高速综合检测列车视频监测系统

■ 李海浪

高速综合检测列车视频监测系统包括列车运行前后环境监测、轮轨接触状态监测、弓网接触状态监测三部分。列车运行前后环境监测主要监测列车运行前后环境情况，及时发现影响列车运行安全的各种异常情况，在视频图像上实时叠加线路名、里程和速度等线路信息，并进行存储；轮轨接触状态监测主要是实时监视列车运行过程中车轮与轨道的真实接触状态，在视频图像上实时叠加线路名、里程和速度等线路信息，并进行存储，以辅助轨道和轮轨力检测系统进行综合分析评判；弓网接触状态监测主要是实时监视列车运行过程中受电弓与接触网的真实接触状态，在视频图像上实时叠加线路名、里程和速度等线路信息，并进行存储，以辅助弓网检测系统进行综合分析评判。

1 视频监测系统技术现状

目前，世界各国综合检测列车均配备了视频监测系统。

1.1 意大利“阿基米德”综合检测列车

“阿基米德”综合检测列车2003年完成系统验收并投入检测运营，最高检测速度220 km/h。其视频监测系统（见图1）包括列车运行前后环境监测、轨道与转向架视频监测等，视频分辨率为720×480，帧率为30 fps。

1.2 法国“IRIS320”综合检测列车

“IRIS320”综合检测列车（见图2）2006年4月开始试运行，最高运行速度320 km/h。其视频监测系统包括列车运行前后环境监测、弓网接触状态监测等。列车运行前后环境监测分辨率为720×480，帧率为30 fps；弓网接触状态监测视频分辨率为640×480，帧率为100 fps。

1.3 日本“East-I”综合检测列车

“East-I”综合检测列车2002年3月投入使用，最高检测速度275 km/h。其视频监测系统仅具备列车运行前后环境监测功能。摄像机安装在两头车（1、7号车）司机室（见图3），包括全景摄像机和轨道摄像机，视频分辨率为720×480，帧率为30 fps。

1.4 我国0号高速综合检测列车

0号高速综合检测列车是我国首列高速综合检测列车，2008年7月投入运用，最高时速250 km。其视频监测系统包括列车运行前后环境监测、轮轨接触网状态视频监测、弓网接触状态监测等。列车运行前后环境监测、轮轨接触网状态视频监测视频分辨率为720×576，帧率为25 fps；弓网接触状态监测视频分辨率为640×480，帧率为100 fps。视频监测系统主界面见图4。

2 视频监测系统技术方案

2.1 主要功能及技术指标

（1）可昼夜监测列车运行前后环境状态、轮轨接触状态、弓网接触状态；

（2）列车运行前后环境视频分辨率1 920×1 080，帧率25 fps，轮轨和弓网接触状态视频分辨率1 024×768，帧率100 fps；

（3）通过反射式内存或串口接收时空校准系统提供的线路名、速度、里程等信息，并叠加到视频图像上；

（4）可按里程或时间检索视频图像；

（5）可在线调整高清摄像机、高速相机各项参数；

（6）具备自动录像功能，列车运行时自动开始录像，列车停止时自动停止录像；

（7）内置流媒体服务器，可通过以太网组播输出视频。

2.2 系统结构与原理

系统采用高清和高速网络视频技术，实现了列车前后运行环境、轮轨接触状态、弓网接触状态的实时监测和存储，系统结构见图5。

列车前后运行环境监测采用安装于列车两端司机室的高清摄像机。高清摄像机输出为H.264格式编码视频，输出接口为以太网，占用网络带宽约为30 Mbps。因此，高清摄像机与高清视频采集处理服务器间采用列车数据网络传输。高清摄像机输出视频通过列车数据网络传输至高清视频采集处理服务器，视频服务器同时实时接收里程、速度等信息，经解码→字符信息叠加→编码处理后，实现视频与里程、速度等信息的叠加、视频编码和存储，并通过以太网输出，客户端通过以太网接收视频，解码后即可显示。

轮轨接触状态、弓网接触状态监测采用高速相机。轮轨接触状态监测相机安装于靠近测力轮对的位置，列车两侧各1台；弓网接触状态监测相机安装于靠近受电弓的位置。高速相机输出图像未经压缩，输出接口为千兆网，数据输出率达到1 024×768×8×100≈600 Mbps，占用网络带宽很大。因此，高速摄像机与高速视频采集处理服务器间采用独立传输通道传输。高速输出图像经过光电转换器转换为光信号，通过光纤传输至视频服务器所在车厢，再经光电转换器接入视频服务器，视频服务器同时实时接收里程、速度等信息，经图像压缩→字符信息叠加→编码后，实现视频与里程、速度等信息的叠加、视频编码和存储，并通过以太网输出，客户端通过以太网接收视频，解码后即可显示。

2.3 系统软件结构

系统软件包括高清视频采集处理软件、高速视频采集处理软件、管理中心服务器软件、设备管理软件、视频监控软件、视频浏览软件、视频回放软件等，总体结构见图6。

（1）高清/高速视频采集处理软件。高清/高速视频采集处理软件为系统软件的核心，实现视频数据采集和编解码；接收定位同步系统的里程、速度、时间等信息，存入数据库，并叠加到视频数据中；接收检测波形，并叠加到视频数据中；根据客户端请求，实现视频数据的存储，存储的视频数据具备按里程或时间进行检索的功能；根据客户端请求，把处理完成的视频数据通过以太网发送到相应客户端，并调整摄像机参数。

（2）管理中心服务器软件。管理中心服务器软件为系统软件管理核心，客户端所有对高清/高速视频采集处理软件的请求均需通过管理中心服务器软件才能实现。

图5 视频监测系统结构

图6 系统软件结构

（3）设备管理软件。面向系统维护人员的软件，实现摄像机（相机）的增加或减少配置、用户权限管理、单个视频文件大小设置等功能。

（4）视频监控软件。面向系统操作人员的软件，实现对视频采集、处理和存储的控制，包括多路视频显示（1、2、4、6路）、线路名设置、录像控制、字幕信息来源控制、高清摄像机参数调整、高速相机参数调整、在线检索回放、在线视频导出等功能。

（5）视频浏览软件。面向普通用户的软件，各检测系统通过视频浏览软件可在线多路（1、2、4、6路）实时显示视频图像，可配置线路名、里程、速度、时间等字幕信息显示位置和字体，可配置各显示画面视频源。

（6）视频回放软件。实现对录像文件的回放，可同时打开2个视频文件，可按里程或时间进行检索，并可导出通用视频格式文件，可配置线路名、里程、速度、时间等字幕信息显示位置和字体等。

3 试验验证

系统已安装于最高试验速度400 km/h的CRH380B-002高速检测列车上，并于2011年4月24日—5月5日在京沪高速铁路先导段进行了验证试验。试验结果见图7—图11。

试验结果表明：系统具备视频采集、处理、传输、存储的功能，并可按照里程进行检索显示，各项技术指标满足设计要求。

4 结论

视频监测系统采用高清和高速网络视频技术，实现了对列车前后运行环境、轮轨接触状态、弓网接触状态的昼夜实时监测。试验表明，列车运行前后环境视频分辨率1 920×1 080，帧率25 fps，轮轨和弓网接触状态视频分辨率1 024×768，帧率100 fps，同时，视频图像实时叠加了线路名、速度、里程等信息，并可按里程或时间检索视频图像，满足设计要求。

[1]侯卫星．0号高速综合检测列车[M]．北京：中国铁道出版社，2010

[2]中国铁道科学研究院．高速综合检测列车技术交流总结[R]，2006