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高鐵沿線視頻監控技術的應用

作者:萬騰科技;閱讀:

        隨著我國交通建設的突飛猛進發展,目前前所未有的高鐵普及日愈凸顯,高鐵速度成為了中國的一張名片。據悉,中國高鐵里程預計2020年將達到1.8萬公里。高鐵的快速發展使其對安全運營非常重視,近年來高鐵安全防范需求急切上升,帶來了新的市場分支領域,這對深耕于此的山東萬騰電子科技有限公司是機遇也是挑戰。7lU山東萬騰電子科技有限公司

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高鐵與視頻監控的應用發展
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國際通常將高速鐵路定義在時速200公里以上,而中國高鐵,即CRH(ChinaRailwayHigh-speed)的時速也定義在200公里以上,另外,我國又增加了“客運專線”的等級,客運專線是以客運為主的快速鐵路,時速200至350km/h的鐵路統稱為客運專線。京津城際是我國第一條具有世界一流水平的高速鐵路,最高運營時速設計為350公里。隨著京津高鐵的開通運營,我國各個地方的高鐵逐漸發展了起來,如石太客運專線、合武線、武廣客運專線、京滬高鐵等等,可以說目前我國鐵路建設進入了“高速運行、高速發展”的“高鐵”時期。
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由于高速鐵路運行速度快,運營安全風險高,其對安全技術保障措施的反應速度、運行效率提出了高要求。為了保障高鐵的安全運營,高鐵對安防尤其是視頻監控的需求不斷增多,同時也提出了更多先進性的技術要求。目前高鐵的視頻監控系統,要求采用先進的視頻技術,基于鐵路系統的IP網絡,構建數字化、智能化、分布式的網絡視頻監控系統,滿足公安、安監、客運、調度、車務、機務、工務、電務、車輛、供電等業務部門及防災監控、救援搶險和應急管理等多種需求,實現視頻網絡資源和信息資源共享。據了解,在高鐵領域,常用的與各業務相關聯的鐵路視頻監控系統有近30個,由于高鐵領域視頻監控系統涉及業務部門太多,各個部門如公安、車務段、機務段、旅服系統、客運段等都有各自獨特的視頻監控需求,為了實現統一管理,早在2008年鐵道部出臺了《鐵路綜合視頻監控系統規范(試行)》,對綜合視頻監控系統的組成、網絡架構、服務質量以及涉及到的一些關鍵設備和技術等級等都做了明確規定。隨著該技術規范的出臺,高鐵在視頻監控系統的建設上遵循“統一領導、統一規劃、統一標準、統一資源、統一管理”原則。近年來,隨著安防技術的快速發展,高鐵視頻監控的應用也不斷有新變化,這其中,高鐵沿線監控作為高鐵安防領域中涉及面最廣,對設備和技術的要求也最復雜,受到了眾多廠家的關注和政府部門的重視。順應技術以及需求的變化趨勢,近日國家鐵路局在北京組織召開了鐵路工程建設標準專家委員會會議,審查新修訂《高速鐵路設計規范》,新規范有望在年內發布,新規范的出臺或將對高鐵安防產生重要影響。
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        高鐵沿線監控的需求7lU山東萬騰電子科技有限公司

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高鐵具有這樣一些特點:全程跨度大、環境復雜、用戶眾多、建設周期長、施工難度大、建設成本高、站點數量少、站點間距大等。特殊的環境使高鐵對視頻監控的要求比較高,一般高鐵沿線的視頻監控必須得適應各種復雜的環境氣候條件。高鐵經常會經過邊遠地區,其對設備的穩定性要求高,客觀上不允許經常性的維護和升級工作。同時,高鐵對視頻圖像效果、壓縮編碼效果、功能性能、傳輸、聯網等都比其他平安城市項目的要求高。標準中還特別強調了關于EMC電磁兼容能力的要求,由于高鐵沿線往往是周邊荒野,對防雷的要求以及對圖像智能分析的處理要求,都是因為高鐵沿線的特殊環境所迫切需要的。除此之外,系統的兼容能力、擴展級聯能力等也都是影響高鐵監控效果的重要因素。
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高鐵沿線監控技術應用
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高鐵監控的特殊需求雖然很多也很復雜,但是近幾年監控技術的發展對很多問題的解決起到了很好的推動作用。近一兩年來,新技術的應用使高鐵監控應用越來越貼近實際,日漸滿足了高鐵的最核心需求。以下從幾個方面側重對高鐵沿線的監控技術應用進行介紹。
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  1.圖像技術處理
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對于高鐵遠距離監控,最基本最核心的問題就是圖像的效果,一般情況下的處理在此不做贅言,筆者針對高鐵環境說一些特殊的圖像需求。第一是透霧。近幾年來霧霾、大霧天氣現象頻繁出現,高鐵運行時需要對周邊的情況提前預知,透霧的要求逐漸成為標配。針對透霧的實現,目前可以采用光學透霧和電子透霧相結合的方式進行,光學透霧可以實現物理層面的濾光機制,通過鏡頭和濾波片雙層角度來較大承載紅外波長。目前這一應用技術在不斷發展,其可以配合電子透霧,優化圖像處理,再結合圖像參數的調節,寬動態補償、對比度的優化等匹配,來改善霧天成像的問題。
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對于高原環境,強光的日照影響會造成成像問題,同時逆光下的成像處理也不理想,需要攝像機能實現強光抑制功能,這要結合電子快門、增益補償等優化圖像處理,還需要對產品遮陽沿、鍍膜視窗、偏振鏡等進行結合提升,一般這都需要進行定制。此外,目前超低照度、星光級照度技術的應用,對高鐵沿線的夜視效果有很大的改善作用,在高鐵沿線無補光照明的環境也同樣能保證清晰的視野效果,目前星光級的處理堪稱高鐵沿線的標桿應用。
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 2.環境適應性
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高鐵沿線處于不同的自然環境,面臨日曬雨淋、臺風、雷擊、冰凍、暴曬、高溫、低溫、高濕等這些環境因素,高鐵監控要求攝像機能夠全天候工作,因此沿線監控對環境的適應性要求很高,對設備要求極高,因為每個破壞環節都可能造成系統維護成本的劇增。
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目前高鐵監控設備要求具備IP67的防護等級,這是在惡劣環境下保證設備內部器件的一個基礎。在重載的云臺攝像機產品結構上要做到IP67并非易事,在高寒高冷高濕高熱等環境下,需要內部配置多個高效高低溫風冷組件,智能化判定需要加熱以及風冷的因素,尤其在電機、圖像處理、鏡頭、渦輪等位置,必要時可以配置傳感器來進行智能化分析內部的溫濕度情況,自發的響應風冷加熱。對于北方邊界有冰凍的環境,還需要配合預熱驅動或熱感輔助等情況,來保障云臺產品的正常運轉。對于高熱高濕環境,甚至有鹽堿性質的環境,還需要做好三防處理,這些看似不起眼的工作,會對正常監控產品有極大的影響。
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 3.強電磁干擾
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電磁干擾是高鐵沿線監控應用的主要障礙之一,因此其對設備的抗干擾要求是必備的。高鐵沿線布設高壓傳輸網一般在50萬伏,安全距離是50-150米,在50米范圍內,對高壓的影響處于抗擾狀態。一般高鐵沿線監控為了施工便捷,有的會沿用高壓塔作為布設攝像機的立桿,這往往會形成高密度的干擾環境,形成干擾源。再者國內的高速鐵路基本上都是采用電力動車組,所以高速鐵路都有接觸網,高鐵上方的接觸電網是2.7萬伏,接觸網由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱等幾部分組成,接觸網的質量和工作狀態將直接影響著電氣化鐵道的運輸能力,擔負著把從牽引變電所獲得的電能直接輸送給電力機車使用的重要任務,這是另外的干擾源。
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       這種高壓強磁對于全天候24小時工作的監控設備影響很大。隨著技術的發展,企業對電磁干擾的解決辦法一直在優化,目前很多企業通過設置屏蔽層,加上電路板本身的抗擾性、物理防護的抗擾性等,來改善和解決高鐵沿線監控電磁干擾問題。但是事實證明,在高鐵高速行駛狀態下產生的磁場對周邊設備的干擾影響是最大的,尤其在高速通過的瞬間帶來電磁波的干擾往往對圖像有致命影響,這需要我們對物理防護和屏蔽層的處理要到位,對傳導抗擾和輻射抗擾性要能深入剖析和解決。
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  4.遠距離監控
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高鐵沿線的視頻監控路段有的是荒無人煙,監控半徑廣泛,一般3-5公里設置一臺攝像機,可覆蓋周邊高鐵沿線以及外圍的監控。對于橋梁、隧道、高架、村莊等環境,需要精準監控,配置長焦鏡頭,實現自動光圈和自動調焦。對設備要求具有云臺精確度,也就是預置位精度,能夠對重點位置實現精確變焦和定位,還要云臺具有平滑性,使得圖像效果連續穩定。同時還得具有自動復位或者叫守望位,自動恢復固定位置和視角。7lU山東萬騰電子科技有限公司
此外,攝像機處于海拔或幾十米高的鐵塔上,對抗風載能力要求較高,抗風載能力解決了才能從根本上改善和解決防抖動的問題。一般在惡劣情況下,8-9級的大風屬于正常,
山東萬騰電子科技有限公司的云臺攝像機本身通過結構、固定、風阻等方面來提升和改善,同時還要具有大傳動比來滿足重載承載的要求,才能保證高鐵沿線的正常監控。7lU山東萬騰電子科技有限公司

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5.設備智能診斷
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從高鐵安全檢測的角度看,高鐵沿線的護欄、車站口、橋梁通道、村莊路段等,如果有人攀爬、穿越或者動物穿行,會引起不必要的危險,甚至影響高鐵的行駛,因此視頻監控系統要求具備視頻分析及告警功能,比如在前端的越界報警,通過區域設置或劃線設置、移動偵測、入侵檢測、逗留(滯留)檢測、逆行檢測等基本檢測模式,并支持兩種以上組態的行為分析。支持在同一場景下劃分多個防區,并支持在同一防區內實現多種檢測模式。當圖像抖動的像素超過一定限值時,應能自動停止分析,并發出告警提示,通過這種分析來提前報警或觸發示警的方式,將可以避免或降低危險的發生。
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        另外從監控設備的維護角度來看,對于設備圖像異常診斷、視頻丟失告警、設備線路運行的診斷、設備故障的診斷等,需要通過數據分析的方式和聯動報警的方式,提醒管理員有針對性地去維護故障設備或線路,進而保障系統智能化運行。7lU山東萬騰電子科技有限公司
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結語
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隨著高鐵的不斷發展,目前其沿線的基礎配套也越發成熟,視頻監控技術在高鐵沿線的應用也更加完善,其結合太陽能、風力發電、大功能微波無線傳輸、熱成像技術等也得到廣泛應用,再結合后端系統智能配置、子系統的整合、調度和預案、安檢及偵查等等,使得高鐵監控系統的應用全面而有效,讓我們看到了伴隨高鐵快速發展而成長起來的高鐵視頻監控。雖然目前仍有一些應用難題需要解決,但高鐵視頻技術的發展和應用一直在不斷創新和突破,山東萬騰電子科技有限公司的技術將會更好地為高鐵沿線護航,為高鐵運行保駕。7lU山東萬騰電子科技有限公司
 
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