（柳州市城光照明工程有限责任公司广西柳州545007）
摘要：随着柳州市照明的需要，我市对于柳江水下景观照明的监控的力度不断加强，通过加装传感器与控制器对水下照明设施进行实时监测。但是目前大部分水下照明设施尚无法可靠地将数据实时传输到岸站系统，只能采取自容式存储观测数据，即各类传感器将监测数据存于内存中，通过定期巡查水下照明设施的方式获取照明设施数据。一旦水下照明设施因流场、地理环境复杂或者人为因素丢失或者不能正常回收，将丢失相关运行数据。
关键词：水下照明；电力载波；传输技术
一、引言
通过水下照明设施搭载的传感器与控制器采集到数据并实时传输至水面采集器上后，可通过无线发射器将数据转发至岸站（用户）接受终端。因此研究一种可靠的，在水下将水下照明设施采集到的数据实时传输至水面采集器的技术是实现水下实时传输的前提条件。
水下通信方式主要分为有线传输和无线传输两种：
第一种，有线传输方式包含以下两种：
（1）典型的有缆传输通过多芯水密电缆连接传感器进行通信：如世界上规模最大的绷紧式锚泊浮标观测系统——由美国、法国、日本、韩国和台湾合作布设的“热带海洋大气阵列（TAO）”中的测温传感器则通过电缆串接成为测温链，链上传感器的接头位置由于需要水密抗压等特殊封装，因此传感器的安装位置受到了限制。另外，由于电缆的损耗问题，传输距离仍受限制。
（2）光缆传输方式：光纤可以实现长距离、大容量传输数据，目前多用于水底铺设，在水下照明设施这种需要搭载各种传感器的系统中，光缆的强度、与传统传感器的兼容、以及成本都受到限制。
第二种，无线传输方式，主要包括：
水声通信技术：是目前世界上应用最广泛且技术最成熟的水下通信方式，利用在水中衰减较低的声波来传递信息。国内外很多机构都已经研制出水声通信模块，并且已经发展到网络化阶段，然而，水声通信数据传输的距离和速率均有限，而且数据传输的质量受水况的影响。
水下光通信技术：与水声通信技术相比，具有宽带大、抗电磁干扰能力强等优点。美国伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）[3]和澳大利亚国立大学分别开展了基于LED的水下无线通信技术。2013年国家海洋技术中心报道了红外光在水下的通信技术，然而光学无线通信传输距离短、易受水质影响，不适用于传感信号的长距离传输。
感应耦合数据传输技术：利用线圈电感可以互相转换变化的电信号和磁信号这一特性，以线圈作为发送和接收的载体，发送端通过线圈将调制后的传感信息电信号转化为变化的磁场信号，沿包塑钢缆传输到接收端，接收端的线圈感应到由此磁信号得到的电信号。被认为是一种简单、有效、经济、可靠的方法。美国的“百慕大试验站锚泊系统（BTM）”的测量数据通过感应式调制解调器耦合，利用一根单芯的、公共的锚泊缆绳实时传送给海面浮标，SeaBird公司也有商业化产品模块。我国天津大学，杭州电子科技大学也分别进行了基于此技术的实时通信技术的研究。然而，目前这种通信方式只能实现简单的通信协议。其安装工艺对产品效果有巨大的影响，尚在研究中。
综上所述，目前水下照明设施的实时传输技术仍需要新技术突破。而电力线载波通信技术，以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信，由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设3条以上的导体（一般有三相良导体及一或两根架空地线）。在输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。这种综合利用早已成为世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段。
电力线载波通信PLC技术出现于二十世纪的二十年代初期，它以电力线作为传输媒体，利用载波方式将模拟或数字信号变成高频信号，通过电力线实现远距离传输。它具有传输距离远、通道可靠性高、安全保密性好、投资少见效快、与电网建设同步等优点，早已成为电力系统应用最广泛的通信方式，随着国家电网智能电网建设的全面展开，电力载波技术目前已经成为中国电网应用最广泛的技术。
目前电力线载波芯片主要应用于电能管理领域，主要用于电网用户信息采集系统，包括集中抄表系统与相关电力终端产品等。随着全球领域电网智能化自动化的进一步普及，以及中国智能电网建设的不断深入，PLC通信解决方案将在用电侧终端数据采集和用电管理领域得到更加广泛的应用，也为电力线载波提供了巨大的市场空间。
二、主要研究内容
本项目研究将世界上所有电力部门优先采用的特有通信手段——电力载波通信技术，用于：
●照明设施的传感器链上所有传感器的测量控制，实现水下传感器链的同步测量；
●传感信号在传感器与水下照明设施采集器之间的水下实时传输；
●为水下照明设施上搭载的所有传感器供电。
研究内容包括：
（一）电力载波通信技术对传感器的控制、数据传输和供电方案的设计
本项目将采用电力载波通信技术对水下照明设施搭载的传感器进行数据采集，主要技术关键是通过电力线通信构建可靠的通信链路，搭建对等式网络，实现传感器与电力载波的实时通信。
基于电力载波通信芯片基础上进行开发，增加符合水下通信的技术扩展。主要包括单频点到多频点，单通道到多通道、窄带到超窄带和窄带融合，智能路由及容错纠错等。
1）基于水下通信传输的特性，采用OFDM调制解调，规范PLC通信物理层：规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性，电气特性、功能特性以及过程特性，这是通信终端互联互通的关键和基础。
2）统一协议层：采用先进的数字信号处理技术、通讯技术、容错技术及网络理论，设计与物理层对应的多频点、多通道自动互补的通讯机制，提高PLC通信的质量，增强抗干扰能力，延长传输距离。
3）针对水下通信传感器链分布，完善自动路由和中继机制，增加各通信节点的智能化程度，提高PLC通信的可靠性。
4）开发设计集成智能网关通信路由算法，不仅满足了数据的传输方式，同时还使其可以成为传感网的智能网关节点，为水下通信系统构建了完善的网络架构。
（二）适用于水下照明设施的电力载波通讯器的封装
载波通讯机连同传感测量单元都需进行水密、耐压封装测试，以确保在潜标测量范围内载波通讯器能够正常工作。
（三）使用包塑钢缆传输载波信号
基于一条包塑电缆为传输介质的耦合数据通信，系统具有小体积、低功耗、低成本优势，并且同样可用于长距离水下组网通信，而且由于其特有的包塑缆挂载方式，使装卸简单灵活、安全性高，利于垂直剖面任意位置、长距离、多种传感器的实时数据传递。
针对包塑电缆传输中的所产生的电缆的辐射、电磁场影响、以及电缆长距离传输载波等相关技术进行开发，使载波通信稳定可靠。
三、结束语
随着我国“传感中国”战略的实施，物联网的建设成为我国今后信息化建设的重心，应用在工业生产、公共服务、社会管理、现代化农业、家居服务、海洋产业、军事航天等社会经济的各个领域，电力线作为规模最大、终端最多、布线最方便的线路系统，通过电力线载波技术改造为通信网络，能为物联网的应用提供覆盖范围最广、成本最低的通信网络，对现有通信系统起到极大的补充并产生巨大的社会和经济效益，项目电力线载波通讯技术在水下照明设施实时通信中的应用研究针对照明设施进行电力载波与传感器的融合开发，基于水下的特殊应用环境进行开发，将填补中国此项技术产品空白，并提升柳州市在智能照明领域的技术创新能力与影响力。
参考文献：
[1]孙武兵，照明控制系统中的串口扩展技术（Z）中国照明电器，2014（1）：27-28，40
[2]国建岭，基于GPRS的智能路灯控制器设备的设计[J]中国照明电器，201432-35
[3]李美，张海桥，陈国亮.低压电力线载波通信组网方法研究[J].甘肃科技，2012，（14）.
作者简介：
高益锋（1963-），男，高级工程师，主要从事电气自动化技术方面的研究。Tel：（0772）3233902E-mail：2727512784@qq.co