郭戰(zhàn)平

摘要：本文闡述了黃陵礦業(yè)鐵路運輸公司對內(nèi)燃機車進行視頻監(jiān)控的必要性，介紹了通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)對機車監(jiān)控的系統(tǒng)構(gòu)成方案和功能特點，對方案的可行性進行了論證。

Abstract： This paper expounds the necessity of video monitoring of diesel locomotive of Huangling mining railway transportation company， introduces the composition scheme and function features of locomotive monitoring system realized by wireless network technology， and discusses the feasibility of the scheme.

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機車；視頻；網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控

Key words： diesel locomotive；video；network；monitoring

中圖分類號：U262 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0129-02

0 引言

隨著黃陵礦業(yè)鐵路運輸公司運力增加，鐵路運行安全的重要性也變得越來越突出，視頻監(jiān)控已成為鐵路安全信息化管理手段的重要組成部分。

既有的調(diào)度視頻監(jiān)控只能實現(xiàn)車站固定區(qū)域的視頻監(jiān)控，而對機車狀況的監(jiān)控則是一片空白，需要一種安全有效的監(jiān)控手段，將機車運行過程中的音視頻、軌跡信息以及其它的重要數(shù)據(jù)從移動的列車傳送到監(jiān)控中心；通過利用目前成熟的視頻監(jiān)控技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實現(xiàn)對機車監(jiān)控已經(jīng)在國鐵鐵路機車上得到了應(yīng)用，效果良好。

1 實施機車視頻監(jiān)控的組成和特點

鐵路運輸公司機車共有12臺，對機車前后端、駕駛室、設(shè)備間加裝音視頻監(jiān)控采集設(shè)備，集成應(yīng)用智能視頻處理技術(shù)，結(jié)合3G無線傳輸，列車沿線附近的車站可以進行無線動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，機務(wù)部門和調(diào)度中心可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)機車遠程揮調(diào)度和管理。

整個系統(tǒng)分為三部分，即前端子系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控中心，具體如下：

1.1 前端子系統(tǒng)

前端機車監(jiān)控設(shè)備設(shè)計考慮到機車使用環(huán)境較惡劣的實際情況，選材時應(yīng)盡量選擇具有防腐蝕、抗潮濕、防水等性能的產(chǎn)品，同時為產(chǎn)品增加雨刷、排風(fēng)扇設(shè)計。

前端視頻采集系統(tǒng)采用EW9214和EW9224網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、攝像機（云臺及解碼器）等組成。EW9214和EW9224網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器作為核心設(shè)備，其功能是將采集到的各監(jiān)控點視頻圖像及報警信息，經(jīng)過壓縮編碼處理，通過3G或WiFi無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給監(jiān)控中心，實現(xiàn)視頻的遠程觀看、現(xiàn)場報警遠傳。同時接收監(jiān)控中心發(fā)來的命令，并作出相應(yīng)的反應(yīng)，比如控制視頻切換、控制云臺上下、鏡頭變焦等。具體設(shè)計為：

①前端子系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器和攝象機，完成對所有監(jiān)控點的布設(shè)；電源由機車來提供。

②要求無線網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器在工作時必須有一張3G和WIFI無線上網(wǎng)卡。

1.2 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

目前鐵路沿線的中國移動、中國電信、中國聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本實現(xiàn)了全覆蓋，其中中國聯(lián)通的3G網(wǎng)絡(luò)帶寬最高已經(jīng)能夠達到21Mbps/s，完全能夠滿足機車移動視頻監(jiān)控對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需要。

①無線視頻服務(wù)器自動撥號無線上網(wǎng)，獲取一個動態(tài)公網(wǎng)IP地址。撥號成功之后，通過3G無線通道，把通過H.264壓縮算法編碼后的圖像信息流，主動發(fā)送到移動視頻網(wǎng)關(guān)程序中。

②移動網(wǎng)關(guān)程序的安裝位置必須有固定的公網(wǎng)IP地址，或在有固定公網(wǎng)IP地址的局域網(wǎng)中，在公網(wǎng)路由器上做端口映射也可，默認映射端口：UDP 5000；TCP 8212；端口可由用戶自行更改，也可以用域名指定。

1.3 監(jiān)控中心

在監(jiān)控中心配置3臺服務(wù)器，即監(jiān)控主機、存儲服務(wù)器、中心服務(wù)器（無線視頻網(wǎng)關(guān)），其功能具體如下：

①監(jiān)控主機的功能是對各監(jiān)控點的視頻瀏覽和攝象機姿態(tài)調(diào)整等，安裝“監(jiān)視器”軟件；②存儲服務(wù)器的功能是對各監(jiān)控點視頻資料進行錄象，安裝“存儲服務(wù)器”軟件；③中心服務(wù)器上的功能是管理整個系統(tǒng)，安裝“服務(wù)器管理平臺軟件”、“SQLserver2008”軟件；④監(jiān)控中心安裝有網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器，能夠?qū)@取的數(shù)字信號，通過解碼還原出圖像和聲音，并傳輸?shù)诫娨晧ι稀?/p>

2 采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)機車視頻監(jiān)控的主要技術(shù)內(nèi)容（見圖1）

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 監(jiān)控采集端

組成部分包括支架、攝像頭、無線網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器等，負責(zé)采集、壓縮、傳輸視頻信號。

2.1.2 服務(wù)器集群

包括應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，建設(shè)在3G數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上，負責(zé)用戶管理和權(quán)限分配，并壓縮和傳輸所采集到的視頻信號，最終形成能夠存儲的服務(wù)器集群。

2.1.3 手機監(jiān)控端

實時監(jiān)控信息也可以通過手機端被相關(guān)人員觀看，也就是說視頻監(jiān)控客戶端不僅能夠在監(jiān)控中心使用，也能夠在手機上使用。

2.1.4 服務(wù)器監(jiān)控端

可通過后期建設(shè)的監(jiān)控大屏或PC等服務(wù)器監(jiān)控端進行查看視頻實時監(jiān)控信息。

2.1.5 無線視頻服務(wù)器

無線視頻服務(wù)器：其屬于數(shù)字視頻處理系統(tǒng)，包含無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、圖像壓縮、視頻采集等多項功能。嵌入式設(shè)計，工作前接通電源即可。集成標(biāo)準(zhǔn)I/O接口和串口為一體。模擬視頻采集后，經(jīng)過壓縮編碼，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信息，之后利用3G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字視頻傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。

2.1.6 流媒體服務(wù)器（監(jiān)控主機）

流媒體服務(wù)器的作用是高效地向授權(quán)用戶轉(zhuǎn)發(fā)他所請求的數(shù)據(jù)流。一線業(yè)務(wù)人員可以采取視頻監(jiān)控設(shè)備（移動、固定視頻監(jiān)控設(shè)備）實地拍攝監(jiān)控畫面，監(jiān)控視頻通過VPDN網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控數(shù)據(jù)服務(wù)器，監(jiān)控人員可以采取PC、LED大屏幕、手機終端采取讀取服務(wù)器IP地址，通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸至各監(jiān)控終端。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)通過3G無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線視頻傳輸及無線視頻監(jiān)控，如此一來相關(guān)人員即使不在現(xiàn)場，通過移動終端（手機、PDA等）也能夠及時獲取現(xiàn)場車載監(jiān)控點采集的圖像，獲取相關(guān)信息，從而做出正確的決策。

3 系統(tǒng)功能概述

3.1 遠程圖像傳輸

系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，能夠被應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。視頻服務(wù)器提供RJ-45以太網(wǎng)接口，能夠直接接入局域網(wǎng)交換機或者HUB上，此外，設(shè)備能夠任意設(shè)置網(wǎng)關(guān)。監(jiān)控中心通過安裝視頻監(jiān)控服務(wù)器，具有權(quán)限的用戶可通過IE瀏覽器監(jiān)控遠程現(xiàn)場。每位用戶都能夠依據(jù)自身需求選擇任意現(xiàn)場監(jiān)控，多人觀看同一現(xiàn)場也可。

3.2 遠程設(shè)備監(jiān)控

依據(jù)不同等級的用戶，可分配不同的控制權(quán)限。用戶控制權(quán)限比較高的能夠優(yōu)先控制設(shè)備，比如調(diào)節(jié)攝像機鏡頭改變監(jiān)視范圍和觀察效果；控制云臺轉(zhuǎn)動選擇監(jiān)視區(qū)域?qū)ο蟮取?/p>

3.3 多畫面監(jiān)視

利用該系統(tǒng)，用戶能夠在同一客戶端上同時監(jiān)視四路，最多六十四路前端圖像，實現(xiàn)了對整個監(jiān)控網(wǎng)點的對比監(jiān)測和全局掌控。此外，為便于用戶觀察細節(jié)，該系統(tǒng)還能夠?qū)崟r放大任意一路圖像監(jiān)控，使全屏范圍都出現(xiàn)該路圖像。

所有的監(jiān)控畫面都能夠按照一定的時間間隔依次輪流切換，也可以在一個圖像框內(nèi)輪換顯示所有的攝像機畫面，畫面間隔時間可調(diào)節(jié)，用戶可以依據(jù)自身需求靈活設(shè)置畫面切換間隔時間。

3.4 電視墻監(jiān)控

用戶能夠利用專用解碼器獲取模擬信號，之后利用視頻矩陣將各路模擬監(jiān)控信號放到同一個電視屏幕里。為實現(xiàn)高清圖像解碼，應(yīng)選用CR5100D解碼器，該解碼器能夠把前端圖像無縫連接電視墻，有利于客戶的統(tǒng)一調(diào)度指揮（見圖2）。

3.5 支持PDA手機瀏覽

獨有的支持手機瀏覽軟件，可以將插件掛在網(wǎng)頁上，方便客戶下載安裝，如此只需將軟件下載到手機中，就可以不受時間和空間的限制隨意的觀看視頻圖像，即使是在沒有電腦的情況下。

3.6 控制優(yōu)先權(quán)機制

管理機制比較完善，能夠依據(jù)不同級別的用戶提供不同的控制權(quán)限。

4 結(jié)論

通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實現(xiàn)對內(nèi)燃機車進行實時視頻監(jiān)控，機務(wù)段和鐵路運輸公司調(diào)度中心通過手持終端可以對機車狀態(tài)進行遠程監(jiān)控，提高了行車的安全性，有助于加強機車運行管理避免人為事故的發(fā)生，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]盧曦，劉德明，朱積硯，徐賢，邱自成.RTP協(xié)議在嵌入式網(wǎng)絡(luò)處理器中的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與數(shù)字工程，2006（11）.

[2]魏聰穎，牛建偉，吉海星，胡建平.基于實時流媒體傳輸系統(tǒng)的H.264組包算法研究[J].計算機科學(xué)，2007（08）.

[3]孫紅，汪春雨.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)同調(diào)度的流媒體傳輸控制的研究[J].上海理工大學(xué)學(xué)報，2009（05）.