周 伟

(中铁第四勘察设计院集团有限公司通号处，武汉 430063)

1 宜万铁路视频监视系统概述

1.1 项目背景

宜万铁路地处鄂西山区，处于云贵高原区与长江中下游平原区的接合部，穿越巫山山脉，地质地貌复杂，岩溶、顺层、滑坡、断层破碎带和崩塌等主要不良地质现象分布广泛，全线山高壁陡，河谷深切，许多路段的铁路处于岩溶隧道内，且两侧边坡陡峭，土质多样，易发洪水、滑坡和泥石流等自然灾害。为了防止这些自然灾害冲毁铁路，威胁铁路运输和人民生命财产安全，造成重大的经济损失和安全事故，在这些路段建造了钢筋混凝土堤坝和排水洞进行了加固和疏导，并在铁路两侧配以防护网，以防山上落石对铁路造成破坏，同时为了防患于未然，有必要对堤坝、排水洞和防护网安装安全监测报警系统。鉴于对监测系统有效性、准确性和长期工作的稳定性要求，系统采用了高性能的视频监视网络进行实时监测和预警。

1.2 视频监视技术概述

视频监视技术主要实现危险地段视频监视图像的监测、录制、报警、复核功能，同时能对报警图像进行存储、查询、远程调阅等功能。

本视频监视子系统方案主要实现在本项目中监测点光纤光栅探测器发生报警时，通过调用视频监视图像进行灾情确认功能，同时能将报警图像进行存储、查询、远程调阅等功能。

通常摄像头覆盖整个被监视区域进行全方位摄像，当前端光纤光栅探测器发生报警时，将联动摄像机镜头对准报警区域，同时在监视系统软件中弹出报警区域的实时视频图像或将报警区域的实时视频图像切换到指定的监视器上，工作人员可以控制摄像机对报警区域进行视频图像复核，判别警情，以便采取进一步的安全防护措施。

2 视频监视系统结构

2.1 系统总体结构的选择

系统采用以视频编解码器为核心的数字视频监视系统。监控前端主要由摄像机及设备箱、编码器等主要设备组成。视频采集点的视频信息，经编码器进行数模转换、压缩编码后，通过通信MSTP传输平台或光纤数据网络平台传送到视频监视中心。

视频监视中心是视频监视系统的管理中心，负责整个视频监视系统中监视设备及传送网络的统一管理和调度，具有系统管理、网络管理、事件录像管理、视频流组播/分配管理、用户鉴权管理、监控及报警信息统计、报表生成等功能，同时实现和其他相关应用系统进行数据交互功能。

2.2 监控中心

监控中心系统通过各个架设在高岩边坡段、溶洞内的摄像机，将现场的视频集中传送到监控室，工作人员不用亲临现场，在监控室中就能同时对各前端现场实时查看。当前端光纤光栅探测器发生报警时，工作人员可以控制摄像机对报警区域进行视频图像复核，判别警情，以便采取进一步的安全措施。

监控中心配置存储服务器、流媒体服务器、电视墙服务器、电视墙(大屏)等设备。

2.3 车站分控中心

分控中心一方面监控本站所辖管各高岩边坡段及溶洞的水流量情况，另一方面和中心联网，实现信息共享。分中心操作权限低于一级中心，根据权限设置，可监控全部或管辖内的视频点，每个分中心配备1台视频监视工作站和图像显示设备。

2.4 前端监控设备

前端监控设备主要实现视频图像的采集功能，同时考虑设备的稳定性、可靠性及可扩展性。

3 视频监视系统实现

3.1 视频监视设备选型

(1)摄像机

宜万线地处山区多雾，摄像机无法穿透云雾监视，对可视距离会产生一定的影响。为了避免影响铁路行车，铁路沿线红外灯需要采用940 nm波长，监视现场夜晚无辅助光源，摄像机红外可视距离一般多在100 m范围以内。因此在宜万线特定条件下，监视范围以容易突发危岩落石的隧道口铁路轨面100 m范围为主，兼顾落石边坡的监视。在全线11处隧道口监控点共设置26套前端监视设备。

溶洞内视频监视环境恶劣，常年潮湿阴暗，在隧道内设置长明灯作为辅助照明，摄像机采用彩转黑防爆摄像机。在全线6处隧道内泄水洞监控点共设置6套前端监视设备。

(2)视频编码器

视频编码器作为本系统的核心信号处理设备，对摄像机采集的模拟视频信号进行模数转换、压缩编码。

(3)防雷器

为保证视频设备的安全性和可靠性，各监控点均配置三合一防雷器，对视频信号、RS485控制信号、电源进行防浪涌保护。

(4)设备箱

摄像机可安装在沿线既有建筑物上，如GSM-R铁塔等，无可利用建筑物时需架设5 m立杆，并做好接地与防雷处理。

(5)立杆

设备箱安装在立杆上或业主方指定位置，配锁匙或扳手等安全措施，同时考虑防水、防尘和昆虫的侵入，以及防啮咬措施。

(6)传送网络

宜昌至凉雾段利用传输系统的MSTP业务，在各监视点附近的基站提供视频监视系统的传送平台接入。凉雾至万州段视频信号传输通道利用沿线敷设光缆解决，敷设单模通讯光缆建立IP传输光纤网络。

3.2 系统功能

视频监视功能，系统能对各高岩边坡监控点进行实时视频图像的监控。

PTZ控制功能。视频客户端可根据权限控制云台的旋转角度，摄像机的光圈大小、聚焦程度、加热开关、雨刷开关、变倍程度、照明开关等。

报警联动功能，实现报警时的视频图像复核功能。

支持B/S或者C/S系统访问方式。

权限管理功能，各操作员可以在自己权限内调用图像和修改系统设置。

自动检测系统设备的工作状态。

分组同步切换功能，可动态地设置和任意组合摄像机及监视器的显示关系，将任意摄像机的视频信号切换到任意显示器上显示。

能够对所存储的监视图像进行检索和回放。

3.3 防雷接地

宜万铁路防灾视频监视系统因地质环境和安装环境因素，对防雷接地要求就比较严格。

(1)防雷解决方案

监控设备所遭受的雷击主要存在两种形式:直接雷击和感应雷击。

直接雷击:雷电直接击在室外监控设备上造成设备损坏。

感应雷击:由静电感应和电磁感应造成，产生的感应过电压通过电源线、信号线、视频线、传输电缆侵入设备，造成电位差使设备损坏。

为避免直接雷击，室外摄像机设备新立杆安装避雷针。而对于感应雷击，采取以下措施。

①室外监控摄像设备线缆引上时采用金属管屏蔽，所有线路(如电源线、视频线、信号线和云台控制线)安装相应的防雷器。

②室外监控摄像设备采用就近设置接地方式，接地电阻原则上小于4 Ω。

③距离铁路线20 m范围内的监控设备纳入铁路沿线既有的贯通地线系统。

室外光缆引入室内时对金属外护套进行隔断，电缆引入室内时金属外护套进行接地，同时通过UPS设备所带的防雷器进行防雷。

(2)其他注意事项、维护要则

①防雷设计应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等基础上，详细研究防雷装置的形式及其布置。

②在具体工程中，防雷设备安装位置及设备选型均应由专业人员根据实际情况选定。

③应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材，避免使用非标准防雷产品和器件。

④避雷针体、避雷带、支架、接地引下线、接地体、连接线等部件，均应采用热镀锌等方法，有效防止锈蚀。

⑤应定期检查防雷器的使用情况，发现有损坏、老化的情况应及时更换。

4 视频监视系统施工安装与调试

4.1 隧道口监视设备安装

本项目隧道口视频设备主要是对高岩边坡路段进行监控，由视角、安全性以及光源等因素选择合适安装地点。对接地要求为接地地阻小于或等于10 Ω，利用信号贯通地引入设备箱。设备选型方面，对于像柿子口大桥处以及五爪观隧道处高陡边坡，由于边坡高度以及宽度方面要求较高，系统采用安装派尔高云台摄像机，仰角可以达到垂直最大-75°～+75°。还有像红外灯，由于铁路特殊环境，不能选用传统850 nm技术(有可见红光)，该系统选用的为950 nm技术红外灯，但是功率方面因技术因素原因肯定不如传统已经成熟应用的850 nm技术红外灯。

①柿子口大桥处(高陡边坡):堰湾一号隧道口和堰湾二号隧道口壁装。

②五爪观隧道进口(高陡边坡):利用直放站两边壁装。

③堡镇隧道出口(冲沟):隧道口立杆柱装。

④高阳寨隧道出口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

⑤龙麟宫隧道进口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

⑥马鹿箐隧道进口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

⑦齐岳山隧道进口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

⑧关仓坪隧道出口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

⑨羊子岩隧道进口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

⑩打子坪隧道出口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

⑪广成山隧道出口(高陡边坡):利用直放站两边壁装。

⑫庙垭口隧道进口(高陡边坡):隧道口立杆柱装。

以上为各监控终端安装方式。

4.2 隧道内监视设备安装

本项目隧道内视频设备主要是对隧道内溶腔、平导以及排水洞进行监控，由视角、安全性以及光源等因素选择合适安装地点。对接地要求为接地地阻小于10 Ω，利用信号贯通地引入设备箱。设备选型方面，应用的为一体化防爆云台摄像机，设备箱选用的也采用防爆技术。光源方面，选用安装照明灯以及加装红外灯方式。

①龙麟宫隧道内(岩石溶腔):溶洞里面立柱装。

②云雾山隧道内(排水洞):防堵墙壁装。

③马鹿箐隧道内(排水洞):溶腔壁装。

④大支坪隧道内(平导):溶腔壁装。

⑤野三关隧道内(排水洞):防堵墙壁装。

⑥齐岳山隧道内(平导):溶腔壁装。

其中，为了使龙麟宫隧道DK231+796溶洞视屏监控有更广阔的视野，尽可能地避免受溶洞内石堆及既有立柱的影响，通过现场调查，结合视屏监控设备的性能，在该溶腔内增设2个3 m高的视屏底座，将视屏设备放置于底座之上。安装位置参见龙麟宫隧道溶洞内视频设备安装示意(图1)。

4.3 综合工区设备安装

为保证视频设备的安全性和可靠性，在综合工区监控中心，设置3台服务器以及1台客户端服务器。

图1 龙麟宫隧道溶洞内视频设备安装示意

服务器功能分别为中心管理平台，流媒体转发平台以及视频存储单元，还专门提供1台磁盘阵列(200T海量存储)，对视频数据进行安全、不间断以及批量的处理。由于系统网络传输的是数据量巨大的视频信号，而且还有扩容方面的需求，所以对网络要求也很高，网络的质量对图像的画质、存储录像以及摄像头控制影响很大。

4.4 系统调试

系统调试分2步进行，终端设备处在安装施工过程中进行现场调控，主要是检查现场光电缆是否接通以及测试设备的运行状况、调整摄像的角度、设置设备参数。设备的现场安装调试完成后，到综合区进行全局联网调试，主要是安装视频系统软件，测试网络是否通畅，能否接受到远程图像以及远程操控摄像机，并设置软件参数和用户权限，以实现系统设计要求的所有功能。

5 结语

在当今航空、公路运输高速发展的今天，铁路运输仍然是我国国民经济的命脉，保障铁路运输的安全具有重大经济效益和社会效益。通过远程视频监视系统的使用，可以有效提高我国山区铁路预防减灾的效果，使安全监测报警技术上升到一个新的台阶。宜万铁路已于2010年12月开通，危岩落石及隧道内溶洞视频监视系统运行稳定，为宜万线的安全运营发挥了一定的作用。防灾落物及溶洞视频监视系统，具有较强的综合性、复杂性和代表性，通过对安防监控系统监控铁路沿线风险隧道解决方案的一些要点的探讨，阐述对防灾视频监视问题的一些看法和有限的经验，期待行业同仁给予批评指正，共同完善、丰富视频防灾技术，宣传、推广更加合理、准确的视频防灾方案，更好地解决社会上的铁路防护问题，有效达到减灾目的。

［1］《中国铁路通信史》编辑委员会.中国铁路通信史［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［2］王林凤.大准铁路应急通信系统技术方案［J］.内蒙古科技与经济，2008(17).

［3］张 森.远程视频准动态传输系统研制与开发［J］.铁道通信信号，2002(1).

［4］张伟华.我国铁路应急通信图像传输系统的技术现状与发展趋势［J］.铁道通信信号，2003(4).

［5］蔡安妮，孙景鳌.多媒体通信技术基础［M］.北京:电子工业出版社，2008.

［6］丁忠校.视频监控系统的应用现状与发展综述［J］.科技咨询导报，2007(28).

［7］李 杨，侯艳芳.基于IP网络的数字远程视频监控系统的设计与实现［C］∥全国冶金自动化信息网年会论文集，2004.

［8］段 华.网络视频监控系统的设计技术与应用［J］.建筑电气，2010(11).

［9］马建光.视频监控传输技术现状与发展趋势［J］.中国安防，2010(Z1).

［10］樊亚琴.浅谈视频监控系统的应用与发展［J］.科技情报开发与经济，2010(5).