机车运用安全视频监控系统方案Word格式文档下载.docx
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4、通过铁路内部网络或者覆盖广泛的3G网络，实现网络共享，可是使机务系统安全管理相关人员直接调取回放机车实际行车视频情况。
1.3设计依据
针对铁路监控系统的特点，系统的设计、施工、产品与设备的安装调试、系统验收标准等所涉及的技术要求和规范都应依据中华人民共和国和铁道部的有关技术标准和规范。
《铁道机车车辆电子装置》TB/T3021-2001
《铁路机务设备设计规范》TB/T10004-1998
《轨道交通机车车辆设备冲击和振动实验》GBT21563-2008
《铁路图像通信设计规范》TB10082-2009
《铁路综合视频监控系统技术规范》（运基通信【2008】630号）
《安全防范工程技术规范》GB50348-2004
《社会治安动态视频监控系统技术规范》DB33/T502—2004
《铁路技术管理规程》；
《电业安全工业规程》DL-408-91
《工业企业通讯设计规范》GBJ42-81
《工业电视工程工程设计规范》GBJ115-87
《安全防范工程程序与要求》GA/T75-94
《民用闭路监控电视系统工程技术规范》GB02198-94
《计算机软件开发规范》GB8566-88
《计算机软件质量保证计划规范》GB/T12504-90
《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》GB50168-92
《以太网100BASE-T标准》IEEE802.3U
1.4设计原则
本次项目设计本着“可靠、先进、经济、实用”和“综合效益第一，统一规划，重点实施，分批进行”的原则，充分利用现有资源，结合铁路路局监控管理的具体情况和实际需求，建设高质量、高标准的铁路监控系统。
（1）可靠性
系统具备在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。
系统具备全天候长期、不间断稳定工作的能力。
尤其是要满足机车电子使用环境对设备的稳定性的高要求。
（2）实用性
系统具备完成工程所要求功能的能力和水准；
系统符合本工程实际需要和国内有关规范的要求，并且实现容易，操作方便，维护便捷。
（3）先进性
系统是满足可靠性和实用性要求前提下的最先进的系统。
系统是一个符合集散系统发展趋势，特别是符合计算机技术和网络通信技术最新发展潮流并且应用成熟。
（4）开放性
系统遵循开放系统的原则。
系统提供符合国际标准和软件、硬件、通信、网络、操作系统和数据库管理系统等诸多方面的接口和工具，使系统具备良好的灵活性、兼容性、扩展性和可移植性。
（5）经济性
系统满足性能与价格之比同类系统和条件下达到最优。
其经济性包括以下内容：
系统本身的价格；
系统运行、系统升级及维护费用；
对系统实施现场的特殊要求所需的费用。
（6）兼容性
系统设备选型和平台设计应遵循开放的设计思路，能保证新建系统各应用系统的无缝连接。
2需求分析
2.
2.1业务需求分析
3.
4.
4.1.
2.1.1司机室监控需求
机车司机室分单司室和双司机室两种。
双司机室分主副司机驾驶作业，两个司机可以互相监测，在其中一个司机可能出现人为失误时，另外一个司机可以及时纠正；
对单司机驾驶作业，缺少第三方的监测机制。
为保障行车安全，减少人为业务作业失误，迫切需要增加视频监控报警装置，同过“人防”+“技防”措施，提高机车运用安全。
建设监控点目标监视远程监视和本地记录乘务人员的值乘作业活动状态，主要监控区域为司机正面为主，及时发现解决疲劳驾驶以及驾驶过程中出现的问题。
2.1.2轨道前方路况监控需求
在机车行进过程中，司机值乘期间主要靠人员视觉观察前方路况；
建设监控点，对双司机室机车值乘人员可同时兼看路轨、信号机、道岔、道口及其他前后路况，当发现道路的异物或异常情况，及时作出应急措施。
监控范围主要观察前进方式路轨情况为主，兼看后方情况为辅，进行全天候连续图像监视记录，覆盖范围机车运行前方0~100m内。
2.1.3电气间设备监控需求
观察电气间设备全貌和重点设备运行情况。
建设监控点位监控记录机车供电、电气设备以及非操纵设备运转状况，防止设备运转不良等危险情况。
2.1.4机械间设备监控需求
观察机械间设备全貌和重点设备运行情况。
建设监控点位监控记录机车各主要机械设备以及非操纵设备运转情况，防止设备运转异常等危险情况。
2.2系统需求分析
4.2.
2.2.1视频压缩编码及监控监视需求
视频数据采用H.264/MPEG4国际编码标准进行高质量数据编码压缩，支持多种分辨率以及日期、时间等数据叠加，为历史分析提供视频和机车数据依据。
2.2.2视频录像存储需求
支持覆盖方式的硬盘数据循环存储，视频录像文件和机车TX2箱无缝融合。
提供两路D1标清图像及多路CIF图像视频数据。
为机车地面视频分析人员提供直观可靠的历史数据进行分析。
2.2.3数据下载分析需求
需要支持多种数据下载方式，可包括SATA硬盘下载、USB设备下载或网络接口下载。
便于铁路机务管理人员定期采集存储数据。
2.2.4系统报警需求
系统设备提供外部报警功能，接入温度传感器、烟感探测器设备，对机车车内当前环境温度进行监测，达到一定值（人工预先设定）实现报警，防止控制区域内的设备温度过高造成事故发生。
同时，监测发生火灾或即将发生火灾的情况下实现报警，防止火灾发生及蔓延。
提供声光报警装置，减轻机车乘务人员劳动强度。
2.2.5系统网络传输功能需求
支持tcp/ip协议，窄带传输（ppoe）网络实时预览及控制命令。
通过网络设置参数、查看视频设备状态，支持网络报警联动及网络控制云台和镜头。
支持3G、GPS或WIFI无线传输，以便列车沿线附近的车站可以进行无线动态监控和数据传输，方便指挥调度。
3系统设计方案
3.1系统总体功能
5.
5.1.
3.1.1视频监控功能
全程摄录机车运行前方路况、机车重要区域、司机标准化作业情况。
通过八路视频采集，可实现对机车电器间、动力间、机械间、弓网装置等重要区域及非操纵端的情况进行监视。
彩色枪型摄像机分辨率在540TVL以上。
彩色红外半球摄像机分辨率在480TVL以上，内置拾音器。
系统在驾驶室布置2台10英寸彩色液晶显示屏（前后司机室各一台），驾驶员可切换显示车内视频监控情况。
3.1.2音频采集功能
彩色红外半球内置高灵敏度的拾音器，对车内驾驶员与工作人员间对话以及其他重要语音信息进行录音。
3.1.3录像功能
车载硬盘录像机编码采用H.264方式，保证2路D1和6路CIF以上录像不少于7天（每天约24小时的工作时间）。
3.1.4机车信息采集和记录功能
通过RS485接口能和列车的TAX箱通信，并将TAX数据记录到录象数据中，保存在硬盘里。
3.1.5信息备份、查询管理功能
提供机车视频分析专用播放软件，实现机车音视频查询、播放、管理、备份等功能。
实现机车TAX信息数据的分析、图表显示、管理等功能。
3.1.6系统布线功能
列车上敷设的所有线缆必须采用阻燃线，符合列车车辆安全要求，所有设备在安装过程中，应考虑列车车辆的特点，设备精简、安装美观、拆卸方便，应仅可能与列车车辆的相关设备充分兼容和共享，减少投资，保证列车车辆的安全行驶与运营。
所有线缆接头都应采用航空接插件，确保在列车行驶环境中数据传输的可靠性。
3.1.7系统报警功能
在司机室，机械间及电气室安装有温度报警器和烟雾报警器，可实时监测车内温度及烟雾情况，一旦发生报警，司机室显示屏可提示司机注意。
3.1.8系统数据传输功能
车辆安装无线传输设备,把前端采集到的视频、音频信号通过3G网络传送到后端监控平台。
3.2系统结构
根据路局现在的机车运营情况和对视频监控的要求，建设机车监控系统，该系统可以通过建立机车监控业务系统、局段数据分析业务系统、路局监控管理平台进行前端音视频信息、机车报警信息、机车运行信息的采集，通过铁路基础网络系统完成这类数据的传递路局监控中心。
图-1系统结构示意图
3.3系统组成
根据系统建设需要，为实现机车监控业务、局段数据分析业务和监控管理业务，系统由以下部分组成：
机车监控子系统、图像信息地面分析子系统和远程视频信息监控子系统。
3.3.1机车监控子系统
系统结构如下：
图-2机车监控子系统示意图（DF4B为例）
3.3.2图像信息地面分析子系统
子系统功能如下图：
图-3图像信息地面分析子系统功能图
地面分析子系统主要由分析工作站、数据转换装置、分析软件等组成，其主要功能是回放显示车载监控子系统所记录的录像数据和TAX箱数据，让地面分析人员不需要外加其它数据源就可更加形象直观地分析司机的操纵情况及机车运行状况。
地面分析子系统的软件支持录像与TAX箱监控数据同步显示，可以实时显示机车的限制速度、实际运行速度、制动缸压力、均衡风缸压力、公里标、车站、车次、车辆数、计长、司机操作等信息；
软件的操作根据需要，直接跳转到相应的时间、公里标所对应的视频位置进行播放，方便地面分析人员的分析。
3.3.3远程视频信息监控子系统
数据基本流程：
前端机车载视频监控主机作为主控设备，所有监控数据以及TAX箱信息等先写入车载视频监控主机，并通过3G（EVDO/WCMDA）等网络将数据发回监控中心，并在远程监控系统上显示相关机车的运行轨迹及车内视频信息（CIF画质，基本保持在10帧/秒左右,视网络情况而定）。
3.3.3.1系统功能
功能结构示意图
3.3.3.2系统主要功能特点
机车运用视频安全监控系统，是针对列车独有的环境，开发了具有以下七大特点的视频监控系统。
1、嵌入式专业车载设计，稳定性高、不死机、不丢失数据、经久耐用维护方便、抗机车震动及抗电磁干扰性能优越，是工业级专用产品。
主机的录像部分采用专业嵌入式八路数字监控录像机，具有启动快、可靠性高、压缩比高、清晰度高、抗高温、抗震等特点。
2、与LKJ监控装置通讯。
采用RS485协议通讯，共享TAX2综合监测装置平台的监控装置的速度、时间、公里标、车次、司机号、工况等信息，地面解析文件与监控记录数据完全同步一致
3、无线传输数据，使用目前覆盖广泛，传输快速的3G网络，可以把机车视频图像通过无线网络传输到机务段视频管理服务器内。
加强了司机作业的监管力度，提高视频分析人员的工作效率。
4、主机对外接口均采用机车专业的航空接插件，稳定性好，使用方便。
5、项点事件记录。
本装置记录的项点包括：
开车、停车、人为紧急、侧线运行、进入调车、调车开行、退出调车、红黄信号、开关视频、继乘交接等项点。
项点记录主要针对机车运用安全管理的薄弱环节，密切结合LKJ装置实时提供的各类数据信息，分时段和地点形成一系列音视频文件。
项点的形成紧密关联安全隐患，为运用安全分析管理提供了智能化手段，进一步完善机车安全监控系统的“防”、“控”功效。
6、程序升级更新方便。
可以通过USB接口直接升级更新装置的控制程序和修改软件。
7、完善的地面分析界面。
完美的图像、语音、监控信息三合一的分析界面，同步、多画面重现机车运行状态及司机作业状况。
3.4系统技术参数
3.4.1主要设备选型和技术参数
监控主机设备参数：
主处理器
高性能工业级嵌入式微控制器
操作系统
嵌入式LINUX
系统资源
多工操作，可同时多路录像、同时录像回放、同时网络操作
操作界面
人性图形化菜单会话界面
图像压缩
H.264
音频压缩
G711A
视频输入
8路复合视频（NTSC/PAL）航空接口（1.0VP-P，75Ω）
视频输出
2路TV/VGA视频切换输出
画面分割
1、4、9画面
图像分辨率
PAL：
实时监视D1704×
576
录像回放D1704×
576、CIF352×
288、QCIF176×
144
支持双码流功能，辅码流分辨率CIF352×
288/352×
240、QCIF176×
144/176×
120
画面信息
通道信息、时间信息、GPS信息、车牌信息、保密遮盖区域
音频输入
8路航空接口200-2000mV10KΩ
硬盘
内置1个SATA接口，可挂接1个硬盘
占用硬盘空间
音频：
PCM28.8M字节/小时
视频：
56～900M字节/小时
录像模式
手动录像、动态检测录像、定时录像、报警录像
支持录像的优先级：
手动录像>
报警录像>
动态检测>
定时录像
录像查询
根据时间、类型、通道号查询录像
回放模式
多种慢放速率，多种快放速率，手动单帧播放、倒放等模式
多路回放
支持4路同时回放
备份方式
支持普通硬盘保存备份
支持外接USB存储设备（如普通U盘、移动硬盘）
支持网络下载保存
网络控制
远程访问前端通道监控画面
通过网络客户端软件或浏览器访问、设置系统参数
通过客户端或浏览器网络升级程序，实现远程维护
可以通过网络查看外部报警、动态检测、视频丢失等报警信息
支持录像文件下载存储及录像回放
与相关软件（多机版客户端）配套可实现多台设备联网共享信息
双工透明串口
网络方式报警输入、输出
无线网络
支持短信发送功能
支持短信激活和电话激活
支持自动选择网络
可配置网络类型和参数
支持网络信号强度显示
动态检测
区域设置：
每画面可设置396（PAL22×
18NTSC22×
15）；
检测灵敏度设置：
区域可设置多级灵敏度；
可联动录像或外部报警或弹出屏幕提示
报警响应时间≤5s
视频丢失
可联动外部报警输出或弹出屏幕提示
报警预录
报警联动录像预录时间为5-30S
外部报警
可联动录像，或在设置的时间段内联动外部报警或弹出屏幕提示
手动报警控制
可以使能或禁止某个报警输入通道
可以模拟产生报警信号输出到某个报警输出通道
报警输入
3路报警输入（通过设置常开或常闭开关，可选择报警产生类型）
USB接口
1个USB2.0接口
网络接口
RJ4510M/100M自适应以太网口
RS485
支持TAX信息箱
RS232
1个RS232串口，用于普通串口（调试）、键盘接口及透明串口（通过网络转发串口的输入输出）用于连接外部低速设备，串口设置有硬件握手
日志查找
显示系统日志，可达1024条，并支持按时间和类型的查找日志信息
用户管理
多级用户管理，多种管理模式，本地、串口、网络的用户统一管理，特殊用户权限可设置，支持用户和组的添加和权限修改，用户和组的数量不限制
密码安全性保护
支持密码修改，有用户管理权限的用户还可设置其它用户的密码
帐号锁定策略：
每30分钟内仅可试密码5次，否则锁定
电源
DC+44V~+140V自适应
功耗
12W（不含硬盘）
使用温度
－20℃－＋70℃
使用湿度
10%－90%
大气压
86kpa－106kpa
尺寸
长×
宽×
高=340mm×
255mm×
144mm
安装方式
台式安装
机车枪型摄像机设备参数：
名称
参数
视频制式
PAL
有效像素
PAL:
752（H）×
582（V）
分辨率
540TVL
电子快门
1/50s~1/100,000s
镜头类型
25mm标配（16mm可选）
1Vp-pCompositeOutput（75欧姆/BNC）
信噪比
大于50dB（AGCOFF）
白平衡
自动
增益控制
背光补偿
红外线照射距离
100米
防护等级
IP66
工作温度
-10°
C~+60°
C
AC12V±
10%
13WMax
尺寸（mm）
288.3×
118.3×
101
重量
2500g
机车半球摄像机参数：
480TVL
1/50（1/60）s~1/100,000s
标配3.6mm（2.8mm可选）
同步方式
内同步
1VppCompositeOutput（75欧姆/BNC）
音频输出
2.0Vp-p50欧姆
大于48dB（AGCOFF）
-10℃~60℃
5～10米（3.6mm/2.8mm镜头）
DC12V±
3.5WMAX
φ94×
80
510g
机车显示器参数：
显示模式
4:
3
色彩制式
AUTO（PAL/NTSC）
液晶屏像数
800（H）XRGBX600（V）
可视区域
211.20X158.40
亮度
350流明
对比度
500:
1
可视角度
L/R:
75/75，U/D:
60/70
工作电流
Max350mA
电流电压
DC12V±
运行温度
-10℃～+50℃RH95%Max
存储温度
-20℃～+60℃RH95%Max
烟雾探测器参数:
实现功能
当烟雾浓度超过限量时，传感器发生声光告警，并向采集器输出告警信号。
9V电池/DC12V
静电电流小于10uA，报警工作电流在10-30mA之间
输出形式
干接点，警戒时输出开路，报警时输出短路，阻抗小于50欧
工作环境
-5℃-50℃，10-90%无冷凝
蜂鸣器音量强度
10英吋处为85分贝
温度探测器参数:
功能特点
SMT工艺制造、待机电流低、抗电磁干扰和射频干扰
DC12V-24V
待机电流50uA，报警工作电流在25mA
继电器输出
报警温度
57℃
报警指示
红色LED常亮，指示灯360度可见
-10℃-50℃
安装方式
吸顶安装
4系统平台管理设计
4.1软件平台特点
Ø
多业务融合
通过统一用户操作界面，单屏多屏组合显示，方便指挥中心和各站段管理人员的工作。
更可提供路局全线机车巡查、可疑信息采集、事故监测、机车车辆追踪、人员协查、案例分析、业务统计分析等特色业务，发挥全网统筹的资源优势。
录像追踪
按时间或事件检索案件发生现场的录像，对应系统功能需求：
输出视频，截图，视频备份存储，基于事件的视频存储，录像文件检索和回放等。
设备兼容
兼容130万、200万、500万像素等分辨率的高清设别，兼容主流设备厂商设备。
多级联网
超大系统规模，灵活部署。
系统提供分级、分权、分域部署模式，更可平滑扩容，进一步提升系统容量，满足业务长期快速发展的需要。
支援多级级联部署。
无线应用
支持中国电信的CDMA2000EVDO、中国移动的TD-SCDMA、中国联通的WCDMA等目前主流3G无线车载终端和单兵巡检终端。
其次，实现了Mobile手机终端的接入，具有移动抓拍、视频监控，云台控制，录像回放等功能。
4.2车载监控系统关键技术
4.2.1无线视频防火墙穿透技术
为了突破在运营商对无线网络的限制，系统应支持防火墙穿透功能，防火墙穿透技术与VPN技术类似，车载终端采用主动连接模式进行网络连接，即在车载终端与中心服务器间建立一条常连接的通路，平时传输心跳包和GPS定位等信息；
需要传送视频时，客户端通过转发服务器向车载终端提取视频流。
4.2.2视频流低带宽无线网传技术
视频无线低带宽无线传输技术包括以下几点：
1）采用压缩效率高的编码算法，目前主要采用H.264压缩算法；
2）视频流传输能适应无线网络带宽的变化，及时调整视频发送帧率和码流，可以在主辅码流之间根据网络带宽自适应切换；
3）为保障视频信息安全，可采用运营商专网进行数据网传，如中国电信的VPDN网络，中国移动和中国联通的APN网络。
4.2.3流媒体转发技术
由于无线网络上行带宽的限制，为了满足各级监控中心同时对车载终端进行视频访问，监控中心应配置流媒体转发服务器。
对车载终端的视频访问全部通过流媒体转发服务器来进行转发，使得车载终端的视频服务只占一个通道。
流媒体转发技术可缓解网络带宽紧张，提高响应访问的效率，以最少的时间代价换取更高的带宽利用率。
流媒体转发技术示意图
4.2.4多服务器负载均衡技术
监控中心和车载终端存在大量数据交互，其中GPS定位信息等需要占用大量的数据库存储空间，在车辆超过一定数量的时候，一台服务器不能满足系统管理的要求，系统应支持多服务器平衡负载。
系统负载均衡是指多台服务器以对称方式并行处理，每台服务器都具备等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助；
多服务器负载均衡技术也为系统无缝扩容提供完善的解决方案。
4.2.53G视频无线网传制式的选择
不同3G运营商网络带宽对比
由于各运营商采用的制式差异，3G视
升级会员 