机车视频监控系统

机车视频监控系统 机 刘应军 应 用 (广州机务段，广东 广州 510010 ) 作者简介:刘应军(1973-)，男，工程师，长期从事机务 摘 要 :阐述了机车视频监控系统的软硬件结构和功能特点。系统基于 DVR 技术与铁路安全管安全管理工作。 理需求而开发，可以根据铁路安全管理需求设置各类项点并进行抓拍和记录，能提供监视画面及报警 信息代替司机巡检。该系统对事故预防、事故以及监督乘务员作业都将起到重大促进作用。 关键词:机车监控系统;视频监控;项点记录;实时通信;文件下载;数据解析;无线网传 中图分类号:TN94;U260文献标识码 :A文章编号:1000-128X(2010)02-0047-03 Locomotive Video Monitoring System LIUYing-jun (Guangzhou Locomotive Depot, Guangzhou, Guangdong 510010, China) Abstract: This paper introduced the software and hardware structure, function characteristics of locomotive video monitoring system. The development of the system was based on DVR technology and the needs of railway safety management, which could snap and record all kinds of items point according to the needs of railway safety management. The system could provide monitor screen and alarm information, which could instead of the driver inspection. The system will pay a significant role in accident prevention, accident analysis and supervision of crew operations. Key words: locomotive monitoring system; video monitoring; items point record; real-time communication; file download; data analysis; wireless network communication 0 引言 一直以来，机车运行没有图像记录依据，这给事 故事后分析带来了难度。机车视频监控系统与L K J 列 车运行监控记录装置进行实时通信，结合机车运行数 据全程摄录机车运行环境和司机标准化作业状况，改 写了机车运行没有图像记录依据的历史。 1 系统软硬件构成 JA FX - ?型机车视频监控系统由系统硬件和系统 图 1 J A F X - ?型机车视频监控系统车载部分构成图 软件构成。硬件包括车载部分和地面部分。车载部分 由DVR 主机、摄像机、显示终端、连接电缆组成。图1 为 集、视频传输以及终端显示都要通过车载DVR 主机。表 4 路视频监控系统车载部分连接框图。地面部分包含服 1 为车载主机技术规格，图2 为4 路视频监控系统车载主 务器、分析终端等。系统软件主要由底层软件、主机控 机电路图。主机实现视频监控系统的各项主要功能， 制程序、地面解析软件组成。 如:摄像录音功能、事件抓拍功能、状态监视功能、记1.1 DVR 主机 录转储功能乃至远程传输等。车载DVR 主机具有宽电压 号，具有高强度、耐高低温特点，并且采用封闭布线。 清晰的画面。监视屏一般安装于司机操纵台上，可锁 定画面或轮循画面，除具备监视功能代替司机巡检外，表1 车载DVR 主机技术规格 还可直观呈现主机硬盘录像状态。监视画面通过字符、 技术指标项目 红色光标的提示，能够及时了解系统工作状况。 视频输入 / 视频输出 P A L :B N C 4 ~ 1 6 路输入 / 2 路输出 1.4 系统软件 4 路 B N C 输入，2 路 B N C 输出音频输入 / 音频输出 PA L:7 2 0 × 5 7 6录像分辨率 视频监控系统的软件流程图如图3 所示，视频监控 PAL:25 帧 /s录像帧率 模块数据处理流程图如图 4 所示。 1 2 英寸(3 0 4 . 8 m m )彩色液晶显示器L C D 液晶显示 PA L: 7 2 0 × 5 7 6显示分辨率 显示帧率(四画面)P A L:1 0 0 帧 /s (4 × 2 5 帧 /s ) H . 2 6 4 压缩格式 硬盘容量 160 GB 录像模式 全程连续录像、移动侦测录像、事件触发录像录像时间 1 6 0 G 硬盘 @ 2 5 帧 4 通道可连续录像 2 0 0 h U SB 端口 2 路与 L K J 通信方式 R S 4 8 5 通信红外遥控器 工 可实现远程(2 0 m )遥控操作作温度 电源输入 , 2 5 ,6 5 ? 尺寸 DC 77 ,137 V /D C 1 2 V ，功率(最大):110 W图 3 系统软件流程 2 9 0 m m × 2 5 0 m m × 1 3 5 m m 1.2 视频编码 视频编码压缩技术为D V R 系统的核心技术之一， 该技术的好坏直接影响到系统的性能。机车视频监控 系统采用当今业界公认视频压缩标准H.264，具有码流 小、压缩比大的特点，大大节省了存储空间。经测算， 1 h 的机车视频文件可以压缩至200 MB 的空间存储，若 开通4 路视频连续录像，1 6 0 G B 的硬盘可以压缩存储 200 h 以上的视频文件;若其中2 路采用移动侦测，则可 压缩存储的文件长度更为可观，这极大地适应了当今 机车长交路运行的特点。 图 4 视频监控模块数据处理流程 2 与LKJ装置实时通信并同步记录音像和监控 信息 视频监控系统与列车运行监控记录装置(LK J)实 时通信，共享TAX2 综合监测装置平台的监控装置的时 间、公里标、车次、站名、司机号、信号、工况等信息，这 是机车视频监控系统的一个重要特点。通过与LKJ 实时 通信，系统由单一的音像监视和记录，升级为加载同步 机车运行状态和监控装置信息的资信丰富的音像文件， 为安全管理提供更为直观详实的资料。系统与LKJ 的通 信方式采用RS485 协议。机车上LKJ 监控信息输出口通 常使用2 种TAX2 接线盒，调制速率分别是9 600 bps 和 图 2 J A F X - ?型机车视频监控系统车载主机电路框图 28 800 bps。视频监控系统能自动兼容用2 种调制速率传 输的通信信息，保证信号数据传输正确。所以不论使用 1.3 系统外设 车载DVR 主机接口与摄像机、监视屏、LKJ 等设备 哪个TAX2 通信接口，系统主机与LKJ 都能保持良好通 通过电缆连接，摄像机的位置一般设在两端司机室，其 信，采集正确的监控信息，并与音像记录保持同步。 中2 路采集前方路况，2 路采集司机标准化作业状况。另 可根据实际需要设置状态监视摄像机，采集电器间、机 械间、机车走廊等重要区域的状态环境信息，及时预 3 卡控安全薄弱环节设置项点并下载警，防止可能的事故隐患。除前方摄像机外，其余摄像 根据机务运用安全管理的实际需求，机车视频监 所谓项点记录主要是针对机车运用安全薄弱环节，紧内完成对某趟车次或某个日期文件记录的分析。项点 密结合L K J 装置实时提供的机车运行数据信息，在一 记录卡控到安全薄弱环节，在实际运用中，起到了超 前预想、有效防控、事半功倍的效果。 些威胁安全的关键时段或地段进行抓拍和记录，如 表2 机车视频监控系统项点记录定义及参数 “开车”、“停车”、“过分相点”、“特殊区段”、“侧线运行”、 “监控动作”、“人为紧急”等等。当机车处于这些特殊 项点名称 项点定义和参数 时段或地段时，系统会相应形成项点记录，一般项点 开 车 监控运行状态下，速度升到 3 k m /h 时前 5 0 s ，后 1 0 s 记录为60~120 s 的时长，部分项点的设置定义参见表2。 停 车 速度降至 0 时前 4 0 s ，后 2 0 s多数项点采取了预录和延时记录结合的方式，如“开 监控动作 速度非零时，收到监控动作信息时点的前4 0 s ，后 2 0 s 车”，项点记录时段为速度达到 3 k m / h 时前5 0 s 和后侧线运行 收到双黄灯信号开始， 至双黄灯信号消失止 人为紧 急 5 s 内管压骤降达 300 k P a 及以上，该时点前 40 s ，后 20 s 进入调10 s ，可以观察到司机开车前后较为完整的作业情况、 车 收到进入调车状态信息前 5 0 s ，后 1 0 s 前方路况和信号状态，以判断其是否严格执行标准化 退出调车 收到退出调车状态信息前 2 0 s ，后 4 0 s 作业。一般而言，DVR 产品仅能提供10 s 左右的报警前 过分相点 分相点前 2 0 0 m 、后 2 0 0 m 预录时间，限制了管理人员获得更加全面的信息。本 机车运行到预先设定特殊地段的起点公里标开始 至 特殊区域 终点公里标止 视频监控系统采用计算机领域中通常采用的虚拟内存 调车区域 调车状态下，速度升到 3 k m / h 时前 5 0 s ，后 1 0 s 技术，在硬盘上开辟虚拟内存空间，解决了物理内存 红黄信号 收到红黄灯时前 1 0 s ，后 5 0 s资源紧张的问题，化解了正常录像和预录同时进行时， 开关视频 系统开机后 6 0 s ，关机前 6 0 s 对硬盘乃至整个DVR 视频监控系统造成的数据传输压 内燃停机 机车柴油机转速低于 3 5 0 r / m i n 前 2 0 s ，后 4 0 s 继乘交接 改变司机代码时前 1 0 0 s ，后 2 0 s力，可以将视频监控中的报警前预录时间大大提高， 预录时长可达到1m in ，这对于管理人员更加详细地掌 4完整的声音、图像、监控信息相结合的文握触发报警前后所发生的各种事件有了极大的帮助。 件解析项点记录为机务安全管理分析提供了智能化手 系统的分析终端配有解析软件，本系统的地面解 段。机车视频监控系统具备实时下载或指定下载功能， 析软件具备完整的声音、图像、监控信息相结合的分 可通过U 盘对项点记录进行下载，乘务员或地勤人员 析界面，如图5 所示。 将U 盘插入主机USB 口，便可下载到所需的项点记录， 图 5 J A F X - ?型机车视频监控系统解析软件播放界面 (下转第53 页) 递给主线程，其每个点前后2 次读取的温度相差2?以上 避免了资源和时间上的浪费。将处理后的结果通过消 则作为一条记录保存至文件中，以便下载进行分析。息机制发送给主线程，同时将结果保存至文件中，如3.5 振动线程 果遇到有故障的结果，则在文件中保存其采集的振动 振动线程主要是采集振动数据、分析处理振动数 数据，以便地面进行分析处理。 据。其流程和温度线程基本一致。振动线程通过对信 号处理板输出的振动信号进行 A / D 转换和采集后，利 4 结语 用内置的诊断算法进行分析处理。如图6 是在主机界面 机车走行部状态监测及故障诊断装置于2004 年开始 上显示出来的振动分析曲线，其上部曲线为时域曲线 研制，最初采用的是DSP+ 单片机的硬件技术，存在 (采集的振动原始数据)，其下部为频域曲线(经过共振 数据处理能力不够强大以及外设接口不易扩展的缺陷， 解调诊断算法分析后的频谱图)。 可靠性也存在不足，后经不断优化改进，从2006年开始采 振动线程中采集振动数据需要使用一定的时间。 用上述最新的技术平台。实践证明产品的数据处理能力 程序中将采集数据和分析数据同时进行，即在采集此 和可靠性大大提高，并且对各类USB 及以太网接口设备 有很好的兼容性和稳定性。迄今为止，产品已经在SS9G、 DF、SS4G 等提速重载车型上批量安装使用，并成功正确 11 检测到多起走行部轴承、齿轮及踏面的故障，预防了可 能的重大事故，为机车的安全运行提供了有力保障。 参考文献: ,1 , 桑 南. 嵌入式系统原理及应用开发技术,M ,. 北京:北京 航空航天大学出版社，2 0 0 2 . ,2 , 马忠梅. A R M & L IN U X 嵌入式系统教程,M ,. 北京:北京 航空航天大学出版社，2 0 0 5 . ,3 , 冯博琴，易萍雯. Tu rb o C+ + 编程,M ,. 北京:电子工业出 版社，1 99 4 . ,4 , 北京飞漫软件技术有限公司. Min iG U I 使用手册,K ,. 北京: 北京飞漫软件技术有限公司2， 0 0 8 . 图 6 振动曲线 (上接第49 页) 控指挥中心不但可以实时浏览机车运行的视频图像， 还可通过短消息或语音交换等方式与机车乘务员人员 解析软件是在WINDOWS 操作系统下用C++ 语言 进行互动,大大缩短了监控指挥中心和车载DVR 的空间 编译而成, 针对专用图像数据格式制作的专用软件，具 距离，便于对机车的远程管理。 备完善的音视频文件分析处理功能，完美的图像、语 音、监控信息三合一的分析界面。它主要针对H.264 音 视频压缩音像文件处理，参照机务领域熟知的 L K J 地 6 结语 面分析软件模式，并加以丰富和改善，使得操作人员 目前车载DVR 无线网传的应用因无线网络带宽波 能更方便快捷地处理分析音视频文件，图文并茂，信 动比较大，高速行使时视频图像效果并不理想，常见 息直观，能够结合机车信息和地面数据同步、多画面 的问题有:图像延迟时间长、画面有马赛克、视频不连 重现机车运行和司机作业状况,对机车乘务员标准化作 贯。针对上述问题，改善软件控制，优化视频编码方案 业具有良好的指导作用，对事故预防、事故分析以及 和网络传输协议。优化后的视频编码算法可自动适应 监督乘务作业都将起到重大作用。其主要功能有:数 带宽波动，根据实时网络带宽自动调整帧率和码流等 据处理分析、全程记录播放、事件记录查询、事件记录 参数;经过对无线网络状况的分析研究，调整网络协 播放、事件记录统计、数据管理等功能。 议中I P 数据包的结构，可确保无线视频图像网传的清 晰和稳定。此外，机车视频监控系统还可以通过DSP 芯 片完成前端抓拍功能，并将图片传输回地面监控中心。 图片最大分辨率可达到D1(704 ×576)，图片清晰到可 5 无线传输和远程监控管理 辨识人员的面部表情，在实时无线传输不稳定的情况 随着无线网络技术的高速发展，车载D VR 不再是 下，前端抓拍功能提供了备用的获取现场信息的方案。 孤立的机车监控终端，而可以成为大型网络监控的组 机车视频监控系统以其高效实用的安全防控作用 成部分。具体是指利用无线网络运营商现有的网络平 在铁路行业具有广阔的应用前景。 台进行网传，如中国移动的3G/GPRS 和中国联通的3G/ CDMA 网络，实时接收和发送音视频文件，其特点是不 file:///D|/我的资料/Desktop/新建文本文 档.txt Appliance Error (configuration_error) Your request could not be processed because of a configuration error: "Could not connect to LDAP server." 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