大功率交流内燃机车自动视频监控及记录系统

鲁渝玲

(大连机车车辆有限公司 技术开发部，辽宁 大连 116021)*

0 引言

随着铁路系统信息化改革的不断深入，六次大面积提速实施及多条时速250、350 km客运专线投入使用以来，铁路安全管理现代化手段日益提升，机务运用安全有了更高的管理需求，机车视频监控及记录已成为铁路安全信息化管理手段的重要组成部分.，其研发和应用不但填补了机务部门车载设备视频监控的空白，也成为机车运用安全的一项重要功能.早在2002～2003年间，日本、荷兰、挪威等发达国家就已经采用了机车行车安全综合监控系统来确保行车的安全，其中就包括了视频监控部分［1］;而在国内，对机车运行安全监控，多半都是对车上运行数据的采集和存储，很少有将机车数字视频监控系统与行车安全系统结合起来的例子.本文着重介绍了安装于HXN3型大功率内燃机车上的机车视频监控记录系统的主要功能以及在此类型机车上的全新应用.

1 系统总体功能简介

自动视频监控及记录系统，是采用在车前、车后、车内等部位安装多路摄像头的方法，使司机能及时了解机车内外的情况，并对机车的运行状态进行图像记录，还可对所记录数据的音频和视频同步回放.同时根据摄像头的位置、日期范围、录像时间、事件信息等进行历史视频图像的分类检索、并能设置回放速度［2］.司机借助视频设备可以在驾驶台上监控到机车动力间、辅助间、电器间等设备间的运行情况.对乘务员操作、机车运行前方线路等情况进行全过程音视频同步记录［3］.司机在驾驶室就可以对整个机车实施监控，随时能够检测到机车何处出现了故障，从而避免了以前司机必须进入机械舱对部件进行检查才能找到故障的情况.

2 系统构成

视频监控子系统由摄像头、视频采集板卡、视频处理板卡组成.

摄像头采集视频后，输出复合视频信号.将复合视频信号传送给视频采集板卡，可采取两种方式:第一种，直接以复合视频信号的形式通过同轴电缆传输给视频采集板卡;第二种，将摄像头输出信号转换为差分信号，然后通过双绞线传输给视频采集板卡，视频采集板卡将差分信号再转换回复合视频信号.

视频采集板卡对输入的复合视频信号进行数字化、压缩编码，然后通过以太网传输给视频处理板卡，进行报警信息和公共信息与视频图像的叠加，并保存在视频处理板卡的硬盘中.同时，视频处理板卡通过以太网接收中央处理平台的命令，发送视频图像给显示屏进行显示［4］，系统组成如图1所示.

图1 机车自动视频监控及记录子系统组成图

2.1 组成部件

(1)摄像头

摄像头主要分为车前、车后路况摄像头，前后司机室摄像头，柴油机间摄像头和电器间摄像头.

(2)视频采集板卡

摄像头视频信号为模拟信号，接口为1 Vp-p、75Ω，通过同轴电缆或转换为差分信号后通过双绞线接入视频采集板卡.

视频采集板卡共2块，每块支持8路视频图像，共16路视频图像.

视频采集板卡主要功能包括信号的接收、转换、数字化、压缩编码等.采集卡将模拟信号转换为数字信号，并对数字化后的视频信号进行压缩编码，便于存储和处理.

(3)视频处理板卡

共1块.视频处理板卡的功能包括公共信息与视频图像的叠加、控制信号的接收、数据存储和查询检索、视频传输等.

信息叠加是指在视频图像上叠加监测部位、时间、车次、司机信息、公里标、速度、事件提示等.

视频处理板卡上集成存储介质单元，存储的视频时间最短不少于10天.视频存储采用滚动存储方式，当占用的存盘空间达到上限时，自动覆盖早期的视频数据.同时存储介质单元具有可插拔功能，以便能够实现快速数据下载.

2.2 组成说明

(1)所有摄像头通过同轴电缆或双绞线接至视频采集板卡;

(2)视频采集板卡通过以太网、CAN总线与视频处理板卡连接;

(3)视频处理板卡上的存储介质单元采用SATA总线(必须支持SATA－II以上规范)接口，并且整个存储介质单元可插拔;

(4)视频处理板卡通过以太网与中央处理平台通信.

3 在大功率交流内燃机车上的测点布置及应用设计思路

根据HXN3大功率交流内燃机车车体结构［5］，简单介绍下摄像头测点布置和应用设计思路.

车前、车后路况摄像头，采用低照度高清彩色摄像头，车前、车后各1个，共2个，位于司机室操作台上右侧面板.这两个摄像头用来记录机车前方后方场景的轨道、信号机、道岔、道口及其它情况，如果发生事故，可以记录事故发生时的详细情况，对事故分析起到重要作用，有利于判断事故责任方.

前后司机室摄像头，采用红外彩色摄像头，每个司机室1个，共2个，位于司机室司机后侧顶部中点.此摄像头不仅能监测到80%以上的司机室空间范围，及时预报烟雾或火灾隐患，还能对司乘人员的操作和平时行为进行监督和记录，对司乘人员的操作规范性和正确性也起到一定的督促作用.

柴油机间摄像头，采用红外彩色摄像头，共2个，分别位于与冷却间相连的左侧门上方和右侧门上方.安装这两个摄像头，主要是针对柴油机运转时容易产生火灾的高温区域进行监控，在火灾发生时将视频信号以最快速度传递到司机操纵台上的显示屏，以便于司机第一时间发现并采取措施，将火灾危害和损失减至最小.

电器间摄像头，采用红外彩色摄像头，位于电器柜顶部.此摄像头监控电气柜里所安装的各种设备及线缆是否运转不良或因短路或过热出现的冒烟、火灾等异常情况.这几个摄像头能实时监控并显示机车上可能出现的各种危险情况，并在随车硬盘里进行跟踪记录，同时触发相关设备进行报警，这一点在单司机操纵机车上显得尤为重要.

3.1 测点布置图设计

系统在HXN3大功率交流内燃机车上的测点布置设计如图2所示:

图2 视频测点在大功率交流内燃机车上的布置图设计

视频系统由车前、车后路况、动力间(柴油机间)、电器间摄像头组成，同时给前后司机室摄像头各预留一个安装接口［6］.视频测点布置及安装走线情况如附表.

3.2 系统验证

待系统按既定设计思路进行装车完毕之后，再进行一系列后续试验.除了符合《机车车载安全防护系统—通用试验技术规范》要求，另外还必须进行下列试验:监控通道输入视频测试、视频采集板卡试验、视频处理板卡测试及系统性能测试等.系统只有在符合以上所有试验要求的条件下，才能进行正常使用和维护.

附表 视频测点在大功率交流内燃机车上的布置及安装走线情况设计表

4 结论

本文根据HXN3大功率交流内燃机车的车体尺寸和各设备间的实际布置情况，从视频监控安全性充分得到应用的目的出发，设计了上述几个测点布置以及相应的接口走线情况.由于国内机车的型式多种多样，为了达到预期目的，应根据实际情况安排测点位置.而且，由于内燃机车动力间的温度较高，整车振动大，因此内燃机车的摄像图选择必须满足环境要求，特别是动力间的温度，该间的摄像头选型特别注意，需要满足环境温度的摄像头，其布置要远离柴油机及柴油机增压器，尽量为摄像头提高良好的工作环境，保证机车的摄像头的正常寿命和工作精度.自动视频监控及记录系统不但满足了铁道部对大功率机车行车安全性监控性能提升的要求，也更好的为机车用户增添便利和高效的数据查询和记录功能，将在机务安全运用管理中发挥越来越重要的作用.

［1］邓骥.机车视频监控系统的研究与设计［D］.武汉:武汉理工大学，2008.

［2］许绍兴.建设列车装载运行安全监测系统［J］.世界轨道交通，2006，12:59-60.

［3］邓骥，杨福宝.机车视频监控系统的研究与实现［EB/OL］.［2011-06-11］.http://www.paper.edu.cn.

［4］林建平.从防灾安全监控系统谈及高铁安全保障［J］.世界轨道交通，2010(3):46-47.

［5］张思庆，王强，曲天威，等.HXN3型重载内燃机车产品设计平台的建立［J］.内燃机车，2011(7):8-13.

［6］于克俊.HXN3型内燃机车总体设计［J］.中国铁路装备，2010(12):20-25.