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高铁沿线视频监控技术的应用
作者：万腾科技；阅读：
随着我国交通建设的突飞猛进发展，目前前所未有的高铁普及日愈凸显，高铁速度成为了中国的一张名片。据悉，中国高铁里程预计2020年将达到1.8万公里。高铁的快速发展使其对安全运营非常重视，近年来高铁安全防范需求急切上升，带来了新的市场分支领域，这对深耕于此的山东万腾电子科技有限公司是机遇也是挑战。
高铁与视频监控的应用发展
国际通常将高速铁路定义在时速200公里以上，而中国高铁，即CRH（ChinaRailwayHigh-speed）的时速也定义在200公里以上，另外，我国又增加了“客运专线”的等级，客运专线是以客运为主的快速铁路，时速200至350km/h的铁路统称为客运专线。京津城际是我国第一条具有世界一流水平的高速铁路，最高运营时速设计为350公里。随着京津高铁的开通运营，我国各个地方的高铁逐渐发展了起来，如石太客运专线、合武线、武广客运专线、京沪高铁等等，可以说目前我国铁路建设进入了“高速运行、高速发展”的“高铁”时期。
由于高速铁路运行速度快，运营安全风险高，其对安全技术保障措施的反应速度、运行效率提出了高要求。为了保障高铁的安全运营，高铁对安防尤其是视频监控的需求不断增多，同时也提出了更多先进性的技术要求。目前高铁的视频监控系统，要求采用先进的视频技术，基于铁路系统的IP网络，构建数字化、智能化、分布式的网络视频监控系统，满足公安、安监、客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供电等业务部门及防灾监控、救援抢险和应急管理等多种需求，实现视频网络资源和信息资源共享。据了解，在高铁领域，常用的与各业务相关联的铁路视频监控系统有近30个，由于高铁领域视频监控系统涉及业务部门太多，各个部门如公安、车务段、机务段、旅服系统、客运段等都有各自独特的视频监控需求，为了实现统一管理，早在2008年铁道部出台了《铁路综合视频监控系统规范(试行)》，对综合视频监控系统的组成、网络架构、服务质量以及涉及到的一些关键设备和技术等级等都做了明确规定。随着该技术规范的出台，高铁在视频监控系统的建设上遵循“统一领导、统一规划、统一标准、统一资源、统一管理”原则。近年来，随着安防技术的快速发展，高铁视频监控的应用也不断有新变化，这其中，高铁沿线监控作为高铁安防领域中涉及面最广，对设备和技术的要求也最复杂，受到了众多厂家的关注和政府部门的重视。顺应技术以及需求的变化趋势，近日国家铁路局在北京组织召开了铁路工程建设标准专家委员会会议，审查新修订《高速铁路设计规范》，新规范有望在年内发布，新规范的出台或将对高铁安防产生重要影响。
高铁沿线监控的需求
高铁具有这样一些特点：全程跨度大、环境复杂、用户众多、建设周期长、施工难度大、建设成本高、站点数量少、站点间距大等。特殊的环境使高铁对视频监控的要求比较高，一般高铁沿线的视频监控必须得适应各种复杂的环境气候条件。高铁经常会经过边远地区，其对设备的稳定性要求高，客观上不允许经常性的维护和升级工作。同时，高铁对视频图像效果、压缩编码效果、功能性能、传输、联网等都比其他平安城市项目的要求高。标准中还特别强调了关于EMC电磁兼容能力的要求，由于高铁沿线往往是周边荒野，对防雷的要求以及对图像智能分析的处理要求，都是因为高铁沿线的特殊环境所迫切需要的。除此之外，系统的兼容能力、扩展级联能力等也都是影响高铁监控效果的重要因素。
高铁沿线监控技术应用
高铁监控的特殊需求虽然很多也很复杂，但是近几年监控技术的发展对很多问题的解决起到了很好的推动作用。近一两年来，新技术的应用使高铁监控应用越来越贴近实际，日渐满足了高铁的最核心需求。以下从几个方面侧重对高铁沿线的监控技术应用进行介绍。
1.图像技术处理
对于高铁远距离监控，最基本最核心的问题就是图像的效果，一般情况下的处理在此不做赘言，笔者针对高铁环境说一些特殊的图像需求。第一是透雾。近几年来雾霾、大雾天气现象频繁出现，高铁运行时需要对周边的情况提前预知，透雾的要求逐渐成为标配。针对透雾的实现，目前可以采用光学透雾和电子透雾相结合的方式进行，光学透雾可以实现物理层面的滤光机制，通过镜头和滤波片双层角度来较大承载红外波长。目前这一应用技术在不断发展，其可以配合电子透雾，优化图像处理，再结合图像参数的调节，宽动态补偿、对比度的优化等匹配，来改善雾天成像的问题。
对于高原环境，强光的日照影响会造成成像问题，同时逆光下的成像处理也不理想，需要摄像机能实现强光抑制功能，这要结合电子快门、增益补偿等优化图像处理，还需要对产品遮阳沿、镀膜视窗、偏振镜等进行结合提升，一般这都需要进行定制。此外，目前超低照度、星光级照度技术的应用，对高铁沿线的夜视效果有很大的改善作用，在高铁沿线无补光照明的环境也同样能保证清晰的视野效果，目前星光级的处理堪称高铁沿线的标杆应用。
2.环境适应性
高铁沿线处于不同的自然环境，面临日晒雨淋、台风、雷击、冰冻、暴晒、高温、低温、高湿等这些环境因素，高铁监控要求摄像机能够全天候工作，因此沿线监控对环境的适应性要求很高，对设备要求极高，因为每个破坏环节都可能造成系统维护成本的剧增。
目前高铁监控设备要求具备IP67的防护等级，这是在恶劣环境下保证设备内部器件的一个基础。在重载的云台摄像机产品结构上要做到IP67并非易事，在高寒高冷高湿高热等环境下，需要内部配置多个高效高低温风冷组件，智能化判定需要加热以及风冷的因素，尤其在电机、图像处理、镜头、涡轮等位置，必要时可以配置传感器来进行智能化分析内部的温湿度情况，自发的响应风冷加热。对于北方边界有冰冻的环境，还需要配合预热驱动或热感辅助等情况，来保障云台产品的正常运转。对于高热高湿环境，甚至有盐碱性质的环境，还需要做好三防处理，这些看似不起眼的工作，会对正常监控产品有极大的影响。
3.强电磁干扰
电磁干扰是高铁沿线监控应用的主要障碍之一，因此其对设备的抗干扰要求是必备的。高铁沿线布设高压传输网一般在50万伏，安全距离是50-150米，在50米范围内，对高压的影响处于抗扰状态。一般高铁沿线监控为了施工便捷，有的会沿用高压塔作为布设摄像机的立杆，这往往会形成高密度的干扰环境，形成干扰源。再者国内的高速铁路基本上都是采用电力动车组，所以高速铁路都有接触网，高铁上方的接触电网是2.7万伏，接触网由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱等几部分组成，接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力，担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务，这是另外的干扰源。
这种高压强磁对于全天候24小时工作的监控设备影响很大。随着技术的发展，企业对电磁干扰的解决办法一直在优化，目前很多企业通过设置屏蔽层，加上电路板本身的抗扰性、物理防护的抗扰性等，来改善和解决高铁沿线监控电磁干扰问题。但是事实证明，在高铁高速行驶状态下产生的磁场对周边设备的干扰影响是最大的，尤其在高速通过的瞬间带来电磁波的干扰往往对图像有致命影响，这需要我们对物理防护和屏蔽层的处理要到位，对传导抗扰和辐射抗扰性要能深入剖析和解决。
4.远距离监控
高铁沿线的视频监控路段有的是荒无人烟，监控半径广泛，一般3-5公里设置一台摄像机，可覆盖周边高铁沿线以及外围的监控。对于桥梁、隧道、高架、村庄等环境，需要精准监控，配置长焦镜头，实现自动光圈和自动调焦。对设备要求具有云台精确度，也就是预置位精度，能够对重点位置实现精确变焦和定位，还要云台具有平滑性，使得图像效果连续稳定。同时还得具有自动复位或者叫守望位，自动恢复固定位置和视角。
此外，摄像机处于海拔或几十米高的铁塔上，对抗风载能力要求较高，抗风载能力解决了才能从根本上改善和解决防抖动的问题。一般在恶劣情况下，8-9级的大风属于正常，山东万腾电子科技有限公司的云台摄像机本身通过结构、固定、风阻等方面来提升和改善，同时还要具有大传动比来满足重载承载的要求，才能保证高铁沿线的正常监控。
5.设备智能诊断
从高铁安全检测的角度看，高铁沿线的护栏、车站口、桥梁通道、村庄路段等，如果有人攀爬、穿越或者动物穿行，会引起不必要的危险，甚至影响高铁的行驶，因此视频监控系统要求具备视频分析及告警功能，比如在前端的越界报警，通过区域设置或划线设置、移动侦测、入侵检测、逗留（滞留）检测、逆行检测等基本检测模式，并支持两种以上组态的行为分析。支持在同一场景下划分多个防区，并支持在同一防区内实现多种检测模式。当图像抖动的像素超过一定限值时，应能自动停止分析，并发出告警提示，通过这种分析来提前报警或触发示警的方式，将可以避免或降低危险的发生。
另外从监控设备的维护角度来看，对于设备图像异常诊断、视频丢失告警、设备线路运行的诊断、设备故障的诊断等，需要通过数据分析的方式和联动报警的方式，提醒管理员有针对性地去维护故障设备或线路，进而保障系统智能化运行。
结语
随着高铁的不断发展，目前其沿线的基础配套也越发成熟，视频监控技术在高铁沿线的应用也更加完善，其结合太阳能、风力发电、大功能微波无线传输、热成像技术等也得到广泛应用，再结合后端系统智能配置、子系统的整合、调度和预案、安检及侦查等等，使得高铁监控系统的应用全面而有效，让我们看到了伴随高铁快速发展而成长起来的高铁视频监控。虽然目前仍有一些应用难题需要解决，但高铁视频技术的发展和应用一直在不断创新和突破，山东万腾电子科技有限公司的技术将会更好地为高铁沿线护航，为高铁运行保驾。
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