鐵路通信信號電源視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用及分析

劉軍啟

（北京電鐵通信信號勘測設(shè)計院有限公司，北京 100036）

鐵路通信信號電源由分布在鐵路沿線的鐵路10 kV配電所、自動閉塞電力線路、電力貫通線路、站場供電線路及車站變配電裝置等組成，它與提高運(yùn)輸效率，保證行車安全有著密切關(guān)系。目前，隨著鐵路裝備水平的大幅提高，高科技、現(xiàn)代化供配電裝置被大量采用。雖然鐵路10 kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)在新建及改造鐵路得到廣泛推廣，但鐵路10 kV配電所的自動化管理水平有限，設(shè)備巡視、倒閘作業(yè)、故障搶修、恢復(fù)供電等主要依靠工區(qū)人員現(xiàn)場作業(yè)，對設(shè)備的工作狀況不能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，對配電所的非法外來侵入不能及時報警。

為提高鐵路通信信號供電的可靠性及鐵路10 kV配電所運(yùn)營維護(hù)管理水平，在鄭徐線電氣化改造工程中引入鐵路10 kV配電所視頻監(jiān)控技術(shù)。

1 鐵路10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

鐵路10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對鐵路沿線10 kV配電所供配電設(shè)施的實(shí)時視頻監(jiān)控。系統(tǒng)由主控站、被控站和通信通道3部分設(shè)備構(gòu)成。在主控站調(diào)度中心設(shè)置視頻監(jiān)控主機(jī)，在被控站各10 kV配電所設(shè)置視頻監(jiān)控終端，通信通道采用鐵路通信網(wǎng)絡(luò)。通過各10 kV配電所視頻監(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)音、視頻信息采集及上傳處理等功能。在調(diào)度端視頻監(jiān)控主機(jī)完成錄像回放、語音對講及告警聯(lián)動等功能。

鐵路10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對10 kV配電所內(nèi)的所有高低壓設(shè)備、微機(jī)保護(hù)裝置以及配電所室內(nèi)外空間等進(jìn)行實(shí)時畫面?zhèn)魉秃痛鎯?。拉近?0 kV配電所與供電段調(diào)度中心，乃至鐵道部調(diào)度中心的距離，使設(shè)備運(yùn)營維護(hù)變得更直觀，可以在第一時間觀察到故障設(shè)備，指導(dǎo)工作人員進(jìn)行現(xiàn)場操作。門禁與紅外報警功能，便于人員的管理和及時發(fā)現(xiàn)外來入侵，從而大大提高鐵路10 kV配電所運(yùn)營維護(hù)自動化水平和通信信號供電的可靠性。

2 鄭徐線10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)概況

鄭徐線10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)是鄭徐線電氣化改造工程的一部分，是在改造后列車開行速度200 km/h、通信信號等專業(yè)供電可靠性要求大大提高的前提下應(yīng)用的。鄭徐線10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括1個調(diào)度主站、5座配電所視頻監(jiān)控終端、連接調(diào)度主站和配電所視頻監(jiān)控終端的視頻數(shù)據(jù)傳輸通道。調(diào)度主站設(shè)在鄭州供電段內(nèi)，10 kV配電所分布在鐵路沿線。鄭徐線10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 調(diào)度主站設(shè)備

調(diào)度主站設(shè)備設(shè)置在供電段電力調(diào)度所內(nèi)，配置1臺監(jiān)控主機(jī)（視頻工作站），完成遠(yuǎn)程安全視頻監(jiān)控功能。

監(jiān)控主機(jī)選用高性能工控機(jī)，采用與硬解碼相對應(yīng)的計算機(jī)軟解壓，在計算機(jī)上安裝網(wǎng)絡(luò)視頻管理軟件，所有功能都在計算機(jī)上完成。

2.1.2 被控站設(shè)備

2.1.2.1 網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器是監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，其性能決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性，采用嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字硬盤錄像機(jī)。它具備數(shù)字音視頻錄像機(jī)（DVR）和數(shù)字視音頻服務(wù)器（DVS）的功能。它完全脫離PC平臺，建立在嵌入式處理器和嵌入式操作系統(tǒng)上，不采用PC處理器和PC操作系統(tǒng)。設(shè)備具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性、功能性和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)性，已廣泛應(yīng)用于各種監(jiān)控場合。

具有強(qiáng)大的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：支持遠(yuǎn)程音視頻瀏覽控制；遠(yuǎn)程多路音視頻傳輸；遠(yuǎn)程雙向音頻對講；支持多路監(jiān)控業(yè)務(wù)平臺；遠(yuǎn)程錄像資料調(diào)閱、下載；遠(yuǎn)程軟件升級；支持IE瀏覽。

具有8個開關(guān)量采集接口，能夠采集紅外、煙感、門開等開關(guān)量信息，其采集信息和控制信息共用1個串口，與網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器連接。采集部分主要負(fù)責(zé)實(shí)時采集各監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境信息；組成交叉立體式安防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行、操作狀況及其發(fā)熱、防火、防盜和人為事故的監(jiān)控。

2.1.2.2 攝像機(jī)

適應(yīng)10 kV配電所運(yùn)行環(huán)境，具有抗過電壓、電磁干擾和防污、防雨等功能。具有逆光補(bǔ)償功能，可手動/自動聚焦，自動光圈。

2.1.2.3 紅外微波雙鑒、紅外對射報警器

用于大門安全監(jiān)控。本系統(tǒng)采用總線擴(kuò)充的優(yōu)勢，通過報警主機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控，并采用多束主動紅外線在防范區(qū)域形成一張無形的“網(wǎng)”，設(shè)防后，在防范區(qū)域形成一道看不見的光柵墻。當(dāng)侵入者通過警戒區(qū)域，即可發(fā)生現(xiàn)場報警，并通過報警主機(jī)，將信號發(fā)送到10 kV配電所的監(jiān)控系統(tǒng)，通過通信系統(tǒng)傳送到調(diào)度主站。

2.1.2.4 門禁控制器

采用單門控制器，引入先進(jìn)的卡存儲技術(shù)和時鐘技術(shù)，加大了控制器的存儲空間，時鐘更準(zhǔn)確；支持通用Wiegand格式的讀卡器；設(shè)計工藝更新，提高抗干擾性，系統(tǒng)整體性能更穩(wěn)定；能支持聯(lián)網(wǎng)操作，具有防潛回功能。適合使用于智慧型出入控制系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等。

2.1.2.5 云臺

配置選擇室外全方位云臺。

2.1.2.6 通信通道

調(diào)度主站與各視頻監(jiān)控終端之間采用鐵路通信系統(tǒng)提供的專用數(shù)據(jù)傳輸通道。

系統(tǒng)通信通道采用環(huán)形通道，每個被控站到控制中心配置1路通信傳輸速率為2.048 Mbit/s的E1通道。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)置

2.2.1 圖像監(jiān)視

調(diào)度主站的值班員可以實(shí)時監(jiān)視各10 kV配電所的圖像。分布在10 kV配電所的攝像機(jī)不停地將現(xiàn)場情況傳給值班員，只要攝像機(jī)布置合理，完全可以實(shí)現(xiàn)10 kV配電所的無人值班遠(yuǎn)程監(jiān)控。

10 kV配電所各攝像機(jī)將模擬視頻信號接入當(dāng)?shù)氐囊曨l監(jiān)控終端，視頻監(jiān)控終端將其進(jìn)行數(shù)字化并壓縮，壓縮標(biāo)準(zhǔn)為H.264，然后將壓縮的圖像數(shù)據(jù)打包，以IP包的形式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。網(wǎng)絡(luò)上任意1臺計算機(jī)都可以接受視頻數(shù)據(jù)，并解壓播放。

具有視頻圖像的時序切換、分組切換、關(guān)聯(lián)切換、報警自動切換及鎖定功能?？捎脭z像機(jī)記錄儀表盤的讀數(shù)，達(dá)到遠(yuǎn)程抄表功能。

2.2.2 硬盤錄像

由于在變電站前端設(shè)置了硬盤錄像機(jī)，硬盤容量可達(dá)120 GB。所有圖像數(shù)據(jù)均可在10 kV配電所進(jìn)行錄像；另外，由于按照標(biāo)準(zhǔn)壓縮編碼格式進(jìn)行了數(shù)字化，因此，凡是可以看到圖像的計算機(jī)都可進(jìn)行本地錄像，將視頻數(shù)據(jù)保存在硬盤上，這樣就形成了10 kV配電所錄像、調(diào)度主站錄像以及臨時錄像等多級錄像體系。這種分布錄像體系增加了整個系統(tǒng)的錄像容量，提高了系統(tǒng)性能。

錄像的策略有手動、自動循環(huán)、報警觸發(fā)錄像等。錄像文件的回放有逐幀、慢放、正常、快速、放大和縮小等方式。

2.2.3 遠(yuǎn)程控制

可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)、云臺、雨刷、除塵、矩陣、畫面分割器、燈光、布防撤防和其他各種動力設(shè)備。

所有遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控終端經(jīng)過授權(quán)，可以控制并操作10 kV配電所內(nèi)的視頻監(jiān)控設(shè)備及其他動力設(shè)備，系統(tǒng)根據(jù)用戶級別進(jìn)行權(quán)限設(shè)置。

系統(tǒng)可以人工進(jìn)行當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)程布防/撤防，也可以事先確定布防/撤防策略，由系統(tǒng)按照制定的策略自動進(jìn)行布防/撤防。

2.2.4 電子地圖

系統(tǒng)以地圖的方式顯示攝像頭所在位置及各種探頭、門禁的位置，并顯示布防區(qū)域及在圖上進(jìn)行布防撤防操作。有報警時，圖上相應(yīng)的圖標(biāo)閃爍，準(zhǔn)確判斷報警位置，有多級地圖功能。

2.2.5 語音對講

系統(tǒng)裝有音視頻設(shè)備的終端或工作站，能選取相應(yīng)的對象實(shí)現(xiàn)語音對講或廣播，同時顯示圖像，即初步的電視會議功能。通過語音對講功能實(shí)現(xiàn)與站內(nèi)維護(hù)人員遠(yuǎn)程對講。

2.2.6 現(xiàn)場操作指示

10 kV配電所的各種操作嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，但是10 kV配電所的各種操作比較繁瑣，因此必須結(jié)合相應(yīng)的保證措施，將誤操作的可能性降到最小。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可利用遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和語音對講功能，由調(diào)度主站的值班人員對遠(yuǎn)方10 kV配電所操作人員進(jìn)行操作指導(dǎo)。如果發(fā)現(xiàn)不正確的操作或誤入帶電間隔，可以通過廣播、電話及時提醒操作人員，從而確保操作的萬無一失。

另外，可以發(fā)現(xiàn)一些在地面不易察覺的工作遺留物品，從而消除安全隱患。

2.2.7 報警及報警聯(lián)動

可以接入各種報警信號，包括電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)通過通信傳輸?shù)膱缶盘?。視頻監(jiān)控終端接收到報警信號后，按照事先設(shè)置作相應(yīng)的報警聯(lián)動處理，如啟動燈光、開始錄像等。

報警種類有安防、圖像、動力環(huán)境監(jiān)控、廣義報警（從電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)傳輸?shù)膱缶盘枺┑葞追N。

當(dāng)報警事件發(fā)生時，電子地圖的圖標(biāo)開始閃爍，攝像頭預(yù)置位聯(lián)動顯示相應(yīng)的畫面，警鈴動作，并存儲、打印和錄像等。

2.2.8 事件記錄

系統(tǒng)能對遠(yuǎn)方周界、火災(zāi)等報警信號進(jìn)行記錄，增加傳統(tǒng)監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)中事件記錄的類型。

2.2.9 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)具備用戶、設(shè)備和數(shù)據(jù)管理的功能。

2.2.10 軟件在線維護(hù)、修改、擴(kuò)展功能

系統(tǒng)具有對在線應(yīng)用軟件維護(hù)修改功能。對各種用戶畫面和數(shù)據(jù)庫進(jìn)行在線修改、編輯和定義。數(shù)據(jù)庫具有良好的可擴(kuò)充性和強(qiáng)大的適應(yīng)性。

3 通道測試分析比選

10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)的成功應(yīng)用，通信通道起到重要作用，直接影響圖像傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量。本系統(tǒng)初始方案為采用鐵路TMIS骨干網(wǎng)作為視頻數(shù)據(jù)傳輸通道。由于TMIS骨干網(wǎng)傳輸帶寬＜2 M，并承載了其他重要的數(shù)據(jù)信息，因此，需要在該傳輸網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)場測試大流量的視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行院涂煽啃浴?/p>

運(yùn)營、設(shè)計單位和設(shè)備廠家在鄭州供電段（調(diào)度主站）、海棠寺（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行了聯(lián)合測試。測試結(jié)果如表1所示，圖像傳輸16 fps，有10 s左右延遲，圖像傳輸基本流暢，8路同時傳輸時有馬賽克，邊緣有鋸齒。

表1 鄭徐線10 kV配電所視頻通信通道測試表

由于考慮到多路圖像同時傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，以及TMIS骨干網(wǎng)承載的正常業(yè)務(wù)受到視頻數(shù)據(jù)流傳輸?shù)挠绊?。本系統(tǒng)對通信通道進(jìn)行了調(diào)整，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最終采用與既有電化視頻通道整合的方案，取得了滿意的效果。

4 有待進(jìn)一步完善提高

由于投資和鐵路運(yùn)營管理既有模式的限制，目前只能對鐵路10 kV配電所實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控，隨著鐵路裝備自動化水平的不斷提高，沿線重要的供電設(shè)施，如箱式變電站等也應(yīng)納入視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

隨著鐵路站段的整合，鐵路10 kV配電所視頻監(jiān)控應(yīng)與電化視頻監(jiān)控進(jìn)行整合，一并考慮。

此外要通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷提升畫面質(zhì)量及傳輸速率，完善視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件，做到及時報警，充分發(fā)揮視頻監(jiān)控系統(tǒng)的作用。

5 結(jié)論

鄭徐線10 kV配電所視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，為我國鐵路電力自動化技術(shù)的發(fā)展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。為今后鐵路10 kV配電所實(shí)現(xiàn)無人值班的運(yùn)營模式做出了有益探索。尤其是在我國繁忙的鐵路運(yùn)輸環(huán)境下，進(jìn)一步確保了通信信號供電的可靠性。經(jīng)過廣大建設(shè)、施工、設(shè)計人員的共同努力，鐵路10 kV配電所視頻監(jiān)控技術(shù)漸趨完善，也取得了廣泛共識，在今后的發(fā)展中應(yīng)不斷探討，加強(qiáng)交流，建成更加適合我國鐵路應(yīng)用的鐵路電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

[1] TB10008-2006 鐵路電力設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國鐵道出版社，2007.

[2] GB50198-94 民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1994.