近年来，随着中国铁路大范围提速和科技护路技术的发展，视频监控系统的应用日益广泛，如何通过科技护路保证铁路运输生产安全也被再次提上了议事日程。信息化、动态化、科学化的护路方式将及时发现安全隐患，有效抑制铁路沿线盗窃、财产损害等案件的发生。

    据了解，目前铁路系统的视频监控均为定点监控模式，而轨道交通的特点是点多线长，特别是提速干线全线使用护栏后，要想在数千公里铁道线上实现定点全线路监控，无论从财力和物力上考虑几乎都是不可能的。而运输管理部门和护路机构期望的是一种能对铁路沿线的主要设施，包括线路状况、护栏、接触网、信号、障碍物等进行全程监控的视频系统。因此，有必要研制一种适应轨道交通特点的移动视频监控系统。

    近年来一些新技术的高速发展，为实现移动视频监控系统工程提供了可能。目前，国内已开发的CDMA（类似的还有基于GPRS和EDGE的）无线网络视频监控系统多基于CDMA1X网络，主要由以下三部分组成：视频采集压缩模块、无线数据传输模块、监控中心管理平台。以CDMA1X网络作为远程传输媒介，实现了基于无线网络和有线网络的点对点、点对多点、多点对多点的远程实时现场监视、远程遥控摄像机以及录像、报警等功能。CDMA无线视频监控系统支持多人同时监控（或多监控中心）、跨区域分级监控，可以实现超大规模监控。但是，由于CDMA的传输带宽所限，其用于动态视频监控会发生严重的丢帧现象，所以目前大多用于远程定点监视。未来随着3G网络覆盖的扩充，基于移动公网的远程视频监控应能取得广泛应用。 此外有的企业还研发了专用的基于多载波COFDM调制技术的高速移动无线图像传输系统。该系统采用固定地点摄像和运动跟踪摄像相结合的方式，先将监控现场的视频音频信号通过微波传输到接收点，再通过定点通信方式传输到调度指挥中心，进行音视频信号的分发和处理。系统采用便携和车载发射设备，能够互通和组合使用，保证基本的传输距离和功率，传输距离在通视条件下可达35km，非通视条件下可达2～5km，载体运动速度要求不低于每小时80km。这类装置较适于野战部队等点面结合的无线通信模式。

    美国的一家大学在联邦铁路局的资助下，对不同速度列车环境下802.11a/b/g网络通过量进行了检测和分析，结果表明，尽管在高速环境下，802.11标准的系统通过量有所下降，但只要提供覆盖范围，该系统最大传输率仍可达到11Mpbs。

基于无线网络通信协议的移动视频监控系统

    一套完整的移动视频监控系统（见图１、图２）解决方案应综合考虑以下问题：

    （1）传输协议。

    （2）高速移动条件下的视频采集。

    （3）视频信息的传输模式。

    （4）如何实现高速移动条件下的无线远程通信。

    （5）集成为一体的车载设备，必须满足机车恶劣的空间、振动环境、温度变化、电磁干扰等条件下的使用。

    （6）基于网络环境的视频文件管理。

    IEEE于1990年11月成立无线局域网标准委员会，并于1997年6月制定了全球第一个无线局域网标准IEEE 802.11（WLAN）。目前较成熟的几个涉及物理层的主要标准有：802.11、802.11b、802.11a和802.11g。后三个标准是802.11的升级，其中802.11b产品是全球WLAN设备市场的主流，而802.11a和802.11g设备的市场份额也在逐步增加，最初的802.11主要适用于高带宽、固定或低速移动通信的场合，随着技术的发展，很多厂家正在努力寻求通过WLAN实现更高的移动性。1999年，IEEE-SA成立了802.16工作组来专门开发宽带固定无线技术标准，IEEE 802.16(WiMAX)是点对多点宽带固定无线接入系统的权威规范，其最初目标是规范10-66GHz频段的宽带固定无线接入系统，之后又对2-11GHz频段的系统进行了改进，带宽约1.25～20 Mbit/s，小区覆盖范围约1～2km，最高移动速度达到50km/h。802.20(WWAN)标准拥有更高的数据传输速率，达到16 Mbit/s，传输距离约为31 km。802.20移动宽带无线接入标准也被称为Mobile-Fi。IEEE 802.20标准工作组成立于2002年12月，正式成立后的主要任务是制定移动宽带无线接入系统数据传输的空中接口标准，规范物理层和MAC层，以便与传统移动通信技术展开竞争。工作组的初步任务是要使802.20标准达到如下要求：

    (1)工作在3.5GHz以下的许可证频段；

    (2)每用户的峰值数据传输速率超过1Mbit/s；

    (3)保证在最高移动速度达到250km/h的情况下正常使用；

    (4)实现主要大城市地区的网络覆盖；

    (5)提高频谱利用率，保证用户的数据传输速率，努力使高端用户得到的性能高于现在的移动网络。

    这一新的标准将弥补现有802系列标准中高速率低移动性和现有移动通信网络高移动性低速率的缺陷，同时实现高速率和高移动性。  但这些还有待于该协议的成熟和工程实践。

    研究基于无线网络通信协议的移动监控模式的主要思路：在机车或列车上设置移动监控设备，在沿线车站和特定地点设立中继站（基站），采用无线网络通信协议通过无线方式将视频文件传至地面中继站，再利用光缆等有线信道通过局级广域网将落地后的视频数据传回视频监控中心，并通过管理系统实现有关部门的视频共享。由于每个区间列车通过的间隙仅为数分钟或数十分钟，这样，只要在该线路运行的部分机车或列车上配置移动视频监控设备，即可实现全线路的准实时全程监控。

    对移动视频信号的处理可采用两种模式，一是采用实时传输模式，特点是实时性强，可在监控中心及时察看沿线情况，而前提条件是必须实现无线网络的全程覆盖，建造大量的中继站，其造价是相当可观的。二是采用定点滞后传输模式，仅当列车经过中继点时才将视频信号高速下载。采用该方式的视频信号到达监控中心的时间略有滞后（约数分钟，取决于中继点的设置密度和列车的速度），但对中继器和移动发射系统的要求都大大降低，可较大幅度地降低系统造价。

     作为移动视频监控模式，必须解决3个W(When Where What)，即何时、何地、发生了何事。其关键是后两个W。按照铁路运输的惯例，线路位置应该用公里标标注，获取公里标有两个途径，一是通过机车综合信息平台，从车载监控装置取得，二是通过北斗、GLONASS、GPS等定位系统获取列车实时坐标，再通过数据库进行地理坐标-公里标转换自行获得。采用后者，主要是考虑车载视频监控装置的独立性，除了机车电源外，不与机车任何设备联系，避免引入不确定因素。

    对于高速移动情况下视频图像的获取，其清晰度应满足昼夜正常监控的需要。关键是摄像系统硬件的选择及压缩算法的改进。摄像机是拍摄视频的关键设备，高速摄像机能在列车高速运行时拍摄高清晰度的动态视频，从而满足动态监控的要求，但帧率过大必然带来视频文件的急剧增大和传输带宽的增大，因此需要根据车速确定合适的帧率。现场照明问题：为保证无光及微光情况下工作，摄像机应有高ISO值，同时可借助机车头灯的远距离照明功能。

    为验证移动图像采集及机车头灯照明能否满足实际视频监控需要，我们进行了多次车载视频采集试验。试验表明，选择合适的镜头焦长、帧率及压缩算法，借助机车照明，在列车中速运行时，所获取视频图像可基本满足现场昼夜动态监控需要，同时视频文件的大小也基本可适应传输带宽的要求。

    系统的另一关键点是要实现数据文件的稳定、可靠的无线传输，通过大量的低高速网络传输试验，测定无线网络传输的带宽，选用新型无线传输设备，来验证高速移动环境下视频文件传输的可行性。

小结

    通过对方案的反复比选及试验，我们认为：基于无线网络通信协议的准实时移动监控模式是基本可行的。目前，其硬件发展已可以基本满足实际工程的需求。如需提高视频信息的实时性，则只需增加中继基站的密度，将来可逐步实现全程无线覆盖。采用视频文件缓存下载模式而不是目前流行的视频流信号直接传输模式，可以避免丢帧及信号传输盲区造成的监控盲区，保证视频监控信息的完整性，同时也大大降低了系统造价。

    采用实时GPS转公里标来确定监控位置的方法关键是提高动态定位精度，确定列车的上下行行驶方向以便正确选择上下行转换表，并可根据列车的行进和停止决定是否存录图像。

    对该系统前端稍作更改，即可实现地面对车内状况的动态监视，由于车内环境相对静止，视频压缩算法效率较高，所需带宽也会大大下降。

    综上所述，这种基于无线网络通信协议的轨道交通移动视频监控系统将被广泛地应用于轨道交通行业，且前途一片光明。   ■

（作者：南昌铁路局科研所高级工程师）