動(dòng)車組智能監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究

劉 倡

（中國(guó)鐵路武漢局集團(tuán)有限公司調(diào)度所，湖北 武漢 430000）

0 引言

在最近幾十年，高速運(yùn)行的動(dòng)車組列車建設(shè)項(xiàng)目在世界多個(gè)國(guó)家都獲得了廣泛的發(fā)展，舒適、便捷的動(dòng)車組列車不僅能夠促進(jìn)地域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與建設(shè)，而且還豐富了軌道交通的內(nèi)涵。高速鐵路相對(duì)于其他運(yùn)輸方式來(lái)說(shuō)，具有運(yùn)行速度快、安全性能高、運(yùn)輸能力大、占用土地資源少、能耗低等相關(guān)優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前重要的交通工具和交通形式之一?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了智能監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)步，智能監(jiān)控技術(shù)在動(dòng)車組列車中的應(yīng)用使得人們的出行更加安全和便捷，可以有效減少事故的發(fā)生，保證高速鐵路列車能夠持續(xù)穩(wěn)定的通行。

1 動(dòng)車組智能監(jiān)控系統(tǒng)概述

動(dòng)車組智能監(jiān)控系統(tǒng)區(qū)別于一般的視頻監(jiān)控，以數(shù)字化視頻監(jiān)控為基礎(chǔ)，是一種更加高端可靠的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以識(shí)別不同的物體和載體，有效發(fā)現(xiàn)列車運(yùn)行中的故障問(wèn)題和異常問(wèn)題，并能夠通過(guò)最佳的方式和最快的速度向相關(guān)人員報(bào)告有用信息，從而能夠幫助安全管理人員快速處理相關(guān)危機(jī)，最大限度的避免風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的發(fā)生。動(dòng)車組智能監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)于其他的視頻監(jiān)控技術(shù)來(lái)說(shuō)，具有全天候可靠監(jiān)控、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、精確度高、響應(yīng)速度快等相關(guān)優(yōu)勢(shì)。動(dòng)車組智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效解放人力，減少普通視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)安全管理人員的要求，可以對(duì)監(jiān)控畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和監(jiān)控，通過(guò)攝像機(jī)和行為分析服務(wù)器等嵌入式的設(shè)備中的智能視頻模塊不間斷地進(jìn)行監(jiān)控畫面的分析。其次，動(dòng)車組智能監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用能夠明顯提升響應(yīng)速度，可以快速識(shí)別可疑活動(dòng)，比如可疑物體及敏感區(qū)域不當(dāng)闖入等相關(guān)事項(xiàng)。安全人員可以在安全威脅發(fā)生之前，并能夠通過(guò)監(jiān)控技術(shù)所提供的內(nèi)容做好提前準(zhǔn)備工作，避免安全威脅對(duì)列車組正常通行所帶來(lái)的影響和危機(jī)，有效處置由于人為因素所造成的延誤問(wèn)題和安全問(wèn)題，保證列車通行的可靠性、安全性和持續(xù)性。另外，動(dòng)車組智能監(jiān)控技術(shù)中的前端設(shè)備具有強(qiáng)大的集成式的圖像處理能力，可以應(yīng)用高級(jí)智能算法精確定義安全威脅的特性，有效降低漏報(bào)和誤報(bào)發(fā)生的概率，減少冗余數(shù)據(jù)量[1]。

2 監(jiān)控設(shè)備簡(jiǎn)介

2.1 紅外線軸溫設(shè)備

紅外線軸溫設(shè)備屬于一種高溫測(cè)量的智能檢測(cè)設(shè)備，熱軸預(yù)測(cè)精度比較高。紅外線軸溫檢測(cè)設(shè)備甚至可以達(dá)到360km/h的速度對(duì)車輛軸箱的具體溫度進(jìn)行監(jiān)控。它可以監(jiān)控車輛的方位，然后與AEI相結(jié)合完成車輛的軸承監(jiān)控。在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上，它可以有效地監(jiān)控以及防止熱切軸故障的出現(xiàn)。

2.2 高速攝像設(shè)備

高速攝像機(jī)可以監(jiān)視EMU的具體狀態(tài)。在EMU運(yùn)行過(guò)程中，如果遇到一些故障，則可以在高速攝像機(jī)的基礎(chǔ)上監(jiān)視EMU的側(cè)面以及底部圖像。監(jiān)視容易產(chǎn)生裂紋以及損壞的零件，比如：聯(lián)軸器以及基本的制動(dòng)裝置等，并利用自動(dòng)圖像采集以及識(shí)別技術(shù)自動(dòng)的對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警。這種方法將會(huì)使得工作效率得到提高，節(jié)省時(shí)間，并大大的提高汽車維修的質(zhì)量。這樣可以保證維修人員的工作更加的放松，進(jìn)而提升工作熱情，保障動(dòng)車組的安全運(yùn)行。

2.3 機(jī)械監(jiān)控設(shè)備

在動(dòng)車組運(yùn)行的過(guò)程中，各種胎面都非常容易遭受損壞，比如：剝離，摩擦以及偏心等，這些都會(huì)對(duì)某些零件造成損壞。因此，始終監(jiān)控EMU的具體運(yùn)行是非常必要的。我們通常會(huì)利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)動(dòng)車組的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)工作條件比較惡劣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒員工采取必要的防護(hù)以及維護(hù)措施，這樣就會(huì)使得脫軌事件的發(fā)生幾率大大的降低。不同的嚴(yán)重程度，系統(tǒng)將會(huì)對(duì)其實(shí)施分級(jí)報(bào)警，這樣可以降低人員的工作量，提升工作效率。其他的一些監(jiān)控系統(tǒng)也可以及時(shí)的了解檢測(cè)到的具體數(shù)據(jù)，從而掌握動(dòng)車組的運(yùn)行狀態(tài)，強(qiáng)化安全措施，保障動(dòng)車組的安全行駛。

2.4 聲學(xué)診斷設(shè)備

科學(xué)技術(shù)一直在非常迅速的發(fā)展，這樣就使得技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。聲學(xué)診斷設(shè)備主要利用聲學(xué)診斷技術(shù)來(lái)捕獲以及分析車輛軸承的具體振動(dòng)以及聲音，以對(duì)軸承故障進(jìn)行監(jiān)控。聲學(xué)診斷設(shè)備利用軸承信號(hào)頻率，車速以及能量等具體接受情況來(lái)完成軸承的綜合性分析，從而采取針對(duì)性的預(yù)防措施，并使得動(dòng)車組的行駛安全性得到提高。

3 智能監(jiān)控的主要功能

3.1 三維信息收集功能

當(dāng)激光照射到被測(cè)物時(shí)，三維圖像獲取模塊可以利用3D成像定律對(duì)被測(cè)物的具體三維信息進(jìn)行測(cè)量。其主要用于對(duì)火車底部的可見部分進(jìn)行掃描，包含：車身底部以及中間連接部分。

3.2 關(guān)鍵部位的多角度檢測(cè)功能

在關(guān)鍵部件的多角度檢測(cè)功能當(dāng)中，系統(tǒng)可以使用六軸機(jī)械臂，完全的模擬人類手臂進(jìn)行操作，把關(guān)鍵部件的具體檢測(cè)模塊擴(kuò)展到轉(zhuǎn)向架當(dāng)中，甚至可以達(dá)到無(wú)法移動(dòng)的位置，然后利用手動(dòng)檢測(cè)完成監(jiān)控。并從多個(gè)角度對(duì)關(guān)鍵部位實(shí)施捕獲以及掃描，最終形成完整化的三維圖像信息，并利用特定的識(shí)別算法完成關(guān)鍵部位故障的具體監(jiān)控。

3.3 圖像故障自動(dòng)識(shí)別功能

該系統(tǒng)主要是使用圖像比較來(lái)完成動(dòng)車組故障的監(jiān)控，即對(duì)同一個(gè)動(dòng)車組的當(dāng)前三維圖與最近的三維模型實(shí)施比較以及分析，這樣可以獲取動(dòng)車組相同部位的具體圖像變化信息。對(duì)圖像信息的變化進(jìn)行判斷，最終達(dá)到檢測(cè)火車故障的目的。為了使得準(zhǔn)確性得到提高，系統(tǒng)還會(huì)使用標(biāo)準(zhǔn)模型實(shí)施再次的比較。比較之后，還會(huì)參考TEDS或者其他的系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄，以使得故障判斷的準(zhǔn)確性得到提高。

4 動(dòng)車組智能監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

動(dòng)車組智能監(jiān)控系統(tǒng)具有高清、智能、移動(dòng)、云監(jiān)控四大特征，高鐵監(jiān)控系統(tǒng)主要包括前端監(jiān)控設(shè)備、后端設(shè)備中心、中間傳輸系統(tǒng)、視頻監(jiān)控中心等相關(guān)部分組成。前端監(jiān)控設(shè)備主要包括寬動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)槍型攝像機(jī)、日夜型槍型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、紅外熱成像云臺(tái)攝像機(jī)等相關(guān)設(shè)備組成。前端監(jiān)控設(shè)備的應(yīng)用可以提升攝像頭的分辨率，獲得更好的視覺(jué)效果，而且能夠針對(duì)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行深入分析，充分發(fā)揮高清設(shè)備的監(jiān)控優(yōu)勢(shì)。動(dòng)車組智能監(jiān)控系統(tǒng)傳輸部分采取密集型光波線路，能夠有效提升帶寬，降低傳統(tǒng)監(jiān)控光纖網(wǎng)絡(luò)布置的費(fèi)用，同時(shí)也能夠保證高清視頻碼率傳輸?shù)膸捯蟆Ｖ悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)的后端設(shè)備中心應(yīng)用了冗余備份機(jī)制，雙備份的形式可以有效提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，從架構(gòu)上避免中心設(shè)備發(fā)生異常而無(wú)法正常使用的問(wèn)題和弊端。

視頻監(jiān)控中心可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的瀏覽，并對(duì)以往的監(jiān)控記錄進(jìn)行查詢。值班人員可以通過(guò)PC機(jī)隨時(shí)隨地的觀察關(guān)鍵區(qū)域是否存在異常情況，從而能夠幫助工作人員及時(shí)作出有效反饋，保證動(dòng)車組列車運(yùn)行時(shí)的人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。動(dòng)車組智能技術(shù)的應(yīng)用可以減少人力資源的投入，自動(dòng)對(duì)各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行可靠分析，并在整個(gè)視頻監(jiān)控方案當(dāng)中應(yīng)用多種智能分析功能，包括物體滯留報(bào)警、移動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警、移動(dòng)路徑報(bào)警、突然出現(xiàn)報(bào)警、物體移走報(bào)警等相關(guān)功能。業(yè)務(wù)操作人員可以不需要像以往一樣枯燥而繁雜的盯屏幕，智能系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)反饋，可以幫助業(yè)務(wù)人員作出快速準(zhǔn)確的決定。動(dòng)車組智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的控制中心監(jiān)控子系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控主機(jī)、視頻終端、視頻解碼主機(jī)、交換機(jī)、大屏幕、控制主機(jī)臺(tái)以及光纖收發(fā)器等相關(guān)部分組成。視頻監(jiān)控主機(jī)可以實(shí)時(shí)有效地切換各車站或者各區(qū)間的高清晰視頻信號(hào)，能夠有效控制攝像機(jī)的位置以及記錄任務(wù)，完成高清晰度的視頻錄像以及普通視頻編碼和解碼等相關(guān)功能。控制中心具有對(duì)動(dòng)車組沿線各攝像機(jī)的優(yōu)先控制權(quán)，可以根據(jù)需要和實(shí)際情況設(shè)置數(shù)字監(jiān)控終端的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)各信號(hào)系統(tǒng)的錄像控制以及切換等。車站監(jiān)控子系統(tǒng)主要包括解碼器、車站監(jiān)控、終端交換機(jī)、硬盤錄像機(jī)、光纖收發(fā)器、存儲(chǔ)陣列等相關(guān)設(shè)備，傳輸子系統(tǒng)可以通過(guò)視頻線纜數(shù)據(jù)往系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息從前端設(shè)備傳遞到后端設(shè)備。高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)了將原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從集總式轉(zhuǎn)向?yàn)榧⑹?，采取模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化以及系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)，完成硬件和軟件的構(gòu)造，使得系統(tǒng)設(shè)備的配置具有組態(tài)靈活、開放性好、通用性強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理便捷、控制功能優(yōu)異、人機(jī)界面友好等相關(guān)優(yōu)勢(shì)，使得系統(tǒng)的維修和調(diào)試更加的簡(jiǎn)單和方便，容錯(cuò)率高，能夠系統(tǒng)全面的對(duì)高鐵運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督和管理，保證高鐵運(yùn)行的持續(xù)性與穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，動(dòng)車組智能監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于動(dòng)車組列車的安全運(yùn)行具有至關(guān)重要的作用，可以及時(shí)可靠的發(fā)現(xiàn)動(dòng)車組運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題和故障，并采取措施進(jìn)行處理和解決，減少安全問(wèn)題和故障問(wèn)題的發(fā)生，促進(jìn)高速鐵路系統(tǒng)的進(jìn)一步完善與發(fā)展。