目 錄
1 概述........................................................................................................................ 1
2 主要功能與技術指標............................................................................................ 2
2.1 主要功能........................................................................................................ 2
2.2 主要技術指標及規格....................................................................................... 3
2.2.1 可見光鏡頭.......................................................................................... 4
2.2.2 雲臺護罩一體化設備............................................................................ 4
2.2.3 控制技術要求....................................................................................... 5
3 方案設計................................................................................................................ 5
3.1 系統組成........................................................................................................ 5
3.2 外部設備接口................................................................................................. 7
3.3 工作方式和原理.............................................................................................. 7
3.3.1 工作方式.............................................................................................. 7
3.3.2 工作原理說明....................................................................................... 8
3.4 系統設計說明................................................................................................. 8
3.4.1 雲臺護罩一體化系統............................................................................ 8
3.4.2 電視攝像系統....................................................................................... 9
3.4.3計算機及顯示設備.................................................................................... 15
3.5 操控軟件....................................................................................................... 17
3.5.1軟件功能.................................................................................................. 17
4 可靠性和維修性設計.......................................................................................... 20
4.1 可靠性設計.................................................................................................... 20
4.2 維修性設計.................................................................................................... 20
5 包裝、裝卸、貯存和運輸.................................................................................. 21
6 產品質量保證措施.............................................................................................. 21
7 系統配置清單...................................................................................................... 22
1 概述
鐵路區間全天候監控系統是對一定區段火車運行安全、軌道設施安全進行觀察、監視和管理的重要設備，隨著鐵路提速的發展，傳統的監控設備由於監控範圍小、解晰度低、夜視能力差等問題已經不能滿足鐵路安全管理的應用需求。近年來由於星光級低照度攝像技術的發展和大變倍鏡頭的應用，可以實現幾倍或幾十倍於傳統監控設備的觀察範圍和夜視能力並逐漸得到了用戶認可，並逐步開始應用於不同需求行業，如邊海防、油田防盜、海洋管理等。本公司借鑑國外先進技術，研製的遠距離夜視監控系統具有全天候、跟蹤速度快、覆蓋面廣、作用距離遠、圖像穩定清晰的特點，能為鐵路運營、安全控制提供裝備技術上的強力支持。
鐵路區間全天候監控系統是針對鐵路運營安全，軌道設施安全需要而設計的視頻監控綜合處理系統，它集成了高性能成像系統和雲臺控制系統。該系統的前端採集設備安裝在鐵路軌道沿線，採用光纜或其它設備進行傳輸，顯示錄像設備安裝在控制室內。系統組合採用高解晰度感紅外攝像子系統、紅外激光照明子系統進行觀察、搜索監視、跟蹤目標，無論是在白天、夜間均能全天候24小時工作，能高效的發現、識別和確認目標。
本方案採用了先進的機械傳動技術和計算機圖像處理及控制技術，能有效地降低震動對前端設備造成的損傷獲得穩定的圖像。該系統可以根據用戶的要求，靈活選配多種規格的光學鏡頭、高性能星光級低照度攝像機。系統具有如下特點：
l 採用高端圖像傳感器和智能圖像處理，顯著提高產品性能；
l 組合使用多種主被動光學傳感器，無論是在晴朗的白天、漆黑的夜間，都能有效發現、捕獲目標；
l 採用先進的雲臺傳動機構，提升抗震性能，圖像穩定清晰；
l 採用標準化、模塊化設計技術，擴展性好，維修方便；
l 採用“三防”、密封設計技術，利於惡劣環境長期使用；
l 全中文監控控制界面，操作直觀方便。
2 主要功能與技術指標
2.1 主要功能
鐵路區間全天候監控系統的主要功能如下：
通過在鐵路沿線安裝的全天候監控設備，全天候24小時成像，實時監控鐵路運營、安全狀況；
在監控指揮中心採用視頻綜合管理軟件，實現對全程各監控點多畫面實時監控、錄像、遠程遙控、報警處理和權限分配；
有突發事件可以及時調看現場畫面並進行實時錄像，記錄事件發生時間、地點、及時報警聯運公安系統進行處理，事後可對事件發生視頻資料進行查詢分析；
1）晝夜成像功能
可見光成像系統的彩色模式利用CCD高解晰度成像對一定範圍內的鐵路情況進行觀察監視；夜晚利用星光級低照度攝像機實現黑白轉換的模式在零照度環境清晰監控火車、軌道、周邊人員、車輛活動狀態；紅外熱成像無論晝夜均能輕鬆發現與環境有溫差的物體，對飛機、車輛等物體以及夜間侵入者均能有效發現；
2）三維遙控全方位監視，並可實現大倍數變焦
該系統操作十分方便。通過三維操縱單杆可以對監控範圍內目標進行搜索、觀察和監視，對需要重點監視的目標可放大特寫、抓拍圖片等操作。
2）具有良好的長期工作穩定功能
前端採集設備採用一體化安裝結構，具有風阻小，抗震能力強的優點；採用蝸輪蝸桿傳動機構配合減震裝置能夠有效地降低震動對設備長期工作的影響，從而保持光電攝像系統的穩定，得到清晰、穩定的圖像，而且保證目標圖像始終在電視屏幕上而不丟失。
3) 具有電動變倍、聚焦等光學參數調整功能
4) 採用三防處理，密封防水結構，有利於室外環境長期使用。
5) 具有抓圖、實時硬盤錄像功能；
2.2 主要技術指標及規格
Ø 成像器件：1/4 SONY Exview HAD CCD；
Ø 彩色540TVL，黑白600TVL
Ø 成像光譜範圍寬，支持可見光和近紅外成像，滿足晝夜成像的需求；
Ø 最低照度：0.0002lux；
2.2.1 雲臺護罩一體化設備
Ø 防護等級：IP66全密封設計，做到防水、防塵，堅固耐用；
Ø 視察玻璃：雙視窗光學玻璃，鍍近紅外增透膜
Ø 工作溫度：-40℃～ +70℃；
Ø 耐風能力：風速20m/s以下正常工作，風速40m/s以下不損壞；
Ø 水平轉速：0-60度/秒（變速）；
Ø 垂直轉速：0-40度/秒(變速)；
Ø 水平旋轉角度：360度連續；
Ø 垂直旋轉角度：向下90度，向上90度；
Ø 備註：一體化護罩，集成安裝攝像機、鏡頭和紅外激光器；
2.2.2 控制技術要求
Ø 實時控制雲臺上、下、左、右、自動巡航，鏡頭變倍、聚焦、攝像機彩轉黑、激光開/關等操作；
Ø 控制線路採用RS485，具有抗干擾能力強、傳輸距離遠的優點；
Ø 控制協議為通用PELCO協議，多種波特率設置。
3 方案設計
3.1 系統組成
系統主要由安裝於鐵路沿線的視頻採集攝像系統、傳輸系統和安裝於指揮中心的顯控設備三部分組成，傳輸系統採用光纜或其它方式。
系統拓撲結構圖
前端採集攝像系統由高性能可見光攝像傳感器、近紅外激光照明器、雲臺護罩一體化系統等組成。
l 可見光攝像傳感器由自動聚焦長焦鏡頭和高性能彩色黑白轉換CCD攝像機組成。
l 雲臺護罩一體化：由高速旋轉雲臺搭配一體化雙視窗防護罩組成。
l 紅外激光照明器：由近紅外激光光源、電源控制系統及光束控制機構組成。
傳輸部分包括：傳輸介質光纜、光電轉換、網絡編碼設備等。
室內顯控設備包括高性能視頻流服務器、三維操控鍵盤（帶操控杆），以及19寸液晶顯示屏，數字矩陣切換，電視牆或大屏幕顯示系統。
系統的組成原理框圖如下圖所示。
系統組成原理框圖
3.2 外部設備接口
視頻輸出接口
輸出標準模擬視頻信號，可通過網絡編碼設備進行模數轉換，利用光纖等傳輸介質輸送到給監控指揮中心，視頻制式為PAL；連接器接口形式為BNC。
電源輸入接口
供電採用AC220V 50/60Hz電源，系統工作功耗<60W。可根據監控點實際狀況選擇搭配不間斷供電電源。
控制信號接口
系統留有遠程通訊控制接口，RS485通訊方式，通用PELCO D/P協議，可與網絡視頻編碼器設備的接口通訊，實現遠程控制前端雲臺、鏡頭動作。
3.3 工作方式和原理
3.3.1 工作方式
（1） 搖桿手動搜索方式
由操作人員手動操縱搖桿，控制系統接收到操作員的操縱信息後，驅動雲臺、鏡頭掃描搜索目標。
（2） 自動巡航搜索方式
由操作人員設定方位觀察範圍，自動水平循環巡視搜索目標。
（3） 手動跟蹤目標方式
操作人員在屏幕上發現可疑目標後，手動操縱搖桿，控制系統接收操作人員的操縱信息，驅動雲臺、鏡頭，使目標始終成像在光學系統視場中心部分，並可進行放大特寫。
3.3.2 工作原理說明
系統工作時，操控人員通過操控輸入設備（包括控制桿、按鍵、鼠標）進行操作，執行雲臺、鏡頭功能控制。操作員向前端採集設備發送指令，驅動雲臺轉動，使攝像系統搜索或指向目標。當目標進入傳感器的視場之後，根據需要，調節光學系統參數，實現最佳圖像顯示。在此過程中始終可以通過顯示器觀察、監視目標區域。
3.4 系統設計說明
3.4.1 雲臺護罩一體化系統
激光夜視雲臺一體化系統，具備傳統紅外夜視產品無法比擬的夜視能力；功耗小，不易發熱，使用壽命長；全天候環境設計，高強度鋁合金精鑄殼體，抗衝擊、防腐蝕，防護等級IP66；360度連續旋轉，仰視角度180度，無盲點；6條巡視軌跡，128個預置位；普通監控場合電源電壓輸入AC24V/AC220V
機械性能
旋轉： 水平360度連續
旋轉速度： 0~60度/秒
傾斜： 垂直+90°~-90°
巡航形式： 不標配，需定製
電氣性能
輸入電壓： 24VAC/220VAC
頻率： 50/60 HZ
工作溫度：非加熱：-40°C~70°C；
3.4.2 電視攝像系統
(1) 電視攝像系統特點
本產品採用的電視攝像系統具有如下特點：
l 具有電動變焦機構和電動調焦機構，可以遙控驅動攝像光學系統連續變焦；
l 相對孔徑大，成像亮度高，作用距離遠；
l 採用自動光圈調整方式，調光範圍滿足目標照度從黎明到黃昏變化範圍的需要，有利於對動目標的搜索與跟蹤；
l 選用高分辨率光學鏡頭和高靈敏度CCD器件，以滿足系統對不良環境下目標探測的需要；
l 圖像分辨率高、易於識別目標細節；
l 使用壽命長。
(2)攝像系統技術參數
主要技術參數如下所示：
l 鏡頭焦距： 3.1-122.4mm連續變焦
l 水平解析： 540TVL/600TVL
l 感光器件： 高靈敏度CCD
l 靶面規格： 1/4″
l 最低照度： 0.0002Lux(F1.2)
l 信噪比： 54dB（AGC關）
（3）攝像系統的作用距離
影響電視作用距離的因素很多，主要有：大氣水平能見度、景物的亮度、目標與景物的對比度、大氣透過率、目標尺寸和形狀等等。作用距離可從目標壓行數要求進行分析，同時要綜合考慮目標在靶面的照度、對比度、分辨率等方面因素。
人眼在觀察顯示器上的場景或處於一定背景上的目標時，有一個複雜的生理感知和判斷過程。工程實踐上把這個過程分為發現（或探測）、識別、認清等幾個等級。根據Johnson準則，採用光學等效距離測算。
根據有關資料，對目標的發現、識別和認清有下列定義：
① 發現目標 能感覺到視場中有變化（有新的信息），目標在監視器上的壓行數2—4TVL；
② 識別目標 看出目標輪廓，識別出目標的種類,壓行數10-16TVL
③ 認清目標 能看清目標種類，如車輛、人員類型,壓行數16-30TVL.
電視攝像系統距離公式：
式中：
H 目標高度,H=2m;
f′ 鏡頭焦距，長焦端為122mm；
NC 電視垂直分辨率：720像素
nC 目標成像的壓行數；
B CCD靶面的高度，B=4.8mm
在大氣能見度良好條件下，發現車輛、人員的距離為2km，識別該目標的距離為1km，認清目標距離車輛1公里、人員300米。
（4） 像場指標
對於高度為2米的目標，採用不同鏡頭焦距，在不同距離時，其在像場中所佔的高度比例如下表所示。
焦距
距離
50mm
100mm
122mm
300m
0.05
0.1
0.2
500m
0.03
0.06
0.12
1000m
0.01
0.03
0.06
2000m
0.007
0.01
0.03
3.4.3 計算機及顯示設備
在監控平臺設置總控工作站、監控服務器、海量存儲、彩色打印機、UPS電源等。總控工作站可以同屏16路監控前端任意視頻編碼器的任何多路的視音頻，通過授權可以控制前端雲臺和鏡頭。
監控服務器是整個網絡視頻監控的核心，它對下連接前端各種數字設備並接入前端視頻畫面、接收存儲並轉發前端的各種報警信號、轉發監控終端對前端的控制指令，對上接受報警終端或數字矩陣的視頻調度命令、轉發視頻至相應終端、按監控終端的指令對相關視頻進行實時錄像，其自身又提供了對前端視頻編碼器的分層次管理，對用戶的分級權限管理；用戶通過網絡將前端音視頻數據實時存儲在中心服務器上；服務器數據庫記錄了重要的視頻資料信息、報警信息、監控點信息、其它數據信息，一般用戶通過WEB登陸服務器，可以在統一的界面查詢任何對他授權的信息 。
電視牆由顯示工作站控制，顯示工作站將網絡傳來的數字壓縮圖像還原成初始圖像，分別以1/4、1/6、1/8、1/9、1/16模式等離子監視牆上顯示，並可以通道輪巡的方式進行圖像監視，輪巡組和輪巡間隔時間可由管理員自由設置，每路視音頻參數可以完全獨立設置。
電視牆二維線圖如下所示：
操作控制檯示意圖：
總控工作站主要向管理員提供對管轄區域內設備的管理、狀態的監視以及告警的管理。總控工作站的各種數據均是從管理服務器獲取，管理服務器主要負責數據收集、存儲、轉發，總控工作站負責數據的處理和可視化顯示。總控工作站可以同屏16路監控前端任意採集工作站的任何多路的視音頻，通過授權可以控制前端雲臺和鏡頭。
3.5 操控軟件
3.5.1軟件功能
系統操控軟件的主界面如下圖所示。
操控軟件界面
功能概述
提供單畫面、4畫面、9畫面、16畫面視頻實時顯示，雙向語音傳輸，語音廣播。
可連接控制雲臺解碼器(球機)、DI和DO輸出、PTZ輔助開關等。
可連接控制其它RS485/232接口設備,例：門禁主機、視頻切換矩陣等。
設備管理提供視頻服務器、附屬設備等的增加、修改和刪除。
鏡頭分組將系統中的鏡頭進行分組管理，便於監控管理。
提供各種功能的計劃、手動和報警錄像管理。
提供4種用戶類型、255級控制權的用戶管理，包括管理員（包括系統管理和組管理員）、超級用戶、一般用戶和瀏覽用戶，可向用戶分配鏡頭組，可根據用戶的優先級分配控制雲臺和球機的權力。
可通警報管理設置各種警報和處理方法，提供移動偵測和DI各種傳感器報警接入。
提供虛擬矩陣管理控制功能
Server端服務概述
目錄(Directory)服務
網絡視頻服務器設備的邏輯配置和控制
用戶分類、權限管理，包括用戶的有效期設置管理、分組的權限和操作的權限設置管理。權限分配採用了逐級分配的方式，高級別客戶可以修改低級別用戶的相關信息。
報警響應、聯動管理。
系統相關數據庫建立、修改等管理。包括對支持移動偵測功能的網絡視頻服務器設備進行移動偵測管理、佈防撤防功能管理、解碼器群組切換功能管理。
網關(VSIP)服務
各種網絡視頻服務器前端物理設備的管理。
單播（Unicast）設備的單播（Unicast）、多播（Multicast）轉發。
設備事件的發送。
設備網關備份服務。
錄像(Record)服務
按照目錄服務提供的計劃進行錄像。
提供客戶端的錄像回放服務。
轉發（IVS）服務
單播（Unicast）客戶的音/視頻轉發服務，包括轉發服務帶寬管理。
解碼端的音/視頻轉發。
DVR 客戶端概述
B/S構架系統不需安裝客戶端軟件，IE瀏覽器會自動安裝相應的控件。C/S構架系統需要安裝客戶端軟件。
B/S構架系統，基於控件的客戶端界面可隨時按照用戶的需求定製。
瀏覽用戶只能瀏覽圖像、雙向語音功能。
一般用戶功能包括圖像實時監控、雙向語音功能、控制、錄像回放等功能。
超級用戶除普通用戶功能外，還具有設定錄像計劃、報警查詢等功能。
組管理員可以進行本組的用戶管理、本組的設備管理以及本組設備的報警管理等工作。
系統管理員擁有全部用戶權限，還包括可以對組管理員進行管理。
4 可靠性和維修性設計
4.1 可靠性設計
為保證系統的固有可靠性和穩定性，在設計時採用如下準則：
● 降額設計
在選用的元器件時考慮其工作溫度，應滿足實際使用環境條件，分立元器件及集成電路按0.5降額因子設計，功率器件電源模塊按0.3降額因子設計。
● 簡化設計
儘量減少硬件，在設計中充分發揮軟件的功能，電路設計中採用簡化設計減少元器件數量，提高系統的可靠性，結構設計中充分利用標準化器件和已被產品使用證明可靠的成熟的結構形式等。
（2）可靠性分配和方式
對重要的功能單元，分配較高的可靠性指標，對較為複雜的功能單元分配較低的可靠性指標。考慮重要度和複雜度的分配方法。由於可靠性分配要反覆多次進行，為了減少不必要的反覆，在規定的可靠性指標的基礎上留出了一定的失效概率餘量。
4.2 維修性設計
（1）故障檢測
系統設計有故障檢測功能，可自動檢測故障類型，便於快速維修。更換單元模塊化、標準化，各功能單元採用模塊化設計，以功能模塊單元為更換維修單元。選用標準件、通用件，保證良好互換性；印製板維修，採用功能相同的印製板現場更換。
（2）可維性設計
現場控制櫃內的各個功能模塊採用板式設計，只要打開上蓋，就可以直接觀察到各模塊或線路板，現場檢查、維修十分方便。所有對外接口均佈置於前端面板上，電纜插拔、接插件檢修方便快捷。
（3）電纜接頭採用室外型防水、防腐接插件，維修檢測同樣方便快捷。
5 包裝、裝卸、貯存和運輸
滿足GB/T13384-1992《機電產品包裝通用技術條件》中的要求。
6 產品質量保證措施
公司已建立了完善的質量管理體系，已通過ISO9001:2000質量管理體系的認證，公司在經營管理中以ISO質量管理體系為指南,並貫徹落實到產品的設計、加工、裝配、調試、試驗、包裝、安裝、交付和售後服務等全部環節。產品研製過程加強如下質量保證措施：
產品設計：嚴格設計輸入、輸出評審，儘量採用現有的成熟技術，做到精心設計，並適時進行設計驗證；
外購件及原材料：嚴把外購件和原材料質量關，未經檢驗合格的外購件和原材料不得使用；
工序控制：對影響工序質量的各項因素（人員、設備、材料、生產工藝、環境等）均建立了完善的控制體系，保證工序處於受控狀態；
檢驗與試驗：工序檢驗有完善的自檢、互檢、專檢體系，產品檢驗與試驗均通過具有國家認可的檢驗和試驗機構完成；
售後服務：全項工程質保3年。作為設備的製造商，具有充足的零備件庫，設備出現任何質量問題，都能及時修復或更換；公司有一支專業的安裝調試和售後服務隊伍，無論在設備安裝、調試期間，還是投入使用後，無論是否超過質保期，對用戶提出的技術和質量問題，對於一般故障提供2小時響應，4小時修復，需要時及時到現場服務直至故障完全解除，設備完全恢復正常；重大故障報請業主後按要求完成。另外，我們還安排定期的用戶走訪活動，與用戶方建立良好的信息溝通，完善產品信息蒐集網絡，隨時瞭解用戶的使用情況，負責解答設備使用維護等技術問題。
7 系統配置清單
鐵路區間全天候監控系統主要包括：前端攝像採集設備、傳輸系統和監控中心顯控設備。
文章來源為：南京登可力科技實業有限公司
