無線網(wǎng)橋和工業(yè)視頻監(jiān)控在鐵路專用線的應(yīng)用

摘要：無線網(wǎng)橋是一種無線傳輸設(shè)備，隨著計算機無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，無線網(wǎng)橋應(yīng)用越來越成熟。基于無線網(wǎng)橋技術(shù)的工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有施工期短、安裝靈活、經(jīng)濟節(jié)約等特點，其在鐵路專用線的應(yīng)用可以有效解決鐵路貨運中存在的貨物損壞丟失、貨物裝載不規(guī)范、超限裝載等問題，并對貨運車輛和專用線周圍情況進行實時動態(tài)監(jiān)測，減輕了人工巡護的壓力，提高鐵路貨運的經(jīng)濟性和安全性。

關(guān)鍵字：無線網(wǎng)橋;鐵路專用線;工業(yè)視頻監(jiān)控

一、引言

鐵路專用線不同于國家鐵路線，其建設(shè)單位是企業(yè)，主要為本企業(yè)內(nèi)部運輸服務(wù)。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，跨區(qū)域的原材料和商品流通規(guī)模越來越大，鐵路貨運量逐年提高。鐵路專用線作為企業(yè)原材料和商品運輸?shù)闹匾溃哂谐休d量大、經(jīng)濟便捷等優(yōu)勢，為企業(yè)發(fā)展提供重要支撐和保障[1-4]。與國家鐵路的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平和專業(yè)巡護隊伍配備相比，企業(yè)在鐵路專用線的管理和運行維護上存在巡護人手不足、監(jiān)控等基礎(chǔ)設(shè)施缺乏等困難，且依靠人力巡護的成本較高，不符合經(jīng)濟原則。另外，鐵路專用線上貨物損壞丟失、貨物裝載不規(guī)范、超限裝載以及沿線異物入侵等現(xiàn)象也嚴(yán)重危害著鐵路運輸安全，給人民生命財產(chǎn)安全和企業(yè)發(fā)展造成巨大隱患。基于無線網(wǎng)橋的工業(yè)視頻監(jiān)控具有安裝靈活、經(jīng)濟節(jié)約的特點，應(yīng)用在鐵路專用線上克服了鐵路里程長、地形復(fù)雜的問題，可以有效實現(xiàn)對鐵路沿線的全程監(jiān)控，提升鐵路專用線運輸?shù)陌踩院脱沧o的經(jīng)濟性，是解決鐵路專用線運行問題最有效手段之一。

二、無線網(wǎng)橋

（一）概況

1.定義

無線網(wǎng)橋，顧名思義是指以某種方式將無線網(wǎng)絡(luò)像有線網(wǎng)絡(luò)那樣連接起來的“橋梁”。基于網(wǎng)橋的作用，無線網(wǎng)絡(luò)之間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。無線網(wǎng)橋可以連接相距幾百米或幾十公里的兩個或多個獨立網(wǎng)絡(luò)段，廣泛地實現(xiàn)不同地點之間的互聯(lián)通信[5]。相比于部署有線網(wǎng)橋，無線網(wǎng)橋架設(shè)經(jīng)濟實惠。

2.運行機制

傳統(tǒng)有線網(wǎng)橋利用事先鋪設(shè)的線纜實現(xiàn)互聯(lián)傳輸，而無線網(wǎng)橋則采用射頻信號傳輸數(shù)據(jù)。每一個無線網(wǎng)橋都被分配指定頻段以便發(fā)送和接收數(shù)據(jù)內(nèi)容。在此模式下的數(shù)據(jù)收發(fā)端之間不能有障礙阻隔，否則將影響射頻信號傳輸。在網(wǎng)絡(luò)運行機制上無線網(wǎng)橋與有線網(wǎng)橋類似，只是將數(shù)據(jù)媒介由線纜更換為射頻信號，本質(zhì)上還是通過信號收發(fā)、地址過濾的模式完成數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。

3.主要類型

當(dāng)前，無線網(wǎng)橋有2.4GHz頻段和5.8GHz頻段兩種模式，不同頻段下可以選擇相對應(yīng)的協(xié)議。其中，2.4GHz頻段的協(xié)議有三種，5.8GHz頻段的協(xié)議有兩種，具體見表1。而在兩個頻段中，2.4GHz頻段屬于低頻，波長較長，傳播力強且成本相對較低。但現(xiàn)實場景中使用2.4 GHz頻段的電子設(shè)備較多，如無線路由器、藍牙、無線USB裝置等[6]。因此，采用2.4 GHz頻段進行數(shù)據(jù)傳輸時應(yīng)當(dāng)確保避開其他設(shè)備以防信號被干擾，從而影響無線網(wǎng)橋正常工作。2.4GHz頻段還存在傳輸帶寬較窄的問題，傳輸速率一般限制在300Mbps，這也會對無線網(wǎng)橋數(shù)據(jù)傳輸效率產(chǎn)生影響。而5.8GHz頻段無線網(wǎng)橋采用了更高的頻率，信道相對純凈，傳輸干擾較少，但頻率高也導(dǎo)致5.8GHz頻段無線網(wǎng)橋的信號穿透力弱于2.4GHz頻段，部署5.8GHz頻段無線網(wǎng)橋時傳播路徑上要避開遮擋物，以免影響工作效果。傳輸帶寬方面，5.8GHz頻段無線網(wǎng)橋傳輸速率在433Mbps到1Gbps之間。此外，受無線傳輸路徑限制，5.8GHz設(shè)備成本相對較高。

（二）無線網(wǎng)橋技術(shù)特點

1.傳輸范圍廣

無線網(wǎng)橋采用無線傳輸方式，可以連接相距幾百米或幾十公里的兩個或多個獨立網(wǎng)絡(luò)段，實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。因此，無線網(wǎng)橋可覆蓋的區(qū)域均能實現(xiàn)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的連接和延展。傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含兩個主要部分，一是中央控制中心，二是為數(shù)眾多的監(jiān)控點。如果監(jiān)控的范圍十分廣大以至于監(jiān)控點必須設(shè)置在較遠的地方時，往往需要鋪設(shè)很長的線纜；或者若干監(jiān)控點位置分散時，布置線纜也十分復(fù)雜，這類情況下采取有線網(wǎng)絡(luò)布線方式成本較高，組網(wǎng)速度慢；如遇到特殊地形等因素可能導(dǎo)致布線困難，直接影響到監(jiān)控的范圍。

2.傳輸效率高

在局域網(wǎng)中，帶寬是保持不變的，而網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備數(shù)量的增加會降低局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速度。無線網(wǎng)橋技術(shù)對局域網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)分段的特點可以有效減少無效信息對網(wǎng)絡(luò)信道的占用，避免網(wǎng)絡(luò)擁堵現(xiàn)象的發(fā)生，提高數(shù)據(jù)傳輸和信息共享的速度和效率。

3.設(shè)備排障快

無線網(wǎng)橋出現(xiàn)故障時維修人員只需要查看和檢修無線網(wǎng)橋設(shè)備即可，排障過程短、速度快，可快速恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)鏈路運行；而有線網(wǎng)橋工作依托于線纜進行，一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障，維修人員不僅要檢查相關(guān)設(shè)備，還要檢查沿線線纜情況，排障的范圍廣、排查難度大，維修和網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)時間較長。

4.局限性小

無線網(wǎng)絡(luò)不僅架設(shè)簡單，受地形限制較小，且具有擴容方面的優(yōu)勢，可根據(jù)需要增加鏈路。而有線網(wǎng)絡(luò)在擴容上需要更改布線，需要耗費大量的人力而且施工中容易對原有線路造成損壞。因此，相比于無線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)一經(jīng)鋪設(shè)就很難變更，后期工程受到較大的限制。

三、鐵路專用線視頻監(jiān)控現(xiàn)狀及存在問題

（一）鐵路專用線視頻監(jiān)控現(xiàn)狀

1.視頻監(jiān)控發(fā)展歷程

視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展融合了計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體前沿應(yīng)用。當(dāng)前，視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用情況可按照如下階段加以劃分：即本地模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其中，本地模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠磁帶錄像機和模擬監(jiān)視器、攝像機等設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)控功能；數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)以數(shù)字視頻錄像機（DVR）取代磁帶錄像機（VCR）為標(biāo)志，在視頻存儲、檢索和瀏覽方面實現(xiàn)飛躍；智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)將傳統(tǒng)的模擬攝像機等設(shè)備升級為高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，并利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)云存儲、畫面分析和智能預(yù)警[7]。

2.鐵路專用線視頻監(jiān)控現(xiàn)狀

目前，鐵路專用線視頻監(jiān)控大多設(shè)置在咽喉區(qū)，對進出專用線的列車進行視頻采集工作。這樣的布局方式簡單易行，成本低，但是監(jiān)控的范圍很小，獲取的信息十分有限[8]。視頻監(jiān)控的信息化和智能化程度不高，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍舊是主流，功能上以錄像和監(jiān)視為主，需要配備專職人員守在監(jiān)視器前完成相關(guān)工作，缺少視頻內(nèi)容分析與自動報警功能，人力成本較高且監(jiān)控效果依賴于人的責(zé)任心，存在較大的漏洞。

（二）存在問題

1.數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)難度大

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)難度大主要體現(xiàn)在兩方面，一是受周圍環(huán)境限制明顯，二是投資較大。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)模式下，以現(xiàn)有技術(shù)條件在鐵路專用線沿線架設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，需要對沿線地區(qū)進行大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)，包括平整地面、鋪設(shè)線纜等等，且雨水沖刷和其他因素可能導(dǎo)致鋪設(shè)的線纜斷裂，造成視頻系統(tǒng)癱瘓。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)為傳輸數(shù)據(jù)所鋪設(shè)的光纖成本高、易損壞、難維修，是其中最大的問題。

2.監(jiān)控范圍無法實現(xiàn)全覆蓋

由于鐵路專用線沿線視頻監(jiān)控設(shè)備架設(shè)難度大且投資高，現(xiàn)有的鐵路專用視頻監(jiān)控系統(tǒng)只在進出專用線區(qū)域配備視頻監(jiān)控，對專用線沿線的監(jiān)控不足。無法對運行中的列車進行跟蹤識別和實時監(jiān)控，難以掌握專用線沿線的路基、圍欄等周遭情況，無法及時發(fā)現(xiàn)路基損壞和異物入侵等問題。在現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備條件下，此類問題的解決只能依靠人工巡護，人力成本較高且安全性沒有保障。

3.通暢性和穩(wěn)定性無法保障

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)模式下，數(shù)據(jù)傳輸光纖埋藏在鐵路專用線沿線地區(qū)，自然環(huán)境下路基可能因遭遇雨水沖刷而發(fā)生坍塌，其他施工也可能對地下的光纖造成破壞，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的通暢性和穩(wěn)定性難以長期保障。

4.缺少自動預(yù)警系統(tǒng)

現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化應(yīng)用程度不高，缺少視頻分析和自動預(yù)警功能，主要依靠人力對中央監(jiān)視器進行監(jiān)測，搜索和查看專用線列車運行情況，在貨運量較大或人員連續(xù)上崗狀態(tài)疲勞時，難以及時發(fā)現(xiàn)問題。現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)缺少對車輛的識別和運行狀態(tài)監(jiān)測功能，難以對貨運車輛運行狀態(tài)進行動態(tài)分析，難以通過視頻圖像自動識別諸如貨物丟失、裝載不規(guī)范和超限裝載等問題，事故預(yù)防的主動性較低。

四、基于無線網(wǎng)橋的工業(yè)視頻監(jiān)控在鐵路專用線的應(yīng)用

（一）應(yīng)用優(yōu)勢

1.擴展視頻監(jiān)控覆蓋范圍

基于無線網(wǎng)橋技術(shù)的工業(yè)視頻監(jiān)控采用無線傳輸方式實現(xiàn)視頻信號傳遞，無線傳輸不受線纜約束且距離最長可達幾十千米；組網(wǎng)更為便捷，可隨時根據(jù)需要而增加監(jiān)控點位，保證鐵路專用線全程無監(jiān)控死角。

2.降低視頻監(jiān)控部署難度

基于無線網(wǎng)橋技術(shù)的工業(yè)視頻監(jiān)控不需布線，對鐵路專用線沿線地形要求較低，在合理的距離內(nèi)根據(jù)地形條件選擇視頻監(jiān)控設(shè)備安放地點即可，只需要注意在兩個視頻監(jiān)控設(shè)備之間不存在阻隔電磁波信道的障礙。

3.確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性

基于無線網(wǎng)橋技術(shù)的工業(yè)視頻監(jiān)控即使視頻監(jiān)控設(shè)備點離中央控制中心較遠依舊能保持穩(wěn)定傳輸，其傳輸效率也不會像有線網(wǎng)絡(luò)那樣隨距離的增加而衰減。

4.提高專線運行安全性

基于無線網(wǎng)橋技術(shù)的工業(yè)視頻監(jiān)控具有智能化特點，其網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了人工智能技術(shù)，能夠主動對車輛進行識別和運行狀態(tài)分析，擺脫了對人的依賴，能夠全天候、全時段地對運輸車輛進行跟蹤和動態(tài)分析，提前預(yù)判問題、及時報告事故并做出反應(yīng)，有效提高了鐵路專用線的安全性和經(jīng)濟性，提升了鐵路專用線管理的主動性。

（二）應(yīng)用要點

1.視頻采集

鐵路專用線沿線工業(yè)視頻監(jiān)控采集貨運車輛及專用線周邊視頻圖像后，通過網(wǎng)絡(luò)交換機和無線網(wǎng)橋設(shè)備將視頻數(shù)據(jù)信息上傳至中央控制中心，距離較遠可以考慮增設(shè)無線網(wǎng)橋進行中繼。工業(yè)視頻監(jiān)控設(shè)備的供電方式可選擇電纜供電，如取電條件不允許也可以采用太陽能電池板供電。

2.數(shù)據(jù)傳輸

視頻監(jiān)控點位將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂浦行木W(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（NVR）的過程主要依靠無線網(wǎng)橋完成。在此，建議鐵路專用線視頻監(jiān)控設(shè)備統(tǒng)一使用工業(yè)級5.8 GHz頻段的無線網(wǎng)橋。相比2.4GHz頻段的無線網(wǎng)橋，選擇5.8GHz頻段無線網(wǎng)橋可以減少其他設(shè)備對無線網(wǎng)橋信號傳輸?shù)臄_動，實現(xiàn)長距離傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達300 Mbps，能夠滿足場景需求。

3.數(shù)據(jù)存儲

視頻監(jiān)控點位上傳的數(shù)據(jù)信息經(jīng)無線網(wǎng)橋接收后將集中存儲在中央控制中心的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（NVR）中。NVR的存儲容量應(yīng)根據(jù)視頻監(jiān)控路數(shù)和存儲時間等因素綜合確定。假設(shè)，需要保存近一個月的視頻數(shù)據(jù)，且有10路視頻監(jiān)控，按照平均200萬像素的畫質(zhì)測算每路碼流2Mbps，考慮90%的冗余，則存儲空間為7.2 TB。也就是說，8TB的存儲空間可滿足10路視頻冗余的存儲需求。如不需保留數(shù)據(jù)，則可覆蓋硬盤存儲后重新使用。

4.數(shù)據(jù)訪問

中央監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（NVR）所存儲的數(shù)據(jù)信息可以進行遠程訪問，這需要企業(yè)的中央監(jiān)控中心建設(shè)相應(yīng)的視頻監(jiān)控平臺并賦予企業(yè)管理人員相應(yīng)的權(quán)限以方便其根據(jù)實際工作需求加以訪問，主旨是保障相關(guān)管理人員可在遠程訪問監(jiān)控數(shù)據(jù)。遠程監(jiān)控平臺的登錄手段有手機、平板電腦和個人計算機等終端設(shè)備，目的是方便管理人員隨時查看專用線及貨運車輛情況。

5.數(shù)據(jù)傳輸加密

為保障數(shù)據(jù)安全性，應(yīng)對無線網(wǎng)橋傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密。常用的加密方式有隱藏SSID、啟用MAC地址過濾、采用WPA2加密和采用802.1x認(rèn)證技術(shù)四種。其中，隱藏SSID最為簡單，顧名思義即隱藏SSID以阻隔外部設(shè)備連接。MAC地址過濾是通過預(yù)先設(shè)置MAC地址以阻隔外部設(shè)備連接。采用WPA2加密是一種較為復(fù)雜的加密方式。采用802.1x認(rèn)證技術(shù)是通過設(shè)備預(yù)先認(rèn)證以阻止不合法設(shè)備連接。上述四種加密方式都比較常見，可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

四、結(jié)束語

基于無線網(wǎng)橋技術(shù)的工業(yè)視頻監(jiān)控在鐵路專用線的應(yīng)用，可以有效克服傳統(tǒng)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍小、部署難度大、穩(wěn)定性差和缺乏自動預(yù)警系統(tǒng)等問題，它采用無線射頻技術(shù)提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，解決了部分地區(qū)布線困難的問題，并在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，提高了對沿線周邊和貨運車輛監(jiān)控的自動化水平，極大地提升了鐵路專用線運輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟性，有較廣泛的應(yīng)用前景，值得推廣。

作者單位：楊鵬飛 陜西陜煤澄合礦業(yè)有限公司鐵路運輸分公司

參? 考? 文? 獻

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楊鵬飛（1987.08-），男，漢族，陜西渭南，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：機電，鐵路運輸。