通過無線網絡技術實現內燃機車移動視頻監控

郭戰平

摘要：本文闡述了黃陵礦業鐵路運輸公司對內燃機車進行視頻監控的必要性，介紹了通過無線網絡技術實現對機車監控的系統構成方案和功能特點，對方案的可行性進行了論證。

Abstract： This paper expounds the necessity of video monitoring of diesel locomotive of Huangling mining railway transportation company， introduces the composition scheme and function features of locomotive monitoring system realized by wireless network technology， and discusses the feasibility of the scheme.

關鍵詞：內燃機車；視頻；網絡；監控

Key words： diesel locomotive；video；network；monitoring

中圖分類號：U262 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0129-02

0 引言

隨著黃陵礦業鐵路運輸公司運力增加，鐵路運行安全的重要性也變得越來越突出，視頻監控已成為鐵路安全信息化管理手段的重要組成部分。

既有的調度視頻監控只能實現車站固定區域的視頻監控，而對機車狀況的監控則是一片空白，需要一種安全有效的監控手段，將機車運行過程中的音視頻、軌跡信息以及其它的重要數據從移動的列車傳送到監控中心；通過利用目前成熟的視頻監控技術和無線網絡傳輸技術實現對機車監控已經在國鐵鐵路機車上得到了應用，效果良好。

1 實施機車視頻監控的組成和特點

鐵路運輸公司機車共有12臺，對機車前后端、駕駛室、設備間加裝音視頻監控采集設備，集成應用智能視頻處理技術，結合3G無線傳輸，列車沿線附近的車站可以進行無線動態監控和數據傳輸，機務部門和調度中心可以通過網絡實現機車遠程揮調度和管理。

整個系統分為三部分，即前端子系統、無線網絡系統、監控中心，具體如下：

1.1 前端子系統

前端機車監控設備設計考慮到機車使用環境較惡劣的實際情況，選材時應盡量選擇具有防腐蝕、抗潮濕、防水等性能的產品，同時為產品增加雨刷、排風扇設計。

前端視頻采集系統采用EW9214和EW9224網絡視頻服務器、攝像機（云臺及解碼器）等組成。EW9214和EW9224網絡視頻服務器作為核心設備，其功能是將采集到的各監控點視頻圖像及報警信息，經過壓縮編碼處理，通過3G或WiFi無線網絡傳遞給監控中心，實現視頻的遠程觀看、現場報警遠傳。同時接收監控中心發來的命令，并作出相應的反應，比如控制視頻切換、控制云臺上下、鏡頭變焦等。具體設計為：

①前端子系統采用網絡視頻服務器和攝象機，完成對所有監控點的布設；電源由機車來提供。

②要求無線網絡視頻服務器在工作時必須有一張3G和WIFI無線上網卡。

1.2 無線網絡系統

目前鐵路沿線的中國移動、中國電信、中國聯通3G網絡已經基本實現了全覆蓋，其中中國聯通的3G網絡帶寬最高已經能夠達到21Mbps/s，完全能夠滿足機車移動視頻監控對網絡帶寬的需要。

①無線視頻服務器自動撥號無線上網，獲取一個動態公網IP地址。撥號成功之后，通過3G無線通道，把通過H.264壓縮算法編碼后的圖像信息流，主動發送到移動視頻網關程序中。

②移動網關程序的安裝位置必須有固定的公網IP地址，或在有固定公網IP地址的局域網中，在公網路由器上做端口映射也可，默認映射端口：UDP 5000；TCP 8212；端口可由用戶自行更改，也可以用域名指定。

1.3 監控中心

在監控中心配置3臺服務器，即監控主機、存儲服務器、中心服務器（無線視頻網關），其功能具體如下：

①監控主機的功能是對各監控點的視頻瀏覽和攝象機姿態調整等，安裝“監視器”軟件；②存儲服務器的功能是對各監控點視頻資料進行錄象，安裝“存儲服務器”軟件；③中心服務器上的功能是管理整個系統，安裝“服務器管理平臺軟件”、“SQLserver2008”軟件；④監控中心安裝有網絡視頻解碼器，能夠將獲取的數字信號，通過解碼還原出圖像和聲音，并傳輸到電視墻上。

2 采用網絡技術實現機車視頻監控的主要技術內容（見圖1）

2.1 系統構成

2.1.1 監控采集端

組成部分包括支架、攝像頭、無線網絡視頻服務器等，負責采集、壓縮、傳輸視頻信號。

2.1.2 服務器集群

包括應用服務器和數據庫服務器，建設在3G數據網絡上，負責用戶管理和權限分配，并壓縮和傳輸所采集到的視頻信號，最終形成能夠存儲的服務器集群。

2.1.3 手機監控端

實時監控信息也可以通過手機端被相關人員觀看，也就是說視頻監控客戶端不僅能夠在監控中心使用，也能夠在手機上使用。

2.1.4 服務器監控端

可通過后期建設的監控大屏或PC等服務器監控端進行查看視頻實時監控信息。

2.1.5 無線視頻服務器

無線視頻服務器：其屬于數字視頻處理系統，包含無線網絡傳輸、圖像壓縮、視頻采集等多項功能。嵌入式設計，工作前接通電源即可。集成標準I/O接口和串口為一體。模擬視頻采集后，經過壓縮編碼，轉換成數字圖像信息，之后利用3G網絡將數字視頻傳輸到網絡上。

2.1.6 流媒體服務器（監控主機）

流媒體服務器的作用是高效地向授權用戶轉發他所請求的數據流。一線業務人員可以采取視頻監控設備（移動、固定視頻監控設備）實地拍攝監控畫面，監控視頻通過VPDN網絡傳輸至監控數據服務器，監控人員可以采取PC、LED大屏幕、手機終端采取讀取服務器IP地址，通過3G網絡傳輸至各監控終端。

2.2 系統網絡結構

系統通過3G無線通信網絡實現無線視頻傳輸及無線視頻監控，如此一來相關人員即使不在現場，通過移動終端（手機、PDA等）也能夠及時獲取現場車載監控點采集的圖像，獲取相關信息，從而做出正確的決策。

3 系統功能概述

3.1 遠程圖像傳輸

系統采用標準的TCP/IP協議，能夠被應用在無線網絡、廣域網和局域網。視頻服務器提供RJ-45以太網接口，能夠直接接入局域網交換機或者HUB上，此外，設備能夠任意設置網關。監控中心通過安裝視頻監控服務器，具有權限的用戶可通過IE瀏覽器監控遠程現場。每位用戶都能夠依據自身需求選擇任意現場監控，多人觀看同一現場也可。

3.2 遠程設備監控

依據不同等級的用戶，可分配不同的控制權限。用戶控制權限比較高的能夠優先控制設備，比如調節攝像機鏡頭改變監視范圍和觀察效果；控制云臺轉動選擇監視區域對象等。

3.3 多畫面監視

利用該系統，用戶能夠在同一客戶端上同時監視四路，最多六十四路前端圖像，實現了對整個監控網點的對比監測和全局掌控。此外，為便于用戶觀察細節，該系統還能夠實時放大任意一路圖像監控，使全屏范圍都出現該路圖像。

所有的監控畫面都能夠按照一定的時間間隔依次輪流切換，也可以在一個圖像框內輪換顯示所有的攝像機畫面，畫面間隔時間可調節，用戶可以依據自身需求靈活設置畫面切換間隔時間。

3.4 電視墻監控

用戶能夠利用專用解碼器獲取模擬信號，之后利用視頻矩陣將各路模擬監控信號放到同一個電視屏幕里。為實現高清圖像解碼，應選用CR5100D解碼器，該解碼器能夠把前端圖像無縫連接電視墻，有利于客戶的統一調度指揮（見圖2）。

3.5 支持PDA手機瀏覽

獨有的支持手機瀏覽軟件，可以將插件掛在網頁上，方便客戶下載安裝，如此只需將軟件下載到手機中，就可以不受時間和空間的限制隨意的觀看視頻圖像，即使是在沒有電腦的情況下。

3.6 控制優先權機制

管理機制比較完善，能夠依據不同級別的用戶提供不同的控制權限。

4 結論

通過無線網絡技術可以實現對內燃機車進行實時視頻監控，機務段和鐵路運輸公司調度中心通過手持終端可以對機車狀態進行遠程監控，提高了行車的安全性，有助于加強機車運行管理避免人為事故的發生，具有一定的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]盧曦，劉德明，朱積硯，徐賢，邱自成.RTP協議在嵌入式網絡處理器中的設計與實現[J].計算機與數字工程，2006（11）.

[2]魏聰穎，牛建偉，吉海星，胡建平.基于實時流媒體傳輸系統的H.264組包算法研究[J].計算機科學，2007（08）.

[3]孫紅，汪春雨.無線Mesh網絡中基于協同調度的流媒體傳輸控制的研究[J].上海理工大學學報，2009（05）.