魏瑞新

【摘要】 本文介紹了軌道交通行業(yè)采用第三軌供電方式的地鐵線路，在列車出廠線，為實(shí)現(xiàn)對列車降弓動(dòng)作的確認(rèn)，防范安全事故發(fā)生，在弓靴轉(zhuǎn)換位置增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)例，為類似項(xiàng)目的建設(shè)提供了有價(jià)值的參考經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】 弓靴轉(zhuǎn)換位置 降弓升靴 視頻監(jiān)控

一、項(xiàng)目建設(shè)的必要性

廣州地鐵四、五號線分別于2005年12月、2009年12月建成并開通運(yùn)營。四、五號線正線均為第三軌供電方式，但是，列車在車廠是接觸網(wǎng)供電方式，這就使得列車從車廠進(jìn)入正線或從正線回到車廠時(shí)，需要進(jìn)行供電方式的轉(zhuǎn)換，這個(gè)動(dòng)作叫弓靴轉(zhuǎn)換。以出廠為例，列車出廠時(shí)需要列車司機(jī)手動(dòng)操作降下位于列車車頂?shù)氖茈姽?，升起列車下?cè)位的集電靴，實(shí)現(xiàn)列車供電方式的轉(zhuǎn)換，這個(gè)過程稱為降弓升靴。而列車從正線回到車廠時(shí)的動(dòng)作正好與出廠時(shí)相反，叫降靴升弓。弓靴轉(zhuǎn)換的地理位置均處于車輛段范圍內(nèi)，按照信號系統(tǒng)的劃分，該位置如果屬于正線范圍，則列車在該處的行車指揮權(quán)隸屬于行車調(diào)度；該位置如果屬于車廠范圍，則列車在該處的行車指揮權(quán)隸屬于車廠調(diào)度。

列車完成弓靴轉(zhuǎn)換后，如果線路屬于地面，列車會沿著出廠線直接進(jìn)入正線運(yùn)行；如果線路屬于地下隧道，列車會通過洞口進(jìn)入正線的隧道區(qū)間。一旦降弓動(dòng)作沒有完成，受電弓處于升弓狀態(tài)，在列車進(jìn)入洞口或地面線路的下一個(gè)車站時(shí)，直立的受電弓將會受到損壞，造成安全事故。因此，對列車司機(jī)是否完成了弓靴轉(zhuǎn)換動(dòng)作的確認(rèn)，成為了確保安全行車的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

為此，廣州地鐵于2012年8月，在四、五號線車廠弓靴轉(zhuǎn)換位置建設(shè)了降弓視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要用來監(jiān)控列車出廠時(shí)司機(jī)是否完成了降弓動(dòng)作，為安全行車指揮提供了有效的技術(shù)保障手段，確保了地鐵列車的安全運(yùn)行。

二、四號線車廠降弓視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

四號線的出廠線編號為轉(zhuǎn)換軌1道，轉(zhuǎn)換軌2道，按照信號系統(tǒng)的劃分，四號線降弓升靴的位置屬于正線范圍，其行車指揮權(quán)隸屬于行車調(diào)度，為此四號線的監(jiān)控圖像終端設(shè)在新造車輛段的OCC（運(yùn)行控制中心）。

依據(jù)列車車型的不同，每列車的受電弓數(shù)量也不相同，四號線的列車編組為4節(jié)車廂，車頭車尾各有一個(gè)受電弓，在每條股道列車頭尾2個(gè)受電弓降弓對應(yīng)位置各安裝1個(gè)攝像頭進(jìn)行監(jiān)控。新造車輛段共安裝4個(gè)攝像頭，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)換軌1、轉(zhuǎn)換軌2的弓靴轉(zhuǎn)換位置列車降弓情況的視頻監(jiān)控。四號線車廠降弓視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

由圖可見，在四號線的列車出廠弓靴轉(zhuǎn)換位置安裝了四個(gè)光纖一體化球型攝像機(jī)；在新造車輛段的通信設(shè)備房安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的中心設(shè)備，包含光接收機(jī)、視頻分配器、畫面分割器、硬盤錄像機(jī)、錄像回放用監(jiān)視器；在運(yùn)行控制中心調(diào)度桌面安裝兩臺監(jiān)控屏。圖像信號經(jīng)過敷設(shè)在弓靴轉(zhuǎn)換位置和通信設(shè)備房之間的光纖傳送到光接收機(jī)，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的所有視頻信號通過視頻分配器后，一路送給硬盤錄像機(jī)，一路進(jìn)入二個(gè)畫面分割器，畫面分割器將車頭、車尾兩個(gè)攝像機(jī)的圖像組合后，分別輸出對應(yīng)的視頻信號至二個(gè)監(jiān)控屏。用于監(jiān)控轉(zhuǎn)換軌1，轉(zhuǎn)換軌2。

三、五號線車廠降弓視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

五號線的出廠線編號為14、15、16道，按照信號系統(tǒng)的劃分，五號線降弓升靴的位置屬于車輛段范圍，其行車指揮權(quán)隸屬于車廠調(diào)度，為此五號線的監(jiān)控圖像終端設(shè)在魚珠車輛段的車廠調(diào)度室。

五號線的列車編組為6節(jié)車廂，部分列車為頭尾2個(gè)受電弓，部分列車為車頭、車中、車尾3個(gè)受電弓。對于三個(gè)受電弓的列車，只要能夠監(jiān)控到頭尾2個(gè)受電弓的降弓情況就可以滿足安全需求。為此，五號線也與四號線一樣，在每條股道列車頭尾2個(gè)受電弓降弓對應(yīng)位置各安裝1個(gè)攝像頭進(jìn)行監(jiān)控。魚珠車輛段共安裝6個(gè)攝像頭，實(shí)現(xiàn)對出廠線14、15、16道弓靴轉(zhuǎn)換位置列車降弓情況的視頻監(jiān)控。五號線車廠降弓視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

由圖可見，在五號線的列車出廠弓靴轉(zhuǎn)換位置安裝了6個(gè)光纖一體化球型攝像機(jī)；在魚珠車輛段車廠調(diào)度室附近的通信設(shè)備房安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的中心設(shè)備，包含光接收機(jī)、視頻分配器、畫面分割器、硬盤錄像機(jī)、錄像回放用監(jiān)視器；在車廠調(diào)度室安裝三臺監(jiān)控屏。圖像信號經(jīng)過敷設(shè)在弓靴轉(zhuǎn)換位置和通信設(shè)備房之間的光纖傳送到光接收機(jī)，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的所有視頻信號通過視頻分配器后，一路送給硬盤錄像機(jī)，一路進(jìn)入三個(gè)畫面分割器。三個(gè)畫面分割器將車頭、車尾兩個(gè)攝像機(jī)的圖像組合后，分別輸出對應(yīng)的視頻信號至三個(gè)監(jiān)控屏，用于監(jiān)控出廠線14道，15道，16道。

四、四、五號線車廠降弓視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

通過對本套視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了廣州地鐵四、五號線列車出廠時(shí)，對列車司機(jī)降弓升靴操作結(jié)果的視頻監(jiān)控，具體能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：（1）通過系統(tǒng)配置，將列車頭尾兩個(gè)受電弓的圖像合成在一個(gè)顯示終端上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)度人員能夠在同一幅圖像上同時(shí)監(jiān)視到同一條車道上列車頭尾受電弓的降弓情況，并能夠在圖像上顯示車道號，確保了相鄰股道不會相互混淆。（2）采用了具備紅外功能的光纖一體化球機(jī)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候的監(jiān)控，并設(shè)置硬盤錄像機(jī)錄像，錄像內(nèi)容可以保存30天時(shí)間。（3）在每個(gè)攝像頭上方加裝了輔助燈光照明設(shè)備，并具備定時(shí)開啟功能和主備切換功能，確保了視頻監(jiān)控系統(tǒng)全天候運(yùn)行和照明設(shè)備的節(jié)能。白天和晚上的視頻監(jiān)控圖像效果分別見圖3和圖4。

五、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

5.1 安全性和經(jīng)濟(jì)性

由于本項(xiàng)目需要在正常運(yùn)營的線路上進(jìn)行施工，在選取攝像機(jī)的安裝位置時(shí)要充分考慮到施工安裝的便利性和后期維護(hù)的方便性，以及安裝后的本套系統(tǒng)設(shè)備不能給線路運(yùn)營帶來安全隱患。為此，安裝位置選取了離開軌行線路控制區(qū)域一定的距離。四、五號線選擇的攝像機(jī)安裝位置距離軌道中心為15-20米，攝像機(jī)安裝高度與接觸網(wǎng)平行（距離地面高度4.5米左右），設(shè)備選型采用了光纖球型攝像機(jī)，能夠在控制中心實(shí)現(xiàn)對光纖球機(jī)的遠(yuǎn)程遙控，確保了攝像機(jī)能夠正確地?cái)z取受電弓的圖像，在弓靴轉(zhuǎn)換位置稍有變化時(shí)，可以通過對攝像機(jī)的調(diào)整（焦距、俯仰角、方位角）來滿足新位置的監(jiān)控需求，不需要重新投資增加新的設(shè)備，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

5.2 采用光纖一體化球型攝像機(jī)避免了前端采集圖像受到干擾，確保了圖像的清晰

由于攝像機(jī)位于接觸網(wǎng)附近，如果采用的攝像機(jī)是視頻信號輸出，然后再通過光電轉(zhuǎn)換為光信號向控制中心傳送，接觸網(wǎng)1500V直流高壓造成的干擾會竄入前端視頻信號中，形成網(wǎng)紋狀干擾。為此，本系統(tǒng)采用了光纖一體化球型攝像機(jī)，有效地防止了干擾的發(fā)生，確保了圖像的清晰。

5.3 燈光輔助照明設(shè)備的選型

由于監(jiān)控用攝像機(jī)的紅外成像屬于主動(dòng)紅外攝像技術(shù)，在夜間照明不足時(shí)，攝像機(jī)成像是依靠輔助紅外燈發(fā)出的紅外線照射物體，紅外線經(jīng)物體漫反射，被監(jiān)控?cái)z像頭接收，形成視頻圖像。由于四、五號線的弓靴轉(zhuǎn)換位置均在車輛段的露天室外環(huán)境。

經(jīng)過試驗(yàn)，具備紅外功能的球型攝像機(jī)在夜間并不能獲得滿意的圖像，主要原因?yàn)榻佑|網(wǎng)和受電弓在空中（接觸網(wǎng)距離軌平面高度 4米左右），周圍空間沒有物體能夠產(chǎn)生漫反射。為此，本套視頻監(jiān)控設(shè)備增加了輔助照明燈光設(shè)備，先后選用過LED燈、高壓鈉燈、氙氣燈等設(shè)備。首次選用的LED燈亮度低、聚光性不夠；其次試驗(yàn)了高壓鈉燈，結(jié)果是聚光效果差；第三，氙氣燈照射距離和聚光性都能滿足要求但性能不夠穩(wěn)定，故障率高。在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，最后定型了一款LED燈，得到了較好的效果。這款LED燈的功率為36瓦，采用了36顆LED，單粒光束角均為30°，聚光性可以滿足要求，確保了光線照射到受電弓后成像的清晰。