孫 昊

（呼和浩特鐵路局科研所 呼和浩特 010030）

基于傳感器及圖像采集技術(shù)的高鐵線路防范系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)的研究

孫 昊

（呼和浩特鐵路局科研所 呼和浩特 010030）

通過大量的調(diào)研資料作為依據(jù)，系統(tǒng)地介紹了國(guó)內(nèi)外高鐵線路防范技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，尤其對(duì)中國(guó)高鐵線路視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀做出歸納和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上提出我國(guó)高鐵線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)高鐵線路防護(hù)及相關(guān)領(lǐng)域的鐵路局及部門具有一定的參考價(jià)值。

高鐵 線路防范 傳感器 視頻監(jiān)控 趨勢(shì)

1 引言

隨著現(xiàn)代高鐵技術(shù)的飛速發(fā)展，列車運(yùn)行速度越來(lái)越高，這就對(duì)高鐵線路兩旁可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害及異物入侵如何對(duì)出更加快速而準(zhǔn)確的判斷提出了更高的要求。由于異物入侵事件的發(fā)生具有突然性，無(wú)規(guī)律可循和無(wú)法預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外均采取了各種先進(jìn)的高鐵線路防范措施，國(guó)外以在線路周圍加裝異物檢測(cè)傳感器作為侵害事件發(fā)生的主要探測(cè)報(bào)警手段，而國(guó)內(nèi)則以圖像采集技術(shù)，即安裝線路視頻采集設(shè)備作為對(duì)災(zāi)害或異物入侵的監(jiān)測(cè)和報(bào)警的主要手段，通過長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐，目前各國(guó)的線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高鐵線路防護(hù)方面均起到了不錯(cuò)的效果，為高鐵列車的安全運(yùn)行及乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

2 高鐵線路防范技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

日本、法國(guó)等高鐵發(fā)達(dá)國(guó)家，他們?cè)诟咚勹F路建設(shè)的早期就已經(jīng)開始規(guī)劃并構(gòu)造了許多針對(duì)線路可能遇到的自然災(zāi)害和異物侵限進(jìn)行在線監(jiān)控的系統(tǒng)，當(dāng)威脅到高速鐵路的自然災(zāi)害或異物侵限事件發(fā)生時(shí)，可以及時(shí)的做出分析、提供預(yù)警、并實(shí)施有效的控制手段。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于高鐵線路防護(hù)采取的主要手段是通過在線路兩旁及可能發(fā)生危害的地段加裝自然災(zāi)害或異物入侵預(yù)警傳感器來(lái)達(dá)到預(yù)防的效果。

高鐵線路對(duì)異物、落石、山體滑坡、泥石流等自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)的主要方式有以下幾種：

（1）采用振動(dòng)光纜監(jiān)測(cè)方式。當(dāng)光信號(hào)由激光器輸送進(jìn)光纜時(shí)，探測(cè)器會(huì)處理接收到的光信號(hào)的相位，假設(shè)傳感器沒有收到任何干擾或光的傳輸沒有變化，光信號(hào)的相位也將不發(fā)生變化；當(dāng)傳感光纜受到運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)干擾時(shí)，光信號(hào)的傳輸模式就會(huì)發(fā)生變化，以此來(lái)判斷是否發(fā)生侵限情況及危害程度。（如日本新干線）

（2）在高速鐵路隧道入口和上跨的公路橋處安裝金屬防護(hù)網(wǎng)，金屬網(wǎng)上安裝異物侵限雙電網(wǎng)傳感器，橋下線路兩側(cè)安裝多組紅外線監(jiān)測(cè)裝置，檢測(cè)異物侵限。（如法國(guó)地中海線）

（3）在高速列車檢修段與高速正線間的聯(lián)絡(luò)線上安裝車底侵限檢測(cè)裝置，防止被檢修的列車有沒有安裝好的儀器、設(shè)備超出底部限界，撞壞列車和線路（如法國(guó)地中海線）。

（4）采用微波監(jiān)測(cè)方式。把微波發(fā)射設(shè)備安裝在監(jiān)測(cè)點(diǎn)鐵路一側(cè)，然后在另一側(cè)使用微波接收設(shè)備進(jìn)行接收。監(jiān)測(cè)控制器計(jì)算侵限鐵路的異物的遮擋面積來(lái)得到異物的大小。然后根據(jù)大小得到報(bào)警級(jí)別，并采用對(duì)應(yīng)的控制措施。（如意大利羅馬到那不勒斯的高速鐵路）

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)高鐵線路安全防范普遍采用的手段主要是在區(qū)間及侵害事件高發(fā)的線路兩旁安裝視頻采集設(shè)備來(lái)達(dá)到線路防范的目的。

2.2.1 設(shè)備集成商

能夠參與鐵路監(jiān)控設(shè)備投標(biāo)的設(shè)備廠家必須具備 CRCC（中鐵檢驗(yàn)認(rèn)證中心）認(rèn)證資質(zhì)，目前全路具有CRCC認(rèn)證資質(zhì)的線路視頻前端設(shè)備集成商主要有：

（1）北京國(guó)鐵華晨，如濟(jì)南鐵路局京滬線，南昌鐵路局昌九線、杭長(zhǎng)線、滬昆線，上海鐵路局滬寧線、京滬線、合武線、杭長(zhǎng)線、合福線，如北京局京津城際、武漢局武廣線、哈爾濱局哈大線、上海局合蚌客運(yùn)專線。

（2）世紀(jì)瑞爾，如南昌局杭深線、昌福線、贛龍線，上海局甬溫線、滬杭線、合寧線、寧杭線、杭甬線，鄭州局鄭西線、京廣線，成都局成昆線、西成線。

（3）中興力維，如沈陽(yáng)局吉圖琿客運(yùn)專線。

其中國(guó)鐵華晨和世紀(jì)瑞爾兩大品牌市場(chǎng)占有率要明顯高于其他品牌。

2.2.2 設(shè)備安裝位置

設(shè)備安裝位置有（1）安裝在通信鐵塔塔身，如鄭州局、成都局、濟(jì)南局、上海局；（2）公跨鐵、隧道、車站咽喉、橋梁等關(guān)鍵區(qū)域采用立桿或鋼柱方式安裝，安裝高度 5 m，如鄭州局、成都局、沈陽(yáng)局、南昌局；（3）在區(qū)間既有電力桿上全線安裝，如上海局。

2.2.3 設(shè)備類型

前端設(shè)備類型有（1）長(zhǎng)焦云臺(tái)激光攝像機(jī)，如鄭州局鄭西線通信鐵塔前端設(shè)備，照射距離1500m；（2）長(zhǎng)焦云臺(tái)紅外攝像機(jī)，如濟(jì)南局、上海局通信鐵塔；（3）定焦不帶云臺(tái)紅外槍機(jī)，如鄭州局、成都局、南昌局、上海局、沈陽(yáng)局公跨鐵、隧道、車站咽喉、橋梁等關(guān)鍵區(qū)域安裝的前端設(shè)備，照射距離200 m；（4）變焦不帶云臺(tái)紅外槍機(jī)，如上海局、南昌局部分線路咽喉區(qū)前端設(shè)備，照射距離200m；（5）定焦云臺(tái)紅外槍機(jī)，如沈陽(yáng)局公跨鐵、隧道、車站咽喉、橋梁安裝的前端設(shè)備，照射距離200m，南昌局部分線路關(guān)鍵區(qū)域前端設(shè)備。

3 高鐵線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

在了解國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有高鐵線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、安裝基本情況的基礎(chǔ)上，能夠總結(jié)出高鐵線路監(jiān)控系統(tǒng)今后的發(fā)展方向及趨勢(shì)，對(duì)我國(guó)高鐵線路監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了寶貴的參考意見。

（1）數(shù)字高清化。我國(guó)采用的高鐵線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是對(duì)于高鐵開行時(shí)間早的鐵路局，監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備主要以模擬標(biāo)清攝像機(jī)為主，圖像采集效果受天氣和環(huán)境影響嚴(yán)重，而數(shù)字高清攝像機(jī)已經(jīng)成為安防監(jiān)控領(lǐng)域的流行趨勢(shì)，其以高清晰的畫面，低圖像失真率，高的傳輸效率以及高的穩(wěn)定性而被越來(lái)越多的應(yīng)用于各個(gè)安防領(lǐng)域。鑒于高鐵線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，前端攝像機(jī)由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)取代傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)必將成為今后高鐵視頻監(jiān)控的發(fā)展方向。

（2）采集智能化。目前高鐵線路視頻關(guān)鍵區(qū)域采用的智能攝像機(jī)均具備入侵報(bào)警監(jiān)測(cè)及異物識(shí)別等智能分析功能模塊，然而在使用過程中發(fā)現(xiàn)誤報(bào)率太高，尚不能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，智能識(shí)別功能形同虛設(shè)。但是隨著科技的不斷進(jìn)步，識(shí)別算法的不斷優(yōu)化，識(shí)別率的不斷提高，智能視頻分析攝像機(jī)能夠快速準(zhǔn)確提取圖像中的特征信息，如周界入侵報(bào)警、異物監(jiān)測(cè)、徘徊監(jiān)測(cè)、滯留物監(jiān)測(cè)等，幫助監(jiān)控人員判斷圖像中的危險(xiǎn)信息和有用信息并做出快速響應(yīng)，因此智能識(shí)別攝像機(jī)勢(shì)必成為安防領(lǐng)域的發(fā)展方向，市場(chǎng)前景廣闊。

（3）技術(shù)多樣化。鑒于目前智能識(shí)別技術(shù)不夠成熟，現(xiàn)有智能識(shí)別攝像機(jī)利用率不高，所以僅僅依靠視頻監(jiān)控?zé)o法對(duì)落石、異物入侵等危害線路安全的潛在危險(xiǎn)不能做出準(zhǔn)確的預(yù)防和報(bào)警，除非監(jiān)控人員對(duì)監(jiān)控畫面實(shí)行24小時(shí)不間斷監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)難度很大。因此，很有必要借鑒國(guó)外高鐵線路安全防范的措施，在高鐵線路異物入侵、自然災(zāi)害、落石等高發(fā)地段（如橋梁、隧道口、公跨鐵等），加裝入侵災(zāi)害報(bào)警傳感器，配合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，讓線路防范多一重保障，做到高鐵線路安全雙保險(xiǎn)。

（4）技術(shù)“云端”化。隨著“大數(shù)據(jù)”時(shí)代的到來(lái)，市場(chǎng)上有關(guān)“云攝像機(jī)”、“云存儲(chǔ)”的技術(shù)也在日新月異的發(fā)展，漸漸走向成熟。云攝像機(jī)以其云端大存儲(chǔ)、無(wú)線連接、云端服務(wù)器平臺(tái)、安裝便利、即插即用等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)、電腦、平板等終端從任何有網(wǎng)絡(luò)接入的地方便利地隨時(shí)隨地調(diào)閱視頻資源。因此，基于“云”技術(shù)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)勢(shì)必在未來(lái)的安防領(lǐng)域中嶄露頭角，被應(yīng)用于更多的安防領(lǐng)域。

（5）網(wǎng)絡(luò)集成化。高鐵線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)在整個(gè)高鐵綜合視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中僅僅是一個(gè)分支，按照不同的應(yīng)用范圍，可分為線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)、旅服監(jiān)控系統(tǒng)、牽引供電監(jiān)控系統(tǒng)、防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)等。隨著監(jiān)控領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)圖像資源統(tǒng)一管理，最終實(shí)現(xiàn)全路互聯(lián)互通是發(fā)展的趨勢(shì)。要想提高監(jiān)控資源的管理效率，就必須在系統(tǒng)搭建初期遵循統(tǒng)一的設(shè)計(jì)原則，即合理布局、互聯(lián)互通、資源共享，構(gòu)建數(shù)字化、智能化、分布式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源共享。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)高鐵線路防范要求的不斷提高，防范技術(shù)的不斷創(chuàng)新，相信不久在安防領(lǐng)域會(huì)涌現(xiàn)出更多、更好的線路防范手段，對(duì)災(zāi)害及入侵事件作出更及時(shí)、更準(zhǔn)備的判斷，為高鐵行車安全提供更為有力的保障。

[1]陳昉.高鐵線路防入侵預(yù)警系統(tǒng)的研究,鐵道通信信號(hào),2015,51(12).

[2]陳紅.鐵路客運(yùn)線路入侵行為智能綜合監(jiān)控系統(tǒng),中國(guó)公共安全(綜合版),2013(17).

[3]沈熙俫.京滬高鐵防侵入電子監(jiān)控系統(tǒng),交通與運(yùn)輸,2013,29(3).

Current Situation and Trend of the Sensors and Image Acquisition Technology Based High Speed Railway Security System

SUN Hao
(Scientific Research Institutes of Huhehot Railway Administration Huhehot 010030)

This paper systematically introduces the current situation of the high speed railway security system in and out of China. It summarizes the current situation of the high speed railway video monitoring technique in China, and proposes the developing trend of the high speed railway video monitoring system in China, which can provide reference for the railway administrations in the field of high speed railway security defense.

high speed railwa security defense sensor video monitoring trend

A

1673-1816(2017)01-0056-03

2016-03-23

孫昊（1986-），男，漢，陜西漢中人，碩士，工程師，研究方向精密儀器及機(jī)械。