鐵路車站信號設備遠程集中視頻監控系統

劉清華

（中國鐵路青藏集團有限公司工電檢測所，青海西寧810007）

1 研究背景

隨著鐵路的快速發展，各鐵路局集團公司線路規模的擴大，信號系統及監測設備覆蓋范圍更加廣泛、復雜，既有各信號監測類系統為管理、維護信號系統發揮了非常重要的作用，但仍然存在如下問題亟待解決:

（1）既有信號監測系統不能滿足鐵路安全發展的需求。信號設備是組織和指揮列車運行，保證行車安全，提高運輸效率的關鍵設施，隨著新設備、新技術的大量運用，以及信號系統及監測設備覆蓋范圍的擴大和復雜化，對設備安全運用環境、外界干擾等因素的要求越來越高［1］，利用既有的微機監測設備、傳感器等系統對相關設備、環境以及其他內容進行監控，存在一定的監控局限性，且基本上都是“事后分析”和“判斷定性”作用，達不到“眼見為實”的效果。

（2）對現場作業缺乏有效防護監控手段。鐵路多次提速后，對現場作業人身安全和機具侵限防護提出了更新、更高的要求，近幾年全路發生多起因防護監控不到位造成的人身傷亡、機具侵限撞車等事故就是直接的表現［2］。

（3）站段管理范圍大，對現場盯控提出更高要求。隨著鐵路線路規模的不斷擴大和生產布局調整，局管內各電務段管轄范圍相應變大。受人員機構限制，目前鐵路局集團公司電務系統無人值守車站、無工區車站大量增加。

（4）室外設備巡視不足。室外設備巡視需要占用一定的人力，且巡檢過程不可知，在大風、大雪、夜間等不利環境情況下巡檢困難，無法及時對現場設備進行巡檢，效率較低［3］。

2 系統設計

為解決以上鐵路電務部門對于信號系統維護管理中存在的問題，考慮將鐵路信號集中監測技術與視頻監控技術結合，提出一套系統解決方案:

（1）在車站鐵路道岔密集、信號設備集中的咽喉區位置，設置高清視頻夜視采集點，實現站場、信號設備視頻采集和信號設備巡視［4］。

（2）在車站設置分析服務器，與鐵路信號集中監測系統接口，實現可視化站場圖，監測系統故障報警觸發視頻監控系統捕捉現場畫面。

（3）當收到監測系統發出的來車信號時，系統分析判斷后推送相應站場來車視頻給車站移動終端，實時監督發現不按防護要求下道避險的違規施工情況。

2.1 系統架構

鐵路車站信號設備遠程集中視頻監控系統架構見圖1。

系統按電務段和車站兩級設置。電務段中心設備包含應用服務器、分發服務器、監控終端、維護終端等，實現全段所轄車站的集中管理、監控和指揮功能。車站設備包含分析服務器、儲存轉發服務器、存儲設備、監控終端、光傳輸設備、POE交換機、無線路由器以及高清攝像機等。通過在車站室內外、咽喉區部署相應監控點和系統設備，實現車站信號集中監測系統與視頻監控系統的報警觸發，以及視頻采集、存儲、人員防護輔助和遠程電子巡視功能。

圖1 鐵路車站信號設備遠程集中視頻監控系統架構

2.2 車站視頻采集點

視頻采集點設置要考慮覆蓋所有信號設備，信號設備主要集中在車站信號機房、站場咽喉區以及股道［5］。

2.2.1 信號機械室

信號機械室一般由繼電器室、電源室和微機室組成。主要監控環境、人員出入、維護操作、組合架、設備指示燈，重點在于人員操作和設備指示的狀態。機械室攝像機布點見圖2。微機室攝像機布點見圖3。

圖2 機械室攝像機布點示意圖

圖3 微機室攝像機布點示意圖

2.2.2 咽喉區

咽喉區主要監控對象為信號機、道岔群及相關設備動作，同時可監控電務和工務人員施工作業情況、列車通過情況、閑雜人員上道情況等，有力保障生產安全。本系統以某鐵路車站單側咽喉區為例進行設計。

咽喉南北兩側軌旁分設2處監控點，交叉覆蓋整個站場，每個監控點采用2臺定焦超低照度高清攝像機進行咽喉區全場景覆蓋。在咽喉道岔群密集點位置設1處監控點，部署1臺高清無紅暴球形攝像機（見圖4）。

圖4 車站咽喉區視頻采集點示意圖

2.3 報警觸發

在車站集中監測系統站機上設置與本系統接口軟件，采用RS485光電隔離通訊方式與本系統分析服務器連接，當監測系統發生軌道異常紅光帶、道岔斷表示、燈絲斷絲等告警信息時［6］，監測站機將觸發報警發送至本系統分析服務器的分析軟件模塊。當監測系統檢測到車站來車時，同樣將來車信息通過站機接口軟件發送給本系統分析服務器。

分析服務器軟件模塊根據告警內容（或來車信息）中定義的告警設備、告警類型、告警時間，從本地數據庫查找預先配置好的關聯攝像機及對應的預置位信息實時進行調用，生成該報警的ID號以及視頻資源路由信息，以此通知存儲模塊和終端顯示模塊。待集中監測系統發送報警解除時，分析模塊將此轉發給存儲和終端顯示模塊。

存儲模塊接收分析模塊發送的告警ID、告警類型、告警設備、告警時間信息后，進行記錄。待收到分析模塊發送此告警的消警時，存儲模塊將實時存儲的對應ID攝像機錄像進行截取另存為告警視頻，并標記告警ID、類型、設備、時間信息。

終端顯示模塊接受分析模塊發送的告警ID、告警類型、告警設備、告警時間信息以及告警對應視頻資源路由后，對應電子地圖中以日志和聲音告警方式在界面進行提示，同時向轉發模塊請求告警攝像機實時視頻，彈窗顯示。待收到分析模塊對于此告警的消警信息后，電子地圖中視頻、文字告警提示消除，信號設備恢復正常狀態。報警觸發流程見圖5。

圖5 報警觸發流程

3 實現功能

3.1 電子地圖

電子地圖在車站和電務段終端界面進行展現。電子地圖以信號集中監測站場圖為基礎，實現信號設備狀態及告警實時顯示、攝像機及與監測系統接口在線狀態、顯示信號設備實時監控圖像和攝像機云鏡操作。電子地圖及打開信號燈實時視頻截圖見圖6。

3.2 報警觸發

監測系統檢測到告警（軌道異常紅光帶、道岔斷表示、燈絲斷絲等）并將此告警發送至本系統，本系統通過預先設置好的所有信號設備對應攝像機預置點進行調用，存儲服務器進行告警錄像，監控終端能夠彈出告警視頻窗口，并以文字和聲音進行報警。

異常紅光帶報警觸發界面見圖7。當信號集中監測系統報異常紅光帶報警，通過串口傳給本系統，本系統在電子地圖上馬上彈出當前異常紅光帶股道全景圖像，并在電子地圖下方提示告警時間、告警類型、告警設備名稱等信息。對應地圖中設置的攝像機也顯示紅色標記狀態。

3.3 人員防護輔助

在咽喉區位置設置的定焦、球型高清攝像機，對于咽喉區全場景覆蓋實現對人員施工情況監控、防護確認。

當監測系統檢測到車站來車信號時，觸發流程與信號系統報警觸發類似，將來車方向、股道等信息通過站機接口軟件發送給本系統分析服務器，分析服務軟件模塊分析匹配與之關聯的攝像機，啟動并實時推送視頻給站內信號防護人員的移動終端（IOS、安卓系統平板），如發現有人未下道，通過語音防護系統呼叫提醒避讓。IPAD夜間監控效果見圖8。

3.4 遠程電子巡視

遠程電子巡視在終端軟件界面進行操作和展現。本功能實現是通過分析軟件模塊提前定義好的信號設備現場位置與攝像機云臺預置位信息，在巡視時可以根據需求定義、選擇巡檢計劃，包括巡檢設備對象、時間、周期。此功能與日常業務結合，在天窗點外及雨、雪、夜間等條件下，可隨時對現場設備進行巡視，即時查詢站場各信號設備現場外部狀態，減輕工作人員重復性、機械性勞動，減輕作業人員勞動強度［7］。遠程電子巡視路線見圖9。

圖6 電子地圖及打開信號燈實時視頻截圖

圖7 異常紅光帶報警觸發界面

4 結論

本系統將視頻監控系統與信號監測系統相結合，實現了信號集中監測系統報警觸發視頻監控系統，具有電子地圖、報警觸發、上道施工防護、遠程電子巡視、實時監視和歷史回放等功能，并具備以下特點:

（1）系統自動觸發告警追蹤。利用信號集中監測系統報警觸發功能，自動控制視頻監控系統對信號設備現場告警畫面進行追蹤，進而還原現場情況。

圖8 IPAD夜間監控效果

圖9 遠程電子巡視路線圖

（2）系統界面簡潔、易用。通過電子化的站場圖和平面布置圖，提供了全面、直觀的信號設備實時現場畫面，所見即所得。

（3）系統移動終端可方便快捷的實時監控上道人員情況，保障上道作業人身安全。

（4）系統輔助日常巡視作業。利用低照度全天候高清攝像機、微機監測等技術，實現對現場設備的全天候實時監控，可隨時對現場設備進行巡視，減輕作業人員勞動強度。

研究成果已較為完整地在某鐵路站段試用，解決了用戶需求的基本問題。但還存在進一步探討改進的空間，如系統錄像可進一步進行視頻數據結構化［8］，將告警錄像根據場景特點設置關鍵信息（如人員、列車、物品移動等），以方便進行快速檢索播放。