牽引供電視頻監控系統建設方案研究

邵 明

0 引言

隨著電氣化鐵路的發展和技術的進步，牽引供電視頻監控系統得到了越來越廣泛的應用，成為電氣化鐵路牽引供電設施管理的一種有效手段。目前，新建電氣化鐵路幾乎均設置視頻監控系統。

電氣化鐵路牽引供電遠動系統實現了對沿線牽引供電設施的遙控、遙信、遙測、遙調即“四遙”，為實現牽引變電所、開閉所、分區所無人值班創造了基本條件，視頻監控系統實現了“遙視”功能，使調度所值班人員能直觀地監視變電所、開閉所、分區所現場情況及變電設備的運行情況，提高了無人值班的安全性和可靠性[1～3]。

牽引供電視頻監控系統，又稱視頻安全監控系統，主要有視頻圖像監視和安全監控2大功能。視頻圖像監視是通過現場攝像機掃描牽引變電所、開閉所、分區所圖像，利用多媒體數字壓縮技術，通過通信網絡將現場圖像傳送到遠方調度所，調度所也可以實現對現場攝像機轉動、變焦等操作；安全監控是在現場設門磁開關、火災（溫感、煙感）傳感器、玻璃破碎探測器、紅外線防侵入等安全設施，當報警發生時將信號傳送到調度所。目前國內普速電氣化鐵路設獨立的牽引供電視頻監控系統，實現上述功能，高速鐵路不設獨立的牽引供電視頻監控系統，將視頻監控納入鐵路綜合視頻監控系統，遠方安全監控納入遠動系統。

本文分析了目前牽引供電視頻監控系統存在的問題，提出了視頻監控系統統一平臺的建設方案和視頻監控系統與遠動系統的互聯方案。

1 視頻監控系統統一平臺建設

1.1 既有視頻監控系統介紹

一直以來，國內普速鐵路牽引供電視頻監控系統為一條線一套系統的模式。究其原因，一是各供電段管理的體制決定的，二是電氣化鐵路通車里程所占比重較少，管轄范圍也僅限于1～2條線，一條線一套系統的模式適應了當時的需要。隨著國內鐵路建設的飛速發展，牽引供電調度模式發生了調整，調度所由供電段逐步調整至鐵路局，統一管理管轄范圍內牽引供電設施，同時，電氣化通車線路和里程也迅速增長，這樣就形成了調度所內多套牽引供電視頻監控系統并存的局面。

1.2 既有視頻監控系統存在的問題

調度所內多套視頻監控系統之間不能共享硬件設備和交換數據信息，并且占地面積和電能損耗隨著新系統的投入運行不斷增大，資源浪費嚴重。調度所值班人員及維護人員需要熟悉各個不同系統的操作，增加了運行維護的復雜性。

因此，有必要在新線建設或既有系統改造時對調度所內既有多套視頻監控系統進行整合，形成一套或少數幾套視頻監控系統統一平臺，實現對管內牽引供電設施的視頻信息的統一、高效管理。

1.3 視頻監控系統統一平臺方案

視頻監控系統由主控站、傳輸通道、被控站3部分設備構成。主控站為多條線共用統一平臺建設，結構形式采用客戶機/服務器模式的計算機局域網絡。配置視頻監控主機，用于完成遠程安全視頻監控功能；每個調度臺各配置1臺視頻工作站，為調度人員提供視頻監視窗口；配置打印機，用于報警信息打印和圖像信息打印；配置交換機、路由器、編解碼設備等，用于通信處理。

通信通道由鐵路通信系統提供，傳送速率一般應大于2 M，實現被控站和主控站的數據傳送。

被控站配置用于視頻圖像采集的攝像機及云臺，配置用于安全監控的門禁系統、感溫/感煙傳感器、激光對射探測器、碎窗探測器、燈控器等前端設備，配置編碼/解碼器，用于信息的預處理，配置畫面分割器，將本站的所有視頻信息集中管理，根據控制命令選擇不同的視頻畫面輸出。

不同線牽引供電視頻監控系統之間存在較大差異，除網絡結構及硬件設備存在差異外，軟件系統的差異主要有2個方面。一是視頻數據信息的壓縮方式不同，主要有MPEG-4壓縮算法、H.263、H.264等；二是數據傳輸協議不同，當視頻監控系統數據在通信網絡中傳輸時，不同廠家上傳數據的通信協議不同。

因此，要想實現視頻監控系統統一平臺建設，首先要構建統一的主控站系統，主控站組網形式、硬件配置、軟件配置、系統容量應能滿足接入既有及規劃管轄范圍被控站的需要。其次，通信協議、視頻壓縮算法應采用標準協議并能夠實現對常見非標準協議的轉換。既有被控站接入能夠通過主控站的協議轉換實現，新建被控站接入時要求采用標準通信協議。

2 視頻監控系統與遠動系統的互聯

國內電氣化鐵路普遍采用牽引供電視頻監控系統與遠動系統獨立運行的方式。隨著無人值班牽引變電所、分區所、AT所的發展，這種運行方式逐步暴露出了不足。調度所值班人員對現場的遙控操作及現場的遙信信息的視頻查看時，需要同時操作視頻監控終端，對需要查看的部位進行攝像機定位和圖像傳送及顯示，不僅增加了值班人員的操作復雜性，而且影響了視頻顯示的速度。因此，有必要實現“四遙”和“遙視”的信息交換，當需要通過圖像顯示“四遙”信息時能夠自動顯示。

牽引供電系統實現“四遙”和“遙視”的信息交換，有2種方式。

一是視頻監控系統與遠動系統的深度集成，將遙視及安全監控功能集成于遠動系統中。實現方式有：在被控端將遙視納入遠動系統（即綜合自動化系統）中；監控端采用統一系統，分別接入被控端的綜合自動化系統和視頻監控系統。由于遠動系統的重要性，為防止視頻信息處理及傳輸對系統資源和通信通道資源的占用以及不可預見的沖突，目前不建議采用該方式。但可以預見，隨著技術的發展，遙視功能必將與“四遙”功能有機結合，并融入到遠動系統中。

二是視頻監控系統與遠動系統的互聯互通。互聯方式可以在調度所通過串口或網絡接口方式將視頻監控系統調度端與遠動系統調度端互聯，也可以在牽引變電所、開閉所、分區所等被控端將視頻監控系統與綜合自動化系統互聯。圖1和圖2是這2種連接方式的示意圖。

被控端互聯方式與調度端互聯方式各有優缺點：

（1）被控端互聯方式。視頻監控系統把遠動系統提供的遠動數據作為告警信息源，被控端視頻監控服務器主動對遠動系統的告警實現聯動，省去了調度端下發遠動系統告警聯動命令的過程，可靠性高。調度所視頻監控系統終端不做任何改動即可接收子站返回的告警畫面。但是，該互聯方式需要對多個被控端進行改造，數量眾多，而且部分被控端的視頻監控系統沒有設置當地監控服務器，改造工作量很大。

圖1 被控端互聯方式示意圖

（2）調度端互聯方式。視頻監控系統作為遠動系統輔助部分工作，視頻監控系統終端可以從遠動系統主站得到所有子站的遠動數據。遠動系統通過串口向視頻監控系統發送遠動數據，各被控站視頻監控系統不像綜合自動化系統發送信息，保證了綜合自動化系統的安全運行。這種互聯方式只需對調度所視頻監控系統客戶端軟件進行更新既可實現系統互聯。該方式改造方便，工作量小。

視頻監控系統與遠動系統的互聯需要注意：保證現有遠動系統和視頻監控系統的相對獨立性；視頻監控系統充分利用遠動系統提供的遠動信息實現遙控聯動、遙信變位聯動；視頻監控系統和遠動系統的信息傳送通過不同的通信通道，保證遠動系統的安全性。

圖2 調度端互聯方式示意圖

3 系統建設方案

3.1 系統結構

牽引供電視頻監控系統主站統一平臺采用計算機局域網絡，客戶機/服務器網絡結構，接入管轄范圍內各線牽引變電所、開閉所、分區所安全監控系統子站，并實現與遠動系統的互聯。系統結構如圖3所示。

圖3 牽引供電視頻監控系統結構示意圖

（1）控制站主網絡。網絡訪問方式為客戶機/服務器方式，網絡通信協議為TCP/IP協議。設網絡核心交換機構成主網絡，各線通過接入交換機接入主網絡。

（2）管理服務器。用于管理網絡用戶和網絡設備，管理系統用戶和用戶權限，管理和配置系統設備；用于和遠動系統實現互聯，接收遠動系統的信息實現遙視與遠動的聯動。

（3）視頻服務器。用于被控站視頻信息的轉發和存儲。

（4）GIS服務器。用于顯示鐵路沿線各所攝像機和報警探頭布點信息和當有報警產生時報警位置信息。

（5）WEB服務器。為管理、維修等部門提供WEB瀏覽服務。

（6）視頻工作站。實現實時圖像查閱、錄像文件查閱、報警信息查閱和打印等功能。

（7）維護工作站。用于維護系統軟件、定義系統運行參數、定義系統數據庫及編輯、修改、增擴人機界面等工作。

3.2 系統功能

牽引供電視頻監控系統統一平臺的基本功能如下：

（1）視頻控制功能。控制任何一個被控站的攝像機，實現水平掃描運動和垂直俯仰運動。能夠對被控站多路圖像自由切換。能夠對多個被控站自由切換。對所顯示的圖像進行縮小及放大操作，同時完成對其焦距的調整。

（2）安全監控功能。該功能實現對被控站的門禁系統進行遠程開斷和對被控站進行火災監視。

（3）視頻監視功能。實現對被控站設備運行狀態進行圖像監視并實時顯示，還可對視頻圖像隨時進行硬盤錄像。在探測范圍內出現移動目標時，能發出報警信號。

（4）遠動聯動功能。能夠接收遠動系統信息實現“四遙”與遙視的聯動。

（5）用戶畫面顯示功能、數據庫管理功能等其他系統應用功能。

4 結束語

本文分析了電氣化鐵路既有視頻監控系統的現狀及不足，提出了牽引供電視頻監控系統統一平臺建設方案以及與牽引供電遠動系統的互聯互通方案。該系統方案能夠實現調度所視頻監控系統控制站的資源整合，實現遠動系統與視頻監控的聯動，提高生產效率。目前各電氣化鐵路牽引供電視頻監控系統模式多樣，部門的管理方式和理念不同，新建或改造視頻監控系統時，應視情況具體分析，提出合理方案，從而實現對生產效率的提升以及牽引供電自動化水平、可靠性的提高。

[1]錢清泉.電氣化鐵道微機監控技術[M].北京：中國鐵道出版社.2000.

[2]黃慧匯，何三波，陳維榮，等.牽引變電站多媒體遠程監控系統設計及開發[J].電力系統自動化，2001，25（12）：45-48.

[3]杜銀龍.視頻安全監控系統在浙贛線牽引變電所的應用[J].電氣化鐵道，2008，（5）：13-15.