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高鐵沿線視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用
作者：萬(wàn)騰科技；閱讀：
隨著我國(guó)交通建設(shè)的突飛猛進(jìn)發(fā)展，目前前所未有的高鐵普及日愈凸顯，高鐵速度成為了中國(guó)的一張名片。據(jù)悉，中國(guó)高鐵里程預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到1.8萬(wàn)公里。高鐵的快速發(fā)展使其對(duì)安全運(yùn)營(yíng)非常重視，近年來(lái)高鐵安全防范需求急切上升，帶來(lái)了新的市場(chǎng)分支領(lǐng)域，這對(duì)深耕于此的山東萬(wàn)騰電子科技有限公司是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。
高鐵與視頻監(jiān)控的應(yīng)用發(fā)展
國(guó)際通常將高速鐵路定義在時(shí)速200公里以上，而中國(guó)高鐵，即CRH（ChinaRailwayHigh-speed）的時(shí)速也定義在200公里以上，另外，我國(guó)又增加了“客運(yùn)專線”的等級(jí)，客運(yùn)專線是以客運(yùn)為主的快速鐵路，時(shí)速200至350km/h的鐵路統(tǒng)稱為客運(yùn)專線。京津城際是我國(guó)第一條具有世界一流水平的高速鐵路，最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速設(shè)計(jì)為350公里。隨著京津高鐵的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，我國(guó)各個(gè)地方的高鐵逐漸發(fā)展了起來(lái)，如石太客運(yùn)專線、合武線、武廣客運(yùn)專線、京滬高鐵等等，可以說(shuō)目前我國(guó)鐵路建設(shè)進(jìn)入了“高速運(yùn)行、高速發(fā)展”的“高鐵”時(shí)期。
由于高速鐵路運(yùn)行速度快，運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)高，其對(duì)安全技術(shù)保障措施的反應(yīng)速度、運(yùn)行效率提出了高要求。為了保障高鐵的安全運(yùn)營(yíng)，高鐵對(duì)安防尤其是視頻監(jiān)控的需求不斷增多，同時(shí)也提出了更多先進(jìn)性的技術(shù)要求。目前高鐵的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，要求采用先進(jìn)的視頻技術(shù)，基于鐵路系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建數(shù)字化、智能化、分布式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，滿足公安、安監(jiān)、客運(yùn)、調(diào)度、車(chē)務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車(chē)輛、供電等業(yè)務(wù)部門(mén)及防災(zāi)監(jiān)控、救援搶險(xiǎn)和應(yīng)急管理等多種需求，實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源共享。據(jù)了解，在高鐵領(lǐng)域，常用的與各業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)的鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)有近30個(gè)，由于高鐵領(lǐng)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)涉及業(yè)務(wù)部門(mén)太多，各個(gè)部門(mén)如公安、車(chē)務(wù)段、機(jī)務(wù)段、旅服系統(tǒng)、客運(yùn)段等都有各自獨(dú)特的視頻監(jiān)控需求，為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，早在2008年鐵道部出臺(tái)了《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)范(試行)》，對(duì)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、服務(wù)質(zhì)量以及涉及到的一些關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)等級(jí)等都做了明確規(guī)定。隨著該技術(shù)規(guī)范的出臺(tái)，高鐵在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)上遵循“統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一資源、統(tǒng)一管理”原則。近年來(lái)，隨著安防技術(shù)的快速發(fā)展，高鐵視頻監(jiān)控的應(yīng)用也不斷有新變化，這其中，高鐵沿線監(jiān)控作為高鐵安防領(lǐng)域中涉及面最廣，對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求也最復(fù)雜，受到了眾多廠家的關(guān)注和政府部門(mén)的重視。順應(yīng)技術(shù)以及需求的變化趨勢(shì)，近日國(guó)家鐵路局在北京組織召開(kāi)了鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)專家委員會(huì)會(huì)議，審查新修訂《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，新規(guī)范有望在年內(nèi)發(fā)布，新規(guī)范的出臺(tái)或?qū)?duì)高鐵安防產(chǎn)生重要影響。
高鐵沿線監(jiān)控的需求
高鐵具有這樣一些特點(diǎn)：全程跨度大、環(huán)境復(fù)雜、用戶眾多、建設(shè)周期長(zhǎng)、施工難度大、建設(shè)成本高、站點(diǎn)數(shù)量少、站點(diǎn)間距大等。特殊的環(huán)境使高鐵對(duì)視頻監(jiān)控的要求比較高，一般高鐵沿線的視頻監(jiān)控必須得適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境氣候條件。高鐵經(jīng)常會(huì)經(jīng)過(guò)邊遠(yuǎn)地區(qū)，其對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性要求高，客觀上不允許經(jīng)常性的維護(hù)和升級(jí)工作。同時(shí)，高鐵對(duì)視頻圖像效果、壓縮編碼效果、功能性能、傳輸、聯(lián)網(wǎng)等都比其他平安城市項(xiàng)目的要求高。標(biāo)準(zhǔn)中還特別強(qiáng)調(diào)了關(guān)于EMC電磁兼容能力的要求，由于高鐵沿線往往是周邊荒野，對(duì)防雷的要求以及對(duì)圖像智能分析的處理要求，都是因?yàn)楦哞F沿線的特殊環(huán)境所迫切需要的。除此之外，系統(tǒng)的兼容能力、擴(kuò)展級(jí)聯(lián)能力等也都是影響高鐵監(jiān)控效果的重要因素。
高鐵沿線監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用
高鐵監(jiān)控的特殊需求雖然很多也很復(fù)雜，但是近幾年監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展對(duì)很多問(wèn)題的解決起到了很好的推動(dòng)作用。近一兩年來(lái)，新技術(shù)的應(yīng)用使高鐵監(jiān)控應(yīng)用越來(lái)越貼近實(shí)際，日漸滿足了高鐵的最核心需求。以下從幾個(gè)方面?zhèn)戎貙?duì)高鐵沿線的監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行介紹。
1.圖像技術(shù)處理
對(duì)于高鐵遠(yuǎn)距離監(jiān)控，最基本最核心的問(wèn)題就是圖像的效果，一般情況下的處理在此不做贅言，筆者針對(duì)高鐵環(huán)境說(shuō)一些特殊的圖像需求。第一是透霧。近幾年來(lái)霧霾、大霧天氣現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，高鐵運(yùn)行時(shí)需要對(duì)周邊的情況提前預(yù)知，透霧的要求逐漸成為標(biāo)配。針對(duì)透霧的實(shí)現(xiàn)，目前可以采用光學(xué)透霧和電子透霧相結(jié)合的方式進(jìn)行，光學(xué)透霧可以實(shí)現(xiàn)物理層面的濾光機(jī)制，通過(guò)鏡頭和濾波片雙層角度來(lái)較大承載紅外波長(zhǎng)。目前這一應(yīng)用技術(shù)在不斷發(fā)展，其可以配合電子透霧，優(yōu)化圖像處理，再結(jié)合圖像參數(shù)的調(diào)節(jié)，寬動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、對(duì)比度的優(yōu)化等匹配，來(lái)改善霧天成像的問(wèn)題。
對(duì)于高原環(huán)境，強(qiáng)光的日照影響會(huì)造成成像問(wèn)題，同時(shí)逆光下的成像處理也不理想，需要攝像機(jī)能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光抑制功能，這要結(jié)合電子快門(mén)、增益補(bǔ)償?shù)葍?yōu)化圖像處理，還需要對(duì)產(chǎn)品遮陽(yáng)沿、鍍膜視窗、偏振鏡等進(jìn)行結(jié)合提升，一般這都需要進(jìn)行定制。此外，目前超低照度、星光級(jí)照度技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)高鐵沿線的夜視效果有很大的改善作用，在高鐵沿線無(wú)補(bǔ)光照明的環(huán)境也同樣能保證清晰的視野效果，目前星光級(jí)的處理堪稱高鐵沿線的標(biāo)桿應(yīng)用。
2.環(huán)境適應(yīng)性
高鐵沿線處于不同的自然環(huán)境，面臨日曬雨淋、臺(tái)風(fēng)、雷擊、冰凍、暴曬、高溫、低溫、高濕等這些環(huán)境因素，高鐵監(jiān)控要求攝像機(jī)能夠全天候工作，因此沿線監(jiān)控對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性要求很高，對(duì)設(shè)備要求極高，因?yàn)槊總�(gè)破壞環(huán)節(jié)都可能造成系統(tǒng)維護(hù)成本的劇增。
目前高鐵監(jiān)控設(shè)備要求具備IP67的防護(hù)等級(jí)，這是在惡劣環(huán)境下保證設(shè)備內(nèi)部器件的一個(gè)基礎(chǔ)。在重載的云臺(tái)攝像機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上要做到IP67并非易事，在高寒高冷高濕高熱等環(huán)境下，需要內(nèi)部配置多個(gè)高效高低溫風(fēng)冷組件，智能化判定需要加熱以及風(fēng)冷的因素，尤其在電機(jī)、圖像處理、鏡頭、渦輪等位置，必要時(shí)可以配置傳感器來(lái)進(jìn)行智能化分析內(nèi)部的溫濕度情況，自發(fā)的響應(yīng)風(fēng)冷加熱。對(duì)于北方邊界有冰凍的環(huán)境，還需要配合預(yù)熱驅(qū)動(dòng)或熱感輔助等情況，來(lái)保障云臺(tái)產(chǎn)品的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于高熱高濕環(huán)境，甚至有鹽堿性質(zhì)的環(huán)境，還需要做好三防處理，這些看似不起眼的工作，會(huì)對(duì)正常監(jiān)控產(chǎn)品有極大的影響。
3.強(qiáng)電磁干擾
電磁干擾是高鐵沿線監(jiān)控應(yīng)用的主要障礙之一，因此其對(duì)設(shè)備的抗干擾要求是必備的。高鐵沿線布設(shè)高壓傳輸網(wǎng)一般在50萬(wàn)伏，安全距離是50-150米，在50米范圍內(nèi)，對(duì)高壓的影響處于抗擾狀態(tài)。一般高鐵沿線監(jiān)控為了施工便捷，有的會(huì)沿用高壓塔作為布設(shè)攝像機(jī)的立桿，這往往會(huì)形成高密度的干擾環(huán)境，形成干擾源。再者國(guó)內(nèi)的高速鐵路基本上都是采用電力動(dòng)車(chē)組，所以高速鐵路都有接觸網(wǎng)，高鐵上方的接觸電網(wǎng)是2.7萬(wàn)伏，接觸網(wǎng)由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱等幾部分組成，接觸網(wǎng)的質(zhì)量和工作狀態(tài)將直接影響著電氣化鐵道的運(yùn)輸能力，擔(dān)負(fù)著把從牽引變電所獲得的電能直接輸送給電力機(jī)車(chē)使用的重要任務(wù)，這是另外的干擾源。
這種高壓強(qiáng)磁對(duì)于全天候24小時(shí)工作的監(jiān)控設(shè)備影響很大。隨著技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)電磁干擾的解決辦法一直在優(yōu)化，目前很多企業(yè)通過(guò)設(shè)置屏蔽層，加上電路板本身的抗擾性、物理防護(hù)的抗擾性等，來(lái)改善和解決高鐵沿線監(jiān)控電磁干擾問(wèn)題。但是事實(shí)證明，在高鐵高速行駛狀態(tài)下產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)周邊設(shè)備的干擾影響是最大的，尤其在高速通過(guò)的瞬間帶來(lái)電磁波的干擾往往對(duì)圖像有致命影響，這需要我們對(duì)物理防護(hù)和屏蔽層的處理要到位，對(duì)傳導(dǎo)抗擾和輻射抗擾性要能深入剖析和解決。
4.遠(yuǎn)距離監(jiān)控
高鐵沿線的視頻監(jiān)控路段有的是荒無(wú)人煙，監(jiān)控半徑廣泛，一般3-5公里設(shè)置一臺(tái)攝像機(jī)，可覆蓋周邊高鐵沿線以及外圍的監(jiān)控。對(duì)于橋梁、隧道、高架、村莊等環(huán)境，需要精準(zhǔn)監(jiān)控，配置長(zhǎng)焦鏡頭，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光圈和自動(dòng)調(diào)焦。對(duì)設(shè)備要求具有云臺(tái)精確度，也就是預(yù)置位精度，能夠?qū)χ攸c(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)精確變焦和定位，還要云臺(tái)具有平滑性，使得圖像效果連續(xù)穩(wěn)定。同時(shí)還得具有自動(dòng)復(fù)位或者叫守望位，自動(dòng)恢復(fù)固定位置和視角。
此外，攝像機(jī)處于海拔或幾十米高的鐵塔上，對(duì)抗風(fēng)載能力要求較高，抗風(fēng)載能力解決了才能從根本上改善和解決防抖動(dòng)的問(wèn)題。一般在惡劣情況下，8-9級(jí)的大風(fēng)屬于正常，山東萬(wàn)騰電子科技有限公司的云臺(tái)攝像機(jī)本身通過(guò)結(jié)構(gòu)、固定、風(fēng)阻等方面來(lái)提升和改善，同時(shí)還要具有大傳動(dòng)比來(lái)滿足重載承載的要求，才能保證高鐵沿線的正常監(jiān)控。
5.設(shè)備智能診斷
從高鐵安全檢測(cè)的角度看，高鐵沿線的護(hù)欄、車(chē)站口、橋梁通道、村莊路段等，如果有人攀爬、穿越或者動(dòng)物穿行，會(huì)引起不必要的危險(xiǎn)，甚至影響高鐵的行駛，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求具備視頻分析及告警功能，比如在前端的越界報(bào)警，通過(guò)區(qū)域設(shè)置或劃線設(shè)置、移動(dòng)偵測(cè)、入侵檢測(cè)、逗留（滯留）檢測(cè)、逆行檢測(cè)等基本檢測(cè)模式，并支持兩種以上組態(tài)的行為分析。支持在同一場(chǎng)景下劃分多個(gè)防區(qū)，并支持在同一防區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)模式。當(dāng)圖像抖動(dòng)的像素超過(guò)一定限值時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)停止分析，并發(fā)出告警提示，通過(guò)這種分析來(lái)提前報(bào)警或觸發(fā)示警的方式，將可以避免或降低危險(xiǎn)的發(fā)生。
另外從監(jiān)控設(shè)備的維護(hù)角度來(lái)看，對(duì)于設(shè)備圖像異常診斷、視頻丟失告警、設(shè)備線路運(yùn)行的診斷、設(shè)備故障的診斷等，需要通過(guò)數(shù)據(jù)分析的方式和聯(lián)動(dòng)報(bào)警的方式，提醒管理員有針對(duì)性地去維護(hù)故障設(shè)備或線路，進(jìn)而保障系統(tǒng)智能化運(yùn)行。
結(jié)語(yǔ)
隨著高鐵的不斷發(fā)展，目前其沿線的基礎(chǔ)配套也越發(fā)成熟，視頻監(jiān)控技術(shù)在高鐵沿線的應(yīng)用也更加完善，其結(jié)合太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電、大功能微波無(wú)線傳輸、熱成像技術(shù)等也得到廣泛應(yīng)用，再結(jié)合后端系統(tǒng)智能配置、子系統(tǒng)的整合、調(diào)度和預(yù)案、安檢及偵查等等，使得高鐵監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用全面而有效，讓我們看到了伴隨高鐵快速發(fā)展而成長(zhǎng)起來(lái)的高鐵視頻監(jiān)控。雖然目前仍有一些應(yīng)用難題需要解決，但高鐵視頻技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用一直在不斷創(chuàng)新和突破，山東萬(wàn)騰電子科技有限公司的技術(shù)將會(huì)更好地為高鐵沿線護(hù)航，為高鐵運(yùn)行保駕。
