高速綜合檢測(cè)列車視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2012-07-13 08:53:48李海浪

鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2012年1期

■ 李海浪

高速綜合檢測(cè)列車視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)、輪軌接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)、弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)三部分。列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行前后環(huán)境情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響列車運(yùn)行安全的各種異常情況，在視頻圖像上實(shí)時(shí)疊加線路名、里程和速度等線路信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)；輪軌接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)視列車運(yùn)行過(guò)程中車輪與軌道的真實(shí)接觸狀態(tài)，在視頻圖像上實(shí)時(shí)疊加線路名、里程和速度等線路信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)，以輔助軌道和輪軌力檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析評(píng)判；弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是實(shí)時(shí)監(jiān)視列車運(yùn)行過(guò)程中受電弓與接觸網(wǎng)的真實(shí)接觸狀態(tài)，在視頻圖像上實(shí)時(shí)疊加線路名、里程和速度等線路信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)，以輔助弓網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析評(píng)判。

1 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

目前，世界各國(guó)綜合檢測(cè)列車均配備了視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.1 意大利“阿基米德”綜合檢測(cè)列車

“阿基米德”綜合檢測(cè)列車2003年完成系統(tǒng)驗(yàn)收并投入檢測(cè)運(yùn)營(yíng)，最高檢測(cè)速度220 km/h。其視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）包括列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)、軌道與轉(zhuǎn)向架視頻監(jiān)測(cè)等，視頻分辨率為720×480，幀率為30 fps。

1.2 法國(guó)“IRIS320”綜合檢測(cè)列車

“IRIS320”綜合檢測(cè)列車（見(jiàn)圖2）2006年4月開(kāi)始試運(yùn)行，最高運(yùn)行速度320 km/h。其視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)、弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)分辨率為720×480，幀率為30 fps；弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)視頻分辨率為640×480，幀率為100 fps。

1.3 日本“East-I”綜合檢測(cè)列車

“East-I”綜合檢測(cè)列車2002年3月投入使用，最高檢測(cè)速度275 km/h。其視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅具備列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)功能。攝像機(jī)安裝在兩頭車（1、7號(hào)車）司機(jī)室（見(jiàn)圖3），包括全景攝像機(jī)和軌道攝像機(jī)，視頻分辨率為720×480，幀率為30 fps。

1.4 我國(guó)0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車

0號(hào)高速綜合檢測(cè)列車是我國(guó)首列高速綜合檢測(cè)列車，2008年7月投入運(yùn)用，最高時(shí)速250 km。其視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)、輪軌接觸網(wǎng)狀態(tài)視頻監(jiān)測(cè)、弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。列車運(yùn)行前后環(huán)境監(jiān)測(cè)、輪軌接觸網(wǎng)狀態(tài)視頻監(jiān)測(cè)視頻分辨率為720×576，幀率為25 fps；弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)視頻分辨率為640×480，幀率為100 fps。視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面見(jiàn)圖4。

2 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 主要功能及技術(shù)指標(biāo)

（1）可晝夜監(jiān)測(cè)列車運(yùn)行前后環(huán)境狀態(tài)、輪軌接觸狀態(tài)、弓網(wǎng)接觸狀態(tài)；

（2）列車運(yùn)行前后環(huán)境視頻分辨率1 920×1 080，幀率25 fps，輪軌和弓網(wǎng)接觸狀態(tài)視頻分辨率1 024×768，幀率100 fps；

（3）通過(guò)反射式內(nèi)存或串口接收時(shí)空校準(zhǔn)系統(tǒng)提供的線路名、速度、里程等信息，并疊加到視頻圖像上；

（4）可按里程或時(shí)間檢索視頻圖像；

（5）可在線調(diào)整高清攝像機(jī)、高速相機(jī)各項(xiàng)參數(shù)；

（6）具備自動(dòng)錄像功能，列車運(yùn)行時(shí)自動(dòng)開(kāi)始錄像，列車停止時(shí)自動(dòng)停止錄像；

（7）內(nèi)置流媒體服務(wù)器，可通過(guò)以太網(wǎng)組播輸出視頻。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理

系統(tǒng)采用高清和高速網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了列車前后運(yùn)行環(huán)境、輪軌接觸狀態(tài)、弓網(wǎng)接觸狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

列車前后運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)采用安裝于列車兩端司機(jī)室的高清攝像機(jī)。高清攝像機(jī)輸出為H.264格式編碼視頻，輸出接口為以太網(wǎng)，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬約為30 Mbps。因此，高清攝像機(jī)與高清視頻采集處理服務(wù)器間采用列車數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸。高清攝像機(jī)輸出視頻通過(guò)列車數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸至高清視頻采集處理服務(wù)器，視頻服務(wù)器同時(shí)實(shí)時(shí)接收里程、速度等信息，經(jīng)解碼→字符信息疊加→編碼處理后，實(shí)現(xiàn)視頻與里程、速度等信息的疊加、視頻編碼和存儲(chǔ)，并通過(guò)以太網(wǎng)輸出，客戶端通過(guò)以太網(wǎng)接收視頻，解碼后即可顯示。

輪軌接觸狀態(tài)、弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)采用高速相機(jī)。輪軌接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)相機(jī)安裝于靠近測(cè)力輪對(duì)的位置，列車兩側(cè)各1臺(tái)；弓網(wǎng)接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)相機(jī)安裝于靠近受電弓的位置。高速相機(jī)輸出圖像未經(jīng)壓縮，輸出接口為千兆網(wǎng)，數(shù)據(jù)輸出率達(dá)到1 024×768×8×100≈600 Mbps，占用網(wǎng)絡(luò)帶寬很大。因此，高速攝像機(jī)與高速視頻采集處理服務(wù)器間采用獨(dú)立傳輸通道傳輸。高速輸出圖像經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖傳輸至視頻服務(wù)器所在車廂，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器接入視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器同時(shí)實(shí)時(shí)接收里程、速度等信息，經(jīng)圖像壓縮→字符信息疊加→編碼后，實(shí)現(xiàn)視頻與里程、速度等信息的疊加、視頻編碼和存儲(chǔ)，并通過(guò)以太網(wǎng)輸出，客戶端通過(guò)以太網(wǎng)接收視頻，解碼后即可顯示。

2.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件包括高清視頻采集處理軟件、高速視頻采集處理軟件、管理中心服務(wù)器軟件、設(shè)備管理軟件、視頻監(jiān)控軟件、視頻瀏覽軟件、視頻回放軟件等，總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

（1）高清/高速視頻采集處理軟件。高清/高速視頻采集處理軟件為系統(tǒng)軟件的核心，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)采集和編解碼；接收定位同步系統(tǒng)的里程、速度、時(shí)間等信息，存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并疊加到視頻數(shù)據(jù)中；接收檢測(cè)波形，并疊加到視頻數(shù)據(jù)中；根據(jù)客戶端請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的視頻數(shù)據(jù)具備按里程或時(shí)間進(jìn)行檢索的功能；根據(jù)客戶端請(qǐng)求，把處理完成的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到相應(yīng)客戶端，并調(diào)整攝像機(jī)參數(shù)。

（2）管理中心服務(wù)器軟件。管理中心服務(wù)器軟件為系統(tǒng)軟件管理核心，客戶端所有對(duì)高清/高速視頻采集處理軟件的請(qǐng)求均需通過(guò)管理中心服務(wù)器軟件才能實(shí)現(xiàn)。

圖5 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖6 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

（3）設(shè)備管理軟件。面向系統(tǒng)維護(hù)人員的軟件，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)（相機(jī)）的增加或減少配置、用戶權(quán)限管理、單個(gè)視頻文件大小設(shè)置等功能。

（4）視頻監(jiān)控軟件。面向系統(tǒng)操作人員的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻采集、處理和存儲(chǔ)的控制，包括多路視頻顯示（1、2、4、6路）、線路名設(shè)置、錄像控制、字幕信息來(lái)源控制、高清攝像機(jī)參數(shù)調(diào)整、高速相機(jī)參數(shù)調(diào)整、在線檢索回放、在線視頻導(dǎo)出等功能。

（5）視頻瀏覽軟件。面向普通用戶的軟件，各檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)視頻瀏覽軟件可在線多路（1、2、4、6路）實(shí)時(shí)顯示視頻圖像，可配置線路名、里程、速度、時(shí)間等字幕信息顯示位置和字體，可配置各顯示畫(huà)面視頻源。

（6）視頻回放軟件。實(shí)現(xiàn)對(duì)錄像文件的回放，可同時(shí)打開(kāi)2個(gè)視頻文件，可按里程或時(shí)間進(jìn)行檢索，并可導(dǎo)出通用視頻格式文件，可配置線路名、里程、速度、時(shí)間等字幕信息顯示位置和字體等。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

系統(tǒng)已安裝于最高試驗(yàn)速度400 km/h的CRH380B-002高速檢測(cè)列車上，并于2011年4月24日—5月5日在京滬高速鐵路先導(dǎo)段進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7—圖11。

試驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)具備視頻采集、處理、傳輸、存儲(chǔ)的功能，并可按照里程進(jìn)行檢索顯示，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用高清和高速網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車前后運(yùn)行環(huán)境、輪軌接觸狀態(tài)、弓網(wǎng)接觸狀態(tài)的晝夜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。試驗(yàn)表明，列車運(yùn)行前后環(huán)境視頻分辨率1 920×1 080，幀率25 fps，輪軌和弓網(wǎng)接觸狀態(tài)視頻分辨率1 024×768，幀率100 fps，同時(shí)，視頻圖像實(shí)時(shí)疊加了線路名、速度、里程等信息，并可按里程或時(shí)間檢索視頻圖像，滿足設(shè)計(jì)要求。