陳 杰

接觸網(wǎng)應(yīng)急指揮搶修系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳 杰

南昌鐵路局廈門供電段供電技術(shù)科

該文基于第三代通信技術(shù)（3G），設(shè)計(jì)了應(yīng)用于供電段接觸網(wǎng)搶修現(xiàn)場(chǎng)的無線應(yīng)急視頻指揮系統(tǒng)。首先對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和鐵路應(yīng)急通信的發(fā)展過程、現(xiàn)狀和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等做了詳細(xì)的介紹，分析了第三代通信技術(shù)三種制式和兩種視頻算法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了本系統(tǒng)采用聯(lián)通WCDMA和H.264標(biāo)準(zhǔn)，并按照所選技術(shù)方案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的無線局域網(wǎng)的傳輸性能、丟包率和延時(shí)率等進(jìn)行了仿真分析。其次，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，分別對(duì)監(jiān)控指揮中心和現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備做了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)流媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)3G視頻服務(wù)器、管理服務(wù)器的原理和功能做了詳盡的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)WEB監(jiān)控和手機(jī)監(jiān)控的軟件，包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、監(jiān)控軟件的編寫等。

無線 視頻監(jiān)控 接觸網(wǎng) WCDMA

0 引言

隨著運(yùn)輸需求的飛速發(fā)展，列車運(yùn)行速度和密度都在不斷增加，對(duì)鐵路設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性的要求也越來越高。而接觸網(wǎng)系統(tǒng)工作環(huán)境惡劣，使用條件苛刻，且無備用。在自然環(huán)境和機(jī)車受電弓的直接作用下，接觸網(wǎng)懸掛、支持結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)處于動(dòng)態(tài)變化之中，且受外部干擾大，往往表現(xiàn)為接觸網(wǎng)跳閘頻繁、停電時(shí)間長(zhǎng)、弓網(wǎng)故障多。接觸網(wǎng)運(yùn)行可靠性問題現(xiàn)已成為制約我國(guó)電氣化鐵道發(fā)展的重要因素之一，安全壓力也愈來愈大，設(shè)備故障和延時(shí)對(duì)運(yùn)輸?shù)挠绊懸灿用黠@，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急故障搶險(xiǎn)和設(shè)備維護(hù)，研發(fā)設(shè)計(jì)3G無線視頻指揮系統(tǒng)，充分利用遠(yuǎn)程專家資源，及時(shí)指揮搶險(xiǎn)搶修，具有重要意義。

1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述

本系統(tǒng)使用中國(guó)聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡(luò)作為無線傳輸?shù)幕揪W(wǎng)絡(luò)，BGAN海事衛(wèi)星作為無線傳輸?shù)膫溆镁W(wǎng)絡(luò)。選用H.264視頻壓縮技術(shù)作為3G視頻服務(wù)器對(duì)視頻流的壓縮算法。

第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)最早由國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）在1985年提出，1996年更名為國(guó)際移動(dòng)通信2000（IMT-2000），1999年11月5日在芬蘭召開的ITU TH8/1第18次會(huì)議上最終確定了三類（TDMA、CDMA-FDD、CDMA-TDD）共5種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為第三代移動(dòng)通信的基礎(chǔ)，2000年5月，ITU正式批準(zhǔn)了針對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)的IMT-2000無線接口的5種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的完善，到目前為止CDMA的三種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸地占據(jù)了市場(chǎng)的核心地位。

H.264算法的主要特性如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)。H.264的文件能容易地在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中傳輸，例如：Internet、GPRS、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等。

（2）容錯(cuò)能力強(qiáng)。H.264提供了解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生丟包率等錯(cuò)誤的必要工具。

（3）幀間編碼及引入流間傳送幀。H.264充分利用相鄰幀之間時(shí)域冗余進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，引入了流間傳送幀，能在有相似內(nèi)容但有不同碼流的碼流間快讀切換，并支持快速播放及隨機(jī)接入。

（4）去塊濾波器。H.264定義了自適應(yīng)去除塊效應(yīng)濾波器，處理預(yù)測(cè)了環(huán)路中的水平和垂直邊緣，大大減少了“方塊效應(yīng)”。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)控指揮中心

監(jiān)控指揮中心是一個(gè)基于IP協(xié)議的IP多媒體網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，主要由交換機(jī)、流媒體服務(wù)器、路由器、AAA認(rèn)證服務(wù)器、備用服務(wù)器、通信服務(wù)器以及其它終端設(shè)備組成，如圖1所示。

圖1 監(jiān)控指揮中心設(shè)備組成示意圖

2.2 現(xiàn)場(chǎng)

現(xiàn)場(chǎng)主要由無線路由器（WR）、便攜式BGAN海事衛(wèi)星通信包、3G多卡視頻服務(wù)器、無線語音設(shè)備、筆記本電腦等組成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成示意圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)控中心軟件是系統(tǒng)的主程序，軟件架構(gòu)主要是以管理服務(wù)器提供的接口SDK API為基礎(chǔ)的。通過對(duì)視頻監(jiān)控功能的用例分析，其功能主要包括服務(wù)器參數(shù)設(shè)置、服務(wù)器狀態(tài)查詢、網(wǎng)絡(luò)預(yù)覽、視頻參數(shù)設(shè)置、截圖、圖片預(yù)覽、錄像(本地錄像和服務(wù)器錄像)、錄像回放(遠(yuǎn)程回放，按時(shí)間回放和本地回放)和錄像下載等功能。主程序?qū)崿F(xiàn)流程如圖3所示，圖中的各功能都以模塊類的形式進(jìn)行了封裝，便于軟件的測(cè)試和擴(kuò)展。

3.2 WEB監(jiān)控的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)運(yùn)用ActiveX[17]組件實(shí)現(xiàn)Web監(jiān)控功能。Web服務(wù)器采用Apache的HTTP服務(wù)器，通過ActiveX將可復(fù)用的軟件組裝到應(yīng)用程序或服務(wù)程序，嵌入到網(wǎng)頁(yè)中，使用瀏覽器就可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。圖4表明了基于ActiveX的B/S視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)的傳輸途徑。

流媒體服務(wù)器將采集到的視頻信號(hào)發(fā)送到客戶端，由嵌入瀏覽器的ActiveX控制接收并且解碼顯示出來，Web服務(wù)器上存儲(chǔ)客戶端所需要的ActiveX控制以及相關(guān)的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(DLL)，負(fù)責(zé)提供和發(fā)布帶有相應(yīng)控制和動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的頁(yè)面，用戶則在客戶端使用IE下載并且注冊(cè)ActiveX控制，接收來自于視頻采集服務(wù)器的視頻流。

3.3 手機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

主要實(shí)現(xiàn)用戶登錄，發(fā)送用戶信息并讀取服務(wù)器響應(yīng)，選擇視頻數(shù)據(jù)源，接收并實(shí)時(shí)播放等功能。運(yùn)行流程見圖5。

圖3 監(jiān)控中心程序流程圖

圖4 B/S網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控示意圖

圖5 手機(jī)監(jiān)控運(yùn)行流程圖

用戶通過輸入服務(wù)器地址，向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求，正常連接后，輸入用戶名、密碼到服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證通過后，選擇所要瀏覽的視頻，接收從服務(wù)器發(fā)送過來的視頻圖像，在播放視頻的過程中，可以進(jìn)行設(shè)備控制和保存圖像的操作。

4 結(jié)語

3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，Internet視音頻業(yè)務(wù)需求和規(guī)模的逐步擴(kuò)大，使得基于3G移動(dòng)通信技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)有了廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和非常樂觀的市場(chǎng)前景。本文對(duì)基于3G的視頻指揮搶修系統(tǒng)做出了總體設(shè)計(jì)，完成了關(guān)鍵設(shè)備和服務(wù)器的搭建，還實(shí)現(xiàn)了WEB監(jiān)控和手機(jī)監(jiān)控等新功能，對(duì)于充分利用遠(yuǎn)程專家資源，及時(shí)指揮搶險(xiǎn)搶修，具有重要意義。

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