20Hz-nKHz低頻噪聲干擾)

干擾現(xiàn)象：圖像出現(xiàn)靜止水平條紋。

干擾原因：由于聲音、數(shù)據(jù)等信號屬于低頻信號，其頻帶狹窄在傳輸時(shí)只用到20Hz～nKHZ，幾乎采用任何種類的電纜都可以傳輸，一般只受交流聲干擾。用于傳輸視頻信號的同軸電纜，其屏蔽層抗干擾曲線特性表明干擾信號頻率越高其屏蔽性能越好，對于諸如載波電話、有線電臺等低頻率信號干擾反而顯得蒼白無力。低頻干擾信號同樣會在傳輸線纜上產(chǎn)生干擾電壓，從而影響圖像質(zhì)量。

3.4 高頻干擾(高頻噪聲干擾)

干擾現(xiàn)象：圖像出現(xiàn)雪花點(diǎn)或高亮點(diǎn)。

干擾原因：雖然視頻傳輸所用同軸電纜抗高頻干擾要比抗低頻干擾性能強(qiáng)，但是強(qiáng)高頻干擾信號還會對圖像的傳輸產(chǎn)生干擾。大電荷負(fù)載啟停、變頻機(jī)及高頻機(jī)等在工作時(shí)除了輸出高強(qiáng)度基波外，同時(shí)還會產(chǎn)生高強(qiáng)度的二次諧波。雖然諧波強(qiáng)度比基波低很多，但高次諧波頻帶很寬且成分復(fù)雜，所以基波的各次諧波都會對利用視頻基帶傳輸(即6MHZ帶寬內(nèi))的視頻信號造成不同程度的干擾。經(jīng)過多次精度實(shí)驗(yàn)，高頻干擾信號的基波和諧波頻率均在45MHz以內(nèi)。

3.5 反射干擾

干擾現(xiàn)象：圖像出現(xiàn)重影。

干擾原因：視頻信號在傳輸過程中色度、亮度及飽和度都會有相應(yīng)衰減，當(dāng)傳輸視頻的同軸網(wǎng)絡(luò)阻抗不匹配(也稱失配)時(shí)，視頻信號傳輸?shù)浇K端會有部分色度、亮度及飽和度產(chǎn)生微反射，反射回來的信號會回到發(fā)射處形成再反射，與視頻信號疊加經(jīng)過延時(shí)和損耗到達(dá)終端。多個(gè)反射信號將在接收端產(chǎn)生碼間干擾(ISI)，ISI會導(dǎo)致監(jiān)視器收到錯(cuò)誤的輸入信號幅度和相位并顯示出來，這就使傳回來的圖像看起來好象清楚的圖像上又蒙上了一層模糊不清的圖像現(xiàn)象，即重影現(xiàn)象。

3.6 線纜質(zhì)量干擾

干擾現(xiàn)象：木紋狀的干擾 這種干擾的出現(xiàn)，輕微時(shí)不會淹沒正常圖像，而嚴(yán)重時(shí)圖像就無法觀看了(甚至破壞同步)。

干擾原因：視頻傳輸線的質(zhì)量不好，特別是屏蔽性能差(屏蔽網(wǎng)不是質(zhì)量很好的銅線網(wǎng)，或屏蔽網(wǎng)過稀而起不到屏蔽作用 )。與此同時(shí)，這類視頻線的線電阻過大，因而造成信號產(chǎn)生較大衰減也是加重故障的原因 。此外，這類視頻線的特性阻抗不是 75Ω以及參數(shù)超出規(guī)定也是產(chǎn)生故障的原因之一。由于產(chǎn)生上述的干擾現(xiàn)象不一定就是視頻線不良而產(chǎn)生的故障 ，因此這種故障原因在判斷時(shí)要準(zhǔn)確和慎重。只有當(dāng)排除了其它可能后，才能從視頻線不良的角度去考慮。若真是電纜質(zhì)量問題，最好的辦法當(dāng)然是把所有的這種電纜全部換掉，換成符合要求的電纜，這是徹底解決問題的最好辦法。

3.7 供電污染

干擾現(xiàn)象：圖像不能連續(xù)，信號電壓高。

干擾原因：由于供電系統(tǒng)的電源不“潔凈”而引起的。這里所指的電源不“潔凈”，是指在正常的電源( 50 周的正弦波 )上疊加有干擾信號。而這種電源上的干擾信號，多來自本電網(wǎng)中使用可控硅的設(shè)備。特別是大電流、高電壓的可控硅設(shè)備，對電網(wǎng)的污染非常嚴(yán)重 ，這就導(dǎo)致了同一電網(wǎng)中的電源不“潔凈”。比如本電網(wǎng)中有大功率可控硅調(diào)頻調(diào)速裝置、可控硅整流裝置、可控硅交直流變換裝置等等，都會對電源產(chǎn)生污染。 這種情況的解決方法比較簡單，只要對整個(gè)系統(tǒng)采用凈化電源或在線 UPS 供電就基本上可以得到解決。

4 解決干擾的方法:

解決上述問題的根本辦法是：

4.1在選購視頻電纜時(shí)，一定要保證質(zhì)量。必要時(shí)應(yīng)對電纜進(jìn)行抽樣檢測。

4.2在系統(tǒng)建立時(shí)，應(yīng)對周邊環(huán)境有所了解，盡量設(shè)法避開或遠(yuǎn)離輻射源；另一個(gè)辦法是當(dāng)無法避開輻射源時(shí)，對前端及中心設(shè)備加強(qiáng)屏蔽，對傳輸線的管路采用鋼管并良好接地。

4.3 信號移頻：采用移頻技術(shù)將視頻信號(0-6MHZ)移頻至一個(gè)49-300MHZ范圍內(nèi)；視頻信號經(jīng)過抗干擾器發(fā)送端進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，在接收端將信號還原成正常的視頻信號輸出。由于提高了頻率，所以在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)耐瑫r(shí)有效躲避了多種干擾信號；

4.4信號編碼：視頻信號進(jìn)入抗干擾器后進(jìn)行數(shù)字編碼處理，到達(dá)監(jiān)控中心設(shè)備前再進(jìn)行解碼處理。從而避免干擾源對視頻信號的干擾和視頻信號自身的串?dāng)_及衰減；

4.5信號增強(qiáng)：由于所有的信號傳輸距離越遠(yuǎn)信號衰減越大，因此我們必須在發(fā)送端對信號載體能力進(jìn)行加強(qiáng)，以便于它可以傳輸?shù)母h(yuǎn)；

〔1〕李軍.監(jiān)控圖像干擾分析與解決〔J〕. 黑龍江交通科技, 2008(11):45-47.

〔2〕樊永申.電視監(jiān)控系統(tǒng)中常見圖像干擾的原因及分析〔J〕. 中小企業(yè)管理與科技, 2009(25):78-79.

〔3〕姜桂林.電氣自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題及發(fā)展趨勢〔J〕. 油氣田地面工程, 2013(11):63-64.

〔4〕段保國.煉鋼廠數(shù)字圖像監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)〔D〕 重慶大學(xué),2002.

Analysis of Disturbance on monitoring Image and the Removing Way

GUO Shu-yan

(SchoolofApplyingTechnology,LiaoningInstituteofScienceandTechnology,Benxi,Liaoning, 117004,China)

There are more monitoring system used in steelmaking and safeguard operations, but various disturbances often present.. It is important for improving the quality of monitoring image, auxiliary dispatch and safeguard operation to taking relevant measurement according to various status.

Baseband transmission; Shifted frequency; Video frequency line transmission; Digital network transmission

2017-02-22

郭樹巖(1963-)，男，遼寧本溪人,遼寧科技學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院副教授。

1008-3723(2017)02-003-02

10.3969/j.issn.1008-3723.2017.02.003

U495

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