基于传感器及图像采集技术的高铁线路防范系统发展现状及趋势的研究

孙 昊

（呼和浩特铁路局科研所 呼和浩特 010030）

基于传感器及图像采集技术的高铁线路防范系统发展现状及趋势的研究

孙 昊

（呼和浩特铁路局科研所 呼和浩特 010030）

通过大量的调研资料作为依据，系统地介绍了国内外高铁线路防范技术的发展现状，尤其对中国高铁线路视频监控技术的发展现状做出归纳和总结，并在此基础上提出我国高铁线路视频监控系统的发展趋势，对高铁线路防护及相关领域的铁路局及部门具有一定的参考价值。

高铁 线路防范 传感器 视频监控 趋势

1 引言

随着现代高铁技术的飞速发展，列车运行速度越来越高，这就对高铁线路两旁可能发生的地质灾害及异物入侵如何对出更加快速而准确的判断提出了更高的要求。由于异物入侵事件的发生具有突然性，无规律可循和无法预测等特点，国内外均采取了各种先进的高铁线路防范措施，国外以在线路周围加装异物检测传感器作为侵害事件发生的主要探测报警手段，而国内则以图像采集技术，即安装线路视频采集设备作为对灾害或异物入侵的监测和报警的主要手段，通过长期的运行实践，目前各国的线路监测系统在高铁线路防护方面均起到了不错的效果，为高铁列车的安全运行及乘客的生命财产安全提供了坚实的保障。

2 高铁线路防范技术的发展现状

2.1 国外发展现状

日本、法国等高铁发达国家，他们在高速铁路建设的早期就已经开始规划并构造了许多针对线路可能遇到的自然灾害和异物侵限进行在线监控的系统，当威胁到高速铁路的自然灾害或异物侵限事件发生时，可以及时的做出分析、提供预警、并实施有效的控制手段。发达国家对于高铁线路防护采取的主要手段是通过在线路两旁及可能发生危害的地段加装自然灾害或异物入侵预警传感器来达到预防的效果。

高铁线路对异物、落石、山体滑坡、泥石流等自然灾害监测的主要方式有以下几种：

（1）采用振动光缆监测方式。当光信号由激光器输送进光缆时，探测器会处理接收到的光信号的相位，假设传感器没有收到任何干扰或光的传输没有变化，光信号的相位也将不发生变化；当传感光缆受到运动或振动干扰时，光信号的传输模式就会发生变化，以此来判断是否发生侵限情况及危害程度。（如日本新干线）

（2）在高速铁路隧道入口和上跨的公路桥处安装金属防护网，金属网上安装异物侵限双电网传感器，桥下线路两侧安装多组红外线监测装置，检测异物侵限。（如法国地中海线）

（3）在高速列车检修段与高速正线间的联络线上安装车底侵限检测装置，防止被检修的列车有没有安装好的仪器、设备超出底部限界，撞坏列车和线路（如法国地中海线）。

（4）采用微波监测方式。把微波发射设备安装在监测点铁路一侧，然后在另一侧使用微波接收设备进行接收。监测控制器计算侵限铁路的异物的遮挡面积来得到异物的大小。然后根据大小得到报警级别，并采用对应的控制措施。（如意大利罗马到那不勒斯的高速铁路）

2.2 国内发展现状

我国高铁线路安全防范普遍采用的手段主要是在区间及侵害事件高发的线路两旁安装视频采集设备来达到线路防范的目的。

2.2.1 设备集成商

能够参与铁路监控设备投标的设备厂家必须具备 CRCC（中铁检验认证中心）认证资质，目前全路具有CRCC认证资质的线路视频前端设备集成商主要有：

（1）北京国铁华晨，如济南铁路局京沪线，南昌铁路局昌九线、杭长线、沪昆线，上海铁路局沪宁线、京沪线、合武线、杭长线、合福线，如北京局京津城际、武汉局武广线、哈尔滨局哈大线、上海局合蚌客运专线。

（2）世纪瑞尔，如南昌局杭深线、昌福线、赣龙线，上海局甬温线、沪杭线、合宁线、宁杭线、杭甬线，郑州局郑西线、京广线，成都局成昆线、西成线。

（3）中兴力维，如沈阳局吉图珲客运专线。

其中国铁华晨和世纪瑞尔两大品牌市场占有率要明显高于其他品牌。

2.2.2 设备安装位置

设备安装位置有（1）安装在通信铁塔塔身，如郑州局、成都局、济南局、上海局；（2）公跨铁、隧道、车站咽喉、桥梁等关键区域采用立杆或钢柱方式安装，安装高度 5 m，如郑州局、成都局、沈阳局、南昌局；（3）在区间既有电力杆上全线安装，如上海局。

2.2.3 设备类型

前端设备类型有（1）长焦云台激光摄像机，如郑州局郑西线通信铁塔前端设备，照射距离1500m；（2）长焦云台红外摄像机，如济南局、上海局通信铁塔；（3）定焦不带云台红外枪机，如郑州局、成都局、南昌局、上海局、沈阳局公跨铁、隧道、车站咽喉、桥梁等关键区域安装的前端设备，照射距离200 m；（4）变焦不带云台红外枪机，如上海局、南昌局部分线路咽喉区前端设备，照射距离200m；（5）定焦云台红外枪机，如沈阳局公跨铁、隧道、车站咽喉、桥梁安装的前端设备，照射距离200m，南昌局部分线路关键区域前端设备。

3 高铁线路视频监控系统发展趋势

在了解国内外现有高铁线路视频监控系统设备、安装基本情况的基础上，能够总结出高铁线路监控系统今后的发展方向及趋势，对我国高铁线路监控技术的进一步发展提供了宝贵的参考意见。

（1）数字高清化。我国采用的高铁线路视频监控系统，尤其是对于高铁开行时间早的铁路局，监控系统前端设备主要以模拟标清摄像机为主，图像采集效果受天气和环境影响严重，而数字高清摄像机已经成为安防监控领域的流行趋势，其以高清晰的画面，低图像失真率，高的传输效率以及高的稳定性而被越来越多的应用于各个安防领域。鉴于高铁线路视频监控系统的重要性，前端摄像机由高清网络摄像机取代传统模拟摄像机必将成为今后高铁视频监控的发展方向。

（2）采集智能化。目前高铁线路视频关键区域采用的智能摄像机均具备入侵报警监测及异物识别等智能分析功能模块，然而在使用过程中发现误报率太高，尚不能发挥其应有的作用，智能识别功能形同虚设。但是随着科技的不断进步，识别算法的不断优化，识别率的不断提高，智能视频分析摄像机能够快速准确提取图像中的特征信息，如周界入侵报警、异物监测、徘徊监测、滞留物监测等，帮助监控人员判断图像中的危险信息和有用信息并做出快速响应，因此智能识别摄像机势必成为安防领域的发展方向，市场前景广阔。

（3）技术多样化。鉴于目前智能识别技术不够成熟，现有智能识别摄像机利用率不高，所以仅仅依靠视频监控无法对落石、异物入侵等危害线路安全的潜在危险不能做出准确的预防和报警，除非监控人员对监控画面实行24小时不间断监控，实现难度很大。因此，很有必要借鉴国外高铁线路安全防范的措施，在高铁线路异物入侵、自然灾害、落石等高发地段（如桥梁、隧道口、公跨铁等），加装入侵灾害报警传感器，配合视频监控系统，让线路防范多一重保障，做到高铁线路安全双保险。

（4）技术“云端”化。随着“大数据”时代的到来，市场上有关“云摄像机”、“云存储”的技术也在日新月异的发展，渐渐走向成熟。云摄像机以其云端大存储、无线连接、云端服务器平台、安装便利、即插即用等特点，可以实现手机、电脑、平板等终端从任何有网络接入的地方便利地随时随地调阅视频资源。因此，基于“云”技术的监控摄像机势必在未来的安防领域中崭露头角，被应用于更多的安防领域。

（5）网络集成化。高铁线路视频监控系统在整个高铁综合视频监控网络中仅仅是一个分支，按照不同的应用范围，可分为线路视频监控系统、旅服监控系统、牵引供电监控系统、防灾安全监控系统等。随着监控领域的不断扩大，实现图像资源统一管理，最终实现全路互联互通是发展的趋势。要想提高监控资源的管理效率，就必须在系统搭建初期遵循统一的设计原则，即合理布局、互联互通、资源共享，构建数字化、智能化、分布式的网络视频监控系统，实现视频网络资源和信息资源共享。

4 结语

随着人们对高铁线路防范要求的不断提高，防范技术的不断创新，相信不久在安防领域会涌现出更多、更好的线路防范手段，对灾害及入侵事件作出更及时、更准备的判断，为高铁行车安全提供更为有力的保障。

[1]陈昉.高铁线路防入侵预警系统的研究,铁道通信信号,2015,51(12).

[2]陈红.铁路客运线路入侵行为智能综合监控系统,中国公共安全(综合版),2013(17).

[3]沈熙俫.京沪高铁防侵入电子监控系统,交通与运输,2013,29(3).

Current Situation and Trend of the Sensors and Image Acquisition Technology Based High Speed Railway Security System

SUN Hao
(Scientific Research Institutes of Huhehot Railway Administration Huhehot 010030)

This paper systematically introduces the current situation of the high speed railway security system in and out of China. It summarizes the current situation of the high speed railway video monitoring technique in China, and proposes the developing trend of the high speed railway video monitoring system in China, which can provide reference for the railway administrations in the field of high speed railway security defense.

high speed railwa security defense sensor video monitoring trend

A

1673-1816(2017)01-0056-03

2016-03-23

孙昊（1986-），男，汉，陕西汉中人，硕士，工程师，研究方向精密仪器及机械。