接觸網應急指揮搶修系統的設計與實現

陳 杰

接觸網應急指揮搶修系統的設計與實現

陳 杰

南昌鐵路局廈門供電段供電技術科

該文基于第三代通信技術（3G），設計了應用于供電段接觸網搶修現場的無線應急視頻指揮系統。首先對視頻監控系統和鐵路應急通信的發展過程、現狀和系統結構等做了詳細的介紹，分析了第三代通信技術三種制式和兩種視頻算法的優缺點，確定了本系統采用聯通WCDMA和H.264標準，并按照所選技術方案對現場的無線局域網的傳輸性能、丟包率和延時率等進行了仿真分析。其次，根據現場實際需求，分別對監控指揮中心和現場的網絡結構和設備做了詳細的分析和設計，重點對流媒體服務器、存儲服務器、現場3G視頻服務器、管理服務器的原理和功能做了詳盡的分析、設計和實現，并設計實現了系統WEB監控和手機監控的軟件，包括系統數據庫設計、監控軟件的編寫等。

無線 視頻監控 接觸網 WCDMA

0 引言

隨著運輸需求的飛速發展，列車運行速度和密度都在不斷增加，對鐵路設備的安全性和穩定性的要求也越來越高。而接觸網系統工作環境惡劣，使用條件苛刻，且無備用。在自然環境和機車受電弓的直接作用下，接觸網懸掛、支持結構和系統狀態處于動態變化之中，且受外部干擾大，往往表現為接觸網跳閘頻繁、停電時間長、弓網故障多。接觸網運行可靠性問題現已成為制約我國電氣化鐵道發展的重要因素之一，安全壓力也愈來愈大，設備故障和延時對運輸的影響也愈加明顯，加強現場應急故障搶險和設備維護，研發設計3G無線視頻指揮系統，充分利用遠程專家資源，及時指揮搶險搶修，具有重要意義。

1 系統關鍵技術概述

本系統使用中國聯通WCDMA網絡作為無線傳輸的基本網絡，BGAN海事衛星作為無線傳輸的備用網絡。選用H.264視頻壓縮技術作為3G視頻服務器對視頻流的壓縮算法。

第三代移動通信系統最早由國際電信聯盟（ITU）在1985年提出，1996年更名為國際移動通信2000（IMT-2000），1999年11月5日在芬蘭召開的ITU TH8/1第18次會議上最終確定了三類（TDMA、CDMA-FDD、CDMA-TDD）共5種技術標準作為第三代移動通信的基礎，2000年5月，ITU正式批準了針對3G網絡的IMT-2000無線接口的5種技術標準。隨著技術的完善，到目前為止CDMA的三種技術標準逐漸地占據了市場的核心地位。

H.264算法的主要特性如下：

（1）網絡適應性強。H.264的文件能容易地在不同網絡環境中傳輸，例如：Internet、GPRS、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、衛星網絡等。

（2）容錯能力強。H.264提供了解決在不穩定網絡環境下容易發生丟包率等錯誤的必要工具。

（3）幀間編碼及引入流間傳送幀。H.264充分利用相鄰幀之間時域冗余進行運動補償，引入了流間傳送幀，能在有相似內容但有不同碼流的碼流間快讀切換，并支持快速播放及隨機接入。

（4）去塊濾波器。H.264定義了自適應去除塊效應濾波器，處理預測了環路中的水平和垂直邊緣，大大減少了“方塊效應”。

2 系統硬件設計

2.1 監控指揮中心

監控指揮中心是一個基于IP協議的IP多媒體網絡平臺，主要由交換機、流媒體服務器、路由器、AAA認證服務器、備用服務器、通信服務器以及其它終端設備組成，如圖1所示。

圖1 監控指揮中心設備組成示意圖

2.2 現場

現場主要由無線路由器（WR）、便攜式BGAN海事衛星通信包、3G多卡視頻服務器、無線語音設備、筆記本電腦等組成。其結構如圖2所示。

圖2 現場設備組成示意圖

3 系統軟件設計

3.1 監控中心軟件設計

監控中心軟件是系統的主程序，軟件架構主要是以管理服務器提供的接口SDK API為基礎的。通過對視頻監控功能的用例分析，其功能主要包括服務器參數設置、服務器狀態查詢、網絡預覽、視頻參數設置、截圖、圖片預覽、錄像(本地錄像和服務器錄像)、錄像回放(遠程回放，按時間回放和本地回放)和錄像下載等功能。主程序實現流程如圖3所示，圖中的各功能都以模塊類的形式進行了封裝，便于軟件的測試和擴展。

3.2 WEB監控的軟件設計

本系統運用ActiveX[17]組件實現Web監控功能。Web服務器采用Apache的HTTP服務器，通過ActiveX將可復用的軟件組裝到應用程序或服務程序，嵌入到網頁中，使用瀏覽器就可實現網絡監控。圖4表明了基于ActiveX的B/S視頻監控系統的整體結構以及數據的傳輸途徑。

流媒體服務器將采集到的視頻信號發送到客戶端，由嵌入瀏覽器的ActiveX控制接收并且解碼顯示出來，Web服務器上存儲客戶端所需要的ActiveX控制以及相關的動態連接庫(DLL)，負責提供和發布帶有相應控制和動態連接庫的頁面，用戶則在客戶端使用IE下載并且注冊ActiveX控制，接收來自于視頻采集服務器的視頻流。

3.3 手機監控軟件設計

主要實現用戶登錄，發送用戶信息并讀取服務器響應，選擇視頻數據源，接收并實時播放等功能。運行流程見圖5。

圖3 監控中心程序流程圖

圖4 B/S網絡監控示意圖

圖5 手機監控運行流程圖

用戶通過輸入服務器地址，向服務器發送連接請求，正常連接后，輸入用戶名、密碼到服務器進行驗證。驗證通過后，選擇所要瀏覽的視頻，接收從服務器發送過來的視頻圖像，在播放視頻的過程中，可以進行設備控制和保存圖像的操作。

4 結語

3G移動通信網絡的飛速發展，Internet視音頻業務需求和規模的逐步擴大，使得基于3G移動通信技術的智能視頻監控系統有了廣泛的應用領域和非常樂觀的市場前景。本文對基于3G的視頻指揮搶修系統做出了總體設計，完成了關鍵設備和服務器的搭建，還實現了WEB監控和手機監控等新功能，對于充分利用遠程專家資源，及時指揮搶險搶修，具有重要意義。

[1] 宋磊, 黃祥林, 沈蘭蓀. 視頻監控系統概述[J]. 測控技術, 2003(5): 33-35.

[2] 聶秀英. 視頻通信的現狀及發展趨勢[J]. 世界電信, 2004(4):44-46.

[3] 郭衛華. 模擬視頻監控系統之過去、現在和將來[J]. 中國安防, 2008(1): 54-57.

[4] 孫立新, 龍肖虎, 張萍. 第三代移動通信技術[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2001.

[5] 鄧永紅. 3G技術綜述[J]. 有線電視技術, 2004(19):5-11.

[6] 張萬里. 接觸網事故搶修[M]. 北京: 中國鐵道出版社,2006.

[7] 鐵路中和視頻監控系統規范(試行). 2008.

[8] 劉鵬. 基于無線網絡的視頻監控系統設計與實現[D]. 杭州:浙江大學, 2006.

[9] 朱江. 網絡存儲服務器優勢分析[J]. 現代經濟信息, 2010(3):214 .