廣州地鐵四、五號線列車降弓視頻監控系統簡介

魏瑞新

【摘要】 本文介紹了軌道交通行業采用第三軌供電方式的地鐵線路，在列車出廠線，為實現對列車降弓動作的確認，防范安全事故發生，在弓靴轉換位置增加視頻監控系統的實現方案，同時結合工程實例，為類似項目的建設提供了有價值的參考經驗。

【關鍵詞】 弓靴轉換位置 降弓升靴 視頻監控

一、項目建設的必要性

廣州地鐵四、五號線分別于2005年12月、2009年12月建成并開通運營。四、五號線正線均為第三軌供電方式，但是，列車在車廠是接觸網供電方式，這就使得列車從車廠進入正線或從正線回到車廠時，需要進行供電方式的轉換，這個動作叫弓靴轉換。以出廠為例，列車出廠時需要列車司機手動操作降下位于列車車頂的受電弓，升起列車下側位的集電靴，實現列車供電方式的轉換，這個過程稱為降弓升靴。而列車從正線回到車廠時的動作正好與出廠時相反，叫降靴升弓。弓靴轉換的地理位置均處于車輛段范圍內，按照信號系統的劃分，該位置如果屬于正線范圍，則列車在該處的行車指揮權隸屬于行車調度；該位置如果屬于車廠范圍，則列車在該處的行車指揮權隸屬于車廠調度。

列車完成弓靴轉換后，如果線路屬于地面，列車會沿著出廠線直接進入正線運行；如果線路屬于地下隧道，列車會通過洞口進入正線的隧道區間。一旦降弓動作沒有完成，受電弓處于升弓狀態，在列車進入洞口或地面線路的下一個車站時，直立的受電弓將會受到損壞，造成安全事故。因此，對列車司機是否完成了弓靴轉換動作的確認，成為了確保安全行車的關鍵環節之一。

為此，廣州地鐵于2012年8月，在四、五號線車廠弓靴轉換位置建設了降弓視頻監控系統，主要用來監控列車出廠時司機是否完成了降弓動作，為安全行車指揮提供了有效的技術保障手段，確保了地鐵列車的安全運行。

二、四號線車廠降弓視頻監控系統網絡結構

四號線的出廠線編號為轉換軌1道，轉換軌2道，按照信號系統的劃分，四號線降弓升靴的位置屬于正線范圍，其行車指揮權隸屬于行車調度，為此四號線的監控圖像終端設在新造車輛段的OCC（運行控制中心）。

依據列車車型的不同，每列車的受電弓數量也不相同，四號線的列車編組為4節車廂，車頭車尾各有一個受電弓，在每條股道列車頭尾2個受電弓降弓對應位置各安裝1個攝像頭進行監控。新造車輛段共安裝4個攝像頭，實現對轉換軌1、轉換軌2的弓靴轉換位置列車降弓情況的視頻監控。四號線車廠降弓視頻監控系統網絡結構見圖1。

由圖可見，在四號線的列車出廠弓靴轉換位置安裝了四個光纖一體化球型攝像機；在新造車輛段的通信設備房安裝了視頻監控系統的中心設備，包含光接收機、視頻分配器、畫面分割器、硬盤錄像機、錄像回放用監視器；在運行控制中心調度桌面安裝兩臺監控屏。圖像信號經過敷設在弓靴轉換位置和通信設備房之間的光纖傳送到光接收機，經過光電轉換后的所有視頻信號通過視頻分配器后，一路送給硬盤錄像機，一路進入二個畫面分割器，畫面分割器將車頭、車尾兩個攝像機的圖像組合后，分別輸出對應的視頻信號至二個監控屏。用于監控轉換軌1，轉換軌2。

三、五號線車廠降弓視頻監控系統網絡結構

五號線的出廠線編號為14、15、16道，按照信號系統的劃分，五號線降弓升靴的位置屬于車輛段范圍，其行車指揮權隸屬于車廠調度，為此五號線的監控圖像終端設在魚珠車輛段的車廠調度室。

五號線的列車編組為6節車廂，部分列車為頭尾2個受電弓，部分列車為車頭、車中、車尾3個受電弓。對于三個受電弓的列車，只要能夠監控到頭尾2個受電弓的降弓情況就可以滿足安全需求。為此，五號線也與四號線一樣，在每條股道列車頭尾2個受電弓降弓對應位置各安裝1個攝像頭進行監控。魚珠車輛段共安裝6個攝像頭，實現對出廠線14、15、16道弓靴轉換位置列車降弓情況的視頻監控。五號線車廠降弓視頻監控系統網絡結構見圖2。

由圖可見，在五號線的列車出廠弓靴轉換位置安裝了6個光纖一體化球型攝像機；在魚珠車輛段車廠調度室附近的通信設備房安裝了視頻監控系統的中心設備，包含光接收機、視頻分配器、畫面分割器、硬盤錄像機、錄像回放用監視器；在車廠調度室安裝三臺監控屏。圖像信號經過敷設在弓靴轉換位置和通信設備房之間的光纖傳送到光接收機，經過光電轉換后的所有視頻信號通過視頻分配器后，一路送給硬盤錄像機，一路進入三個畫面分割器。三個畫面分割器將車頭、車尾兩個攝像機的圖像組合后，分別輸出對應的視頻信號至三個監控屏，用于監控出廠線14道，15道，16道。

四、四、五號線車廠降弓視頻監控系統實現功能

通過對本套視頻監控系統的建設，實現了廣州地鐵四、五號線列車出廠時，對列車司機降弓升靴操作結果的視頻監控，具體能夠實現以下功能：（1）通過系統配置，將列車頭尾兩個受電弓的圖像合成在一個顯示終端上，從而實現調度人員能夠在同一幅圖像上同時監視到同一條車道上列車頭尾受電弓的降弓情況，并能夠在圖像上顯示車道號，確保了相鄰股道不會相互混淆。（2）采用了具備紅外功能的光纖一體化球機，實現24小時全天候的監控，并設置硬盤錄像機錄像，錄像內容可以保存30天時間。（3）在每個攝像頭上方加裝了輔助燈光照明設備，并具備定時開啟功能和主備切換功能，確保了視頻監控系統全天候運行和照明設備的節能。白天和晚上的視頻監控圖像效果分別見圖3和圖4。

五、建設經驗

5.1 安全性和經濟性

由于本項目需要在正常運營的線路上進行施工，在選取攝像機的安裝位置時要充分考慮到施工安裝的便利性和后期維護的方便性，以及安裝后的本套系統設備不能給線路運營帶來安全隱患。為此，安裝位置選取了離開軌行線路控制區域一定的距離。四、五號線選擇的攝像機安裝位置距離軌道中心為15-20米，攝像機安裝高度與接觸網平行（距離地面高度4.5米左右），設備選型采用了光纖球型攝像機，能夠在控制中心實現對光纖球機的遠程遙控，確保了攝像機能夠正確地攝取受電弓的圖像，在弓靴轉換位置稍有變化時，可以通過對攝像機的調整（焦距、俯仰角、方位角）來滿足新位置的監控需求，不需要重新投資增加新的設備，具有較好的經濟性。

5.2 采用光纖一體化球型攝像機避免了前端采集圖像受到干擾，確保了圖像的清晰

由于攝像機位于接觸網附近，如果采用的攝像機是視頻信號輸出，然后再通過光電轉換為光信號向控制中心傳送，接觸網1500V直流高壓造成的干擾會竄入前端視頻信號中，形成網紋狀干擾。為此，本系統采用了光纖一體化球型攝像機，有效地防止了干擾的發生，確保了圖像的清晰。

5.3 燈光輔助照明設備的選型

由于監控用攝像機的紅外成像屬于主動紅外攝像技術，在夜間照明不足時，攝像機成像是依靠輔助紅外燈發出的紅外線照射物體，紅外線經物體漫反射，被監控攝像頭接收，形成視頻圖像。由于四、五號線的弓靴轉換位置均在車輛段的露天室外環境。

經過試驗，具備紅外功能的球型攝像機在夜間并不能獲得滿意的圖像，主要原因為接觸網和受電弓在空中（接觸網距離軌平面高度 4米左右），周圍空間沒有物體能夠產生漫反射。為此，本套視頻監控設備增加了輔助照明燈光設備，先后選用過LED燈、高壓鈉燈、氙氣燈等設備。首次選用的LED燈亮度低、聚光性不夠；其次試驗了高壓鈉燈，結果是聚光效果差；第三，氙氣燈照射距離和聚光性都能滿足要求但性能不夠穩定，故障率高。在多次試驗的基礎上，最后定型了一款LED燈，得到了較好的效果。這款LED燈的功率為36瓦，采用了36顆LED，單粒光束角均為30°，聚光性可以滿足要求，確保了光線照射到受電弓后成像的清晰。