无线网桥和工业视频监控在铁路专用线的应用

摘要：无线网桥是一种无线传输设备，随着计算机无线网络的快速发展，无线网桥应用越来越成熟。基于无线网桥技术的工业视频监控系统具有施工期短、安装灵活、经济节约等特点，其在铁路专用线的应用可以有效解决铁路货运中存在的货物损坏丢失、货物装载不规范、超限装载等问题，并对货运车辆和专用线周围情况进行实时动态监测，减轻了人工巡护的压力，提高铁路货运的经济性和安全性。

关键字：无线网桥;铁路专用线;工业视频监控

一、引言

铁路专用线不同于国家铁路线，其建设单位是企业，主要为本企业内部运输服务。随着我国经济快速发展，跨区域的原材料和商品流通规模越来越大，铁路货运量逐年提高。铁路专用线作为企业原材料和商品运输的重要渠道，具有承载量大、经济便捷等优势，为企业发展提供重要支撑和保障[1-4]。与国家铁路的基础设施建设水平和专业巡护队伍配备相比，企业在铁路专用线的管理和运行维护上存在巡护人手不足、监控等基础设施缺乏等困难，且依靠人力巡护的成本较高，不符合经济原则。另外，铁路专用线上货物损坏丢失、货物装载不规范、超限装载以及沿线异物入侵等现象也严重危害着铁路运输安全，给人民生命财产安全和企业发展造成巨大隐患。基于无线网桥的工业视频监控具有安装灵活、经济节约的特点，应用在铁路专用线上克服了铁路里程长、地形复杂的问题，可以有效实现对铁路沿线的全程监控，提升铁路专用线运输的安全性和巡护的经济性，是解决铁路专用线运行问题最有效手段之一。

二、无线网桥

（一）概况

1.定义

无线网桥，顾名思义是指以某种方式将无线网络像有线网络那样连接起来的“桥梁”。基于网桥的作用，无线网络之间可以实现数据传输和信息共享。无线网桥可以连接相距几百米或几十公里的两个或多个独立网络段，广泛地实现不同地点之间的互联通信[5]。相比于部署有线网桥，无线网桥架设经济实惠。

2.运行机制

传统有线网桥利用事先铺设的线缆实现互联传输，而无线网桥则采用射频信号传输数据。每一个无线网桥都被分配指定频段以便发送和接收数据内容。在此模式下的数据收发端之间不能有障碍阻隔，否则将影响射频信号传输。在网络运行机制上无线网桥与有线网桥类似，只是将数据媒介由线缆更换为射频信号，本质上还是通过信号收发、地址过滤的模式完成数据传输和信息交换。

3.主要类型

当前，无线网桥有2.4GHz频段和5.8GHz频段两种模式，不同频段下可以选择相对应的协议。其中，2.4GHz频段的协议有三种，5.8GHz频段的协议有两种，具体见表1。而在两个频段中，2.4GHz频段属于低频，波长较长，传播力强且成本相对较低。但现实场景中使用2.4 GHz频段的电子设备较多，如无线路由器、蓝牙、无线USB装置等[6]。因此，采用2.4 GHz频段进行数据传输时应当确保避开其他设备以防信号被干扰，从而影响无线网桥正常工作。2.4GHz频段还存在传输带宽较窄的问题，传输速率一般限制在300Mbps，这也会对无线网桥数据传输效率产生影响。而5.8GHz频段无线网桥采用了更高的频率，信道相对纯净，传输干扰较少，但频率高也导致5.8GHz频段无线网桥的信号穿透力弱于2.4GHz频段，部署5.8GHz频段无线网桥时传播路径上要避开遮挡物，以免影响工作效果。传输带宽方面，5.8GHz频段无线网桥传输速率在433Mbps到1Gbps之间。此外，受无线传输路径限制，5.8GHz设备成本相对较高。

（二）无线网桥技术特点

1.传输范围广

无线网桥采用无线传输方式，可以连接相距几百米或几十公里的两个或多个独立网络段，实现远距离数据传输和信息共享。因此，无线网桥可覆盖的区域均能实现局域网或广域网的连接和延展。传统的视频监控系统包含两个主要部分，一是中央控制中心，二是为数众多的监控点。如果监控的范围十分广大以至于监控点必须设置在较远的地方时，往往需要铺设很长的线缆；或者若干监控点位置分散时，布置线缆也十分复杂，这类情况下采取有线网络布线方式成本较高，组网速度慢；如遇到特殊地形等因素可能导致布线困难，直接影响到监控的范围。

2.传输效率高

在局域网中，带宽是保持不变的，而网络接入设备数量的增加会降低局域网数据传输速度。无线网桥技术对局域网进行网络分段的特点可以有效减少无效信息对网络信道的占用，避免网络拥堵现象的发生，提高数据传输和信息共享的速度和效率。

3.设备排障快

无线网桥出现故障時维修人员只需要查看和检修无线网桥设备即可，排障过程短、速度快，可快速恢复网络链路运行；而有线网桥工作依托于线缆进行，一旦发生网络故障，维修人员不仅要检查相关设备，还要检查沿线线缆情况，排障的范围广、排查难度大，维修和网络故障恢复时间较长。

4.局限性小

无线网络不仅架设简单，受地形限制较小，且具有扩容方面的优势，可根据需要增加链路。而有线网络在扩容上需要更改布线，需要耗费大量的人力而且施工中容易对原有线路造成损坏。因此，相比于无线网络，有线网络一经铺设就很难变更，后期工程受到较大的限制。

三、铁路专用线视频监控现状及存在问题

（一）铁路专用线视频监控现状

1.视频监控发展历程

视频监控技术的发展融合了计算机网络技术和多媒体前沿应用。当前，视频监控技术应用情况可按照如下阶段加以划分：即本地模拟视频监控系统、数字视频监控系统和智能网络视频监控系统。其中，本地模拟视频监控系统主要依靠磁带录像机和模拟监视器、摄像机等设备实现监控功能；数字视频监控系统以数字视频录像机（DVR）取代磁带录像机（VCR）为标志，在视频存储、检索和浏览方面实现飞跃；智能网络视频监控系统将传统的模拟摄像机等设备升级为高清网络摄像机，并利用互联网技术实现云存储、画面分析和智能预警[7]。

2.铁路专用线视频监控现状

目前，铁路专用线视频监控大多设置在咽喉区，对进出专用线的列车进行视频采集工作。这样的布局方式简单易行，成本低，但是监控的范围很小，获取的信息十分有限[8]。视频监控的信息化和智能化程度不高，数字视频监控系统仍旧是主流，功能上以录像和监视为主，需要配备专职人员守在监视器前完成相关工作，缺少视频内容分析与自动报警功能，人力成本较高且监控效果依赖于人的责任心，存在较大的漏洞。

（二）存在问题

1.数字视频监控系统建设难度大

传统的视频监控系统建设难度大主要体现在两方面，一是受周围环境限制明显，二是投资较大。数字视频监控系统模式下，以现有技术条件在铁路专用线沿线架设视频监控系统，需要对沿线地区进行大规模基础建设，包括平整地面、铺设线缆等等，且雨水冲刷和其他因素可能导致铺设的线缆断裂，造成视频系统瘫痪。数字视频监控系统为传输数据所铺设的光纤成本高、易损坏、难维修，是其中最大的问题。

2.监控范围无法实现全覆盖

由于铁路专用线沿线视频监控设备架设难度大且投资高，现有的铁路专用视频监控系统只在进出专用线区域配备视频监控，对专用线沿线的监控不足。无法对运行中的列车进行跟踪识别和实时监控，难以掌握专用线沿线的路基、围栏等周遭情况，无法及时发现路基损坏和异物入侵等问题。在现有的监控设备条件下，此类问题的解决只能依靠人工巡护，人力成本较高且安全性没有保障。

3.通畅性和稳定性无法保障

数字视频监控系统模式下，数据传输光纤埋藏在铁路专用线沿线地区，自然环境下路基可能因遭遇雨水冲刷而发生坍塌，其他施工也可能对地下的光纤造成破坏，视频监控系统的通畅性和稳定性难以长期保障。

4.缺少自动预警系统

现有的视频监控系统智能化应用程度不高，缺少视频分析和自动预警功能，主要依靠人力对中央监视器进行监测，搜索和查看专用线列车运行情况，在货运量较大或人员连续上岗状态疲劳时，难以及时发现问题。现有监控系统缺少对车辆的识别和运行状态监测功能，难以对货运车辆运行状态进行动态分析，难以通过视频图像自动识别诸如货物丢失、装载不规范和超限装载等问题，事故预防的主动性较低。

四、基于无线网桥的工业视频监控在铁路专用线的应用

（一）应用优势

1.扩展视频监控覆盖范围

基于无线网桥技术的工业视频监控采用无线传输方式实现视频信号传递，无线传输不受线缆约束且距离最长可达几十千米；组网更为便捷，可随时根据需要而增加监控点位，保证铁路专用线全程无监控死角。

2.降低视频监控部署难度

基于无线网桥技术的工业视频监控不需布线，对铁路专用线沿线地形要求较低，在合理的距离内根据地形条件选择视频监控设备安放地点即可，只需要注意在两个视频监控设备之间不存在阻隔电磁波信道的障碍。

3.确保数据传输稳定性

基于无线网桥技术的工业视频监控即使视频监控设备点离中央控制中心较远依旧能保持稳定传输，其传输效率也不会像有线网络那样随距离的增加而衰减。

4.提高专线运行安全性

基于无线网桥技术的工業视频监控具有智能化特点，其网络视频监控系统采用了人工智能技术，能够主动对车辆进行识别和运行状态分析，摆脱了对人的依赖，能够全天候、全时段地对运输车辆进行跟踪和动态分析，提前预判问题、及时报告事故并做出反应，有效提高了铁路专用线的安全性和经济性，提升了铁路专用线管理的主动性。

（二）应用要点

1.视频采集

铁路专用线沿线工业视频监控采集货运车辆及专用线周边视频图像后，通过网络交换机和无线网桥设备将视频数据信息上传至中央控制中心，距离较远可以考虑增设无线网桥进行中继。工业视频监控设备的供电方式可选择电缆供电，如取电条件不允许也可以采用太阳能电池板供电。

2.数据传输

视频监控点位将视频数据传输到中央控制中心网络硬盘录像机（NVR）的过程主要依靠无线网桥完成。在此，建议铁路专用线视频监控设备统一使用工业级5.8 GHz频段的无线网桥。相比2.4GHz频段的无线网桥，选择5.8GHz频段无线网桥可以减少其他设备对无线网桥信号传输的扰动，实现长距离传输，其数据传输速率可达300 Mbps，能够满足场景需求。

3.数据存储

视频监控点位上传的数据信息经无线网桥接收后将集中存储在中央控制中心的网络硬盘录像机（NVR）中。NVR的存储容量应根据视频监控路数和存储时间等因素综合确定。假设，需要保存近一个月的视频数据，且有10路视频监控，按照平均200万像素的画质测算每路码流2Mbps，考虑90%的冗余，则存储空间为7.2 TB。也就是说，8TB的存储空间可满足10路视频冗余的存储需求。如不需保留数据，则可覆盖硬盘存储后重新使用。

4.数据访问

中央监控中心网络硬盘录像机（NVR）所存储的数据信息可以进行远程访问，这需要企业的中央监控中心建设相应的视频监控平台并赋予企业管理人员相应的权限以方便其根据实际工作需求加以访问，主旨是保障相关管理人员可在远程访问监控数据。远程监控平台的登录手段有手机、平板电脑和个人计算机等终端设备，目的是方便管理人员随时查看专用线及货运车辆情况。

5.数据传输加密

为保障数据安全性，应对无线网桥传输的数据进行加密。常用的加密方式有隐藏SSID、启用MAC地址过滤、采用WPA2加密和采用802.1x认证技术四种。其中，隐藏SSID最为简单，顾名思义即隐藏SSID以阻隔外部设备连接。MAC地址过滤是通过预先设置MAC地址以阻隔外部设备连接。采用WPA2加密是一种较为复杂的加密方式。采用802.1x认证技术是通过设备预先认证以阻止不合法设备连接。上述四种加密方式都比较常见，可以有效提高数据传输的安全性。

四、结束语

基于无线网桥技术的工业视频监控在铁路专用线的应用，可以有效克服传统数字监控系统监控范围小、部署难度大、稳定性差和缺乏自动预警系统等问题，它采用无线射频技术提高了数据传输的稳定性，解决了部分地区布线困难的问题，并在视频监控系统中应用人工智能技术，提高了对沿线周边和货运车辆监控的自动化水平，极大地提升了铁路专用线运输的安全性和经济性，有较广泛的应用前景，值得推广。

作者单位：杨鹏飞 陕西陕煤澄合矿业有限公司铁路运输分公司

参  考  文  献

[1]郑健，丁良辉.蜂窝网络基站无线桥接的研究[J].电视技术，2016，40（12）：99-103，142.

[2]张缝奇.无线网桥的技术特点及在视频监控中的应用[J].中国有线电视，2017（08）：951-952.

[3]徐杨.无线网桥的特点及其在视频监控中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（19）：5.

[4]金涛，刘学知.利用闲置上行宽带链路及无线网桥的视频监控系统[J].水资源开发与管理，2019（3）：67-69，74，84.

[5]邱冬冬.无线网桥在港口大型设备连锁保护中的应用[J]设备管理与维修.2022（1）：124-125.

[6]杨帆. 高速铁路GSM-R无线网精细化设计研究[J]. 铁道建筑技术，2021，（09）：75-78，83.

[7]蹇峡. 新标准下的高速铁路综合视频监控系统设计研究[J]. 铁道标准设计，2017，61（09）：144-147，151.

[8]全家民. 无线网桥的技术特点及在视频监控中应用[J]. 科技资讯，2016，14（35）：23，25.

杨鹏飞（1987.08-），男，汉族，陕西渭南，本科学历，工程师，研究方向：机电，铁路运输。