铁路车载数字监控系统方案

铁路车载数字监控
解决方案
西安铁路技术研究所
目录
一、系统概述 (3)
1、系统概述 (3)
2、列车车载监控系统建设目标及思路 (3)
3、列车车载视频监控系统的几个特点 (3)
二、需求分析 (4)
三、方案设计原则 (5)
1、灵活性原则： (5)
2、实用性原则： (5)
3、可靠性原则： (5)
4、标准性和开放性原则： (5)
5、先进性原则： (5)
6、安全性原则： (6)
7、扩展性原则： (6)
8、经济性原则： (6)
9、可管理性原则： (6)
四、系统功能介绍 (6)
1、车载终端 (10)
1-1、实时监视功能 (10)
1-2、录放像功能/备份功能 (10)
1-3、报警联动功能 (11)
1-4、云台控制功能 (11)
1-5、其他功能 (11)
1-6、技术参数 (11)
2、无线传输模块 (13)
一、系统概述
1、系统概述
铁路机车车载数字监控系统采用先进的数字视音频监控技术，在车辆上安装终端，使用大容量硬盘对车辆行驶过程中的视音频信息进行实时记录保存以备日后查证使用。

本系统结合无线网络传输技术，将车辆现场图像及所在位置传送到指挥中心，给领导远程指挥调度提供第一手资料；在发生突发事件时，指挥中心能根据获取的现场资料迅速作出反应；是打造“平安浙江”强有力的不可缺少的基础设施之一，可为保一方平安做出贡献。

除此之外，根据客户的不同需要、该系统还可选配多媒体娱乐广播功能，可取代现有的车载影碟机。

2、列车车载监控系统建设目标及思路
车载数字监控系统的目标是：在客运车辆内架设前端高清晰摄像机，采集车辆行驶过程中的视音频信息，进行记录，并通过先进的无线音视频传输技术和高速数据备份技术将记录下的视音频数据上传至指挥中心，为领导指挥决策提供第一手资料。

3、列车车载视频监控系统的几个特点
a、对车载硬盘录像机的设计要求较高，因车上的工作环境非常恶劣，所以需要有较好的硬盘减震技术，并且对体积、功耗、以及扩展性都有一定的要求；
b、对录像的清晰度要求不高，因为车长一般在12米以内，4个摄像机搭配D1的清晰度已经足够覆盖全车并保证较高的录像质量；
c、需要支持多种无线网络，通过现阶段发展迅速的3G网络，将车载视频传输至监控指挥中心；
d、对存储的性能要求不高，但是需要能够满足长时间的连续数据读写，数据流量大但访问请求数量低，数据的保存时间也较金融行业为低，一般不会超过1个月；
二、需求分析
铁路机车驾驶由正、副司机操作改革为单司机值乘后，一个司机既要操作同时还必须监控设备运行，因此必须借助视频设备才能在驾驶台上监控到动力间、辅助间、电器间等设备间的运行情况。

针对铁路部门的要求专门开发了适用于机车监控的车载监控和录像系统，根据机车乘务员一次出乘标准化作业的要求和规定，系统对乘务员操作、机车运行前方线路等情况进行全过程音视频同步记录。

司机在驾驶室就可以对整个机车实施监控，随时能够检测到机车何处出现了故障，从而避免了以前司机必须进入机械舱对部件进行检查才能找到故障的情况，降低了司机的工作强度，提高了行车的安全性。

机车监控系统专门针对中国的机车运行情况而开发，驾驶员可以根据需要对机车内外同时进行录像或者监控，也可以选择录像或者监控的范围。

机车监控系统主要具有如下功能：
1、监控和记录机车乘务员的操作情况；
2、监控和记录机车机械间、电器间以及非操纵端司机室设备运转状况，防止设备运转不良、冒烟、火灾隐患等危险情况的发生，这一点在单司机操纵时显得尤为重要；
3、记录机车前方场景的轨道、信号机、道岔、道口及其它情况，如果发生事故，可以记录事故发生时的详细情况，对事故分析起到重要作用，有利于判断事故责任方；
4、结合CDMA或WiFi无线传输，列车沿线附近的车站可以进行无线动态监控和数据传输，方便指挥调度和管理
三、方案设计原则
1、灵活性原则：
针对列车监控的应用特点，提供足够的灵活性，无需在车厢间增加新的链路，做到在进行车厢调整和替换时可即插即用，无需人为操作。

2、实用性原则：
采用成熟的、经实践证明其实用性的技术。

能满足现行业务的管理，并适应5 年内业务发展的要求。

3、可靠性原则：
系统具备故障判断及报告和自动恢复的能力，设计详尽的故障处理及紧急事故处理方案，保证系统运行的稳定性和可靠性。

4、标准性和开放性原则：
系统的设计符合国际标准和工业标准，采用开放式系统体系结构。

系统本身具备足够的开放性，可以根据用户的具体需求进行进一步的开发并提供相应的二次开发包供用户使用。

同时该系统可以方便的与现有的其他系统进行对接。

5、先进性原则：
采用最新的可升级的编码技术，选用的技术和软硬件产品具备持续性发展的能力。

6、安全性原则：
系统具有多层次的安全保护措施，以满足用户身份鉴别、访问控制、数据完整性、可稽核性和保密性的要求。

7、扩展性原则：
首先，在列车数字视频监控系统内部，在用户业务不断发展的情况下，系统可不断升级和扩充，并保证系统的稳定运行。

再者，监控网络具备足够的扩展性在系统本身上提供进一步的二次开发能力和与其他设备进行对接的能力。

8、经济性原则：
系统在保证性能强大、先进的同时应考虑经济性，选用具有最佳性价比的产品。

9、可管理性原则：
列车数字视频监控系统提供丰富灵活的管理方式，在本地和监控中心端实现方便的网管。

四、系统功能介绍
DSS数字监控系统是在通用的安防视频监控系统的基础上进行设计开发，除了普通安防视频监控所共有的实时监视、云台操作、录像回放、报警处理、设备管理等功能外，更多地考虑到如何方便用户使用系统的人机工程。

1.平台特点
高易用性监控软件越来越同质化，核心功能越来越稳定，如果提高人机界面，使之更易用，才能更好地提高用户的生产力。

本系统对用户典
型需求进行分析，使用人体工程、人机工程学原理进行采样、分析，进行操作流程、界面设计。

根据不同操作人员的工作特点、业务能力进行针对性的分析和设计，使之更易用。

●高可靠性系统采用国际流行技术和架构进行设计，采用诸多故障处理
机制、容错机制、备份机制，以及结构化、分布式的结构提高系统的可靠性。

研发过程严格遵守质量控制标准，进行完整、深入地测试，使系统可以达到电信级7*24小时可靠运行，为用户提供可靠的服务。

●分布式架构分布式结构可以为用户提供良好的扩展性、容错性，保持
系统的先进性。

●三级级联满足用户典型的组网方案，方便建立多级管理。

系统采用的
域技术使得级联可以自顶向下实施，也可以从下向上逐级联网。

可以满足各地区分别组网，上级再集中联网，解决地区局先组网，最后无法进行互通级联的问题。

或级联互通时要更改命名规则。

●标准性系统采用标准的国际规范和协议，可以方便与其它业务系统对
接，方便进行二次开发。

使得开发维护成本降低，并保持系统规范性，方便与其它系统对接。

系统使用标准RTP/RTCP、RTSP、HTTP协议，使用XML文件格式，使用AES加密算法，支持MPEG4、H.264、G.711、
G.726、AMR等编码标准。

●开放性提供统一设备接入接口，可以方便其它厂家设备接入。

只要按
接口实现设备级SDK，即可方便接入系统。

●动态集群系统关键服务器均支持动态集群技术。

当用户需要扩容时，
只需要将新的服务加入配置，无需重启系统即可动态生效，扩展系统能力。

因为系统支持动态增加相同的服务，所以先天具备容错能力。

某台服务器因为硬件故障死机，有其它服务器可以接替工作，保证系统不间断运行。

●负载均衡集群中的服务器可以在负载均衡算法下动态生效，保证每台
服务器压力大致相同，可保证系统连续稳定运行。

使系统可以动态扩容。

●双机热备系统中的业务管理服务器为单服务器，使双机热备技术保证
不间断运行。

可选择会话复制或不复制。

另外系统中的WEB服务器和
MYSQL数据库可以使用数据库本身的备份技术或第三方软件进行热备，保证系统运行。

●高扩展性系统采用模块化设计，使用SAN技术，保证新功能、模块添
加的方便。

系统广泛使用组件技术，使得从整体上还是实现上对新功能和业务的扩展都及其方便。

●多外设支持系统采用专门的控制服务器连接和管理各种专用外设，控
制如空调、灯光、门禁、报警主机等。

●看门狗技术系统中使用看门狗技术在热备和集群之上保证进程的正常
工作。

进程工作不正常时，看门狗程序会将进程在最短时间内重启，使系统处于可用状态。

●网管功能系统有服务一级、设备一级、业务一级的网管，保证可以有
效果地监看系统的运行状态。

同时有EMAIL报警、短信报警等功能在第一时间将系统状态报告给管理员，便于排除故障，使系统连续运行。

●无限级组织结构系统支持无限级组织结构，可以满足所有用户管理组
织和设备的要求。

权限按组织结构进行细化，可实现复杂的管理要求。

●权限组技术系统使用权限组进行权限管理，可以方便进行各种复杂的
权限管理操作。

可以对本组织下的权限进行细化控制，也可以对其它组织下的权限进行控制，完全满足复杂使用要求。

权限组对设备和服务进行详细控制。

●多用户支持系统对操作人员进行了：操作员、管理员、WEB版操作员、
上级中心操作员、网管操作员的划分。

分别提供客户端，使不同业务不重叠，简单了用户使用，使各种人员的操作更专业。

也方便进行管理。

●用户分级管理用户分为5级管理，高级别可以抢夺低级别用户的权限。

级别在权限组的基础上又细化了管理，使之更贴近实际的管理需求。

也为以后的管理提供了基础。

●方便的矩阵操作系统中的矩阵服务器，使用分布式架构，可以灵活支
持显卡、解码卡、解码器，实现上墙。

客户端的上墙操作更直观、实时，使用所见即所得技术使得上墙更方便，无需提前进行更多设置。

在客户端界面上即可实现所见即所得地上墙操作。

并可实现报警的自动上墙联
动。

●标准存储设备支持支持流行的DAS、NAS、IP-SAN、SAN设备，可以
实现长时间的录像和图片存储。

安全可靠。

支持RAID0、1、5等标准。

●多屏显示技术支持各类客户端充分利用多屏显示技术向用户展示更多
信息，更方便用户了解系统，做好业务。

●虚拟文件系统存储系统使用虚拟文件系统提高系统安全性和磁盘利用
率，并且防止Windows下的磁盘碎片。

专用的缓冲和调度算法可以更好
地提高磁盘效率。

容错机制可以确保数据被安全写到磁盘及数据库，保
证录像安全。

●专用WEB通讯机制确保WEB上的操作实时刷新到GUI操作员客户
端上，使用户第一时间刷新到配置和管理上的操作，使之生效。

业内独
创技术。

●网络自适应算法使用自有的网络自适应算法提高网传效率与性能。

当
网络状况良好时会加速传输，在网络状况变差时会对码流及显示进行调
整，改善用户的观感。

并保证重要图像优先传输。

●网络抖动算法先进的抖动算法会使图像显示更流畅，长时间监看不会
产生不适感。

同时提供流畅和实时的抖动控制模式供用户选择，方便在
不同工作模式下使用。

2.功能特点
1.操作员管理员分开复杂的配置功能在管理员端实现，操作员在专用客户
端上实现，功能简单、专一、稳定，减少用户培训成本。

2.权限组管理可以细化权限管理，还可以实现跨组织结构权限管理，非常
灵活。

适应不同组织结构和权限管理需求用户使用。

3.管理员和操作员实时消息管理员上的系统配置可以实时反应到操作员
端，客户端无需重启，实时性好。

4.转发服务器可以按组织结构配置，相同组织下的设备在该级组织结构下
的服务器上转发，满足集中组网管理需求。

5.局域网组网，公网使用支持设备和服务器在局域网上组织，用户在公网
上使用的需求。

可以解决设备带宽问题，满足不同用户使用需要。

6.摇杆模拟功能使用鼠标模拟专用键盘上的摇杆，方便用户使用，可以提
高用户生产力，同时支持步长模拟。

7.回放组控制支持多摄像头在主摄像头的进度下一起回放，方便事后游
览。

1、车载终端
车载终端ME系列采用嵌入式结构设计，可实现车辆运行时实况录像、远程图像实时监控、远程控制、报警联动、GPS定位、云台控制、数据存储、网络接入、实时信息双向传输等功能。

车载终端采用大容量硬盘作为存储介质
产品特点：
ME系列产品采用专业车载设计，低功耗、无风扇、标准化小尺寸 (汽车行业标准1DIN 尺寸，即标准的车载CD机尺寸)，使产品可在汽车操控板进行嵌入式安装。

宽电压电源适应各种车载电源。

独特减震抽拉硬盘结构，使录像的备份和管理更加方便。

性能稳定，功能强大，操作简便。

更可利用扩展内置GPS模块并加载无线通讯模块，构造无线视频监控管理系统，进行远程调度管理和实时监控。

产品广泛应用于公共交通、长途客运、警用巡逻、城管巡逻、运钞、危险品运输、物流运输等车载监控行业，也可应用于其他的苛刻环境条件的视频监控。

性能稳定：
1、精巧尺寸
2、车载电源
3、超低功耗
4、高抗震设计
5、无风扇设计
6、选材严格
操作方便：
1、可抽取式硬盘
2、软线连接
3、高速传输
4、备份快捷
5、便捷操作
功能强大：
1、录像方式
2、视频调节
3、信息记录
4、报警功能
5、一键操作
6、网络功能
7、浮水印
术8、双备份功能
1-1、实时监视功能
终端具备模拟输出接口，可通过监视器或显示器实现监视功能。

具备单画面/四画面监视功能。

可通过无线网络进行远程实时监视。

1-2、录放像功能/备份功能
多工操作：在每路实现独立全实时录像的同时可实现单路回放检索、网络监
视、录像查询下载。

多种录像模式：手动录像、定时录像、报警联动录像、动态监测录像，其中动态监测、外部报警都有预录功能。

录像回放：本地单画面回放时可以切换单画面实施监视或进行画中画任一路的实时监视。

多种回放模式：较快（x2）、更快（x4）、极快（关键帧）三种快放模式，较慢（x1/2）、更慢（x1/4）、单帧播放三种慢放模式，以及暂定/播放控制
回放录像时可以显示事件发生的准确时间。

备份：采用高速USB2.0备份和本地硬盘备份
1-3、报警联动功能
具备4路外部电压量报警输入，并具备视频丢失报警、动态监测报警功能，报警方式可以是开门触发、烟感探测器、温感探测器、红外探测器等。

具备多路报警输出，便捷实现报警联动及现场的灯光控制。

通过无线通讯模块及时把报警信息发送到监控中心。

1-4、云台控制功能
支持通过RS232通讯的云台解码器，可扩展多种解码协议，实现云台和摄像机控制功能。

监控中心可以通过无线通讯模块实现远程控制云台和摄像头。

1-5、其他功能
除了以上功能，车载终端还集成了无线通讯模块和GPS定位模块，以实现车载终端的定位和与监控中心的信息交互工作。

车载终端采用大容量硬盘作为存储设备，硬盘上的文件可以选择覆盖式循环记录和非循环记录模式。

车载终端提供三级用户管理，采用密码方式登录。

监控中心可以通过无线通讯模块远程查询、下载车载终端上存储的录像数据。

1-6、技术参数
2、无线传输模块GPS组件
EVDO组件
TD组件
WCDMA组件
WIFI组件
3、监控中心
监控中心主要实现对车辆运行状况的远程监控、处理应急突发事件、联动处理报警业务、车辆调度管理、车辆定位及运行路径分析管理、设备巡检、车载终端远程控制、权限管理和其他系统管理功能。

安装车载终端后，定位信息、视频信号通过无线网络传输到监控中心，在监控中心电子地图上就可以看到车辆行走轨迹、经纬度、以及车辆的周边状况，同时可通过监控工作站实现对设备的巡检、跟踪和监听等功能，方便了车辆调度和监控。

监控平台由应用服务器、GIS服务器、数据库服务器、工作站、电视墙和监控大屏幕等设备组成。

4、应用服务器
1
权限管理：角色管理、机构管理、用户管理
a.角色管理
图3 服务端角色管理界面
角色管理主要指的是用户的身份，对于较高权限的用户我们可以把它设为管理员，一般人员就设为普通角色，这样可以起到合理的控制作用；
b.机构管理
图4服务端机构管理界面
当服务器需要添加新的机构时就需要在机构管理中进行操作，可以使多层次的，方便进行管理，操作时只需点击鼠标右键完成相应机构的添加、修改和删除；
c.用户管理
图5服务端用户管理界面
考虑到不同的机构会有不同的用户，为了便于集中管理，当添加完相应的组织结构以后需要分别对每个机构添加相应的用户名和密码；不同的用户根据其级别的不同可以给他不同的权限在客户端来进行操作，做到中心可以控制，本机构原则上只能访问自己车辆的监控设备；
车辆设备管理：车辆管理、DVR设备管理、车辆状态
a.车辆管理
图6服务端车辆管理界面
车辆管理主要是指给相应的机构添加车辆，可以根据管路的需要对相应的信息进行更改b.DVR设备管理
图7服务端DVR设备管理界面
当设置好车辆管理后需要对相应车辆的DVR设备进行添加操作，包括设置车牌号、网络编号等
c.车辆状态
图8服务端车辆状态界面
可以通过查看车辆即时状态，时刻掌握车辆信息
系统管理：在线监控工作站、电话报警日志、DVR设备报警日志、系统日志、数据字典维护、数据删除管理
图9服务端系统管理界面
a.在线监控工作站：实时接收前端DVR报警信号；
b.电话报警日志:主要记录工作人员利用车载电话与后台监控中心进行联系等操作；
c.DVR设备报警日志：当前端DVR工作不正常时，系统能够及时收到相应信息，指挥中心可以在最短时间内安排人手排除故障或向厂家保修；
d.系统日志：实时记录工作人员每天的操作记录；
e.数据字典维护：自动对系统内信息进行更新维护；
f.数据删除管理：管理员可删除系统内多余且不必要的数据；
客户端操作
当在服务器端配置完所有的信息以后，用户就可以通过用户名和密码进行访问和完成相应操作
1．客户端登陆：打开客户端快捷方式，先选择相应的机构，输入用户名和密码进入
图10客户端登陆界面
2．实时监视：通过客户端可以实时监视前端
图11客户端实时监视画面
3．地图功能
图12电子地图功能4．定位功能
图13卫星定位功能
5．在线查询车载终端上的历史视频信息
图14录像查询条件设置
6．监控中心录像回放功能
图15中心录像回放
车载终端环境可靠性设计
车载设备所处的工作环境极其恶劣，电源、振动、温度、灰尘是影响设备寿命的主要因素，而稳压和抗震的设计正是车载设备技术的最根本点。

电源设计
两级电源防护；
第一级采用车载专用电源适配器，实现电源的第一步稳压和滤波、抗高压处理；
第二级为本机的内部专业设计电源，实现双重的稳压保护。

专业设计宽范围车载电源适配器，+12V/+110VDC宽幅电源能适应不同的车型；
防震缓冲设计
机械减震、电子抗震和软件抗震专利
●整机抗震，高强度的抗震能力，完全适应车上环境。

在160Hz～5KHz之间，可有效减振10～30DB。

如下图：
1。

时域分析结果
图16时域分析图
2。

频域分析结果
图17频域分析图
●硬盘专用减振支架，采用精密硅胶和解震弹簧作为减振材料，重点缓冲20Hz～200Hz 之间的振动应力。

●软件电子减振，即在内存缓冲数据，减少对硬盘的访问时间和次数。

特别对0磁道的访问进行了特别缓冲，保护0磁道。

系统特点
车载终端专业为车载设计，适应汽车电源及高抗震设计（机械减震、电子抗震和软件抗震专利）
采用标准H.264，图像压缩比、清晰度高
支持本地实时/非实时音视频录像，能网络远程访问
多种模式录像功能（手工、定时、报警联动）和快速方便的查询回放模式
支持多种云镜控制解码协议
安全可靠的三级用户管理模式
超大容量硬盘，无需格式化，即插即用
硬盘专业抗震设计，可锁定，可移动，方便携带数据备份
最多四路摄像头设计，方便实现全方位监控和重点区域监控多层防护
采用摄像头保护电路、备份电源设计，确保系统的高可用性
GPS、GIS、无线通讯技术的应用，能够让我们在监控中心直观地看到每辆车的准确位置和周边情况
除了配备隐蔽的报警按钮和监控、监听设备，系统还提供多种自动报警模式，可在车辆遭受
暴力袭击和破坏时自行报警。