魯渝玲

(大連機(jī)車車輛有限公司 技術(shù)開發(fā)部，遼寧 大連 116021)*

0 引言

隨著鐵路系統(tǒng)信息化改革的不斷深入，六次大面積提速實(shí)施及多條時(shí)速250、350 km客運(yùn)專線投入使用以來，鐵路安全管理現(xiàn)代化手段日益提升，機(jī)務(wù)運(yùn)用安全有了更高的管理需求，機(jī)車視頻監(jiān)控及記錄已成為鐵路安全信息化管理手段的重要組成部分.，其研發(fā)和應(yīng)用不但填補(bǔ)了機(jī)務(wù)部門車載設(shè)備視頻監(jiān)控的空白，也成為機(jī)車運(yùn)用安全的一項(xiàng)重要功能.早在2002～2003年間，日本、荷蘭、挪威等發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)采用了機(jī)車行車安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)來確保行車的安全，其中就包括了視頻監(jiān)控部分［1］;而在國(guó)內(nèi)，對(duì)機(jī)車運(yùn)行安全監(jiān)控，多半都是對(duì)車上運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，很少有將機(jī)車數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)與行車安全系統(tǒng)結(jié)合起來的例子.本文著重介紹了安裝于HXN3型大功率內(nèi)燃機(jī)車上的機(jī)車視頻監(jiān)控記錄系統(tǒng)的主要功能以及在此類型機(jī)車上的全新應(yīng)用.

1 系統(tǒng)總體功能簡(jiǎn)介

自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄系統(tǒng)，是采用在車前、車后、車內(nèi)等部位安裝多路攝像頭的方法，使司機(jī)能及時(shí)了解機(jī)車內(nèi)外的情況，并對(duì)機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行圖像記錄，還可對(duì)所記錄數(shù)據(jù)的音頻和視頻同步回放.同時(shí)根據(jù)攝像頭的位置、日期范圍、錄像時(shí)間、事件信息等進(jìn)行歷史視頻圖像的分類檢索、并能設(shè)置回放速度［2］.司機(jī)借助視頻設(shè)備可以在駕駛臺(tái)上監(jiān)控到機(jī)車動(dòng)力間、輔助間、電器間等設(shè)備間的運(yùn)行情況.對(duì)乘務(wù)員操作、機(jī)車運(yùn)行前方線路等情況進(jìn)行全過程音視頻同步記錄［3］.司機(jī)在駕駛室就可以對(duì)整個(gè)機(jī)車實(shí)施監(jiān)控，隨時(shí)能夠檢測(cè)到機(jī)車何處出現(xiàn)了故障，從而避免了以前司機(jī)必須進(jìn)入機(jī)械艙對(duì)部件進(jìn)行檢查才能找到故障的情況.

2 系統(tǒng)構(gòu)成

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由攝像頭、視頻采集板卡、視頻處理板卡組成.

攝像頭采集視頻后，輸出復(fù)合視頻信號(hào).將復(fù)合視頻信號(hào)傳送給視頻采集板卡，可采取兩種方式:第一種，直接以復(fù)合視頻信號(hào)的形式通過同軸電纜傳輸給視頻采集板卡;第二種，將攝像頭輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，然后通過雙絞線傳輸給視頻采集板卡，視頻采集板卡將差分信號(hào)再轉(zhuǎn)換回復(fù)合視頻信號(hào).

視頻采集板卡對(duì)輸入的復(fù)合視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化、壓縮編碼，然后通過以太網(wǎng)傳輸給視頻處理板卡，進(jìn)行報(bào)警信息和公共信息與視頻圖像的疊加，并保存在視頻處理板卡的硬盤中.同時(shí)，視頻處理板卡通過以太網(wǎng)接收中央處理平臺(tái)的命令，發(fā)送視頻圖像給顯示屏進(jìn)行顯示［4］，系統(tǒng)組成如圖1所示.

圖1 機(jī)車自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄子系統(tǒng)組成圖

2.1 組成部件

(1)攝像頭

攝像頭主要分為車前、車后路況攝像頭，前后司機(jī)室攝像頭，柴油機(jī)間攝像頭和電器間攝像頭.

(2)視頻采集板卡

攝像頭視頻信號(hào)為模擬信號(hào)，接口為1 Vp-p、75Ω，通過同軸電纜或轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)后通過雙絞線接入視頻采集板卡.

視頻采集板卡共2塊，每塊支持8路視頻圖像，共16路視頻圖像.

視頻采集板卡主要功能包括信號(hào)的接收、轉(zhuǎn)換、數(shù)字化、壓縮編碼等.采集卡將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并對(duì)數(shù)字化后的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼，便于存儲(chǔ)和處理.

(3)視頻處理板卡

共1塊.視頻處理板卡的功能包括公共信息與視頻圖像的疊加、控制信號(hào)的接收、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢檢索、視頻傳輸?shù)?

信息疊加是指在視頻圖像上疊加監(jiān)測(cè)部位、時(shí)間、車次、司機(jī)信息、公里標(biāo)、速度、事件提示等.

視頻處理板卡上集成存儲(chǔ)介質(zhì)單元，存儲(chǔ)的視頻時(shí)間最短不少于10天.視頻存儲(chǔ)采用滾動(dòng)存儲(chǔ)方式，當(dāng)占用的存盤空間達(dá)到上限時(shí)，自動(dòng)覆蓋早期的視頻數(shù)據(jù).同時(shí)存儲(chǔ)介質(zhì)單元具有可插拔功能，以便能夠?qū)崿F(xiàn)快速數(shù)據(jù)下載.

2.2 組成說明

(1)所有攝像頭通過同軸電纜或雙絞線接至視頻采集板卡;

(2)視頻采集板卡通過以太網(wǎng)、CAN總線與視頻處理板卡連接;

(3)視頻處理板卡上的存儲(chǔ)介質(zhì)單元采用SATA總線(必須支持SATA－II以上規(guī)范)接口，并且整個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)單元可插拔;

(4)視頻處理板卡通過以太網(wǎng)與中央處理平臺(tái)通信.

3 在大功率交流內(nèi)燃機(jī)車上的測(cè)點(diǎn)布置及應(yīng)用設(shè)計(jì)思路

根據(jù)HXN3大功率交流內(nèi)燃機(jī)車車體結(jié)構(gòu)［5］，簡(jiǎn)單介紹下攝像頭測(cè)點(diǎn)布置和應(yīng)用設(shè)計(jì)思路.

車前、車后路況攝像頭，采用低照度高清彩色攝像頭，車前、車后各1個(gè)，共2個(gè)，位于司機(jī)室操作臺(tái)上右側(cè)面板.這兩個(gè)攝像頭用來記錄機(jī)車前方后方場(chǎng)景的軌道、信號(hào)機(jī)、道岔、道口及其它情況，如果發(fā)生事故，可以記錄事故發(fā)生時(shí)的詳細(xì)情況，對(duì)事故分析起到重要作用，有利于判斷事故責(zé)任方.

前后司機(jī)室攝像頭，采用紅外彩色攝像頭，每個(gè)司機(jī)室1個(gè)，共2個(gè)，位于司機(jī)室司機(jī)后側(cè)頂部中點(diǎn).此攝像頭不僅能監(jiān)測(cè)到80%以上的司機(jī)室空間范圍，及時(shí)預(yù)報(bào)煙霧或火災(zāi)隱患，還能對(duì)司乘人員的操作和平時(shí)行為進(jìn)行監(jiān)督和記錄，對(duì)司乘人員的操作規(guī)范性和正確性也起到一定的督促作用.

柴油機(jī)間攝像頭，采用紅外彩色攝像頭，共2個(gè)，分別位于與冷卻間相連的左側(cè)門上方和右側(cè)門上方.安裝這兩個(gè)攝像頭，主要是針對(duì)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易產(chǎn)生火災(zāi)的高溫區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)將視頻信號(hào)以最快速度傳遞到司機(jī)操縱臺(tái)上的顯示屏，以便于司機(jī)第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并采取措施，將火災(zāi)危害和損失減至最小.

電器間攝像頭，采用紅外彩色攝像頭，位于電器柜頂部.此攝像頭監(jiān)控電氣柜里所安裝的各種設(shè)備及線纜是否運(yùn)轉(zhuǎn)不良或因短路或過熱出現(xiàn)的冒煙、火災(zāi)等異常情況.這幾個(gè)攝像頭能實(shí)時(shí)監(jiān)控并顯示機(jī)車上可能出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)情況，并在隨車硬盤里進(jìn)行跟蹤記錄，同時(shí)觸發(fā)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行報(bào)警，這一點(diǎn)在單司機(jī)操縱機(jī)車上顯得尤為重要.

3.1 測(cè)點(diǎn)布置圖設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在HXN3大功率交流內(nèi)燃機(jī)車上的測(cè)點(diǎn)布置設(shè)計(jì)如圖2所示:

圖2 視頻測(cè)點(diǎn)在大功率交流內(nèi)燃機(jī)車上的布置圖設(shè)計(jì)

視頻系統(tǒng)由車前、車后路況、動(dòng)力間(柴油機(jī)間)、電器間攝像頭組成，同時(shí)給前后司機(jī)室攝像頭各預(yù)留一個(gè)安裝接口［6］.視頻測(cè)點(diǎn)布置及安裝走線情況如附表.

3.2 系統(tǒng)驗(yàn)證

待系統(tǒng)按既定設(shè)計(jì)思路進(jìn)行裝車完畢之后，再進(jìn)行一系列后續(xù)試驗(yàn).除了符合《機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)—通用試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》要求，另外還必須進(jìn)行下列試驗(yàn):監(jiān)控通道輸入視頻測(cè)試、視頻采集板卡試驗(yàn)、視頻處理板卡測(cè)試及系統(tǒng)性能測(cè)試等.系統(tǒng)只有在符合以上所有試驗(yàn)要求的條件下，才能進(jìn)行正常使用和維護(hù).

附表 視頻測(cè)點(diǎn)在大功率交流內(nèi)燃機(jī)車上的布置及安裝走線情況設(shè)計(jì)表

4 結(jié)論

本文根據(jù)HXN3大功率交流內(nèi)燃機(jī)車的車體尺寸和各設(shè)備間的實(shí)際布置情況，從視頻監(jiān)控安全性充分得到應(yīng)用的目的出發(fā)，設(shè)計(jì)了上述幾個(gè)測(cè)點(diǎn)布置以及相應(yīng)的接口走線情況.由于國(guó)內(nèi)機(jī)車的型式多種多樣，為了達(dá)到預(yù)期目的，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況安排測(cè)點(diǎn)位置.而且，由于內(nèi)燃機(jī)車動(dòng)力間的溫度較高，整車振動(dòng)大，因此內(nèi)燃機(jī)車的攝像圖選擇必須滿足環(huán)境要求，特別是動(dòng)力間的溫度，該間的攝像頭選型特別注意，需要滿足環(huán)境溫度的攝像頭，其布置要遠(yuǎn)離柴油機(jī)及柴油機(jī)增壓器，盡量為攝像頭提高良好的工作環(huán)境，保證機(jī)車的攝像頭的正常壽命和工作精度.自動(dòng)視頻監(jiān)控及記錄系統(tǒng)不但滿足了鐵道部對(duì)大功率機(jī)車行車安全性監(jiān)控性能提升的要求，也更好的為機(jī)車用戶增添便利和高效的數(shù)據(jù)查詢和記錄功能，將在機(jī)務(wù)安全運(yùn)用管理中發(fā)揮越來越重要的作用.

［1］鄧驥.機(jī)車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2008.

［2］許紹興.建設(shè)列車裝載運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.世界軌道交通，2006，12:59-60.

［3］鄧驥，楊福寶.機(jī)車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［EB/OL］.［2011-06-11］.http://www.paper.edu.cn.

［4］林建平.從防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)談及高鐵安全保障［J］.世界軌道交通，2010(3):46-47.

［5］張思慶，王強(qiáng)，曲天威，等.HXN3型重載內(nèi)燃機(jī)車產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)的建立［J］.內(nèi)燃機(jī)車，2011(7):8-13.

［6］于克俊.HXN3型內(nèi)燃機(jī)車總體設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)鐵路裝備，2010(12):20-25.