視頻過程控制在鐵路施工設備監(jiān)控中的應用探討

【摘 要】隨著我國鐵路的高速發(fā)展，鐵路建設突飛猛進，大型施工設備在鐵路建設中占有越來越重要的地位，設備運行監(jiān)控、設備檢修保養(yǎng)要求越來越高，推行視頻監(jiān)控可以確保設備安全有效運行，提高效率，并可提供遠程專家指導。

【關鍵詞】過程控制；設備；視頻監(jiān)控；計算機應用

0.概述

隨著我國鐵路的高速發(fā)展，鐵路建設的突飛猛進，鐵路施工技術的大幅度的提高，施工設備不斷更新，以滿足鐵路建設的需要，大型、智能的施工設備在鐵路建設上得到廣泛的應用，施工設備的正常、安全、可靠運行是鐵路安全建設的保證，加上價格不菲，施工設備的安全管理是各個施工企業(yè)的重點。

在上世紀70年代后，用于工業(yè)過程的計算機的商品化、系列化，大規(guī)模集成電路的成功制造和微處理器的問世使計算機的功能豐富多彩，可靠性大大提高，而價格卻大為下降，計算機過程控制進入了實用階段。計算機參與過程控制后，人們面對的不再是直接的生產(chǎn)現(xiàn)場，而是由計算機采集的數(shù)據(jù)、信號，過程控制的設計也變成了計算機建立結(jié)構(gòu)化模型，分析、設計、仿真，再通過驅(qū)動相應的儀器儀表來完成預設功能。所以，在過程控制計算機系統(tǒng)中，經(jīng)常需要視頻的加入，以提高對生產(chǎn)現(xiàn)場的實際監(jiān)控，特別是目前用戶需求的提高，很多用戶在一些系統(tǒng)中希望能有視頻的效果，以便對生產(chǎn)線或者控制對象有一個視覺直觀的印象，并記錄結(jié)果。介紹一下設備管理為模型的設備監(jiān)控以及檢修的過程。

1.理論分析（面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析概論）

計算機過程控制系統(tǒng)是利用計算機完成工業(yè)過程的檢測、監(jiān)測、控制。雖然工業(yè)設備外形千變?nèi)f化，用途各異，但那些設備和裝置大多采用標準件或標準信號，因而具有標準化、模塊化的特點。

面向?qū)ο蠓椒ㄊ前严到y(tǒng)看作一個通過對象互相影響的集合體，它的每個對象都有行為，通過這些行為使類對象之間進行交互。面向?qū)ο蠓椒òǚ庋b性、繼承性、多態(tài)性等特點，這些特點使面向?qū)ο蠓椒ň哂辛己玫膽们熬?。特別是面向?qū)ο蠓椒ㄋ哂械姆庋b特性，使得對象的信息相對于外界是不可知的，當我們要對對象功能改變時，其影響之在系統(tǒng)對象內(nèi)部，而對外界無影響，有利于軟件系統(tǒng)功能的增刪、維護、代碼的二次開發(fā)。

2.視頻過程控制的系統(tǒng)應用分析與系統(tǒng)構(gòu)成

2.1系統(tǒng)應用分析

鐵路建設中施工生產(chǎn)過程設備的管理是一個復雜的過程，也是一個典型的控制過程，包括設備安裝、設備檢測、設備運行、設備保養(yǎng)、設備維護等，同時還有大量的運行、保養(yǎng)、檢修記錄資料。設備管理視頻化有利于保存各類第一手資料，并以視頻的形式提供直觀的依據(jù)，在維修過程中可以提供遠端技術支持。提供設備使用過程全線的視頻監(jiān)控功能，可以減少設備的維修保養(yǎng)時間，減少事故的發(fā)生幾率。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)用于設備現(xiàn)場監(jiān)控，通過安裝在設備使用現(xiàn)場的視頻設備，通過無線網(wǎng)絡連接到視頻服務器，再通過局域網(wǎng)連接到服務器。用戶可以很方便地通過該系統(tǒng)根據(jù)權(quán)限遠程監(jiān)視或指導設備的運行、檢修工作。

2.2系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1，主要由攝像頭群、視頻服務器、網(wǎng)絡服務器（web sever）、數(shù)據(jù)服務器（oracle sever）、終端用戶、傳輸通道等構(gòu)成。

圖1

工作過程：其中：攝像頭集群為：半球形一體化智能攝像頭。攝像頭通過設備自身的電腦組件連接入無線網(wǎng)絡，并與視頻服務器進行數(shù)據(jù)傳輸，視頻服務器通過雙絞線連入計算機系統(tǒng)，WEB SERVER通過訪問視頻服務器獲得視頻信號。各終端機用戶通過訪問WEB SERVER獲得現(xiàn)場的監(jiān)控信號，用戶的身份通過Oracle數(shù)據(jù)服務器進行認證，根據(jù)認證結(jié)果確定用戶擁有什么權(quán)限，允許進行什么操作。具有控制權(quán)限的用戶通過監(jiān)控系統(tǒng)軟件，按軟件制定的方式控制各個視頻頭的轉(zhuǎn)動，管理員可以對視頻服務器進行管理。

應用軟件只在WEB SERVER側(cè)開發(fā)，確保了系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定，維護和更新也很容易。終端用戶（包括遠程接入用戶）直接利用IE等瀏覽器就可以監(jiān)視和控制，使用方便。系統(tǒng)開發(fā)包括定時保存、遠程用戶管理、視頻下載、視頻瀏覽、視頻控制、視頻會議及視頻查詢等功能。

3.實際現(xiàn)場系統(tǒng)組成（以設備監(jiān)控為目的的計算機系統(tǒng)）

大型設備在鐵路建設施工生產(chǎn)中占據(jù)了越來越重要的地位，大型設備的事故預防及準確、及時的維修都對施工生產(chǎn)起著關鍵的作用。保存好設備的運行數(shù)據(jù)，將對今后的故障預防與故障檢修提供第一手資料，同時，專家也可以通過互聯(lián)網(wǎng)登入系統(tǒng)，直接觀測到設備的使用情況，對設備的正確使用提供指導。

為了規(guī)范設備運行、維護制度，提高設備的效率，防范各類事故的發(fā)生，記錄運行數(shù)據(jù)，保存實際情況的視頻錄像，開發(fā)并啟用檢測視頻監(jiān)控系統(tǒng)是行之有效的手段。

系統(tǒng)由若干監(jiān)控計算機、一臺中心數(shù)據(jù)服務器和一臺視頻數(shù)據(jù)服務器組成，監(jiān)控計算機通過無線的方式連接到局域網(wǎng)，數(shù)據(jù)服務器保存設備運行數(shù)據(jù)，視頻服務器保存現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)，通過局域網(wǎng)進行連接，并和辦公系統(tǒng)連接，形成有機的整體。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2

實際工作情況為：一方面，系統(tǒng)中利用攝像頭監(jiān)控設備運行現(xiàn)場，按照一定的時間間隔進行拍照或錄像，數(shù)據(jù)并通過無線網(wǎng)絡以TCP/IP協(xié)議、電文的方式傳送至視頻服務器；另一方面，當設備運行情況達到預設數(shù)值時，如橋梁的起重機起重量超過1000噸，系統(tǒng)開始實時監(jiān)控設備運行情況，運行數(shù)據(jù)實時通過數(shù)據(jù)接收器送至資料收集計算機，通過無線網(wǎng)絡以TCP/IP協(xié)議、電文的方式進行傳送，此過程無需手動操作，自動記錄。視頻監(jiān)控、資料收集計算機通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到視頻及數(shù)據(jù)服務器，服務器可以進行大容量數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)備份。

軟件實現(xiàn)的功能：實時拍攝和保存；遠程調(diào)用；遠程會議；根據(jù)時間、操作員姓名、設備名稱進行統(tǒng)計和查詢，檢測結(jié)果自動輸出成為表單。

4.設備監(jiān)控主要流程

（1）操作人員檢查設備完畢后，登錄至監(jiān)控網(wǎng)絡，通過認證服務器認證并分配相應權(quán)限，監(jiān)控系統(tǒng)自動初始化。

（2）操作人員正常進行操作，監(jiān)控系統(tǒng)按設置要求進行監(jiān)控。若設備發(fā)生異常，系統(tǒng)自動拍照、攝影進行存檔，并將異常數(shù)據(jù)顯示在視頻監(jiān)控計算機，提醒操作人員注意；若操作人員發(fā)現(xiàn)異常而監(jiān)控系統(tǒng)未啟動，操作人員可手動啟動監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控。

（3）當設備完成工作停止運行后，操作人員發(fā)送信號視頻監(jiān)控及資料收集計算機，視頻監(jiān)控、資料收集計算機將視頻數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)發(fā)送給相應服務器，服務器根據(jù)操作者姓名、時間、工作內(nèi)容進行數(shù)據(jù)整理備份，按要求將結(jié)果整理為表單，并通過遠程打印機打印。

（4）遠程用戶登錄至服務器時，通過認證服務器認證及分配權(quán)限，允許在檢測網(wǎng)絡中通過WEB服務器遠程察看設備的運行實際過程及相關數(shù)據(jù)。

5.結(jié)束語

我國鐵路建設飛速發(fā)展，為了滿足工程建設的需要，在施工現(xiàn)場采用大量的、大型的施工設備，尤其高速鐵路、客運專線大量采用高架橋，施工分為多個標段，分散在多個地區(qū)，相距比較遠。攝像頭實時采集數(shù)據(jù)后，通過無線網(wǎng)絡傳送至中央機房，并進行存儲，中央機房可以設置到建設指揮部，路局和工程建設指揮中心可以設置用戶終端，用戶終端通過互聯(lián)網(wǎng)接入可隨時查看施工現(xiàn)場情況、設備運行情況，對控制施工進度、施工質(zhì)量、設備安全運轉(zhuǎn)起到了極大的促進作用，尤其當時事故發(fā)生時，可以了解施工現(xiàn)場發(fā)生情況、設備運行情況等，可以遠程指導現(xiàn)場。