鐵路區間線路視頻關鍵技術的探究

文｜中鐵第五勘察設計院集團有限公司 郭加新

如摘要所述，可見區間線路視頻在鐵路客運專線運營中的重要性，目前鐵路區間線路視頻整體方案設計中主要分視頻前端覆蓋及安裝、視頻后端存儲、視頻圖像顯示、視頻數據傳輸、視頻前端供電等幾種主要技術。視頻前端覆蓋、視頻后端存儲和視頻圖像顯示無論從技術的實現，還是產品的選擇都很成熟，本文將不再做探究。本文將對視頻前端安裝、視頻數據傳輸、視頻前端供電這3種關鍵技術進行深入探究、技術比選最終得出一個最佳的技術方案。

一、視頻前端安裝技術

目前鐵路區間線路視頻前端主要有利用無線鐵塔、獨立設置金屬電桿、利用接觸網支柱3 種安裝方式。

（一）利用無線鐵塔

利用無線鐵塔安裝方式是指視頻前端安裝在鐵路沿線區間基站無線鐵塔上。此安裝方式優點是監控范圍廣、距離長（單側可達1500 米）、不易受障礙物阻擋，同時不用單獨設置金屬電桿及接地裝置，可節省工程投資，是視頻前端首先的安裝方式。缺點是鐵塔區域內會產生監控盲區（可通過增加視頻前端方式彌補），較遠處畫面清晰度不高，維護較其它安裝方式困難。

（二）獨立設置金屬電桿

獨立設置金屬電桿是指工程建設中在鐵路沿線路基地段坡腳處需為視頻前端單獨設置金屬電桿。此安裝方式優點較無線鐵塔方式監控盲區小、畫面清晰度高、維護方便。缺點是較無線鐵塔安裝方式監控范圍小、距離短（單側可達300 米）、容易受障礙物阻擋，同時需單獨設置金屬電桿及接地裝置，較利用無線鐵塔安裝方式增加工程投資。此種安裝方式適用于鐵路路基地段，是在沒有無線鐵塔的路基地段首先安裝方式，但設計應滿足鐵路限界的要求。

（三）利用接觸網支柱

利用接觸網支柱是指視頻前端安裝在鐵路沿線路基路肩、橋梁、隧道處接觸網支柱上，此安裝方式優點較無線鐵塔方式監控盲區小、畫面清晰度高、維護方便、節省投資。但“《鐵路技術管理規程》（高速鐵路部分）”中明確規定“接觸網支柱不應附掛通信、有線電視等非供電線路設施，特殊情況需附掛時，應經鐵路總公司批準”。也就是說沒有極特殊情況，視頻前端是不允許安裝在接觸網支柱上的，除非橋梁、隧道、困難路基等無法利用金屬電桿及無線鐵塔安裝視頻前端的地段確實有視頻需求的，可以利用接觸網支柱安裝，但必須經鐵路總公司批準。此安裝方式適于用橋梁、隧道、困難路基地段的視頻前端的安裝。

經上述分析，鐵路區間線路視頻前端主要的三種安裝方式，在設計過程中可結合實際情況進行合理選擇，首先利用無線鐵塔、其次獨立設置金屬電桿、最后利用接觸網支柱。

二、視頻前端供電技術

目前鐵路區間視頻前端設備供電主要有交流遠程供電、直流遠程供電、就近取電供電3 種主要技術。

（一）交流遠程供電

交流遠程供電是在鐵路區間中繼站、基站、直放站、電氣化所亭等處設置UPS設備，UPS 設備通過電力電纜為視頻前端設備供電。

交流電遠供方案的缺點在于由于原材料漲價而導致的工程造價高，但優點在于沒有在區間增加電源設備，安全可靠性高，同時又能提供后備電源，且今后維護工作量較少。交流遠供供電示意如圖1所示。

圖1 交流遠供供電示意圖

（二）直流遠程供電

直流遠程供電是通過逆變等技術將交流電源轉換成高壓直流電源，提高供電電壓實現超長距離供電，可彌補交流供電技術距離限制的不足，同時減少了電纜線徑，整體來看可節約工程投資，但增加了維護人員工作量。直流選供方案如圖2所示。

（三）就近取電供電

就近取電供電（以下簡稱“就近供電”）主要是根據區間視頻前端設置情況，根據交流電輸送距離能力，在區間選取幾個合適的供電點，供電點處新設桿式變壓器、不間斷電源UPS、室外三防溫控箱，桿式變壓器分別從鐵路沿線貫通線、自閉線各取一路電源，UPS 從桿式變壓器取電并通過低壓電力電纜為區間視頻前端設備供電。就近供電示意如圖3所示。

在長大區間，視頻采集點就近取電供電方案投資比交流直供投資低。但和直流遠程供電技術一樣，也增加了區間設備維護工作量，同時此方案需要鐵路供電和通信兩個部門進行維護，給維護管理帶來了很大的不便。

根據上述分析區間視頻前端供電主要以交流遠程供電技術為主。對于長大區間視頻前端設備采用直流遠供方式為其供電，特殊情況可采用就近取電供電方式。

三、視頻數據傳輸

現有的主流通信技術，主要有光纖收發器、GPON 兩種技術解決區間視頻前端至視頻接入點間的視頻數據傳輸。

（一）光纖收發器

光纖收發器方案即區間視頻前端和車站視頻接入節點間通過光纖收發器+光纜以點對點方式進行連接，每個區間采集點至車站視頻接入節點至少需要1 芯光纖。此方案優點是每個視頻前端至視頻接入節點獨享至少100M 帶寬，投資低。缺點是占用大量光纖資源，光纖收發器不可統一網管，不易管理，穩定性差。光纖收發器網絡結構如圖4所示。

（二）GPON

圖2 直流遠供供電示意圖

圖3 就近供電示意圖

圖4 光纖收發器網絡結構圖

圖5 GPON 網絡結構圖

GPON 技術是一點對多點的分布式無源光網絡，可提供上行1.25G、下行2.5G的高帶寬。每個PON 口最多級聯5 級，允許6 個ONU 接入。1 條光 纖可實現6 個視頻前端的接入，可節省大量光纖資源。GPON 網絡結構如圖5所示。

由于光纖收發器方案為非主流接入網技術，又存在不可統一網管，設備穩定性差，占用大量光纖資源，光纖分配復雜，不易管理等缺點，不適用于鐵路區間線路視頻監控系統工程，恰恰相反，GPON 技術優點能完全彌補光纖收發器的缺點，所以視頻數據傳輸推薦GPON 技術。

本文經過對以上三種視頻關鍵技術分析，鐵路客運專線區間線路視頻前端優先利用無線鐵塔安裝、其次獨立設置金屬電桿安裝、極困難地段可利用接觸網支柱安裝，采用交流遠供和直流遠供相結合技術實現視頻前端供電，采用GPON 技術實現視頻數據的傳輸。

三、結束語

總而言之，隨著我國鐵路客運專線建設的腳步不斷前進，今后鐵路客運專線運營里程也會隨之增加，鐵路區間線路視頻作為保障鐵路安全運營的技術手段之一，在今后鐵路建設中將會得到常態化、大面積的應用。本文就當前現有的技術手段，對視頻監控主要幾個關鍵技術進行綜合分析，明確了區間線路視頻前端安裝、視頻前端供電、視頻數據傳輸的技術方案。本文方案可供鐵路及相關行業視頻監控設計參考。當然隨著今后新技術的出現，相信鐵路視頻會有更好解決方案。