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1概述 目前，無線通信技術的應用越來越廣泛，具有代表性的、應用也最廣泛的無線通信技術有RFID、紅外、藍牙、WIFI、GSM和3G等。一般認為，通信距離在100m以內的為近程無線通信，在100m以上的為遠程無線通信。其中RFID、紅外、藍牙通信距離為10m以內，為近程無線通信技術，而WIFI、GSM、3G為遠程無線通信技術。近程通信技術一般通信帶寬較窄，如藍牙最高帶寬為1Mb/s，而遠程通信技術一般帶寬較高，其中WIFI無線局域網的傳輸帶寬已由11Mb/s逐步發展到54Mb/s，目前最高可達到300Mb/s。3G技術的上行峰值帶寬可達5.76Mb/s，正在試驗的4G遠程通信技術，帶寬甚至達到100Mb/s。無線通信技術的發展使無線網絡帶寬越來越高，這大大促進了多媒體技術的發展及應用。從20世紀90年代的純語音通信，發展到目前的3G音視頻通話，在這個“視頻無處不在”的世界，無線通信技術正在日益發揮其巨大的威力。尤其是3G技術的發展，使無線通信技術已經滲透到了安防領域的各個行業。鐵路專用無線通信技術GSM-R已經在中國列車運行控制系統（CTCS）中廣泛應用，鐵路綜合視頻監控系統的大規模建設和發展，也在逐步引入無線通信技術。 2視頻傳輸對無線通信技術的要求 視頻數據傳輸具有帶寬要求高、實時性好、私密性強等特點。目前視頻傳輸的格式主要有CIF、4CIF（D1）、720p和1080p，對網絡帶寬的要求分別為512kb/s、2Mb/s、4Mb/s和8Mb/s，其中720p和1080p通常定義為高清格式。依據視頻傳輸特點，如采用無線技術傳輸，則首先是帶寬必須滿足，其次是實時性要好，并且網絡要具備一定的安全性。當前，可承載無線視頻傳輸的成熟技術主要有以下幾種：（1）基于802.11a/b/g/n協議的，利用免許可的2.4GHz、5.8GHz頻段的WIFI無線局域網聯網技術；（2）基于WCDMA（聯通）、CDMA2000-EVDO（電信）、TD-SCDMA（移動）協議的3G無線網絡技術；（3）基于COFDM技術、利用336～344MHz專用頻段的無線通信傳輸。目前商業領域較多采用WIFI和3G技術進行視頻傳輸，而第3種技術因為頻點需要申請和帶寬限制，其商業應用較少，一般在公安、消防等專業領域應用較多。 基于鐵路行業特點，采用無線方式傳輸視頻需要滿足以下要求：（1）有效距離要求高。鐵路視頻監控點通常大部分集中在車站內，但是各業務部門對于車站與區間結合部的咽喉部位也有監控需求。隨著高速鐵路的建設發展，各鐵路部門對區間的監控需求日益強烈，希望做到全線“無縫監控”。（2）清晰度（帶寬）要求高。業務部門對監控目標圖像的清晰度要求，已經由CIF分辨率提升到4CIF（D1）分辨率，相對應地提升了對網絡帶寬的要求。按照目前的H.264編碼格式，D1分辨率可接受的最小碼率≥1Mb/s，而CIF格式分辨率可接受的最小碼率≥384kb/s。 高清數字攝像機的單路視頻對于帶寬的要求達4Mb/s以上。（3）實時性好。視頻監控系統最重要的質量要求就是實時性。模擬監控系統具有很好的實時性，而數字監控系統則存在一定的延時。一般認為，視頻系統可接受的端到端延時應≤2s。過大的延時將影響攝像機云臺的可操控性。（4）可靠性和性價比高。隨著業務部門對視頻監控系統需求增加，對可靠性的要求也越來越高，對系統成本的敏感性較高。在不降低質量的前提下，希望以更少的投入獲得更高的性能。 3無線通信技術在鐵路綜合視頻系統的應用 無線視頻監控利用無線電波傳輸視頻、音頻等數據信號，是視頻監控和無線通信技術的結合應用。它擺脫了線纜的約束，可將現場視頻信息通過無線通信實時傳送到監控中心。目前已應用到設備維護遠程技術指導、突發事件應急處理、特殊環境視頻監控、機車車輛視頻監控等場景中。隨著無線信號的覆蓋面積、傳輸帶寬和傳輸可靠性的提高，無線通信技術必將更多地應用在鐵路綜合視頻監控系統中。 3.1應用原理 在鐵路綜合視頻監控系統中，目前可采用WIFI和3G2種視頻傳輸方式。由于WIFI和3G均為純數字傳輸系統，因此前端攝像機如采用模擬攝像機，需要先進行編碼；如采用IPC（IP攝像機），則可省卻前端編碼器。經過編碼后的音視頻數據，如采用WIFI傳輸，其傳輸設備主要是無線網橋。一般在車站信號樓頂部建設WIFI基站，直接與車站的視頻監控局域網相連。根據前端攝像機的分布情況及距離遠近，基站天線可分別采用全向、扇區或定向天線。前端實時采集的視頻數據，通過無線網橋傳到車站局域網進行轉發和存儲。采用3G技術傳輸，需在視頻監控中心設置3G接入服務器，前端編碼后的音視頻數據，需通過3G模塊傳輸到運營商基站，再傳輸到互聯網，之后通過3G接入服務器傳輸到視頻監控中心局域網進行轉發和存儲。無線通信技術視頻應用原理見圖1。 3.2應用場景 3.2.1設備維護遠程技術指導 信號設備是保障鐵路運輸安全的核心設備，設備維護的質量和及時性是影響鐵路運輸安全和效率的重要因素。近年來，信號設備和技術升級換代迅速，對于復雜的信號設備故障往往需要電務段或電務處等上級單位專家指導。以往通過電話溝通方式難以形象直觀地反映現場情況，大部分還需要專家到現場診斷，此種方式不利于故障的及時解決。采用一體化便攜式音視頻交互設備移動視頻方式，可快速到達現場，監控中心能清晰查看儀表讀數、設備指示燈狀態、現場維護人員的操作等，可通過語音對講功能聽取現場人員故障現象描述，指導現場人員排查故障。一體化便攜式音視頻交互設備可采用WIFI技術、3G技術，還可以采用3G+WIFI技術綜合方式傳輸音視頻數據。 3.2.2突發事件應急處理 鐵路沿線地理環境復雜，地震、山體滑坡、泥石流、臺風、暴雪、暴雨等重大自然災害，還有人為破壞等因素，對鐵路系統風險防護的能力提出了更高的要求。所有突發事件均有緊迫性、不可逆轉性、高風險性等特點。發生突發事件時，往往搶險指揮的決策者不可能快速到達現場。基于無線方式傳輸的視頻監控系統，以其靈活機動、便攜快捷的特點，可以第一時間到達突發事件現場，上傳的視頻圖像可以讓決策者基于真實的現場情況，快速準確地做出決策。此時的一體化便攜式音視頻交互設備可采用3G或WIFI技術。#p#分頁標題#e# 3.2.3特殊環境視頻監控 所謂特殊環境指兩類，一類為特殊位置，一類為特殊工作環境。對于特殊位置，敷設光纜或同軸電纜施工難度大、投資高，這類環境包括部分車站的咽喉，山區的防災監控點，如防洪、泥石流、易塌方路段等。另一類為特殊工作環境，這些工作環境需要監控位置經常變化，而且工作環境相對惡劣，如隧道、橋梁施工，工務施工等。對于特殊環境，采用有線方式傳輸視頻不夠靈活方便，無線方式是更好選擇。采用無線方式傳輸視頻的咽喉區，可增設WIFI基站，只要和車站基站可視，就可以在任意地點布設咽喉監控點，不需要考慮施工布線、挖溝埋纜。監控設備采用點對點或點對多點無線WIFI網橋進行傳輸。為提高安全性，WIFI網橋可設置為互相綁定MAC地址的橋接方式，杜絕其他無線設備接入無線通信網絡。隧道、橋梁施工現場，隨著施工進程的推進，對于沒有3G信號覆蓋的區域，可通過組建WIFI局域網的方式進行視頻傳輸；而對于存在3G信號的區域，可采用3G方式傳輸視頻，也可采用WIFI與3G結合應用。這樣可滿足建設單位隨時監看現場情況，發現潛在安全隱患、提高施工質量、掌握工程進度的要求。 3.2.4機車車輛視頻監控 鐵路機車從應用上分為運營（客運、貨運）機車和調車機車等。鐵路第六次大面積提速及高速鐵路運營后，列車的行車組織方式發生了巨大變化，實現了長交路、重載、單司機值乘等重大變革，對乘務員要求越來越高，對機務系統提高行車安全提出了新的要求。對于運營機車車輛，需要對機車運行前方路況、車輛重要區域、機務人員標準化作業情況及非操縱端的工作狀態進行監視。因此可在機車前方、駕駛室、電氣機械間等位置安裝監控攝像機，實時記錄機車運行狀態，查看機務人員操作是否規范，提高管理水平，并可進行事故取證。對于調車機車，由于機車駕駛室在機車中部，而車鉤安裝在機車車身前后端的下部，處于機務人員盲區，因此，當進行摘掛鉤操作時，駕駛室內的機務人員無法直觀地看清機車車鉤的鉤位狀態?？梢栽谡{車機車的車鉤附近安裝監控攝像機，使機務人員在駕駛室內就能及時了解機車車鉤的鉤位狀態，做出正確的判斷，采取對應措施，實現對機車掛鉤及解鉤操作的全程實時監控，也有利于提高機車掛鉤及解鉤的效率。以往的機車視頻監控數據只能本地查看，無法實時上傳，因此車站內的調度員無法及時獲知機車情況。隨著WIFI、3G等無線傳輸技術的成熟，為機車車輛視頻監控提供空中傳輸通道，通過實時監看無線上傳的視頻圖像，調度員可更高效地指揮調度作業，有效預防風險，提高生產效率。運營機車在整條線路上運行，可采用覆蓋面廣的3G無線技術；而調車機車在較為固定的環境下作業，可建立一個覆蓋機車作業范圍的WIFI無線局域網絡，也可以直接采用3G技術。 4鐵路綜合視頻采用無線傳輸的優劣分析 4.1優勢 （1）組網容易，施工成本低。采用視頻無線傳輸方式，可以迅速將新的無線監控點加入現有網絡中，無需敷設光纖、增加設備，降低了系統成本。（2）全數字化傳輸。無線視頻監控系統均采用數字化編碼和傳輸，在此過程中減少了AD/DA的次數，在帶寬充裕的條件下，視頻質量能夠保證，視頻數據的處理相對簡單。（3）監控點可靈活移動。利用無線傳輸優勢，前端監控點可適應移動的要求，將攝像機的監控范圍擴大到有無線信號覆蓋的區域，可實現快速部署或撤離。 4.2劣勢 （1）可靠性較差。無線通信方式穿透能力弱，有高大阻隔物時信號強度會變弱，可靠性降低；容易受惡劣天氣和電磁干擾，在雷電、大雨雪、冰雹等惡劣天氣下數據傳輸可靠性會大幅降低；在前端圖像采集設備快速移動時，無線通信的誤碼率會提高，圖像出現卡頓、丟幀等現象。（2）3G流量費用高。目前運營商對3G接入的流量收費很高，對于大數據量的視頻應用業務來說，費用成本很高。（3）構建WIFI基站成本高。由于WIFI無線通信技術復雜，所以對于設備維護人員的專業知識、維護水平要求更高，導致維護成本較高。（4）數據存在安全風險。由于3G網絡為電信運營商網絡，在公網上傳輸數據存在較高風險，對于重要數據的傳輸需要考慮安全防護措施。 5結束語 目前正在試驗的4G無線通信技術寬帶可達到100Mb/s，如此高的帶寬，必將為視頻監控系統的發展注入新的活力，“讓我們看得更清楚”的用戶需求將進一步得到滿足。視頻的高清化、智能化、移動化將展示得更加淋漓盡致，“視頻無處不在”的世界將更加接近。那時，無線通信技術在鐵路綜合視頻監控系統中的運用將更加普遍，視頻無線傳輸將從輔助方式轉變為主要方式。
