鐵路車輛5T設備維保作業安全可視化管理系統的研究與實現

陳 冬 中國鐵路上海局集團有限公司車輛處

1 背景

基于目前上海局鐵路車輛5T系統設備維保作業過程無法實時監管，僅依靠單警執法記錄儀手動對作業過程進行視頻錄制的現狀，管理層只能待作業完成后，依據作業人員提交的視頻對作業過程進行檢查，存在嚴重的滯后性。管理層無法及時準確發現現場生產組織、安全管理、作業質量等方面存在的問題，給作業及人員安全帶來隱患。

為了提升作業過程監管實時性、提高作業效率、保證作業安全，特研發鐵路車輛5T設備維保作業安全可視化管理系統，實時采集作業視頻，管理層可實時監控作業過程，從而提高作業過程標準化程度，保證作業過程可視、可追、可查。

2 系統的結構組成

本套系統主要由以下幾部分功能部件組成：

2.1 可視化管理平臺

探測站作業監控模塊提供實時預覽、作業過程記錄、視頻采集設備控制、錄像回放、錄像下載等功能。

當申請作業天窗點即將到達時，車輛段管理人員可通過進入本模塊選擇對應探測站進行現場作業實時視頻預覽，可通過視頻檢查是否有不規范作業情況發生（如天窗點未到已進入作業區或天窗點已結束仍然未離開作業區）。

管理人員在實時預覽現場作業視頻時，如果發現視頻采集設備焦距、角度等需要調節，可通過視頻采集設備實時控制功能，對攝像頭進行實時調整，以達到實時監控最佳效果。當有檢查需要時，管理人員可選擇對應探測站，對該探測站內外某一時間段內視頻進行回放，保證作業過程可追蹤。當有備份需要時，可通過錄像下載功能，下載探測站內外某一時間段內作業視頻，以作備份。

可視化管理平臺作為系統核心，具體功能如下：

2.1.1 系統登陸

在整個軟件安裝完成后，管理員需進行相應的配置，給用戶提供登錄地址、用戶名、密碼，如圖1所示。

圖1 軟件登陸界面

點擊【登錄】按鈕，進入系統主界面，以南京東車輛段為例，主界面包括【京滬線】、【隴海線】、【水蚌線】、【寧蕪線】、【歷史回放】、【系統管理】6個主要的功能模塊，如圖2所示。

圖2 系統默認界面

2.1.2 實時作業

以京滬線上行場探測站為例（見圖3），選擇左邊導航京滬線上行場探測站，默認跳轉至上行場室內、室外作業監控畫面，雙擊某個畫面，可以全屏。

圖3 上行場實時監控畫面

2.1.3 進站視頻及下載視頻

進站視頻采用分布式存儲方式進行視頻存儲。

拖動左邊導航欄的滾動條，選擇【上行場（進站）】進入進站視頻播放畫面，如圖4所示。鼠標左鍵先選擇錄像文件中的其中一段視頻，再點擊右邊播放畫面的播放按鈕，即可觀看此段進站行走路線的視頻了。也可通過對進度條的拖拽完成視頻的快進、后退。，

圖4 進站視頻播放畫面

點擊錄像文件的列表右側的下載按鈕，可以在線下載進站視頻，如圖5所示。

圖5 視頻下載頁面

2.1.4 出站視頻

出站視頻采用集中式存儲方式進行視頻存儲，出站視頻操作方式同以上的進站視頻一樣。

2.1.5 歷史回放

當有檢查需要時，管理人員可選擇對應探測站，對該探測站內、外某一時間段內視頻進行回放，保證作業過程可追蹤。

在【選擇回放攝像頭】欄中，用戶選擇需要查詢的攝像頭名稱，再選擇對應的日期，點擊右邊畫面的【播放】按鈕，即可回放當天的歷史視頻，可以通過拖拽下方的滾動條進行視頻回放的快進與快退，如圖6所示。

圖6 視頻回放頁面

2.2 視頻采集設備

視頻采集設備部署于探測站內、外，完成現場作業視頻采集，主要實現視頻采集、視頻上傳、遠程控制等功能，可通過網絡遠程控制視頻采集設備角度、焦距等，以達到最佳視頻角度與畫面。

2.3 視頻服務器

視頻服務器部署于探測站內，與視頻采集設備相連。接收并存儲視頻采集設備所發送視頻，同時可將視頻轉發至可視化管理平臺。其主要實現視頻接收、壓縮存儲、視頻轉發等功能，視頻服務器提供工作狀態指示燈，方便巡檢人員更加直觀的判斷設備運行狀態。

2.4 智能終端

智能終端部署于探測站內，接收并存儲手持終端（單警執法記錄儀）所發送的視頻，同時可將視頻發送至可視化管理平臺，其主要實現視頻接收、壓縮存儲、視頻轉發等功能，智能終端提供工作狀態指示燈，方便巡檢人員更加直觀的判斷設備運行狀態。

3 設備的主要性能指標

（1）可視化管理軟件前臺基于asp.net，后臺基于C#語言開發，用戶界面友好，通用性強。

（2）視頻服務器與智能終端采用嵌入式硬件架構，配合Linux操作系統，以提高系統穩定性，同時利用C語言進行應用程序開發，增強軟件可移植性與運行效率。

（3）可視化管理平臺與智能終端、視頻服務器采用Socket方式進行視頻傳輸。

（4）作業視頻通過分布式方式進行存儲，連續視頻存儲1年以上。

（5）視頻傳輸延時小，實時視頻延時5s以內。

4 設備的技術先進性與創新點

基于視頻可視化的5T設備維保作業，與當前5T設備維保方式相比，技術先進性與創新點如下：

4.1 現場作業實時查看功能

本套系統采用帶云臺功能高清IP攝像頭作為前端視頻采集設備，配備自主研發視頻終端進行實時視頻存儲及轉發，并配合web展示技術對實時視頻進行解碼展示。在維保人員進行作業申請時即安排相關管理人員登錄平臺，進行對應作業點實時監控，當作業人員進入作業區間后，即可通過云臺實時查看作業人員現場作業情況，當發生不規范作業時，進行實時提醒，保障作業安全及作業質量。

4.2 視頻碼流實時壓縮功能

目前鐵路數據網帶寬僅為2 M，其中還要承載其他5T業務數據傳輸，由于攝像頭所采集視頻為高清視頻，碼流占用帶寬最高可高達8 M，顯然，傳統的視頻方案已不能在當前鐵路數據網進行傳輸。為了保證視頻數據在不影響其他5T業務的前提下進行正常傳輸，同時保證視頻質量，系統選用動態壓縮碼流的方式進行碼流壓縮，將單路視頻碼流壓縮至512 kbps，同時在web展示端對碼流進行還原。

4.3 分布式視頻存儲技術

由于5T系統探測站點多，每個站點都需要實時進行視頻監視及歷史視頻存儲，所以本系統采用分布式存儲架構，在每個站點建立視頻存儲服務器，單機點存儲容量達到1 TB，可靠保證該站點1年歷史視頻存儲。在有查閱需求時，通過RTSP協議，及視頻服務器自帶的碼流壓縮功能進行歷史視頻查閱。同時視頻服務器內部帶有搜索查詢引擎，用戶可根據歷史作業時間點、時間段、站點等進行歷史視頻搜索查詢，提升用戶體驗。

4.4 執法記錄儀自動接入技術

本系統為了解決進、出站行進過程中視頻監控問題，且結合原有作業規范，采用了執法記錄議自動接入技術。現場作業人員在進、出站過程中配備手持執法記錄儀對行進過程進行監控，在進站作業時，當進入站點后，將執法記錄儀插入智能終端，智能終端進行行進視頻檢閱，并拷貝至智能終端進行存儲。出站時，回到班組，同樣將執法記錄儀插入智能終端，即可解決視頻自動上報問題。