大功率交流內燃機車自動視頻監控及記錄系統

魯渝玲

(大連機車車輛有限公司 技術開發部，遼寧 大連 116021)*

0 引言

隨著鐵路系統信息化改革的不斷深入，六次大面積提速實施及多條時速250、350 km客運專線投入使用以來，鐵路安全管理現代化手段日益提升，機務運用安全有了更高的管理需求，機車視頻監控及記錄已成為鐵路安全信息化管理手段的重要組成部分.，其研發和應用不但填補了機務部門車載設備視頻監控的空白，也成為機車運用安全的一項重要功能.早在2002～2003年間，日本、荷蘭、挪威等發達國家就已經采用了機車行車安全綜合監控系統來確保行車的安全，其中就包括了視頻監控部分［1］;而在國內，對機車運行安全監控，多半都是對車上運行數據的采集和存儲，很少有將機車數字視頻監控系統與行車安全系統結合起來的例子.本文著重介紹了安裝于HXN3型大功率內燃機車上的機車視頻監控記錄系統的主要功能以及在此類型機車上的全新應用.

1 系統總體功能簡介

自動視頻監控及記錄系統，是采用在車前、車后、車內等部位安裝多路攝像頭的方法，使司機能及時了解機車內外的情況，并對機車的運行狀態進行圖像記錄，還可對所記錄數據的音頻和視頻同步回放.同時根據攝像頭的位置、日期范圍、錄像時間、事件信息等進行歷史視頻圖像的分類檢索、并能設置回放速度［2］.司機借助視頻設備可以在駕駛臺上監控到機車動力間、輔助間、電器間等設備間的運行情況.對乘務員操作、機車運行前方線路等情況進行全過程音視頻同步記錄［3］.司機在駕駛室就可以對整個機車實施監控，隨時能夠檢測到機車何處出現了故障，從而避免了以前司機必須進入機械艙對部件進行檢查才能找到故障的情況.

2 系統構成

視頻監控子系統由攝像頭、視頻采集板卡、視頻處理板卡組成.

攝像頭采集視頻后，輸出復合視頻信號.將復合視頻信號傳送給視頻采集板卡，可采取兩種方式:第一種，直接以復合視頻信號的形式通過同軸電纜傳輸給視頻采集板卡;第二種，將攝像頭輸出信號轉換為差分信號，然后通過雙絞線傳輸給視頻采集板卡，視頻采集板卡將差分信號再轉換回復合視頻信號.

視頻采集板卡對輸入的復合視頻信號進行數字化、壓縮編碼，然后通過以太網傳輸給視頻處理板卡，進行報警信息和公共信息與視頻圖像的疊加，并保存在視頻處理板卡的硬盤中.同時，視頻處理板卡通過以太網接收中央處理平臺的命令，發送視頻圖像給顯示屏進行顯示［4］，系統組成如圖1所示.

圖1 機車自動視頻監控及記錄子系統組成圖

2.1 組成部件

(1)攝像頭

攝像頭主要分為車前、車后路況攝像頭，前后司機室攝像頭，柴油機間攝像頭和電器間攝像頭.

(2)視頻采集板卡

攝像頭視頻信號為模擬信號，接口為1 Vp-p、75Ω，通過同軸電纜或轉換為差分信號后通過雙絞線接入視頻采集板卡.

視頻采集板卡共2塊，每塊支持8路視頻圖像，共16路視頻圖像.

視頻采集板卡主要功能包括信號的接收、轉換、數字化、壓縮編碼等.采集卡將模擬信號轉換為數字信號，并對數字化后的視頻信號進行壓縮編碼，便于存儲和處理.

(3)視頻處理板卡

共1塊.視頻處理板卡的功能包括公共信息與視頻圖像的疊加、控制信號的接收、數據存儲和查詢檢索、視頻傳輸等.

信息疊加是指在視頻圖像上疊加監測部位、時間、車次、司機信息、公里標、速度、事件提示等.

視頻處理板卡上集成存儲介質單元，存儲的視頻時間最短不少于10天.視頻存儲采用滾動存儲方式，當占用的存盤空間達到上限時，自動覆蓋早期的視頻數據.同時存儲介質單元具有可插拔功能，以便能夠實現快速數據下載.

2.2 組成說明

(1)所有攝像頭通過同軸電纜或雙絞線接至視頻采集板卡;

(2)視頻采集板卡通過以太網、CAN總線與視頻處理板卡連接;

(3)視頻處理板卡上的存儲介質單元采用SATA總線(必須支持SATA－II以上規范)接口，并且整個存儲介質單元可插拔;

(4)視頻處理板卡通過以太網與中央處理平臺通信.

3 在大功率交流內燃機車上的測點布置及應用設計思路

根據HXN3大功率交流內燃機車車體結構［5］，簡單介紹下攝像頭測點布置和應用設計思路.

車前、車后路況攝像頭，采用低照度高清彩色攝像頭，車前、車后各1個，共2個，位于司機室操作臺上右側面板.這兩個攝像頭用來記錄機車前方后方場景的軌道、信號機、道岔、道口及其它情況，如果發生事故，可以記錄事故發生時的詳細情況，對事故分析起到重要作用，有利于判斷事故責任方.

前后司機室攝像頭，采用紅外彩色攝像頭，每個司機室1個，共2個，位于司機室司機后側頂部中點.此攝像頭不僅能監測到80%以上的司機室空間范圍，及時預報煙霧或火災隱患，還能對司乘人員的操作和平時行為進行監督和記錄，對司乘人員的操作規范性和正確性也起到一定的督促作用.

柴油機間攝像頭，采用紅外彩色攝像頭，共2個，分別位于與冷卻間相連的左側門上方和右側門上方.安裝這兩個攝像頭，主要是針對柴油機運轉時容易產生火災的高溫區域進行監控，在火災發生時將視頻信號以最快速度傳遞到司機操縱臺上的顯示屏，以便于司機第一時間發現并采取措施，將火災危害和損失減至最小.

電器間攝像頭，采用紅外彩色攝像頭，位于電器柜頂部.此攝像頭監控電氣柜里所安裝的各種設備及線纜是否運轉不良或因短路或過熱出現的冒煙、火災等異常情況.這幾個攝像頭能實時監控并顯示機車上可能出現的各種危險情況，并在隨車硬盤里進行跟蹤記錄，同時觸發相關設備進行報警，這一點在單司機操縱機車上顯得尤為重要.

3.1 測點布置圖設計

系統在HXN3大功率交流內燃機車上的測點布置設計如圖2所示:

圖2 視頻測點在大功率交流內燃機車上的布置圖設計

視頻系統由車前、車后路況、動力間(柴油機間)、電器間攝像頭組成，同時給前后司機室攝像頭各預留一個安裝接口［6］.視頻測點布置及安裝走線情況如附表.

3.2 系統驗證

待系統按既定設計思路進行裝車完畢之后，再進行一系列后續試驗.除了符合《機車車載安全防護系統—通用試驗技術規范》要求，另外還必須進行下列試驗:監控通道輸入視頻測試、視頻采集板卡試驗、視頻處理板卡測試及系統性能測試等.系統只有在符合以上所有試驗要求的條件下，才能進行正常使用和維護.

附表 視頻測點在大功率交流內燃機車上的布置及安裝走線情況設計表

4 結論

本文根據HXN3大功率交流內燃機車的車體尺寸和各設備間的實際布置情況，從視頻監控安全性充分得到應用的目的出發，設計了上述幾個測點布置以及相應的接口走線情況.由于國內機車的型式多種多樣，為了達到預期目的，應根據實際情況安排測點位置.而且，由于內燃機車動力間的溫度較高，整車振動大，因此內燃機車的攝像圖選擇必須滿足環境要求，特別是動力間的溫度，該間的攝像頭選型特別注意，需要滿足環境溫度的攝像頭，其布置要遠離柴油機及柴油機增壓器，盡量為攝像頭提高良好的工作環境，保證機車的攝像頭的正常壽命和工作精度.自動視頻監控及記錄系統不但滿足了鐵道部對大功率機車行車安全性監控性能提升的要求，也更好的為機車用戶增添便利和高效的數據查詢和記錄功能，將在機務安全運用管理中發揮越來越重要的作用.

［1］鄧驥.機車視頻監控系統的研究與設計［D］.武漢:武漢理工大學，2008.

［2］許紹興.建設列車裝載運行安全監測系統［J］.世界軌道交通，2006，12:59-60.

［3］鄧驥，楊福寶.機車視頻監控系統的研究與實現［EB/OL］.［2011-06-11］.http://www.paper.edu.cn.

［4］林建平.從防災安全監控系統談及高鐵安全保障［J］.世界軌道交通，2010(3):46-47.

［5］張思慶，王強，曲天威，等.HXN3型重載內燃機車產品設計平臺的建立［J］.內燃機車，2011(7):8-13.

［6］于克俊.HXN3型內燃機車總體設計［J］.中國鐵路裝備，2010(12):20-25.