铁路监控方案.docx

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铁路监控方案

铁路区间全天候监控系统

技术解决方案

南京登可力科技实业有限公司

二〇一一年四月

目录

1概述1

2主要功能与技术指标2

2.1主要功能2

2.2主要技术指标及规格3

2.2.1可见光镜头4

2.2.2云台护罩一体化设备4

2.2.3控制技术要求5

3方案设计5

3.1系统组成5

3.2外部设备接口7

3.3工作方式和原理7

3.3.1工作方式7

3.3.2工作原理说明8

3.4系统设计说明8

3.4.1云台护罩一体化系统8

3.4.2电视摄像系统9

3.4.3计算机及显示设备15

3.5操控软件17

3.5.1软件功能17

4可靠性和维修性设计20

4.1可靠性设计20

4.2维修性设计20

5包装、装卸、贮存和运输21

6产品质量保证措施21

7系统配置清单22

概述

铁路区间全天候监控系统是对一定区段火车运行安全、轨道设施安全进行观察、监视和管理的重要设备，随着铁路提速的发展，传统的监控设备由于监控范围小、解晰度低、夜视能力差等问题已经不能满足铁路安全管理的应用需求。

近年来由于星光级低照度摄像技术的发展和大变倍镜头的应用，可以实现几倍或几十倍于传统监控设备的观察范围和夜视能力并逐渐得到了用户认可，并逐步开始应用于不同需求行业，如边海防、油田防盗、海洋管理等。

本公司借鉴国外先进技术，研制的远距离夜视监控系统具有全天候、跟踪速度快、覆盖面广、作用距离远、图像稳定清晰的特点，能为铁路运营、安全控制提供装备技术上的强力支持。

铁路区间全天候监控系统是针对铁路运营安全，轨道设施安全需要而设计的视频监控综合处理系统，它集成了高性能成像系统和云台控制系统。

该系统的前端采集设备安装在铁路轨道沿线，采用光缆或其它设备进行传输，显示录像设备安装在控制室内。

系统组合采用高解晰度感红外摄像子系统、红外激光照明子系统进行观察、搜索监视、跟踪目标，无论是在白天、夜间均能全天候24小时工作，能高效的发现、识别和确认目标。

本方案采用了先进的机械传动技术和计算机图像处理及控制技术，能有效地降低震动对前端设备造成的损伤获得稳定的图像。

该系统可以根据用户的要求，灵活选配多种规格的光学镜头、高性能星光级低照度摄像机。

系统具有如下特点：

●采用高端图像传感器和智能图像处理，显著提高产品性能；

●组合使用多种主被动光学传感器，无论是在晴朗的白天、漆黑的夜间，都能有效发现、捕获目标；

●采用先进的云台传动机构，提升抗震性能，图像稳定清晰；

●采用标准化、模块化设计技术，扩展性好，维修方便；

●采用“三防”、密封设计技术，利于恶劣环境长期使用；

●全中文监控控制界面，操作直观方便。

主要功能与技术指标

主要功能

铁路区间全天候监控系统的主要功能如下：

通过在铁路沿线安装的全天候监控设备，全天候24小时成像，实时监控铁路运营、安全状况；

在监控指挥中心采用视频综合管理软件，实现对全程各监控点多画面实时监控、录像、远程遥控、报警处理和权限分配；

有突发事件可以及时调看现场画面并进行实时录像，记录事件发生时间、地点、及时报警联运公安系统进行处理，事后可对事件发生视频资料进行查询分析；

1）昼夜成像功能

可见光成像系统的彩色模式利用CCD高解晰度成像对一定范围内的铁路情况进行观察监视；夜晚利用星光级低照度摄像机实现黑白转换的模式在零照度环境清晰监控火车、轨道、周边人员、车辆活动状态；红外热成像无论昼夜均能轻松发现与环境有温差的物体，对飞机、车辆等物体以及夜间侵入者均能有效发现；

2）三维遥控全方位监视，并可实现大倍数变焦

该系统操作十分方便。

通过三维操纵单杆可以对监控范围内目标进行搜索、观察和监视，对需要重点监视的目标可放大特写、抓拍图片等操作。

2）具有良好的长期工作稳定功能

前端采集设备采用一体化安装结构，具有风阻小，抗震能力强的优点；采用蜗轮蜗杆传动机构配合减震装置能够有效地降低震动对设备长期工作的影响，从而保持光电摄像系统的稳定，得到清晰、稳定的图像，而且保证目标图像始终在电视屏幕上而不丢失。

3）具有电动变倍、聚焦等光学参数调整功能

4）采用三防处理，密封防水结构，有利于室外环境长期使用。

5）具有抓图、实时硬盘录像功能；

主要技术指标及规格

Ø成像器件：

1/4SONYExviewHADCCD；

Ø彩色540TVL，黑白600TVL

Ø成像光谱范围宽，支持可见光和近红外成像，满足昼夜成像的需求；

Ø最低照度：

0.0002lux；

云台护罩一体化设备

Ø防护等级：

IP66全密封设计，做到防水、防尘，坚固耐用；

Ø视察玻璃：

双视窗光学玻璃，镀近红外增透膜

Ø工作温度：

-40℃～+70℃；

Ø耐风能力：

风速20m/s以下正常工作，风速40m/s以下不损坏；

Ø水平转速：

0-60度/秒（变速）；

Ø垂直转速：

0-40度/秒（变速）；

Ø水平旋转角度：

360度连续；

Ø垂直旋转角度：

向下90度，向上90度；

Ø备注：

一体化护罩，集成安装摄像机、镜头和红外激光器；

控制技术要求

Ø实时控制云台上、下、左、右、自动巡航，镜头变倍、聚焦、摄像机彩转黑、激光开/关等操作；

Ø控制线路采用RS485，具有抗干扰能力强、传输距离远的优点；

Ø控制协议为通用PELCO协议，多种波特率设置。

方案设计

系统组成

系统主要由安装于铁路沿线的视频采集摄像系统、传输系统和安装于指挥中心的显控设备三部分组成，传输系统采用光缆或其它方式。

系统拓扑结构图

前端采集摄像系统由高性能可见光摄像传感器、近红外激光照明器、云台护罩一体化系统等组成。

●可见光摄像传感器由自动聚焦长焦镜头和高性能彩色黑白转换CCD摄像机组成。

●云台护罩一体化：

由高速旋转云台搭配一体化双视窗防护罩组成。

●红外激光照明器：

由近红外激光光源、电源控制系统及光束控制机构组成。

传输部分包括：

传输介质光缆、光电转换、网络编码设备等。

室内显控设备包括高性能视频流服务器、三维操控键盘（带操控杆），以及19寸液晶显示屏，数字矩阵切换，电视墙或大屏幕显示系统。

系统的组成原理框图如下图所示。

系统组成原理框图

外部设备接口

视频输出接口

输出标准模拟视频信号，可通过网络编码设备进行模数转换，利用光纤等传输介质输送到给监控指挥中心，视频制式为PAL；连接器接口形式为BNC。

电源输入接口

供电采用AC220V50/60Hz电源，系统工作功耗<60W。

可根据监控点实际状况选择搭配不间断供电电源。

控制信号接口

系统留有远程通讯控制接口，RS485通讯方式，通用PELCOD/P协议，可与网络视频编码器设备的接口通讯，实现远程控制前端云台、镜头动作。

工作方式和原理

工作方式

（1）摇杆手动搜索方式

由操作人员手动操纵摇杆，控制系统接收到操作员的操纵信息后，驱动云台、镜头扫描搜索目标。

（2）自动巡航搜索方式

由操作人员设定方位观察范围，自动水平循环巡视搜索目标。

（3）手动跟踪目标方式

操作人员在屏幕上发现可疑目标后，手动操纵摇杆，控制系统接收操作人员的操纵信息，驱动云台、镜头，使目标始终成像在光学系统视场中心部分，并可进行放大特写。

工作原理说明

系统工作时，操控人员通过操控输入设备（包括控制杆、按键、鼠标）进行操作，执行云台、镜头功能控制。

操作员向前端采集设备发送指令，驱动云台转动，使摄像系统搜索或指向目标。

当目标进入传感器的视场之后，根据需要，调节光学系统参数，实现最佳图像显示。

在此过程中始终可以通过显示器观察、监视目标区域。

系统设计说明

云台护罩一体化系统

激光夜视云台一体化系统，具备传统红外夜视产品无法比拟的夜视能力；功耗小，不易发热，使用寿命长；全天候环境设计，高强度铝合金精铸壳体，抗冲击、防腐蚀，防护等级IP66；360度连续旋转，仰视角度180度，无盲点；6条巡视轨迹，128个预置位；普通监控场合电源电压输入AC24V/AC220V

机械性能

旋转：

水平360度连续

旋转速度：

0~60度/秒

倾斜：

垂直+90°~-90°

巡航形式：

不标配，需定制

电气性能

输入电压：

24VAC/220VAC

频率：

50/60HZ

工作温度：

非加热：

-40°C~70°C；

电视摄像系统

（1）电视摄像系统特点

本产品采用的电视摄像系统具有如下特点：

●具有电动变焦机构和电动调焦机构，可以遥控驱动摄像光学系统连续变焦；

●相对孔径大，成像亮度高，作用距离远；

●采用自动光圈调整方式，调光范围满足目标照度从黎明到黄昏变化范围的需要，有利于对动目标的搜索与跟踪；

●选用高分辨率光学镜头和高灵敏度CCD器件，以满足系统对不良环境下目标探测的需要；

●图像分辨率高、易于识别目标细节；

●使用寿命长。

（2）摄像系统技术参数

主要技术参数如下所示：

●镜头焦距：

3.1-122.4mm连续变焦

●水平解析：

540TVL/600TVL

●感光器件：

高灵敏度CCD

●靶面规格：

1/4″

●最低照度：

0.0002Lux（F1.2）

●信噪比：

54dB（AGC关）

（3）摄像系统的作用距离

影响电视作用距离的因素很多，主要有：

大气水平能见度、景物的亮度、目标与景物的对比度、大气透过率、目标尺寸和形状等等。

作用距离可从目标压行数要求进行分析，同时要综合考虑目标在靶面的照度、对比度、分辨率等方面因素。

人眼在观察显示器上的场景或处于一定背景上的目标时，有一个复杂的生理感知和判断过程。

工程实践上把这个过程分为发现（或探测）、识别、认清等几个等级。

根据Johnson准则，采用光学等效距离测算。

根据有关资料，对目标的发现、识别和认清有下列定义：

①发现目标能感觉到视场中有变化（有新的信息），目标在监视器上的压行数2—4TVL；

②识别目标看出目标轮廓，识别出目标的种类,压行数10-16TVL

③认清目标能看清目标种类，如车辆、人员类型,压行数16-30TVL.

电视摄像系统距离公式：

式中：

H目标高度,H=2m;

f′镜头焦距，长焦端为122mm；

NC电视垂直分辨率：

720像素

nC目标成像的压行数；

BCCD靶面的高度，B=4.8mm

在大气能见度良好条件下，发现车辆、人员的距离为2km，识别该目标的距离为1km，认清目标距离车辆1公里、人员300米。

（4）像场指标

对于高度为2米的目标，采用不同镜头焦距，在不同距离时，其在像场中所占的高度比例如下表所示。

焦距

距离

50mm

100mm

122mm

300m

0.05

0.1

0.2

500m

0.03

0.06

0.12

1000m

0.01

0.03

0.06

2000m

0.007

0.01

0.03

计算机及显示设备

在监控平台设置总控工作站、监控服务器、海量存储、彩色打印机、UPS电源等。

总控工作站可以同屏16路监控前端任意视频编码器的任何多路的视音频，通过授权可以控制前端云台和镜头。

监控服务器是整个网络视频监控的核心，它对下连接前端各种数字设备并接入前端视频画面、接收存储并转发前端的各种报警信号、转发监控终端对前端的控制指令，对上接受报警终端或数字矩阵的视频调度命令、转发视频至相应终端、按监控终端的指令对相关视频进行实时录像，其自身又提供了对前端视频编码器的分层次管理，对用户的分级权限管理；用户通过网络将前端音视频数据实时存储在中心服务器上；服务器数据库记录了重要的视频资料信息、报警信息、监控点信息、其它数据信息，一般用户通过WEB登陆服务器，可以在统一的界面查询任何对他授权的信息。

电视墙由显示工作站控制，显示工作站将网络传来的数字压缩图像还原成初始图像，分别以1/4、1/6、1/8、1/9、1/16模式等离子监视墙上显示，并可以通道轮巡的方式进行图像监视，轮巡组和轮巡间隔时间可由管理员自由设置，每路视音频参数可以完全独立设置。

电视墙二维线图如下所示：

操作控制台示意图：

总控工作站主要向管理员提供对管辖区域内设备的管理、状态的监视以及告警的管理。

总控工作站的各种数据均是从管理服务器获取，管理服务器主要负责数据收集、存储、转发，总控工作站负责数据的处理和可视化显示。

总控工作站可以同屏16路监控前端任意采集工作站的任何多路的视音频，通过授权可以控制前端云台和镜头。

操控软件

3.5.1软件功能

系统操控软件的主界面如下图所示。

操控软件界面

功能概述

提供单画面、4画面、9画面、16画面视频实时显示，双向语音传输，语音广播。

可连接控制云台解码器（球机）、DI和DO输出、PTZ辅助开关等。

可连接控制其它RS485/232接口设备,例：

门禁主机、视频切换矩阵等。

设备管理提供视频服务器、附属设备等的增加、修改和删除。

镜头分组将系统中的镜头进行分组管理，便于监控管理。

提供各种功能的计划、手动和报警录像管理。

提供4种用户类型、255级控制权的用户管理，包括管理员（包括系统管理和组管理员）、超级用户、一般用户和浏览用户，可向用户分配镜头组，可根据用户的优先级分配控制云台和球机的权力。

可通警报管理设置各种警报和处理方法，提供移动侦测和DI各种传感器报警接入。

提供虚拟矩阵管理控制功能

Server端服务概述

目录（Directory）服务

网络视频服务器设备的逻辑配置和控制

用户分类、权限管理，包括用户的有效期设置管理、分组的权限和操作的权限设置管理。

权限分配采用了逐级分配的方式，高级别客户可以修改低级别用户的相关信息。

报警响应、联动管理。

系统相关数据库建立、修改等管理。

包括对支持移动侦测功能的网络视频服务器设备进行移动侦测管理、布防撤防功能管理、解码器群组切换功能管理。

网关（VSIP）服务

各种网络视频服务器前端物理设备的管理。

单播（Unicast）设备的单播（Unicast）、多播（Multicast）转发。

设备事件的发送。

设备网关备份服务。

录像（Record）服务

按照目录服务提供的计划进行录像。

提供客户端的录像回放服务。

转发（IVS）服务

单播（Unicast）客户的音/视频转发服务，包括转发服务带宽管理。

解码端的音/视频转发。

DVR客户端概述

B/S构架系统不需安装客户端软件，IE浏览器会自动安装相应的控件。

C/S构架系统需要安装客户端软件。

B/S构架系统，基于控件的客户端界面可随时按照用户的需求定制。

浏览用户只能浏览图像、双向语音功能。

一般用户功能包括图像实时监控、双向语音功能、控制、录像回放等功能。

超级用户除普通用户功能外，还具有设定录像计划、报警查询等功能。

组管理员可以进行本组的用户管理、本组的设备管理以及本组设备的报警管理等工作。

系统管理员拥有全部用户权限，还包括可以对组管理员进行管理。

可靠性和维修性设计

4.1可靠性设计

为保证系统的固有可靠性和稳定性，在设计时采用如下准则：

●降额设计

在选用的元器件时考虑其工作温度，应满足实际使用环境条件，分立元器件及集成电路按0.5降额因子设计，功率器件电源模块按0.3降额因子设计。

●简化设计

尽量减少硬件，在设计中充分发挥软件的功能，电路设计中采用简化设计减少元器件数量，提高系统的可靠性，结构设计中充分利用标准化器件和已被产品使用证明可靠的成熟的结构形式等。

（2）可靠性分配和方式

对重要的功能单元，分配较高的可靠性指标，对较为复杂的功能单元分配较低的可靠性指标。

考虑重要度和复杂度的分配方法。

由于可靠性分配要反复多次进行，为了减少不必要的反复，在规定的可靠性指标的基础上留出了一定的失效概率余量。

4.2维修性设计

（1）故障检测

系统设计有故障检测功能，可自动检测故障类型，便于快速维修。

更换单元模块化、标准化，各功能单元采用模块化设计，以功能模块单元为更换维修单元。

选用标准件、通用件，保证良好互换性；印制板维修，采用功能相同的印制板现场更换。

（2）可维性设计

现场控制柜内的各个功能模块采用板式设计，只要打开上盖，就可以直接观察到各模块或线路板，现场检查、维修十分方便。

所有对外接口均布置于前端面板上，电缆插拔、接插件检修方便快捷。

（3）电缆接头采用室外型防水、防腐接插件，维修检测同样方便快捷。

包装、装卸、贮存和运输

满足GB/T13384-1992《机电产品包装通用技术条件》中的要求。

产品质量保证措施

公司已建立了完善的质量管理体系，已通过ISO9001:

2000质量管理体系的认证，公司在经营管理中以ISO质量管理体系为指南,并贯彻落实到产品的设计、加工、装配、调试、试验、包装、安装、交付和售后服务等全部环节。

产品研制过程加强如下质量保证措施：

产品设计：

严格设计输入、输出评审，尽量采用现有的成熟技术，做到精心设计，并适时进行设计验证；

外购件及原材料：

严把外购件和原材料质量关，未经检验合格的外购件和原材料不得使用；

工序控制：

对影响工序质量的各项因素（人员、设备、材料、生产工艺、环境等）均建立了完善的控制体系，保证工序处于受控状态；

检验与试验：

工序检验有完善的自检、互检、专检体系，产品检验与试验均通过具有国家认可的检验和试验机构完成；

售后服务：

全项工程质保3年。

作为设备的制造商，具有充足的零备件库，设备出现任何质量问题，都能及时修复或更换；公司有一支专业的安装调试和售后服务队伍，无论在设备安装、调试期间，还是投入使用后，无论是否超过质保期，对用户提出的技术和质量问题，对于一般故障提供2小时响应，4小时修复，需要时及时到现场服务直至故障完全解除，设备完全恢复正常；重大故障报请业主后按要求完成。

另外，我们还安排定期的用户走访活动，与用户方建立良好的信息沟通，完善产品信息搜集网络，随时了解用户的使用情况，负责解答设备使用维护等技术问题。

系统配置清单

铁路区间全天候监控系统主要包括：

前端摄像采集设备、传输系统和监控中心显控设备。

详细设备见附件：

铁路管理监控报价.xls