鐵路車站信號(hào)設(shè)備遠(yuǎn)程集中視頻監(jiān)控系統(tǒng)

劉清華

（中國鐵路青藏集團(tuán)有限公司工電檢測所，青海西寧810007）

1 研究背景

隨著鐵路的快速發(fā)展，各鐵路局集團(tuán)公司線路規(guī)模的擴(kuò)大，信號(hào)系統(tǒng)及監(jiān)測設(shè)備覆蓋范圍更加廣泛、復(fù)雜，既有各信號(hào)監(jiān)測類系統(tǒng)為管理、維護(hù)信號(hào)系統(tǒng)發(fā)揮了非常重要的作用，但仍然存在如下問題亟待解決:

（1）既有信號(hào)監(jiān)測系統(tǒng)不能滿足鐵路安全發(fā)展的需求。信號(hào)設(shè)備是組織和指揮列車運(yùn)行，保證行車安全，提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵設(shè)施，隨著新設(shè)備、新技術(shù)的大量運(yùn)用，以及信號(hào)系統(tǒng)及監(jiān)測設(shè)備覆蓋范圍的擴(kuò)大和復(fù)雜化，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)用環(huán)境、外界干擾等因素的要求越來越高［1］，利用既有的微機(jī)監(jiān)測設(shè)備、傳感器等系統(tǒng)對(duì)相關(guān)設(shè)備、環(huán)境以及其他內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控，存在一定的監(jiān)控局限性，且基本上都是“事后分析”和“判斷定性”作用，達(dá)不到“眼見為實(shí)”的效果。

（2）對(duì)現(xiàn)場作業(yè)缺乏有效防護(hù)監(jiān)控手段。鐵路多次提速后，對(duì)現(xiàn)場作業(yè)人身安全和機(jī)具侵限防護(hù)提出了更新、更高的要求，近幾年全路發(fā)生多起因防護(hù)監(jiān)控不到位造成的人身傷亡、機(jī)具侵限撞車等事故就是直接的表現(xiàn)［2］。

（3）站段管理范圍大，對(duì)現(xiàn)場盯控提出更高要求。隨著鐵路線路規(guī)模的不斷擴(kuò)大和生產(chǎn)布局調(diào)整，局管內(nèi)各電務(wù)段管轄范圍相應(yīng)變大。受人員機(jī)構(gòu)限制，目前鐵路局集團(tuán)公司電務(wù)系統(tǒng)無人值守車站、無工區(qū)車站大量增加。

（4）室外設(shè)備巡視不足。室外設(shè)備巡視需要占用一定的人力，且巡檢過程不可知，在大風(fēng)、大雪、夜間等不利環(huán)境情況下巡檢困難，無法及時(shí)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行巡檢，效率較低［3］。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為解決以上鐵路電務(wù)部門對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)維護(hù)管理中存在的問題，考慮將鐵路信號(hào)集中監(jiān)測技術(shù)與視頻監(jiān)控技術(shù)結(jié)合，提出一套系統(tǒng)解決方案:

（1）在車站鐵路道岔密集、信號(hào)設(shè)備集中的咽喉區(qū)位置，設(shè)置高清視頻夜視采集點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)站場、信號(hào)設(shè)備視頻采集和信號(hào)設(shè)備巡視［4］。

（2）在車站設(shè)置分析服務(wù)器，與鐵路信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)接口，實(shí)現(xiàn)可視化站場圖，監(jiān)測系統(tǒng)故障報(bào)警觸發(fā)視頻監(jiān)控系統(tǒng)捕捉現(xiàn)場畫面。

（3）當(dāng)收到監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出的來車信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)分析判斷后推送相應(yīng)站場來車視頻給車站移動(dòng)終端，實(shí)時(shí)監(jiān)督發(fā)現(xiàn)不按防護(hù)要求下道避險(xiǎn)的違規(guī)施工情況。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

鐵路車站信號(hào)設(shè)備遠(yuǎn)程集中視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

系統(tǒng)按電務(wù)段和車站兩級(jí)設(shè)置。電務(wù)段中心設(shè)備包含應(yīng)用服務(wù)器、分發(fā)服務(wù)器、監(jiān)控終端、維護(hù)終端等，實(shí)現(xiàn)全段所轄車站的集中管理、監(jiān)控和指揮功能。車站設(shè)備包含分析服務(wù)器、儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、監(jiān)控終端、光傳輸設(shè)備、POE交換機(jī)、無線路由器以及高清攝像機(jī)等。通過在車站室內(nèi)外、咽喉區(qū)部署相應(yīng)監(jiān)控點(diǎn)和系統(tǒng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車站信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警觸發(fā)，以及視頻采集、存儲(chǔ)、人員防護(hù)輔助和遠(yuǎn)程電子巡視功能。

圖1 鐵路車站信號(hào)設(shè)備遠(yuǎn)程集中視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 車站視頻采集點(diǎn)

視頻采集點(diǎn)設(shè)置要考慮覆蓋所有信號(hào)設(shè)備，信號(hào)設(shè)備主要集中在車站信號(hào)機(jī)房、站場咽喉區(qū)以及股道［5］。

2.2.1 信號(hào)機(jī)械室

信號(hào)機(jī)械室一般由繼電器室、電源室和微機(jī)室組成。主要監(jiān)控環(huán)境、人員出入、維護(hù)操作、組合架、設(shè)備指示燈，重點(diǎn)在于人員操作和設(shè)備指示的狀態(tài)。機(jī)械室攝像機(jī)布點(diǎn)見圖2。微機(jī)室攝像機(jī)布點(diǎn)見圖3。

圖2 機(jī)械室攝像機(jī)布點(diǎn)示意圖

圖3 微機(jī)室攝像機(jī)布點(diǎn)示意圖

2.2.2 咽喉區(qū)

咽喉區(qū)主要監(jiān)控對(duì)象為信號(hào)機(jī)、道岔群及相關(guān)設(shè)備動(dòng)作，同時(shí)可監(jiān)控電務(wù)和工務(wù)人員施工作業(yè)情況、列車通過情況、閑雜人員上道情況等，有力保障生產(chǎn)安全。本系統(tǒng)以某鐵路車站單側(cè)咽喉區(qū)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

咽喉南北兩側(cè)軌旁分設(shè)2處監(jiān)控點(diǎn)，交叉覆蓋整個(gè)站場，每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)采用2臺(tái)定焦超低照度高清攝像機(jī)進(jìn)行咽喉區(qū)全場景覆蓋。在咽喉道岔群密集點(diǎn)位置設(shè)1處監(jiān)控點(diǎn)，部署1臺(tái)高清無紅暴球形攝像機(jī)（見圖4）。

圖4 車站咽喉區(qū)視頻采集點(diǎn)示意圖

2.3 報(bào)警觸發(fā)

在車站集中監(jiān)測系統(tǒng)站機(jī)上設(shè)置與本系統(tǒng)接口軟件，采用RS485光電隔離通訊方式與本系統(tǒng)分析服務(wù)器連接，當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生軌道異常紅光帶、道岔斷表示、燈絲斷絲等告警信息時(shí)［6］，監(jiān)測站機(jī)將觸發(fā)報(bào)警發(fā)送至本系統(tǒng)分析服務(wù)器的分析軟件模塊。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)檢測到車站來車時(shí)，同樣將來車信息通過站機(jī)接口軟件發(fā)送給本系統(tǒng)分析服務(wù)器。

分析服務(wù)器軟件模塊根據(jù)告警內(nèi)容（或來車信息）中定義的告警設(shè)備、告警類型、告警時(shí)間，從本地?cái)?shù)據(jù)庫查找預(yù)先配置好的關(guān)聯(lián)攝像機(jī)及對(duì)應(yīng)的預(yù)置位信息實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)用，生成該報(bào)警的ID號(hào)以及視頻資源路由信息，以此通知存儲(chǔ)模塊和終端顯示模塊。待集中監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警解除時(shí)，分析模塊將此轉(zhuǎn)發(fā)給存儲(chǔ)和終端顯示模塊。

存儲(chǔ)模塊接收分析模塊發(fā)送的告警ID、告警類型、告警設(shè)備、告警時(shí)間信息后，進(jìn)行記錄。待收到分析模塊發(fā)送此告警的消警時(shí)，存儲(chǔ)模塊將實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)ID攝像機(jī)錄像進(jìn)行截取另存為告警視頻，并標(biāo)記告警ID、類型、設(shè)備、時(shí)間信息。

終端顯示模塊接受分析模塊發(fā)送的告警ID、告警類型、告警設(shè)備、告警時(shí)間信息以及告警對(duì)應(yīng)視頻資源路由后，對(duì)應(yīng)電子地圖中以日志和聲音告警方式在界面進(jìn)行提示，同時(shí)向轉(zhuǎn)發(fā)模塊請(qǐng)求告警攝像機(jī)實(shí)時(shí)視頻，彈窗顯示。待收到分析模塊對(duì)于此告警的消警信息后，電子地圖中視頻、文字告警提示消除，信號(hào)設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)。報(bào)警觸發(fā)流程見圖5。

圖5 報(bào)警觸發(fā)流程

3 實(shí)現(xiàn)功能

3.1 電子地圖

電子地圖在車站和電務(wù)段終端界面進(jìn)行展現(xiàn)。電子地圖以信號(hào)集中監(jiān)測站場圖為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備狀態(tài)及告警實(shí)時(shí)顯示、攝像機(jī)及與監(jiān)測系統(tǒng)接口在線狀態(tài)、顯示信號(hào)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像和攝像機(jī)云鏡操作。電子地圖及打開信號(hào)燈實(shí)時(shí)視頻截圖見圖6。

3.2 報(bào)警觸發(fā)

監(jiān)測系統(tǒng)檢測到告警（軌道異常紅光帶、道岔斷表示、燈絲斷絲等）并將此告警發(fā)送至本系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過預(yù)先設(shè)置好的所有信號(hào)設(shè)備對(duì)應(yīng)攝像機(jī)預(yù)置點(diǎn)進(jìn)行調(diào)用，存儲(chǔ)服務(wù)器進(jìn)行告警錄像，監(jiān)控終端能夠彈出告警視頻窗口，并以文字和聲音進(jìn)行報(bào)警。

異常紅光帶報(bào)警觸發(fā)界面見圖7。當(dāng)信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)異常紅光帶報(bào)警，通過串口傳給本系統(tǒng)，本系統(tǒng)在電子地圖上馬上彈出當(dāng)前異常紅光帶股道全景圖像，并在電子地圖下方提示告警時(shí)間、告警類型、告警設(shè)備名稱等信息。對(duì)應(yīng)地圖中設(shè)置的攝像機(jī)也顯示紅色標(biāo)記狀態(tài)。

3.3 人員防護(hù)輔助

在咽喉區(qū)位置設(shè)置的定焦、球型高清攝像機(jī)，對(duì)于咽喉區(qū)全場景覆蓋實(shí)現(xiàn)對(duì)人員施工情況監(jiān)控、防護(hù)確認(rèn)。

當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)檢測到車站來車信號(hào)時(shí)，觸發(fā)流程與信號(hào)系統(tǒng)報(bào)警觸發(fā)類似，將來車方向、股道等信息通過站機(jī)接口軟件發(fā)送給本系統(tǒng)分析服務(wù)器，分析服務(wù)軟件模塊分析匹配與之關(guān)聯(lián)的攝像機(jī)，啟動(dòng)并實(shí)時(shí)推送視頻給站內(nèi)信號(hào)防護(hù)人員的移動(dòng)終端（IOS、安卓系統(tǒng)平板），如發(fā)現(xiàn)有人未下道，通過語音防護(hù)系統(tǒng)呼叫提醒避讓。IPAD夜間監(jiān)控效果見圖8。

3.4 遠(yuǎn)程電子巡視

遠(yuǎn)程電子巡視在終端軟件界面進(jìn)行操作和展現(xiàn)。本功能實(shí)現(xiàn)是通過分析軟件模塊提前定義好的信號(hào)設(shè)備現(xiàn)場位置與攝像機(jī)云臺(tái)預(yù)置位信息，在巡視時(shí)可以根據(jù)需求定義、選擇巡檢計(jì)劃，包括巡檢設(shè)備對(duì)象、時(shí)間、周期。此功能與日常業(yè)務(wù)結(jié)合，在天窗點(diǎn)外及雨、雪、夜間等條件下，可隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行巡視，即時(shí)查詢站場各信號(hào)設(shè)備現(xiàn)場外部狀態(tài)，減輕工作人員重復(fù)性、機(jī)械性勞動(dòng)，減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度［7］。遠(yuǎn)程電子巡視路線見圖9。

圖6 電子地圖及打開信號(hào)燈實(shí)時(shí)視頻截圖

圖7 異常紅光帶報(bào)警觸發(fā)界面

4 結(jié)論

本系統(tǒng)將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與信號(hào)監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警觸發(fā)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，具有電子地圖、報(bào)警觸發(fā)、上道施工防護(hù)、遠(yuǎn)程電子巡視、實(shí)時(shí)監(jiān)視和歷史回放等功能，并具備以下特點(diǎn):

（1）系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)告警追蹤。利用信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警觸發(fā)功能，自動(dòng)控制視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)信號(hào)設(shè)備現(xiàn)場告警畫面進(jìn)行追蹤，進(jìn)而還原現(xiàn)場情況。

圖8 IPAD夜間監(jiān)控效果

圖9 遠(yuǎn)程電子巡視路線圖

（2）系統(tǒng)界面簡潔、易用。通過電子化的站場圖和平面布置圖，提供了全面、直觀的信號(hào)設(shè)備實(shí)時(shí)現(xiàn)場畫面，所見即所得。

（3）系統(tǒng)移動(dòng)終端可方便快捷的實(shí)時(shí)監(jiān)控上道人員情況，保障上道作業(yè)人身安全。

（4）系統(tǒng)輔助日常巡視作業(yè)。利用低照度全天候高清攝像機(jī)、微機(jī)監(jiān)測等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，可隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行巡視，減輕作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

研究成果已較為完整地在某鐵路站段試用，解決了用戶需求的基本問題。但還存在進(jìn)一步探討改進(jìn)的空間，如系統(tǒng)錄像可進(jìn)一步進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化［8］，將告警錄像根據(jù)場景特點(diǎn)設(shè)置關(guān)鍵信息（如人員、列車、物品移動(dòng)等），以方便進(jìn)行快速檢索播放。