鐵路區(qū)間線(xiàn)路視頻關(guān)鍵技術(shù)的探究

文｜中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 郭加新

如摘要所述，可見(jiàn)區(qū)間線(xiàn)路視頻在鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)中的重要性，目前鐵路區(qū)間線(xiàn)路視頻整體方案設(shè)計(jì)中主要分視頻前端覆蓋及安裝、視頻后端存儲(chǔ)、視頻圖像顯示、視頻數(shù)據(jù)傳輸、視頻前端供電等幾種主要技術(shù)。視頻前端覆蓋、視頻后端存儲(chǔ)和視頻圖像顯示無(wú)論從技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，還是產(chǎn)品的選擇都很成熟，本文將不再做探究。本文將對(duì)視頻前端安裝、視頻數(shù)據(jù)傳輸、視頻前端供電這3種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探究、技術(shù)比選最終得出一個(gè)最佳的技術(shù)方案。

一、視頻前端安裝技術(shù)

目前鐵路區(qū)間線(xiàn)路視頻前端主要有利用無(wú)線(xiàn)鐵塔、獨(dú)立設(shè)置金屬電桿、利用接觸網(wǎng)支柱3 種安裝方式。

（一）利用無(wú)線(xiàn)鐵塔

利用無(wú)線(xiàn)鐵塔安裝方式是指視頻前端安裝在鐵路沿線(xiàn)區(qū)間基站無(wú)線(xiàn)鐵塔上。此安裝方式優(yōu)點(diǎn)是監(jiān)控范圍廣、距離長(zhǎng)（單側(cè)可達(dá)1500 米）、不易受障礙物阻擋，同時(shí)不用單獨(dú)設(shè)置金屬電桿及接地裝置，可節(jié)省工程投資，是視頻前端首先的安裝方式。缺點(diǎn)是鐵塔區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生監(jiān)控盲區(qū)（可通過(guò)增加視頻前端方式彌補(bǔ)），較遠(yuǎn)處畫(huà)面清晰度不高，維護(hù)較其它安裝方式困難。

（二）獨(dú)立設(shè)置金屬電桿

獨(dú)立設(shè)置金屬電桿是指工程建設(shè)中在鐵路沿線(xiàn)路基地段坡腳處需為視頻前端單獨(dú)設(shè)置金屬電桿。此安裝方式優(yōu)點(diǎn)較無(wú)線(xiàn)鐵塔方式監(jiān)控盲區(qū)小、畫(huà)面清晰度高、維護(hù)方便。缺點(diǎn)是較無(wú)線(xiàn)鐵塔安裝方式監(jiān)控范圍小、距離短（單側(cè)可達(dá)300 米）、容易受障礙物阻擋，同時(shí)需單獨(dú)設(shè)置金屬電桿及接地裝置，較利用無(wú)線(xiàn)鐵塔安裝方式增加工程投資。此種安裝方式適用于鐵路路基地段，是在沒(méi)有無(wú)線(xiàn)鐵塔的路基地段首先安裝方式，但設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足鐵路限界的要求。

（三）利用接觸網(wǎng)支柱

利用接觸網(wǎng)支柱是指視頻前端安裝在鐵路沿線(xiàn)路基路肩、橋梁、隧道處接觸網(wǎng)支柱上，此安裝方式優(yōu)點(diǎn)較無(wú)線(xiàn)鐵塔方式監(jiān)控盲區(qū)小、畫(huà)面清晰度高、維護(hù)方便、節(jié)省投資。但“《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（高速鐵路部分）”中明確規(guī)定“接觸網(wǎng)支柱不應(yīng)附掛通信、有線(xiàn)電視等非供電線(xiàn)路設(shè)施，特殊情況需附掛時(shí)，應(yīng)經(jīng)鐵路總公司批準(zhǔn)”。也就是說(shuō)沒(méi)有極特殊情況，視頻前端是不允許安裝在接觸網(wǎng)支柱上的，除非橋梁、隧道、困難路基等無(wú)法利用金屬電桿及無(wú)線(xiàn)鐵塔安裝視頻前端的地段確實(shí)有視頻需求的，可以利用接觸網(wǎng)支柱安裝，但必須經(jīng)鐵路總公司批準(zhǔn)。此安裝方式適于用橋梁、隧道、困難路基地段的視頻前端的安裝。

經(jīng)上述分析，鐵路區(qū)間線(xiàn)路視頻前端主要的三種安裝方式，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，首先利用無(wú)線(xiàn)鐵塔、其次獨(dú)立設(shè)置金屬電桿、最后利用接觸網(wǎng)支柱。

二、視頻前端供電技術(shù)

目前鐵路區(qū)間視頻前端設(shè)備供電主要有交流遠(yuǎn)程供電、直流遠(yuǎn)程供電、就近取電供電3 種主要技術(shù)。

（一）交流遠(yuǎn)程供電

交流遠(yuǎn)程供電是在鐵路區(qū)間中繼站、基站、直放站、電氣化所亭等處設(shè)置UPS設(shè)備，UPS 設(shè)備通過(guò)電力電纜為視頻前端設(shè)備供電。

交流電遠(yuǎn)供方案的缺點(diǎn)在于由于原材料漲價(jià)而導(dǎo)致的工程造價(jià)高，但優(yōu)點(diǎn)在于沒(méi)有在區(qū)間增加電源設(shè)備，安全可靠性高，同時(shí)又能提供后備電源，且今后維護(hù)工作量較少。交流遠(yuǎn)供供電示意如圖1所示。

圖1 交流遠(yuǎn)供供電示意圖

（二）直流遠(yuǎn)程供電

直流遠(yuǎn)程供電是通過(guò)逆變等技術(shù)將交流電源轉(zhuǎn)換成高壓直流電源，提高供電電壓實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離供電，可彌補(bǔ)交流供電技術(shù)距離限制的不足，同時(shí)減少了電纜線(xiàn)徑，整體來(lái)看可節(jié)約工程投資，但增加了維護(hù)人員工作量。直流選供方案如圖2所示。

（三）就近取電供電

就近取電供電（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“就近供電”）主要是根據(jù)區(qū)間視頻前端設(shè)置情況，根據(jù)交流電輸送距離能力，在區(qū)間選取幾個(gè)合適的供電點(diǎn)，供電點(diǎn)處新設(shè)桿式變壓器、不間斷電源UPS、室外三防溫控箱，桿式變壓器分別從鐵路沿線(xiàn)貫通線(xiàn)、自閉線(xiàn)各取一路電源，UPS 從桿式變壓器取電并通過(guò)低壓電力電纜為區(qū)間視頻前端設(shè)備供電。就近供電示意如圖3所示。

在長(zhǎng)大區(qū)間，視頻采集點(diǎn)就近取電供電方案投資比交流直供投資低。但和直流遠(yuǎn)程供電技術(shù)一樣，也增加了區(qū)間設(shè)備維護(hù)工作量，同時(shí)此方案需要鐵路供電和通信兩個(gè)部門(mén)進(jìn)行維護(hù)，給維護(hù)管理帶來(lái)了很大的不便。

根據(jù)上述分析區(qū)間視頻前端供電主要以交流遠(yuǎn)程供電技術(shù)為主。對(duì)于長(zhǎng)大區(qū)間視頻前端設(shè)備采用直流遠(yuǎn)供方式為其供電，特殊情況可采用就近取電供電方式。

三、視頻數(shù)據(jù)傳輸

現(xiàn)有的主流通信技術(shù)，主要有光纖收發(fā)器、GPON 兩種技術(shù)解決區(qū)間視頻前端至視頻接入點(diǎn)間的視頻數(shù)據(jù)傳輸。

（一）光纖收發(fā)器

光纖收發(fā)器方案即區(qū)間視頻前端和車(chē)站視頻接入節(jié)點(diǎn)間通過(guò)光纖收發(fā)器+光纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行連接，每個(gè)區(qū)間采集點(diǎn)至車(chē)站視頻接入節(jié)點(diǎn)至少需要1 芯光纖。此方案優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)視頻前端至視頻接入節(jié)點(diǎn)獨(dú)享至少100M 帶寬，投資低。缺點(diǎn)是占用大量光纖資源，光纖收發(fā)器不可統(tǒng)一網(wǎng)管，不易管理，穩(wěn)定性差。光纖收發(fā)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

（二）GPON

圖2 直流遠(yuǎn)供供電示意圖

圖3 就近供電示意圖

圖4 光纖收發(fā)器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖5 GPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

GPON 技術(shù)是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的分布式無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，可提供上行1.25G、下行2.5G的高帶寬。每個(gè)PON 口最多級(jí)聯(lián)5 級(jí)，允許6 個(gè)ONU 接入。1 條光 纖可實(shí)現(xiàn)6 個(gè)視頻前端的接入，可節(jié)省大量光纖資源。GPON 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

由于光纖收發(fā)器方案為非主流接入網(wǎng)技術(shù)，又存在不可統(tǒng)一網(wǎng)管，設(shè)備穩(wěn)定性差，占用大量光纖資源，光纖分配復(fù)雜，不易管理等缺點(diǎn)，不適用于鐵路區(qū)間線(xiàn)路視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程，恰恰相反，GPON 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)能完全彌補(bǔ)光纖收發(fā)器的缺點(diǎn)，所以視頻數(shù)據(jù)傳輸推薦GPON 技術(shù)。

本文經(jīng)過(guò)對(duì)以上三種視頻關(guān)鍵技術(shù)分析，鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)區(qū)間線(xiàn)路視頻前端優(yōu)先利用無(wú)線(xiàn)鐵塔安裝、其次獨(dú)立設(shè)置金屬電桿安裝、極困難地段可利用接觸網(wǎng)支柱安裝，采用交流遠(yuǎn)供和直流遠(yuǎn)供相結(jié)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻前端供電，采用GPON 技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的傳輸。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著我國(guó)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)的腳步不斷前進(jìn)，今后鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)里程也會(huì)隨之增加，鐵路區(qū)間線(xiàn)路視頻作為保障鐵路安全運(yùn)營(yíng)的技術(shù)手段之一，在今后鐵路建設(shè)中將會(huì)得到常態(tài)化、大面積的應(yīng)用。本文就當(dāng)前現(xiàn)有的技術(shù)手段，對(duì)視頻監(jiān)控主要幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜合分析，明確了區(qū)間線(xiàn)路視頻前端安裝、視頻前端供電、視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)方案。本文方案可供鐵路及相關(guān)行業(yè)視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)參考。當(dāng)然隨著今后新技術(shù)的出現(xiàn)，相信鐵路視頻會(huì)有更好解決方案。