復(fù)雜山區(qū)鐵路建設(shè)移動(dòng)視頻系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

吳波

摘要：山區(qū)鐵路地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建設(shè)高技術(shù)可視化施工安全管理系統(tǒng)勢(shì)，以隧道施工為安全生產(chǎn)管理重點(diǎn)，以杜絕坍塌、高處墜落、隧道突水突泥以及爆炸等事故為實(shí)時(shí)監(jiān)控的重點(diǎn)，能夠有效的提高安全生產(chǎn)管理效能，促進(jìn)安全生產(chǎn)。

一、概述

隨著數(shù)字化碼分多址（CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS，以后簡(jiǎn)稱CDMA）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，在CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻和音頻成為一種趨勢(shì)。最新推出的FM8102D CDMA雙通道無(wú)線視頻/數(shù)據(jù)終端，具有其他無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法比擬的功能和特點(diǎn)，能夠保證野外無(wú)法架設(shè)光纜、電纜和車輛移動(dòng)過(guò)程的數(shù)據(jù)和視頻的正常通信，完全符合移動(dòng)通信的嚴(yán)格要求，是全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的典型代表。該系統(tǒng)廣泛用于公安、消防武警現(xiàn)場(chǎng)指揮，鐵路、高速公路、水利防汛、等指揮系統(tǒng)，能夠?qū)⑦h(yuǎn)離指揮中心的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到指揮中心甚至能夠建立通訊的任意地點(diǎn)。還能傳輸數(shù)據(jù)、GPS定位信息等，便于各級(jí)指揮部領(lǐng)導(dǎo)實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，提高安全生產(chǎn)管理的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

新一代移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的移動(dòng)特性是利用CDMA技術(shù)進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男滦拖到y(tǒng)。該系統(tǒng)采用了獨(dú)立的視頻壓縮算法、流媒體視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案，整合了CDMA數(shù)據(jù)通訊功能和數(shù)字視頻編碼功能為一體化的便捷式的產(chǎn)品。它把攝像機(jī)圖像經(jīng)過(guò)視頻壓縮編碼模塊壓縮，通過(guò)智能無(wú)線通訊終端發(fā)射到CDMA，網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、發(fā)送/接收、加解密、加解碼，鏈路的控制維護(hù)等功能。根據(jù)應(yīng)用，把實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像傳到距離用戶最近的聯(lián)通通信網(wǎng)絡(luò)?？偪叵到y(tǒng)通過(guò)Internet或者用戶專有VPDN，從系統(tǒng)中得到實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)信息。該系統(tǒng)整合了CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，在空間和距離上產(chǎn)生突破性拓展。

二、系統(tǒng)需求分析

由于山區(qū)鐵路地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度巨大，安全生產(chǎn)隱患眾多。運(yùn)用高技術(shù)可視化施工安全管理系統(tǒng)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠有效的提高安全生產(chǎn)管理能效，促進(jìn)安全生產(chǎn)。經(jīng)分析，設(shè)計(jì)如下，

1.在隧道、高架橋梁和鐵路鋪架施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置1-4臺(tái)攝像機(jī)拍攝施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像；安裝1-4臺(tái)FM8102D -B數(shù)碼無(wú)線視頻/數(shù)據(jù)終端，對(duì)拍攝的現(xiàn)場(chǎng)圖像和記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)發(fā)送。

2.在特殊環(huán)境的施工現(xiàn)場(chǎng)，設(shè)置瓦斯、溫度、濕度、壓力傳感器，監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；在有需要的重要位置，安裝人體探測(cè)器、報(bào)警設(shè)備，發(fā)生狀況可由工作現(xiàn)場(chǎng)直接向總指揮部安全生產(chǎn)監(jiān)督管理監(jiān)控中心報(bào)警；

3.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管人員巡查可以設(shè)置好時(shí)間、線路，安全生產(chǎn)監(jiān)督管理監(jiān)控中心監(jiān)察現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管人員是否按照監(jiān)管要求定時(shí)、到位履責(zé)；

4.安全生產(chǎn)監(jiān)督管理人員通過(guò)監(jiān)控中心的監(jiān)管平臺(tái)，實(shí)時(shí)觀看監(jiān)控點(diǎn)的圖像、觀測(cè)監(jiān)控點(diǎn)重要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并可操控監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備；

5.領(lǐng)導(dǎo)和被授權(quán)的管理人員通過(guò)辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)觀看監(jiān)控點(diǎn)的圖像；

6.遇有特殊情況，可以在第一時(shí)間向最高領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)提供現(xiàn)場(chǎng)圖像。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)鐵道建設(shè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求為高技術(shù)可視化施工安全管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了選型。整套系統(tǒng)先進(jìn)、成熟，功能強(qiáng)大實(shí)用性強(qiáng)，穩(wěn)定可靠且組合方便，擴(kuò)展性能高，能為以后系統(tǒng)擴(kuò)展留有充分的余地，為系統(tǒng)升級(jí)提供便利；系統(tǒng)的擴(kuò)展功能多樣化，通過(guò)聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交換、監(jiān)視、控制和管理。系統(tǒng)的人機(jī)界面良好，運(yùn)行管理方便，視頻/數(shù)據(jù)采集精確，反應(yīng)迅速，操作簡(jiǎn)便。

四、系統(tǒng)特點(diǎn)

FM8102D CDMA數(shù)碼無(wú)線視頻/數(shù)據(jù)終端系統(tǒng)，采用功能模塊化設(shè)計(jì)，產(chǎn)品集視頻/數(shù)據(jù)采集為一體。系統(tǒng)配有標(biāo)準(zhǔn)電源、內(nèi)置電源；可選配車載電源、太陽(yáng)能電源。其主要特點(diǎn)如下：

1.安裝在不便布線的野外作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)省大量光纖、電纜和寶貴的人力資源，不涉及遷移補(bǔ)償問(wèn)題，不破壞生態(tài)環(huán)境。

2.可再利用率很高，完成階段作業(yè)，可迅速遷移應(yīng)用。

3.可實(shí)現(xiàn)對(duì)異地現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不受時(shí)空限制，對(duì)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可同時(shí)進(jìn)行指揮。

4.支持1-4路PAL/NTSC制彩色或黑白復(fù)合模擬視頻（CVBS）信號(hào)。

5.支持自動(dòng)錄像和報(bào)警錄像，報(bào)警前、報(bào)警后可記錄遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)圖像，報(bào)警抓拍等，實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動(dòng)錄像和畫面彈出顯示。

6.支持PPP、IP、TCP、UDP、ICMP、DNS、等協(xié)議，支持靜態(tài)、動(dòng)態(tài)IP或DDNS域名尋址。

7.支持256路站點(diǎn)同時(shí)在線，傳輸速率CDMA 3～25幀/秒。

8.通過(guò)CDMA和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，真正做到任何時(shí)間、從任何地方、對(duì)任何現(xiàn)場(chǎng)都能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

9.完整的監(jiān)控管理功能，為用戶提供了靈活的監(jiān)控畫面選擇，電子地圖使用，對(duì)云臺(tái)、變焦的控制，預(yù)置位和鏡頭的輪巡，以及實(shí)現(xiàn)圖像抓拍、錄像和錄像回放、報(bào)警和報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能。

10.充分利用網(wǎng)絡(luò)隧道、128位加密算法、防火墻/VPN、加密鎖、權(quán)限管理、安全認(rèn)證、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等技術(shù)，保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權(quán)使用和破壞。

11.監(jiān)控中心軟件分級(jí)式管理，用戶可以不受時(shí)間、空間限制對(duì)監(jiān)控管理目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)查看、實(shí)時(shí)指揮。

12.支持操作系統(tǒng)windows9x/ME/NT/2000/XP。

五、系統(tǒng)組成

數(shù)碼無(wú)線視頻/數(shù)據(jù)系統(tǒng)基于營(yíng)運(yùn)商電信級(jí)的CDMA網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，擴(kuò)展性好，能適應(yīng)多變的監(jiān)控要求。主要由四部分組成：

1、視頻圖像及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)碼無(wú)線視頻/數(shù)據(jù)終端

在不便布線的野外作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，安裝監(jiān)控?cái)z像機(jī)和數(shù)據(jù)采集傳感器，F(xiàn)M8102D 數(shù)碼無(wú)線視頻/數(shù)據(jù)終端連接監(jiān)控?cái)z像機(jī)和數(shù)據(jù)采集傳感器。監(jiān)控?cái)z像機(jī)用于采集各被監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)視頻信號(hào)。云臺(tái)可以由控制中心的計(jì)算機(jī)控制。

2、無(wú)線視頻/數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

FM8102D 產(chǎn)品具有傳輸距離遠(yuǎn)、低延時(shí)和設(shè)備成本低的特點(diǎn)，可以提供高效和經(jīng)濟(jì)的視頻傳輸解決方案。CDMA無(wú)線接入理論速率153.6Kbps，目前實(shí)際測(cè)試速率為80kbps，是平均30-40kbps的GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)?-3倍?？梢詫⒉煌攸c(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)視頻信息及數(shù)據(jù)信息通過(guò)無(wú)線通訊手段實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇偙O(jiān)控中心。FM8102D 遠(yuǎn)程終端傳輸實(shí)時(shí)視頻信號(hào)，可以連接攝像機(jī)或帶云臺(tái)的攝像機(jī)。FM8102D 無(wú)線終端具有標(biāo)準(zhǔn)RS-232標(biāo)準(zhǔn)通信接口，能夠與數(shù)據(jù)采集傳感器連接，完成數(shù)據(jù)的采集和處理、控制輸出和進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、主動(dòng)報(bào)警、接收遠(yuǎn)程命令、開關(guān)燈等功能。

3、總控系統(tǒng)

總控系統(tǒng)主要由矩陣電視墻、服務(wù)器系統(tǒng)、相關(guān)外設(shè)、系統(tǒng)軟件等組成，可完成對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的圖像接收與顯示，錄像的存儲(chǔ)、檢索、回放、備份、恢復(fù)等。對(duì)各個(gè)遠(yuǎn)端監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控，中心端接收軟件可同時(shí)接收16路遠(yuǎn)程站點(diǎn)傳回來(lái)的視頻信號(hào)和數(shù)據(jù)資料，中心端可保存或抓拍視頻圖像，也可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制各監(jiān)控站點(diǎn)的云臺(tái)攝像頭，可遠(yuǎn)程觸發(fā)報(bào)警錄像等功能。分站點(diǎn)數(shù)據(jù)采集回傳到中心端就立即被接收軟件分析并保存。中心端同時(shí)支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)共享瀏覽，中心端也可與投影儀連接，實(shí)時(shí)分析和觀看。

4、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端

遠(yuǎn)程監(jiān)控終端可以是任意一臺(tái)能夠和本系統(tǒng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)連接的電腦、手機(jī)。電腦通過(guò)安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控終端軟件，經(jīng)過(guò)總控系統(tǒng)的安全認(rèn)證，即可遠(yuǎn)程監(jiān)控；具有視頻功能的手機(jī)，也能通過(guò)下載安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件手機(jī)版，直接用手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

六、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案的進(jìn)行探討，應(yīng)用于山區(qū)鐵路隧道施工監(jiān)控，能隨時(shí)、隨地對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，掌握施工進(jìn)度。對(duì)今后復(fù)雜鐵路施工視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施均有一定的借鑒意義。