Система видеонаблюдения пространственно разнесенных объектов

Камера Sony SNC-DF85P имеет высокое разрешение до 1.3 мегапикселей, что удовлетворяет задачам которые она должна выполнять. Так же возможна настройка количества передаваемых кадров в секунду. Температурный диапазон от минус 10°С до плюс 50°С, возможна установка термокожуша. Так же возможно удаленное управление объективом, что сильно упрощает настройку камеры. Sony SNC-DF85P поддерживает спецификации ONVIF. Данная камера поддерживает технологию PoE. Дальность встроенной инфракрасной подсветки составляет только 100 метров. Цена составляет 2050 долларов Основным недостаткам является высокая цена[9]

Камера Avigilon 2.0MP-HD-H264-B имеет высокое разрешение до 2 мегапикселей, что удовлетворяет задачам которые она должна выполнять. Так же возможна настройка количества передаваемых кадров в секунду. Температурный диапазон от минус 20°С до плюс 60°С, возможна установка термокожуша. Так же возможно удаленное управление объективом, что сильно упрощает настройку камеры. Avigilon 2.0MP-HD-H264-B поддерживает спецификации ONVIF. Данная камера поддерживает технологию PoE. Дальность встроенной инфракрасной подсветки составляет только 100 метров. Цена составляет 1850 долларов[10].

Построим сводную таблицу, в которую внесем основные параметры рассматриваемых камер:

Таблица 1. Сводная таблица основных параметров рассматриваемых камер

Марка камеры	Разрешающая способность, Мпикс.	Настройка количества кадров в секунду	Температурный диапазон, °С	Термокожух	Управление объективом	ONVIF	Цена
BEWARD B130	1.3	да	от -10 до+60	да	да	да	1850
BEWARD BD3070	1.3	да	от -10 до+60	да	нет	нет	1600
Axis 211	0.5	да	от +5 до+45	нет	нет	нет	1500
Axis 221	0.5	да	от -5 до+60	нет	да	нет	1550
Sony SNC-DF80P	1.3	да	от -10 до+60	да	да	да	1850
Sony SNC-DF85P	1.3	да	от -20 до+60	да	да	да	2050
Avigilon 2.0MP-HD-H264-B	2	да	от -20 до+60	да	да	да	1850

Камера Avigilon 2.0MP-HD-H264-B является оптимальной так как она полностью удовлетворяет требованиям изложенным в техническом задании, и при этом имеет наименьшую цену

Рисунок 12. Габариты видеокамеры Avigilon 2.0MP-HD-H264-B



Рисунок 13. Видеокамера Avigilon 2.0MP-HD-H264-B

В качестве оборудования для создания Wi-Fi сети была выбрана станция Rocket M2 AirMAX MIMO. Данная станция имеет пропускную способность до 15 Мбит/с и заявленную дальность работы до 10 км. Одной из главных особенностей данной абонентской станции является возможность поднять излучаемую мощность до 28 дБм, что является уникальным для систем Wi-Fi, нормированная излучаемая мощность для которых составляет 20 дБм. Rocket M2 является так же всепогодной станцией, и способна работать при температурах от минус 40°С градусов, до плюс 80°С. Диапазон частот 2.3-2.5 ГГц[11].

Рисунок 14. Wi-Fi станции Rocket M2 AirMAX MIMO



Кроме того, станция работает совместно с антенной совмещенной с приемопередатчиком: NanoBridge M2. Данная антенна имеет коэффициент усиления порядка 10 dB, а приемопередатчик высокую чувствительность, порядка -93 дБм при скорости работы до 4 Мбит/с[11].

Рисунок 15. Приемопередатчик, совмещенный с антенной NanoBridge M2

Рисунок 16. Диаграмма направленности NanoBridge M2, вертикальной и горизонтальной плоскостях для горизонтальной и вертикальной поляризации соответственно



В качестве оборудования базовой станции была выбрана станция NanoStation2. NanoStation2 является комплектной для станций Rocket M2 AirMAX MIMO. Так же станция является всепогодной всепогодной станцией, диапазон рабочих температур от минус 40°С градусов, до плюс 60°С. Излучаемая мощность станции 25 дБм.

Рисунок 17. Wi-Fi станции NanoStation2

Wi-Fi точка доступа имеет встроенную секторную антенну с диаграммой направленности 60 градусов, не требующую специального монтажа. Так же возможно подключение дополнительной секторной антенны с диаграммой направленности в 60 градусов. Диапазон частот 2.3-2.5 ГГц. Максимальная заявленная дальность работы составляет 10 км[11].



Рисунок 18. Диаграмма направленности NanoStation2, вертикальной и горизонтальной плоскостях для горизонтальной и вертикальной поляризации соответственно



В итоге мы получили рабочую систему видеонаблюдения способную вести контроль как в светлое так и в темное время суток, и при этом сеть системы видеонаблюдения построена на основе технологии Wi-Fi.



6. Разработка ситуационного плана

Общая протяженность участка, на котором проводится видеонаблюдение, составляет 710 метров, участок границы не абсолютно прямой, а имеет один перегиб. Для покрытия всего участка нам понадобится 8 камер, расстояние между камерами составляет порядком 100м, это обусловлено в первую очередь дальностью инфракрасной подсветки. Расстояние от границы до центра управления составляет порядком 5 километров.

Рисунок 19. Ситуационный план системы видеонаблюдения

На схемы пространственного размещения системы видеонаблюдения показан участок границы А-Б на котором ведется видеонаблюдения, видеокамеры с 1 по 8, и центр управления - ЦУ. Так же представим Схему размещения линейной части видеорегистрационного комплекса.

Трасса носи слабопересеченный характер, местность представляет собой открытое пространство с небольшими перепадами высот, умеренно холмистая. Так же следует отметить отсутствие на трассе каких-либо крупных водоемов и высоких лесистых насаждений. При прокладке трассы были предприняты меры минимизации высот подвеса антенн.



Рисунок 20. Схема расположения линейной части видеорегистрационного комплекса

Следует отметить что окончательное решение о местах размещения камер и направления прокладки трасс можно будет сделать, только после расчет высот подвеса антенн и общей энергетики системы.



7. Электрический расчет основных технических параметров системы видеонаблюдения

7.1 Расчет высот подвеса антенн

Профиль трассы отображает вертикальный разрез местности между базовой станцией Wi-Fi и приемопередатчиком, со всеми высотными отметками включая строения, лес, реки, озера и т.д. Построение продольных профилей осуществляется с помощью топографических карт.

При построении профилей используется параболический масштаб. Профили строят в прямоугольных координатах, откладывая расстояния не по окружности, как в действительности, а по оси абсцисс; а высоты - не по радиусам, а по оси ординат. В этом случае линия, изображающая на профиле условный нулевой уровень, от которого отсчитываются все высоты, имеет вид параболы[12].

Изначально необходимо определится с высотами подвеса антенн, так как антенна базовой станции является секторной и она работает одновременно со всеми базовыми станциями, высота ее подвеса будет равна максимальной полученной, при расчете всех интервалов.

Произведем расчет для первого интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по заданной формуле [12]:

(7.1)

где: к = R_i / R₀;

k - относительная координата заданной точки;

R_i - расстояние до текущей точки;

R₀ - длина интервала;

R_з - радиус земли, равный 6370 км;

Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу. Общая протяженность интервала составляет R₀ = 4.85 км.

Таблица 2. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 1

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	144	148	146	145	143	148	142	147	146	142	143

Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Рисунок 21. Профиль первого интервала

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Критерием для расчета высот подвеса антенн является не только условие прямой видимости, но и условии, при котором напряженность поля в точке приема Е_пр должна быть равна напряженности поля в свободном пространстве Е₀¹. Это достигается на трассах с величиной просвета Н₀. На формирование поля в месте приема влияет некоторая существенная область пространства, представляющая собой в однородной среде на трассах радиосвязи эллипсоид вращения с фокусами в точках передачи и приема. Поэтому для получения напряженности поля Е₀, а соответственно и мощности сигнала Р_0пр, необходима не только геометрическая видимость, но и свободная от затенения, Н₀ соответствует радиусу минимальной зоны Френеля[12]:

(7.2)

где ;

ГГц;

м/с.

Подставляя числовые значения получим: м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . Тогда м.

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается следующим образом[12]:

Где: - радиусу минимальной зоны Френеля[12];

- приращение просвета при наличии рефракции[12];

- параметр характеризующий статистическую зависимость приращения просвета при наличии дифракции от типа интервала[1];

- средний градиент диэлектрической проницаемости воздуха для территории Республики Беларусь, и он равен .

(7.4)

Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . Тогда 0.085 м.

Для сохранения просвета равному минимальной зоне Френеля опустим точки подвеса антенн на 0,085 м.

Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет 5.785 м. Таким образом, высота подвеса антенн относительно уровня моря равна[12]:

(7.5)

Подставив в (7.5) численные значения получим: м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.



Рисунок 22. Диаграмма высот подвеса антенн на первом интервале

Произведем расчет второго интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по формуле (7.1), при этом учтем что длинна второго интервала R₀ = 5 км. Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу.

Таблица 3. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 2

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	146	149	138	138	137	142	140	145	145	142	143

Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля, используя формулу (7.2), в которой , ГГц, м/с. Тогда м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . После подстановки:

м.

Рисунок 23. Профиль второго интервала

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается с помощью формулы (7.3). Для этого по формуле (7.4) рассчитаем приращение просвета при наличии рефракции:

0.05 м.

Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет 4.35 м. Таким образом, высота подвеса антенн относительно уровня моря определяется по формуле (7.5).

Подставив в (7.5) численные значения получим: м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.

Рисунок 24. Диаграмма высот подвеса антенн на втором интервале

Произведем расчет третьего интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по формуле (7.1), при этом учтем что длинна второго интервала R₀ = 5.15 км. Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу.

Таблица 4. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 3

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	148	150	141	139	139	142	142	146	146	142	143

Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля, используя формулу (7.2), в которой , ГГц, м/с. Тогда м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . После подстановки:

м.

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается с помощью формулы (7.3). Для этого по формуле (7.4) рассчитаем приращение просвета при наличии рефракции:

0.055 м.

Рисунок 25. Профиль третьего интервала

Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет 4.405 м. Таким образом высота подвеса антенн относительно уровня моря определяется по формуле (7.5).

Подставив в (7.5) численные значения получим: м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.

Рисунок 26. Диаграмма высот подвеса антенн на третьем интервале

Произведем расчет четвертого интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по формуле (7.1), при этом учтем что длинна второго интервала R₀ = 5.25 км. Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу.

Таблица 5. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 4.

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	146	148	145	143	143	146	146	148	146	142	143



Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля, используя формулу (7.2), в которой , ГГц, м/с. Тогда м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . Тогда после подстановки:

м.

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается с помощью формулы (7.3). Для этого по формуле (7.4) рассчитаем приращение просвета при наличии рефракции:

0.1 м.

Рисунок 27. Профиль четвертого интервала



Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет 5.9 м. Таким образом, высота подвеса антенн относительно уровня моря определяется по формуле (7.5).

Подставив в (7.5) численные значения получим: м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.

Рисунок 28. Диаграмма высот подвеса антенн на четвертом интервале

Произведем расчет пятого интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по формуле (7.1), при этом учтем что длинна второго интервала R₀ = 5.3 км. Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу.



Таблица 6. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 5.

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	144	147	145	144	145	147	149	147	146	142	143

Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля, используя формулу (7.2). Где , ГГц, м/с. Тогда м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . Тогда

м.

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается с помощью формулы (7.3). Для этого по формуле (7.4) рассчитаем приращение просвета при наличии рефракции:

0.15 м.



Рисунок 29. Профиль пятого интервала

Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет м. Таким образом высота подвеса антенн относительно уровня моря определяется по формуле (7.5).

Подставив в (7.5) численные значения получим: м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.



Рисунок 30. Диаграмма высот подвеса антенн на пятом интервале

Произведем расчет шестого интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по формуле (7.1), при этом учтем, что длина второго интервала R₀ = 5.13 км. Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу.

Таблица 7. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 6.

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	144	146	145	144	144	145	146	144	146	142	143

Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля, используя формулу (7.2), для которой , ГГц, м/с. Тогда м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . Тогда после подстановки:

м.

Рисунок 31. Профиль шестого интервала

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается с помощью формулы (7.3). Для этого по формуле (7.4) рассчитаем приращение просвета при наличии рефракции:

0.15 м.

Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет м. Таким образом высота подвеса антенн относительно уровня моря определяется по формуле (7.5)

В итоге получим м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.

Рисунок 32. Диаграмма высот подвеса антенн на шестом интервале

Произведем расчет седьмого интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по формуле (7.1), при этом учтем что длинна второго интервала R₀ = 5.05 км. Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу.

Таблица 8. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 7

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	144	146	145	144	143	141	143	144	145	142	143

Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля, используя формулу (7.2), для которой , ГГц, м/с. Тогда м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . Тогда после подстановки:

м.

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается с помощью формулы (7.3). Для этого по формуле (7.4) рассчитаем приращение просвета при наличии рефракции:

0.05 м.

Рисунок 33. Профиль седьмого интервала



Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет 4 м. Таким образом высота подвеса антенн относительно уровня моря определяется по формуле (7.5)

В итоге получим м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.

Рисунок 34. Диаграмма высот подвеса антенн на седьмом интервале

Произведем расчет восьмого интервала. Линию условного нулевого уровня при нулевой рефракции строим по формуле (7.1), при этом учтем что длинна второго интервала R₀ = 5 км. Высоту рельефа местности будем откладывать от линии условного нулевого уровня и занесем в таблицу.

Таблица 9. Абсолютное значение высоты рельефа местности интервала 8

k	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
y(k)	144	145	144	143	140	140	140	143	145	142	143



Построим так же нулевые условные уровни при условии положительной рефракции (Кэ=1.3) и отрицательной рефракции (Кэ=0.7), в виду достаточно небольшой протяженности интервала линия нулевого уровня вносит весьма малую поправку в середине интервала менее 0.7 м. Построим профиль интервала. Учтем при этом застройку местности, зеленые насаждения и прочие возможные преграды.

Далее определим необходимую высоту подвеса антенн. Рассчитаем радиус минимальной зоны Френеля, используя формулу (7.2), для которой , ГГц, м/с. Тогда м. Самой высокой точкой на местности является точка с координатой . Тогда после подстановки получим:

м.

Далее учтем явление рефракции. Влияние рефракции эквивалентно трансформации профиля трассы и изменению просвета трассы. В общем случае изменение просвета учитывается с помощью формулы (7.3). Для этого по формуле (7.4) рассчитаем приращение просвета при наличии рефракции:

0.15 м.

Рисунок 35. Профиль восьмого интервала



Для открытых и полуоткрытых интервалов величина . В итоге получим м.

Высоты подвеса антенн определяются исходя из профиля трассы. Точки подвеса антенн будем выбирать с учетом радиуса минимальной зоны Френеля и профиля интервала при условии отрицательной рефракции. Изменение (увеличение) высоты наивысшей точки профиля с учетом отрицательной рефракции составляет м. Таким образом, высота подвеса антенн относительно уровня моря определяется по формуле (7.5)

В итоге получим м. Тогда высоты подвеса антенн относительно земли равны: м. и м. соответственно.

Рисунок 36. Диаграмма высот подвеса антенн на восьмом интервале

Из полученных данных видно что максимальная высота подвеса антенны базовой станции составляет 9.35 метра. В виду того, что антенна базовой станции является секторной, все лучи абонентских станций с легкостью попадают в главный лепесток диаграммы направленности антенны базовой станции.



7.2 Расчет энергетического потенциала радиолинии

Определим величину потерь на наибольшем интервале и запас на замирание. Наибольший интервал был выбран, так как оборудование на всех интервалах идентичное, и все интервалы являются открытыми, значит если энергетический баланс сойдется для наибольшего интервала, то он сойдется и для всех остальных интервалов. Суммарные затухания и усиления в тракте рассчитываются по формуле[12]:

(7.6)

где: - затухание в свободном пространстве;

- коэффициент усиления приемной антенны;

- коэффициент усиления передающей антенны;

- потери, обусловленные наличием обтекателей;

- запас на замирание;

- потери в атмосфере обусловленные затуханием электромагнитной волны в парах воды и кислороде;

- Потери в фидере.

В свободном пространстве мощность электромагнитных волн уменьшается как квадрат расстояния между передатчиком и приемником или . В линейной форме затухание в свободном пространстве описывается формулой[12]:

(7.7)

где: - длина волны сигнала;

- длина интервала.

Представим уравнение (7.7) в логарифмической форме[12]:

(7.8)

где: - центральная частота;

- скорость света.

Рассчитаем затухание в свободном пространстве, для наибольшего интервала, учитывая, что его протяженность составляет километра, а центральная частота . Тогда по формуле (7.8) мы получим:

Коэффициенты усиления антенн, приведены в описании оборудования и равны соответственно .

Потери обусловленные наличием обтекателей, исходя из параметров оборудования, составляют дБ.

Ослабление радиосигналов в атмосфере могут вносить находящиеся в ней частицы различных веществ и воды, а также пыли и дыма. Ослабление в данном случае обусловлено рассеянием и поглощением части энергии электромагнитных колебаний. Затухание радиосигналов пропорционально относительному размеру частиц по отношению к длине волны, их концентрации и диэлектрической проницаемости. Частицы пыли и дыма, благодаря их малым относительным размерам и низкой диэлектрической проницаемости, практически никакого влияния на ослабление сигналов в рассматриваемом диапазоне частот не оказывают. Влияние кристаллов льда в виде ледяных облаков не ощущается, поскольку диэлектрическая проницаемость льда существенно ниже, чем воды. Влияние водяных облаков и тумана так же мало из-за малого размера и концентрации частиц в этих образованиях. В нашем случае ослабление в атмосфере рассчитывается исходя из длинны интервала и коэффициента ослабления в парах воды и кислороде. Коэффициенты ослабления в парах воды и кислороде можно определить из следующего рисунка (7.17).

Рисунок 37. Зависимость коэффициентов поглощения для кислорода О₂ и водяных паров Н₂О от частоты. А - шкала для О₂ и Н₂О при f>10ГГц; В -шкала для О₂ при f<10Ггц

Из графика видно что коэффициент поглощения составляет порядком 0.007 дБ/км, следовательно, суммарные потери в атмосфере определяющиеся по формуле[12]:

(7.9)

где: k - коэффициент поглощения.

После подстановки получим:

Потери в фидере, обусловлены затуханием сигнала при прохождении его по фидеру, и данные потери рассчитываются по формуле[12]:



(7.10)

где: - коэффициент затухания в фидере;

- протяженность фидера;

Тогда потери в фидере, при условии, что заявленный коэффициент затухания дБ/м, а рассчитанные по формуле (7.10) равны: дБ.

Суммарные затухания и усиления в тракте без учета запаса на замирание[12]:

(7.11)

После подстановки в формулу (7.11) численных значений получим:

дБ.

Рассчитаем предварительный запас на замирание[12]:

(7.12)

где: ослабление, обусловленное многолучевостью распространения. - длинна интервала в км.

ослабление, обусловленное рельефом.

А - коэффициент неравномерности рельефа, равный для пересеченной местности 1.

В - коэффициент преобразования вероятности худшего месяца года в среднегодовую, равный для умеренного и континентального климата 0.25;

- коэффициент надежности равный 0.9999.

Тогда предварительный запас на замирание рассчитанный по формуле (7.12) будет равен:



дБ.

Суммарные затухания и усиления в тракте равны[1]:

(7.13)

и тогда суммарные затухания и усиления в тракте рассчитываются по формуле (7.13) будут равны: дБ.

Сопоставление величины потерь с коэффициентом системы. Коэффициент системы показывает, какие потери аппаратура способна перекрыть[12]:

(7.14)

и тогда соответственно коэффициент системы, рассчитанный по формуле (6.14) равен дБ.

Сравним коэффициент системы с величиной потерь на интервале:

Таким образом, получаем разницу между коэффициентом системы и суммарными затуханиями и усилениями на тракте 2.8 дБ. Эта разница может служить резервом системы и использоваться при появлении необходимости, дождь высокой интенсивности, туман, снег. Так же можем использовать ее уменьшения энергопотребления системы и добиваясь минимальной разницы между коэффициентом системы и всеми потерями в тракте.



7.3 Расчет основных технических параметров антенн базовых станций

В ходе расчета было установлено, что необходимый коэффициент усиления антенн составляет 10 дБ. Коэффициент усиления однозначно связан с диаметром антенны формулой[12]:

(7.15)

где:d - диаметр антенны;

- длинна волны;

- коэффициент использования поверхности.

Далее из формулы (7.15) выразим диаметр антенны, и в итоге получим[12]:

, (7.16)

рассчитаем необходимый радиус антенны, учитывая что: метра, и , тогда метра. Далее зная необходимый радиус антенны мы можем рассчитать все основные ее геометрические размеры.



Рисунок 39. Основные геометрические размеры параболической антенны

Сначала найдем фокусное расстояние параболической антенны, данное расстояние определяется из соотношения[12]:

(7.17)

Тогда фокусное расстояние будет равно: метра. Далее определим глубину зеркала[12]:

. (7.18)

В итоге получим глубину зеркала равную: . Далее проведем расчет угла апертуры:

(7.19)



угол апертуры в итоге равен: .

7.4 Расчет системных параметров качества

Произведем расчет основных параметров качества радиосистемы. Рассчитаем - процент времени, при котором ослабление опускается ниже минимально допустимого значения множителя ослабления. Изначально необходимо определить затухание в гидрометеорах, данное затухание, определяется по формуле[12]:

(7.20)

В данном выражении представлено два параметра - коэффициент ослабления в гидрометеорах, который рассчитывается как[12]:

(7.21)

где:интенсивность дождя

коэффициенты, для Республики Беларусь соответственно равные ,

Так же присутствует параметр эффективная длина интервала, в пределах которой коэффициент ослабления является постоянной величиной, данный параметр определяется по следующей формуле[1]:

. (7.22)

Для наглядности построим графическую зависимость затухания в гидрометеорах от интенсивности дождя.

Рисунок 40. Зависимость затухания в гидрометеорах от интенсивности дождя

Из рисунка (7.20) видно, что запас на замирание может перекрыть ослабления, вызванные дождем, интенсивностью в 135 мм/ч. Далее для определения значение используем номограмму статистического распределения среднеминутных значений интенсивности дождей для Республики Беларусь.

Рисунок 41. Номограмма статистического распределения среднеминутных значений интенсивности дождей для Республики Беларусь



Республика Беларусь на номограмме отмечена 4 кривой. Из номограммы видно, что вероятность возникновения дождя в Республике Беларусь интенсивностью 135 мм/ч равна 0.0008% времени.



8. Оценка затрат на проектирование и внедрение системы видеонаблюдения пространственно разнесенных объектов

За последние годы видеонаблюдение стало неотъемлемой частью комплексной системы безопасности объекта, поскольку современные системы видеонаблюдения позволяют не только наблюдать и записывать видео, но и программировать реакцию всей системы безопасности при возникновении тревожных событий или ситуаций.

Проектируемая система представляет собой систему видеонаблюдения за участком государственной границы республики Беларусь - «Варшавский мост». Общая протяженность участка составляет порядка 700 метров и на данном отрезке необходимо разместить 8 камер наружного наблюдения. Так как система рассчитана на работу и в ночное время, то каждая камера оснащается инфракрасной подсветкой. Система передачи информации будет построена на основе технологии Wi-Fi.

Осуществим расчет сметной калькуляции проектируемой сети согласно методического пособия «Технико-экономическое обоснование дипломных проектов. Часть 2. Расчет экономической эффективности инвестиционных проектов».

Технико-экономическое обоснование посвящено решению следующих задач:

расчет сметы затрат на проектирование;

расчет сметы затрат на строительство.

Таблица 10. Расчет основной заработной платы исполнителей

Исполнитель	Количество исполнителей	Трудоемкость, мес.	Месячная заработная плата, тыс. руб.	Сумма, тыс. руб.
1. ГИП	1	1	1800	1800
2. Инженер-проектировщик	1	1	1500	1500
3. Инженер-системотехник	1	1	1500	1500
4. Техник-проектировщик	2	1	900	1800
Всего, основная заработная плата	6600

Основная заработная плата составляет:

В статью затрат «Дополнительная заработная плата» входят выплаты стимулирующего характера. Дополнительная заработная плата рассчитывается по формуле [13]:

где Н_Д - норматив дополнительной заработной платы, Н_Д = 20%. =

Отчисления в фонд социальной защиты населения рассчитываются по формуле [13]:

где Н_СОЦ - ставка отчислений в Фонд социальной защиты населения, Н_СОЦ= =34%. И тогда:

Отчисления в бюджет рассчитываются по формуле [13]:

где Н_Б - норматив отчислений в бюджет, Н_Б = 1%.

Командировочные расходы рассчитываются по формуле [13]:



где Н_К - норматив на командировочные расходы, Н_К = 10%.

Прочие расходы включаю в себя всевозможные мелкие затраты и рассчитываются по формуле [13]:

где Н_ПР ? норматив прочих расходов, Н_ПР = 8%. И тогда

В статью затрат «Накладные расходы» включается административно-хозяйственные расходы, расходы по обслуживанию работников, расходы на организацию работы, прочие расходы и рассчитывается по формуле [13]:

где Н_НАКЛ - норматив накладных расходов, Н_НАКЛ = 170%.

Полная себестоимость проекта рассчитывается по формуле [13]:

и тогда,=6600+1320+2693+80+660+528+11220=23101 тыс. руб.

Плановая прибыль [13]:



где Р_П - уровень рентабельности проекта, равный 20%.

Отпускная цена без НДС [13]:

и тогда получим Ц*=23101+4621=27722 тыс. руб.

НДС рассчитывается от отпускной цены [13]:

где Н_ДС - ставка налога на добавленную стоимость, Н_ДС = 20%.

Зная величину НДС, можно вычислить отпускную цену с НДС [13]:

И тогда Ц_ОТП =27722+5545=33276 тыс. руб.

Результаты проделанных расчетов приведены в таблице 11.

Таблица 11. Расчет затрат на проектирование

Наименование статьи затрат	Условные обозначения	Сумма, тыс. руб.
Основная заработная плата исполнителей	ЗО	6600
Дополнительная заработная плата исполнителей	ЗД	1320
Отчисления в Фонд социальной защиты	РСОЦ	2690
Отчисления в бюджет	РБ	80
Командировочные расходы	РК	660
Прочие расходы	РПР	528
Накладные расходы	РНАКЛ	11220
Полная себестоимость проекта	СП	23101
Плановая прибыль	ПП	4621
Отпускная цена без НДС	Ц*	27722
НДС	НДС	5545
Отпускная (свободная) цена	ЦОТП. ПР.	33276

Таблица 12. Расчет затрат на оборудование

№	Статья затрат	Стоимость единицы оборудования, тыс. руб.	Необходимое количество оборудования, шт.	Общая стоимость, тыс. руб.
1	Базовая станция Wi-Fi	423	1	423
2	Абонентская станция Wi-Fi	235	8	1880
3	Сервер	6600	1	6600
4	Вышки	385	9	3465
5	Камера видеонаблюдения	11715	8	93720
	Итого			106088

Таблица 13. Расчет затрат на материалы

№	Статья затрат	Общая стоимость, тыс. руб.
1	Кабельная продукция	180
2	Материалы установки вышек	2370
3	Материалы прокладки кабельных линий	410
	Итого	2960

Подсчитаем затраты на оборудование и материалы (транспортные затраты примем равными 5%): Р_МК=1.05·(106088+2960)=114500 тыс. руб.

Таблица 14. Расчет основной заработной платы исполнителей

Исполнитель	Количество исполнителей	Трудоемкость, мес.	Месячная заработная плата одного специалиста, тыс. руб.	Сумма, тыс. руб.
1. Монтажник	3	2	2100	12600
2. Инженер испытательной лаборатории	1	1	1700	1700
3. Начальник испытательной лаборатории	1	1	2000	2000
4. Главный инженер	1	2	2500	5000
Всего, основная заработная плата	21300

Основная заработная плата составляет:

В статью затрат «Дополнительная заработная плата» входят выплаты стимулирующего характера. Дополнительная заработная плата рассчитывается по формуле [13]:

где Н_Д - норматив дополнительной заработной платы, Н_Д = 20%. И тогда

Отчисления в фонд социальной защиты населения рассчитываются по формуле [13]:

где Н_СОЦ - ставка отчислений в Фонд социальной защиты населения, Н_СОЦ = =34%. И тогда тыс. руб.

Отчисления в бюджет рассчитываются по формуле [13]:

где Н_Б - норматив отчислений в бюджет, Н_Б = 1%. И тогда мы получим тыс. руб.

Командировочные расходы рассчитываются по формуле [13]:



где Н_К - норматив на командировочные расходы, Н_К = 10%. И тогда Прочие расходы включаю в себя всевозможные мелкие затраты и рассчитываются по формуле [13]:

где Н_ПР ? норматив прочих расходов, Н_ПР = 8%. И тогда

В статью затрат «Накладные расходы» включается административно-хозяйственные расходы, расходы по обслуживанию работников [13]:

где Н_НАКЛ - норматив накладных расходов, Н_НАКЛ = 170%, и тогда

Полная себестоимость проекта рассчитывается по формуле [13]:

С_П = Р_МК + З_О + З_Д + Р_СОЦ + Р_Б + Р_К + Р_ПР + Р_НАКЛ

И тогда С_П =114500+21300+4260+8690+256+2130+1704+36210=189050 тыс.

Плановая прибыль[13]:



где Р_П - уровень рентабельности проекта, равный 20%.

Отпускная цена без НДС[13]:

и тогда получим Ц*=189050+37810=226860 тыс. руб.

НДС рассчитывается от отпускной цены[13]:

где Н_ДС - ставка налога на добавленную стоимость, Н_ДС = 20%.

и тогда Ц_ОТП =226860+45372=272232 тыс. руб.

Таблица 15. Расчет затрат на строительство

Наименование статьи затрат	Условные обозначения	Сумма, тыс. руб.
Материалы и оборудование	РМК	114500
Основная заработная плата исполнителей	ЗО	21300
Дополнительная заработная плата исполнителей	ЗД	4260
Отчисления в Фонд социальной защиты	РСОЦ	8690
Отчисления в бюджет	РБ	256
Командировочные расходы	РК	2170
Прочие расходы	РПР	1704
Накладные расходы	РНАКЛ	36210
Полная себестоимость проекта	СП	189050
Плановая прибыль	ПП	37810
Отпускная цена без НДС	Ц*	226860
НДС	НДС	45372
Отпускная (свободная) цена	ЦОТП. М.	272232

Итоговая стоимость внедрения проекта складывается из стоимости создания проекта и стоимости строительства и составляет:

Ц= Ц_{ОТП. ПР..} + Ц_{ОТП. М.} =33276+272232=305508 тыс. руб.



9. Обеспечение защиты от электромагнитных полей при эксплуатации систем беспроводного доступа на основе технологии Wi-Fi

Диапазон работы проектируемой системы находится в пределах 2230-2550 МГц, при этом ее максимальная излучаемая мощность составляет 38 дБм. Так же необходимо отметить, что оборудование имеет встроенную функцию дистанционного управления, и поэтому не требует постоянного контроля. Но предполагается выполнение следующих наладочных и ремонтных работ:

выявление и устранение дефектов, замена вышедших из строя деталей и узлов;

включение и проверка работоспособности;

измерение параметров цифровых станций с помощью контрольно-измерительной аппаратуры.

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод о том, что персонал будет подвергаться воздействию вредных факторов при выполнении наладочных и ремонтных работ. К перечню основных источников электромагнитных полей проектируемой системы можно отнести:

открытые участки контрольно-измерительной аппаратуры;

неэкранированные высокочастотные выводы;

антенные системы.

В установленных абонентских передающих станциях имеются передающие антенны, которые являются источниками электромагнитного излучения. Исходя из технологических требований построения системы беспроводного доступа, диаграмма направленности антенн в вертикальной плоскости рассчитана таким образом, что основная энергия излучения (более 90%) сосредоточена в довольно узком луче. Он всегда направлен в сторону от сооружений, на которых находятся антенны приемопередающих станций, и выше прилегающих построек, что является необходимым условием для нормального функционирования системы, что сводит к минимуму облучение пользователей. А сигнал базовой станции на которой установлена секторная антенна с широкой диаграммой направленности, доходит до абонентов сильно ослабленным и потому тоже не несет вредного действия.

Основными причинами и источниками облучения наладчиков электромагнитными излучениями являются:

некачественное выполнение и соединение всех элементов ВЧ трактов;

неправильное расположение рабочего места относительно источника излучения.

При воздействии электромагнитного поля СВЧ диапазона на организм человека происходят определенные функциональные сдвиги со стороны нервной, сердечнососудистой и дыхательной систем, изменяются показатели крови, обмена веществ и некоторых функций эндокринных желез. Но по субъективным ощущениям и объективным реакциям организма человека не наблюдается особых различий при воздействии всего диапазона радиоволн ВЧ, УВЧ и СВЧ, но наиболее характерны проявления и неблагоприятны последствия воздействия СВЧ электромагнитных волн.

Значительное влияние на электромагнитный фон Земли, который ранее формировался главным образом за счет естественных источников космического, земного и околоземного происхождения, стали оказывать искусственные источники электромагнитного поля.

Оценка опасности воздействия электромагнитного поля на человека производится по величине электромагнитной энергии, поглощенной телом человека. Общим в характере биологического действия электромагнитных полей радиочастот большой интенсивности является тепловой эффект, который выражается в нагреве отдельных тканей или органов. Особенно чувствительны к тепловому эффекту хрусталик глаза, желчный пузырь, мочевой пузырь и некоторые другие органы.

Технические параметры оборудования системы, влияющие на экологическую безопасность представлены в таблице 16.



Таблица 16. Основные технические параметры проектируемой системы

№ п/п	Наименование параметра	Фактическое значение параметра
1	Рабочие полосы радиочастот, МГц	2412-2462
2	Максимальная выходная мощность передатчика базовой станции, дБм	38
3	Максимальная выходная мощность передатчика абонентской станции, дБм	18
4	Коэффициент усиления антенн базовой станций и абонентской станции, дБ	10
5	Ширина диаграммы направленности антенн базовой станций и абонентской станции по уровню минус 3 дБ: в горизонтальной плоскости, ? в вертикальной плоскости, ?	60 и 16 26 и 10
6	Высота подвеса антенны базовой станции, м	34
7	Высота подвеса антенны абонентской станции, м	6,885
8	Время работы в сутки базовой станции, ч	8,885
9	Время работы в сутки абонентской станции, ч	24

Так как технические характеристики абонентских станций одинаковые, расчеты проведем для одного интервала.

В диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц интенсивность электромагнитного поля характеризуется плотностью потока энергии, энергетическая нагрузка представляет собой произведение плотности потока энергии поля на время его воздействия (Т) и рассчитывается по формуле [14]:

(8.1)

Предельно допустимые уровни ППЭ ЭМИ в частотном диапазоне 300 МГц - 300 ГГц следует определять исходя из допустимой энергетической нагрузки и времени воздействия по формуле[14]:

(8.2)



где: ППЭ_ПДУ - предельно допустимый уровень плотности потока энергии, Вт/м²;

ЭН_ППЭ - энергетическая экспозиция плотности потока энергии для диапазона частот 300 МГц - 300 ГГц ПДУ равен 2 Вт•ч/м²;

К - коэффициент ослабления биологической эффективности, равный 1 для всех случаев облучения, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн;

Т - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Подставляя известные значения в формулу (8.2), получаем ППЭ_ПДУ=0,25 Вт/м² при восьмичасовом облучении.

Санитарно-защитной зоной (СЗЗ) является площадь, примыкающая к территории радиотехнического объекта, внешняя граница которой определяется на высоте 2 м от поверхности земли по значению предельно допустимого уровня напряженности ...