牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案研究

邵 明

0 引言

隨著電氣化鐵路的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，成為電氣化鐵路牽引供電設(shè)施管理的一種有效手段。目前，新建電氣化鐵路幾乎均設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

電氣化鐵路牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對沿線牽引供電設(shè)施的遙控、遙信、遙測、遙調(diào)即“四遙”，為實(shí)現(xiàn)牽引變電所、開閉所、分區(qū)所無人值班創(chuàng)造了基本條件，視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“遙視”功能，使調(diào)度所值班人員能直觀地監(jiān)視變電所、開閉所、分區(qū)所現(xiàn)場情況及變電設(shè)備的運(yùn)行情況，提高了無人值班的安全性和可靠性[1～3]。

牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)，又稱視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要有視頻圖像監(jiān)視和安全監(jiān)控2大功能。視頻圖像監(jiān)視是通過現(xiàn)場攝像機(jī)掃描牽引變電所、開閉所、分區(qū)所圖像，利用多媒體數(shù)字壓縮技術(shù)，通過通信網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場圖像傳送到遠(yuǎn)方調(diào)度所，調(diào)度所也可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場攝像機(jī)轉(zhuǎn)動、變焦等操作；安全監(jiān)控是在現(xiàn)場設(shè)門磁開關(guān)、火災(zāi)（溫感、煙感）傳感器、玻璃破碎探測器、紅外線防侵入等安全設(shè)施，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)將信號傳送到調(diào)度所。目前國內(nèi)普速電氣化鐵路設(shè)獨(dú)立的牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)上述功能，高速鐵路不設(shè)獨(dú)立的牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將視頻監(jiān)控納入鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)方安全監(jiān)控納入遠(yuǎn)動系統(tǒng)。

本文分析了目前牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，提出了視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺的建設(shè)方案和視頻監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)的互聯(lián)方案。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺建設(shè)

1.1 既有視頻監(jiān)控系統(tǒng)介紹

一直以來，國內(nèi)普速鐵路牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)為一條線一套系統(tǒng)的模式。究其原因，一是各供電段管理的體制決定的，二是電氣化鐵路通車?yán)锍趟急戎剌^少，管轄范圍也僅限于1～2條線，一條線一套系統(tǒng)的模式適應(yīng)了當(dāng)時(shí)的需要。隨著國內(nèi)鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，牽引供電調(diào)度模式發(fā)生了調(diào)整，調(diào)度所由供電段逐步調(diào)整至鐵路局，統(tǒng)一管理管轄范圍內(nèi)牽引供電設(shè)施，同時(shí)，電氣化通車線路和里程也迅速增長，這樣就形成了調(diào)度所內(nèi)多套牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)并存的局面。

1.2 既有視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

調(diào)度所內(nèi)多套視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間不能共享硬件設(shè)備和交換數(shù)據(jù)信息，并且占地面積和電能損耗隨著新系統(tǒng)的投入運(yùn)行不斷增大，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。調(diào)度所值班人員及維護(hù)人員需要熟悉各個(gè)不同系統(tǒng)的操作，增加了運(yùn)行維護(hù)的復(fù)雜性。

因此，有必要在新線建設(shè)或既有系統(tǒng)改造時(shí)對調(diào)度所內(nèi)既有多套視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整合，形成一套或少數(shù)幾套視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺，實(shí)現(xiàn)對管內(nèi)牽引供電設(shè)施的視頻信息的統(tǒng)一、高效管理。

1.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺方案

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由主控站、傳輸通道、被控站3部分設(shè)備構(gòu)成。主控站為多條線共用統(tǒng)一平臺建設(shè)，結(jié)構(gòu)形式采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。配置視頻監(jiān)控主機(jī)，用于完成遠(yuǎn)程安全視頻監(jiān)控功能；每個(gè)調(diào)度臺各配置1臺視頻工作站，為調(diào)度人員提供視頻監(jiān)視窗口；配置打印機(jī)，用于報(bào)警信息打印和圖像信息打??；配置交換機(jī)、路由器、編解碼設(shè)備等，用于通信處理。

通信通道由鐵路通信系統(tǒng)提供，傳送速率一般應(yīng)大于2 M，實(shí)現(xiàn)被控站和主控站的數(shù)據(jù)傳送。

被控站配置用于視頻圖像采集的攝像機(jī)及云臺，配置用于安全監(jiān)控的門禁系統(tǒng)、感溫/感煙傳感器、激光對射探測器、碎窗探測器、燈控器等前端設(shè)備，配置編碼/解碼器，用于信息的預(yù)處理，配置畫面分割器，將本站的所有視頻信息集中管理，根據(jù)控制命令選擇不同的視頻畫面輸出。

不同線牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)之間存在較大差異，除網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)備存在差異外，軟件系統(tǒng)的差異主要有2個(gè)方面。一是視頻數(shù)據(jù)信息的壓縮方式不同，主要有MPEG-4壓縮算法、H.263、H.264等；二是數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不同，當(dāng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，不同廠家上傳數(shù)據(jù)的通信協(xié)議不同。

因此，要想實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺建設(shè)，首先要構(gòu)建統(tǒng)一的主控站系統(tǒng)，主控站組網(wǎng)形式、硬件配置、軟件配置、系統(tǒng)容量應(yīng)能滿足接入既有及規(guī)劃管轄范圍被控站的需要。其次，通信協(xié)議、視頻壓縮算法應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議并能夠?qū)崿F(xiàn)對常見非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。既有被控站接入能夠通過主控站的協(xié)議轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)，新建被控站接入時(shí)要求采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)的互聯(lián)

國內(nèi)電氣化鐵路普遍采用牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的方式。隨著無人值班牽引變電所、分區(qū)所、AT所的發(fā)展，這種運(yùn)行方式逐步暴露出了不足。調(diào)度所值班人員對現(xiàn)場的遙控操作及現(xiàn)場的遙信信息的視頻查看時(shí)，需要同時(shí)操作視頻監(jiān)控終端，對需要查看的部位進(jìn)行攝像機(jī)定位和圖像傳送及顯示，不僅增加了值班人員的操作復(fù)雜性，而且影響了視頻顯示的速度。因此，有必要實(shí)現(xiàn)“四遙”和“遙視”的信息交換，當(dāng)需要通過圖像顯示“四遙”信息時(shí)能夠自動顯示。

牽引供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“四遙”和“遙視”的信息交換，有2種方式。

一是視頻監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)的深度集成，將遙視及安全監(jiān)控功能集成于遠(yuǎn)動系統(tǒng)中。實(shí)現(xiàn)方式有：在被控端將遙視納入遠(yuǎn)動系統(tǒng)（即綜合自動化系統(tǒng)）中；監(jiān)控端采用統(tǒng)一系統(tǒng)，分別接入被控端的綜合自動化系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由于遠(yuǎn)動系統(tǒng)的重要性，為防止視頻信息處理及傳輸對系統(tǒng)資源和通信通道資源的占用以及不可預(yù)見的沖突，目前不建議采用該方式。但可以預(yù)見，隨著技術(shù)的發(fā)展，遙視功能必將與“四遙”功能有機(jī)結(jié)合，并融入到遠(yuǎn)動系統(tǒng)中。

二是視頻監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)的互聯(lián)互通。互聯(lián)方式可以在調(diào)度所通過串口或網(wǎng)絡(luò)接口方式將視頻監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端與遠(yuǎn)動系統(tǒng)調(diào)度端互聯(lián)，也可以在牽引變電所、開閉所、分區(qū)所等被控端將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與綜合自動化系統(tǒng)互聯(lián)。圖1和圖2是這2種連接方式的示意圖。

被控端互聯(lián)方式與調(diào)度端互聯(lián)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）被控端互聯(lián)方式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)把遠(yuǎn)動系統(tǒng)提供的遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)作為告警信息源，被控端視頻監(jiān)控服務(wù)器主動對遠(yuǎn)動系統(tǒng)的告警實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，省去了調(diào)度端下發(fā)遠(yuǎn)動系統(tǒng)告警聯(lián)動命令的過程，可靠性高。調(diào)度所視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端不做任何改動即可接收子站返回的告警畫面。但是，該互聯(lián)方式需要對多個(gè)被控端進(jìn)行改造，數(shù)量眾多，而且部分被控端的視頻監(jiān)控系統(tǒng)沒有設(shè)置當(dāng)?shù)乇O(jiān)控服務(wù)器，改造工作量很大。

圖1 被控端互聯(lián)方式示意圖

（2）調(diào)度端互聯(lián)方式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為遠(yuǎn)動系統(tǒng)輔助部分工作，視頻監(jiān)控系統(tǒng)終端可以從遠(yuǎn)動系統(tǒng)主站得到所有子站的遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)動系統(tǒng)通過串口向視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)，各被控站視頻監(jiān)控系統(tǒng)不像綜合自動化系統(tǒng)發(fā)送信息，保證了綜合自動化系統(tǒng)的安全運(yùn)行。這種互聯(lián)方式只需對調(diào)度所視頻監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件進(jìn)行更新既可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)。該方式改造方便，工作量小。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)的互聯(lián)需要注意：保證現(xiàn)有遠(yuǎn)動系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相對獨(dú)立性；視頻監(jiān)控系統(tǒng)充分利用遠(yuǎn)動系統(tǒng)提供的遠(yuǎn)動信息實(shí)現(xiàn)遙控聯(lián)動、遙信變位聯(lián)動；視頻監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)動系統(tǒng)的信息傳送通過不同的通信通道，保證遠(yuǎn)動系統(tǒng)的安全性。

圖2 調(diào)度端互聯(lián)方式示意圖

3 系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)主站統(tǒng)一平臺采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，接入管轄范圍內(nèi)各線牽引變電所、開閉所、分區(qū)所安全監(jiān)控系統(tǒng)子站，并實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)的互聯(lián)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）控制站主網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)訪問方式為客戶機(jī)/服務(wù)器方式，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議為TCP/IP協(xié)議。設(shè)網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)構(gòu)成主網(wǎng)絡(luò)，各線通過接入交換機(jī)接入主網(wǎng)絡(luò)。

（2）管理服務(wù)器。用于管理網(wǎng)絡(luò)用戶和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，管理系統(tǒng)用戶和用戶權(quán)限，管理和配置系統(tǒng)設(shè)備；用于和遠(yuǎn)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，接收遠(yuǎn)動系統(tǒng)的信息實(shí)現(xiàn)遙視與遠(yuǎn)動的聯(lián)動。

（3）視頻服務(wù)器。用于被控站視頻信息的轉(zhuǎn)發(fā)和存儲。

（4）GIS服務(wù)器。用于顯示鐵路沿線各所攝像機(jī)和報(bào)警探頭布點(diǎn)信息和當(dāng)有報(bào)警產(chǎn)生時(shí)報(bào)警位置信息。

（5）WEB服務(wù)器。為管理、維修等部門提供WEB瀏覽服務(wù)。

（6）視頻工作站。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像查閱、錄像文件查閱、報(bào)警信息查閱和打印等功能。

（7）維護(hù)工作站。用于維護(hù)系統(tǒng)軟件、定義系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、定義系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及編輯、修改、增擴(kuò)人機(jī)界面等工作。

3.2 系統(tǒng)功能

牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺的基本功能如下：

（1）視頻控制功能?？刂迫魏我粋€(gè)被控站的攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)水平掃描運(yùn)動和垂直俯仰運(yùn)動。能夠?qū)Ρ豢卣径嗦穲D像自由切換。能夠?qū)Χ鄠€(gè)被控站自由切換。對所顯示的圖像進(jìn)行縮小及放大操作，同時(shí)完成對其焦距的調(diào)整。

（2）安全監(jiān)控功能。該功能實(shí)現(xiàn)對被控站的門禁系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程開斷和對被控站進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)視。

（3）視頻監(jiān)視功能。實(shí)現(xiàn)對被控站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行圖像監(jiān)視并實(shí)時(shí)顯示，還可對視頻圖像隨時(shí)進(jìn)行硬盤錄像。在探測范圍內(nèi)出現(xiàn)移動目標(biāo)時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號。

（4）遠(yuǎn)動聯(lián)動功能。能夠接收遠(yuǎn)動系統(tǒng)信息實(shí)現(xiàn)“四遙”與遙視的聯(lián)動。

（5）用戶畫面顯示功能、數(shù)據(jù)庫管理功能等其他系統(tǒng)應(yīng)用功能。

4 結(jié)束語

本文分析了電氣化鐵路既有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足，提出了牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一平臺建設(shè)方案以及與牽引供電遠(yuǎn)動系統(tǒng)的互聯(lián)互通方案。該系統(tǒng)方案能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度所視頻監(jiān)控系統(tǒng)控制站的資源整合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動系統(tǒng)與視頻監(jiān)控的聯(lián)動，提高生產(chǎn)效率。目前各電氣化鐵路牽引供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)模式多樣，部門的管理方式和理念不同，新建或改造視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)視情況具體分析，提出合理方案，從而實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)效率的提升以及牽引供電自動化水平、可靠性的提高。

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