動車組檢修作業(yè)視頻實時傳輸系統(tǒng)的研制

陳自傳

【摘? 要】動車組檢修現(xiàn)場作業(yè)指揮通信目前主要依靠模擬對講機、移動電話，無法實時了解作業(yè)人員現(xiàn)場圖像，不能全面反映現(xiàn)場作業(yè)狀況，工作日志、攝像視頻等都要事后人工進行錄入，工作量大且嚴重延后，無法對數(shù)據(jù)進行及時的匯總、分析和挖掘。

【關鍵詞】動車組;檢修作業(yè);視頻傳輸系統(tǒng)

1. 研制內(nèi)容及技術(shù)方案

1.1研制內(nèi)容

針對關鍵檢修作業(yè)內(nèi)容（如視頻傳送及分發(fā)等）的長期不能實時傳輸問題，建設一套動車所現(xiàn)場作業(yè)智能化管理系統(tǒng)的承載網(wǎng)絡平臺，配套提供TD-LTE無線寬帶專用網(wǎng)絡（第四代無線通信LTE），提供一種高帶寬、高速率、低時延及安全可靠的無線傳輸技術(shù)，并通過改進和擴容一部分現(xiàn)場作業(yè)設備（如現(xiàn)場作業(yè)拍攝設備）來解決。

同時開展動車組檢修作業(yè)視頻實時傳輸系統(tǒng)的研究和開發(fā)，實現(xiàn)在遠程監(jiān)控終端對遠程視頻終端進行實時操作控制，實現(xiàn)視頻實時瀏覽、檢索、評分、統(tǒng)計分析等功能。

（1）采用TD-LTE 無線網(wǎng)絡技術(shù)，提供一種高帶寬、高速率、低時延及安全可靠的無線傳輸網(wǎng)絡。（2）定制改造多功能攝像手電筒的軟硬件，使它可通過專網(wǎng)1.8G頻段網(wǎng)絡實時傳輸拍攝的動車組作業(yè)檢修視頻，可以實時了解作業(yè)人員現(xiàn)場圖像，全面反映現(xiàn)場作業(yè)狀況。（3）通過作業(yè)表單的生成、自動派工、作業(yè)人員作業(yè)攝像、分析人員在線分析視頻、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等解決動車所整個檢修作業(yè)管理的系統(tǒng)化、智能化。

1.2技術(shù)方案

（1）LTE網(wǎng)絡技術(shù)方案。

①概述：南寧動車所使用LTE網(wǎng)絡傳輸手電筒攝像機圖像及視頻，工作流程為：工作人員使用手電筒攝像機拍攝、錄像，形成相應文件;通過LTE專網(wǎng)傳輸至應用服務器;應用服務器記錄數(shù)據(jù)，供控制中心調(diào)取使用

②系統(tǒng)設計方案。系統(tǒng)性能優(yōu)異。系統(tǒng)容量大，資源浪費小，性能優(yōu)異，極大減少商用風險。資源利用率高。采用專用信道方案以小區(qū)為單位，只有尋呼響應的小區(qū)建立資源。該機制百倍減小了系統(tǒng)資源浪費，使得商用能力大幅提升，減小了方案的商用風險。集群業(yè)務旁路核心網(wǎng)，建網(wǎng)成本和風險更低。采用通用EPC網(wǎng)元，降低集群業(yè)務與公網(wǎng)業(yè)務的耦合度，降低建網(wǎng)風險將LTE業(yè)務和集群業(yè)務接口完全隔離，降低集群標準與LTE標準的耦合度，使得ZiLTE方案不受LTE的協(xié)議后續(xù)演進影響，同時還能享受到LTE協(xié)議演進可能帶來的好處。

③核心網(wǎng)設計方案。TD-LTE的核心網(wǎng)采用高集成小型化19英寸設備，高度5U，包含了MME、S-GW、HSS、DSS等功能，型號為ZXTS eTC 500，基于ALL-IP平臺架構(gòu)進行設計，它具有技術(shù)先進性、前瞻性、集成度高、價格低等特點，在安裝時，可以和其他19英寸設備共用機柜，無需再增加機柜。

④基站設計方案?；窘ㄔO采用分布式SDR基站，基帶和射頻分離（即BBU+RRU），顛覆了傳統(tǒng)的一體化基站架構(gòu)設計，大大簡化了設計結(jié)構(gòu)，在集成度、體積、重量、散熱等方面都有了極大的突破。

⑤終端接入方案本項目終端為定制手電筒，支持1.8G專網(wǎng)和WIFI功能，直接接入或為降低終端定制開發(fā)難度，終端接入可以設計為使用CPE轉(zhuǎn)接WIFI，將手電筒視頻通過CPE的WIFI接入LTE網(wǎng)絡。

（2）LTE攝像手電筒改造。定制改造多功能攝像手電筒的軟硬件，使它可通過專網(wǎng)1.8G頻段網(wǎng)絡實時傳輸拍攝的動車組作業(yè)檢修視頻，可以實時了解作業(yè)人員現(xiàn)場圖像，全面反映現(xiàn)場作業(yè)狀況。

集攝像、拍照、錄音、存儲、回放、1.8G專網(wǎng)或運營商網(wǎng)絡視頻傳輸、照明等功能一體的智能手電筒。

目前動車所采用的高清攝像手電筒集成了照明、攝像、拍照、錄音、巡檢功能的產(chǎn)品，支持插拔顯示屏，音、視頻數(shù)據(jù)采集功能，數(shù)據(jù)存儲功能以及強光照明的多功能高清攝像手電筒。

（3）軟件方案。信息采集層：也是感知層，通過傳感器、多功能攝像手動筒、儀器、儀表和智能終端可以采集、測量設置信息，獲取人員的位置信息、運動軌跡和作業(yè)攝像視頻。

2.設計方案

2.1應用系統(tǒng)設計

系統(tǒng)主要分為視頻存儲管理系統(tǒng)、視頻分析管理、派工管理系統(tǒng)、統(tǒng)計分析系統(tǒng)、系統(tǒng)管理系統(tǒng)等。

（1）視頻存儲子系統(tǒng)。檢修視頻通過專網(wǎng)實時上傳到存儲服務器，并根據(jù)視頻分類及上傳的參數(shù)進行歸檔，按要求把檢修視頻進行系統(tǒng)分類。（2）視頻分析。視頻分析員，對歸檔的視頻進行評分，每個視頻對應不同的評分表。（3）派工管理。作業(yè)工長，對作業(yè)人員派工;分析工長對視頻分析員派工;系統(tǒng)根據(jù)派工策略自動或手動對任務進行派發(fā)。（4）統(tǒng)計分析系統(tǒng)。對作業(yè)情況、問題情況、視頻分析員等進行于詳細的分析統(tǒng)計。（5）系統(tǒng)管理子系統(tǒng)。系統(tǒng)管理模塊通過對系統(tǒng)的進行各種設置，保證系統(tǒng)的正常運行。具體功能有：部門/機構(gòu)管理、用戶管理、角色管理、權(quán)限管理、用戶認證管理、參數(shù)設置、系統(tǒng)日志、數(shù)據(jù)字典、數(shù)據(jù)備份等。

部門/機構(gòu)管理：部門/機構(gòu)管理主要是對系統(tǒng)用戶的所屬單位進行管理?？商砑硬块T人員。在創(chuàng)建系統(tǒng)用戶時，必須指定用戶所屬部門。

用戶管理：增加系統(tǒng)登錄用戶、修改用戶信息、禁用用戶等。

角色管理：根據(jù)系統(tǒng)用戶不同的管理級別設置角色擁有的權(quán)限集合，并將權(quán)限集合以角色名稱賦予用戶。

權(quán)限管理：權(quán)限管理對系統(tǒng)安全和信息安全扮演著非常重要的角色，在本系統(tǒng)中，因為信息的敏感性，不可能把系統(tǒng)收集到的信息全部提供給各部門，對于同一個功能模塊，要求不同機構(gòu)的用戶能看到的信息各不相同。為此將權(quán)限管理分為兩種類型，其一為訪問權(quán)限，也叫做功能權(quán)限，限制用戶能否使用本模塊，其二為數(shù)據(jù)權(quán)限，即在訪問權(quán)限的基礎上，再對登陸用戶所能看到的信息進行限制。

用戶認證管理：對于本系統(tǒng)而言，確保應用系統(tǒng)訪問者身份的合法性是一個重要的問題。為保證采集到的原始信息可信可靠，信用數(shù)據(jù)采集終端必須對數(shù)據(jù)提供方提供身份鑒別。登錄的用戶需要通過身份認證系統(tǒng)確認后，才能進行各種數(shù)據(jù)采集與應用功能的操作。身份認證系統(tǒng)預留CA接口，便于以后平滑升級到基于PKI的身份認證。

參數(shù)設置：提供信用信息系統(tǒng)及業(yè)務的參數(shù)設置，如數(shù)據(jù)上傳文件格式設置，系統(tǒng)默認信息分類等。

系統(tǒng)日志 ：系統(tǒng)操作日志內(nèi)容有：系統(tǒng)用戶操作記錄;系統(tǒng)運行記錄;系統(tǒng)異常報錯信息記錄;該頁面提供多條件查詢功能（如時間、單位、用戶、操作類型），用戶可自由組合查詢條件進行篩選查詢。查詢結(jié)果提供打印輸出或?qū)С觯‥xcel）功能。

數(shù)據(jù)字典：數(shù)據(jù)字典是代碼和名稱的一個對照表，由數(shù)據(jù)字典項、數(shù)據(jù)子項和名稱組成，是為了用戶操作系統(tǒng)時更直觀。系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典項在系統(tǒng)初始化時已將大部分數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)，用戶可根據(jù)需求增加、修改、刪除商品數(shù)據(jù)字典項。

數(shù)據(jù)備份：數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的重要資源，要經(jīng)常備份，制定日常的備份制度。當數(shù)據(jù)損壞時，可以從備份數(shù)據(jù)里恢復。該功能提供手動遠程備份數(shù)據(jù)庫到服務器指定的硬盤下。

制定日常備份制度，養(yǎng)成數(shù)據(jù)備份的習慣?？蛇x擇采用增量備份的方式、備份的方式、自動備份的方式、定時備份的方式。

3.項目研制總結(jié)

本方案針對關鍵檢修作業(yè)內(nèi)容（如視頻傳送及分發(fā)等）的長期不能實時傳輸問題，建設一套動車所現(xiàn)場作業(yè)智能化管理系統(tǒng)的承載網(wǎng)絡平臺，配套提供TD-LTE無線寬帶專用網(wǎng)絡（第四代無線通信LTE），并改造原有攝像工具，通過高速網(wǎng)絡即攝即傳提供移動視頻監(jiān)控，為監(jiān)管部門解決遠程指揮及實時監(jiān)控等難題，并與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來進行視頻實時監(jiān)控，使人們可以在任何時間、任何有網(wǎng)絡覆蓋的地點、以任何方式輕松的接入互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)在遠程監(jiān)控終端對遠程視頻終端進行實時操作控制，和Web瀏覽器登錄，實現(xiàn)視頻實時瀏覽、檢索、分析、評分等功，保障動車組列車停放、檢修全過程的安全。

參考文獻

[1]張玉清，動車組檢修流程監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D[，蘭州交通大學，2017-4月