第27卷第2期2006年4月 青 岛 科 技 大 学 学 报
Jour nal of Qing dao University of Science and T echno logy
V ol.27No.2
汽车罩Apr.2006
文章编号:1672 6987(2006)02 0165 04
赵 健，王成金，于 工*
(青岛科技大学信息科学技术学院，山东青岛266042)
车钥匙丢了摘 要：首次将无线网络视频监控系统应用到铁路隧道施工中，并取得成功。此系统利
语音交互。从工作流程、模块功能等方面对系统作了介绍。通过本项工程得出，在隧道中
应用无线通信技术是可行的。
关键词：无线网络视频监控系统；铁路隧道；系统流程；模块功能
中图分类号:T P391 文献标识码:A双顶置凸轮轴
The Application of Wireless Video Monitoring Network
S ystem in Railway Tunnel Construction
ZHAO Jian,W ANG C heng jin,YU Gong
(College of Information Science an d T echnology,Qingdao Un iversity of Science an d T echnology,Qingdao266042,Chin a)
Abstract:Wireless v ideo monito ring netw o rk system has been successfully applied in
railw ay tunnel construction.Ow ing to slow recessing and long travel distance of the
UH F radio w aves,this sy stem can transm it the images in tunnel and implem ent activ e
talk.This paper gives a introductio n of sy stem structure and m odule functio n.Thro ug h
this project,w e recog nize that w ireless co mmunication is available in tunnel.
Key words:w ireless video m onitor ing netw ork system;railw ay tunnel co nstr uction;
system pro gram;mo dule function.
铁路隧道施工中的现代化管理和安全作业在铁路建设中是举足轻重的。目前，图像通信和监控系统以其可视、直观、安全可靠、效率高等一系列优点，已逐渐普及到了文化教育、工农业生产等国民经济的各个部门。但是，在国内铁路隧道施工中还没有这方面的应用。基于此我们为中铁十六局宜万铁路施工隧道大支坪至野三关段设计安装了无线网络监控系统。本系统采用洞外有线、洞内无线的方式，实现了视频图像传输和语音的双向交互，指挥、调度人员在监控中心能看到洞内工作面及工地周围几千米远的施工情况，通过麦克方便地实现远程监督、调度施工，使各个施工层面更加协调一致。通过接入Internet网络，实现真正意义上的 网络 监控[1,2]。
1 系统设计构想
中铁十六局所承担宜万铁路施工隧道大支坪至野三关段，是本局所承担的全国最长的铁路隧道，总长14公里。主体包括大支坪主洞、大支坪平导、野三关主洞(双工作面)、野三关平导五部分。隧道环境复杂，途径水田、煤层、岩浆、溶洞。这种情况下，迫切需要将工作面的地质雷达、图像等信息传输到指挥中心。
但在这种环境下，采用传统的有线方式(如泄
收稿日期:2005 04 05
作者简介：赵 健(1981~)男，硕士研究生. *通讯联系人.
青 岛 科 技 大 学 学 报第27卷
露同轴电缆)要面临两个难题：一是随着工作面的不断纵深，电缆的长度和中继器的数量都要相应增加，增加了额外费用；二是随着施工的进行，要不断地进行爆破，爆破产生的强大的冲击波很容易损坏泄露电缆。目前，在隧道中进行的大量电波传输实验表明,U H F 电磁波在隧道中的传播损耗低，传输距离远，是封闭限定环境下比较理想的无线信息传输载体。在综合考虑了众多情况之后，本工作采用无线方式来实现隧道内的视频监控。最终的安装调试表明，这种方式是可行的，效果比较理想[3 5]。
2 系统结构及关键部件
系统总体分前端和服务器端两部分。前端包括各个监控点及无线收发点，后端为工程指挥调度中心。前端监控点处放置有云台、网络摄像机、麦克、视频图像传输器、视频编解码服务器及声音功放等设备；无线收发点处主要设备是无线网关。服务器端主要是服务器，用来存储来自监控点的图像和其他
信息，并根据中心人员的请求来实现信息的检索，提供某段时间或某个具体时刻的所需图像或其他信息。网络拓扑见图1
。
图1 系统前端及服务器端结构
Fig.1 Th e Fram e of Foreside and Service Section
2.1 无线网关
无线网关是实现本系统无线信号收发的核心部件，采用的是台湾产的ORIN OCO RG 1100宽带网关。它的工作频段在2 4GH Z 附近；使用的协议有:TCP/IP 协议、ICM P 协议、U DP 协议以及PPP 协议；它是家中或小型办公室里进入高速宽带国际互联网通路和网络世界的入场券；能与任何适用的Wi Fi(无线保真)和ORiNOCO 无线局域网共同使用，具有提供共享文件、外围设备和
国际互联网通路的能力。ORINOCO RG 1100具有以下几个显著的特点：具有11M bit s -1数据速率的高性能；提供安全通道的VPN IP Sec 通行器；符合IEEE802 11b(Wi Fi)标准;DSL 上即插即用的通路，电缆调制解调器或无线网络用的ISDN 。
上海 车展无线网关本身的发射功率有限，传输距离相应地比较受限制，又由于隧道长度是不断纵深的，在设计过程中便通过馈线外加了24DB 的定向天线。通过外加定向天线，使无线传输信号的能量成光束形式传播，减少了能量损失，增加了传输距离。
2.2 视频编解码服务器
视频编解码服务器主要完成图像的传输及声音的交互。与声音信息相比，图像信息要大得多，而无线传输的带宽是有限的，只有几兆左右。所以，在传输过程中必须要对图像及声音信息进行压缩。当今有M PEG 4、M PEG 1、M PEG 2等多种A/V 压缩标准。选择何种标准对于本系统的实现具有重要的作用[1]。与M PEG 1、M PEG 2相比,M PEG 4具有如下独特的优势：基于内容的交互性；高效的压缩性；通用的访问性，基于这些特点，最终决定采用M PEG 4标准。
萨博9-4xMPEG SERVER 4采用的是TVS 11视频服务器。TVS 11视频服务器采用的运算速度更快的数字处理器能够快速压缩尺寸更大更加清晰的画面；先进的操作系统和音、视频压缩算法，使得图像传输更加流畅并且显示更加清晰细腻；嵌入的服务器，完全脱离PC 平台，系统调度效率高，代码固化在FLASH 中，系统运行稳定可靠。TVS 11视频服务器支持通过浏览器(Internet Explore)进行远程图像访问，支持双向语音对讲,
支持动态IP 地址，可随时实现图像和声音的网络传输。
3 系统功能模块及工作流程
系统由采集模块、控制模块、数据处理模块等
几部分组成。3.1 采集模块
采集模块包括前端监控点的图像和声音采集。图像的采集是通过监控点处的网络摄像机来实现的。图像采集主要包括工作面的施工情况、运渣车及施工人员信息。声音采集是通过安置在工作面处的麦克来实现的。采集的图像和输入的
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第2期 赵 健等：无线网络视频监控系统在铁路隧道施工中的应用
模拟语音通过双绞线传到M PEG SERVER4。3.2 控制模块
摄像头安放在云台内，可转动、缩放、聚焦等。控制信号来自MPEG SERVER4的RS 232串口上的485A和485B信号线，这对线通过云台连接在摄像头上。指挥中心发出的指令传到M PEG SERVER4，经解析后，通过这对信号线传到云台内的网络摄像机处，来实现对摄像头的不同操作，达到远程控制的目的。
3.3 数据处理模块
采集的图像和输入的模拟语音并不能直接通过无线的方式来传输。首先，传输模拟语音及图像信息需要较宽的带宽。另外，模拟信号在传输过程中容易误差积累，到达接收端很难解调。因此要经过MPEG SERVER4的数字化压缩处理。压缩后的数据并不丢失原有信息，到达接收端后可以比较完整
地恢复出原始图像和语音。压缩后的数据量比模拟情况下要小的多，动态图像压缩倍数约为450倍(静态图像可达800倍)，在现有无线带宽较窄的情况下，这是一种比较理想的数据处理方式。
3.4 系统的工作流程
系统的工作过程(见图2)分两部分:
1)指挥中心发出控制指令。控制指令通过有线传输到无线网关，再由定向天线将指令发送出去。监控点处的无线网关接收到指令后，送到MPEG SERVER4进行解析。解析得到的指令通过485A和485B信号线对云台内的网络摄像机进行相应的操作。
2)前端监控点采集的图像和语音数据，通过线缆传至M PEG SERVER4。MPEG SERVER 4对接收到的模拟数据先数字化，再进行压缩。压缩后的数据通过无线网关传至服务器端的无线网关处。指挥中心的服务器对接收的数据进行解压,
还原出原始的图像和语音。
图2 系统工作流程
Fig.2 T he w orking process of sys tem
4 视频监控软件
服务器端监控软件采用的是WM C监控组态
软件。本软件是用来控制和管理网络视频服务器
或摄像机的。它能够实现云台控制、视频录像、报
警等功能设置，从而实现网络摄像机的监控报警,
视频会议等功能。它最多能支持256个组，每
组9路或16路，即最多可以分别管理2304路和
4096路图像，每个组能支持9/16路图像，因此
能监测一个很广阔的领域。
本软件比现有的其他硬盘录像机系统功能更
强大，但操作并不复杂。由于采用新一代的
MPEG4图像压缩技术，因此具有最清晰的图像
品质和最大的压缩比率，弥补了当前监控领域中
的一些不足。
图3是WMC操作界面。界面的左侧是要输
出图像；右侧是控制操作按钮。其中要看哪路图
像便可以点击其相应地画面，画面下方可以按次
序设定好各路图像的名称或者编号，这样对操作
者来说显得更直观一些。
5 安装调试
设置好服务器端的视频软件和无线网关的各
项参数。其中无线网关的设置参数如下:
传输速率:2400kbps；停止位0；数据位8；无
奇偶校验位;
工作方式:10M bps的全双工模式;
频道:11,2 49GH Z
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图3 WMC操作界面Fig.3 WM C interface
调试结果，无线收发信号的强度始终保持在94%左右，丢包率很低，很多时候为0%。4个隧道内安放的5个监控点画面连续性强，话音效果比较好。洞外的2个监控点是通过模拟双绞线直接连接到指挥中心的，相对于洞内的图像效果要好一些。
通过本次安装调试发现，在隧道内采用UH F 频段来实现无线通信的方式是可行的。这对于在煤矿矿井等其他类似环境中采用无线通信的方式提供了借鉴和参考。
参 考 文 献
[1]栋.图像编码基础[M].北京：人民邮电出版社,1984.
[2]李振玉.图像通信与监控系统[M].北京：中国铁道出版社,
1994.
[3]杨煜，李源.电厂视频监控系统的设计实例[J].计算机应用
研究,1998,(6):90 92.
[4]H en ry L Bertoni.现代无线通信系统电波传输[M].顾金星,
南亲良，王尔为，等译.北京：电子工业出版社,2001.
[5]盛振华.电磁场微波技术与天线[M].西安：西安电子科技大
学出版社,2002.
消 息
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校区揭牌。
聚氨酯产品研究开发中心成立后，主要研究开发聚氨酯制造新技术及其原料异氰酸酯的新产品、新工艺及工业化技术，如节能、节水等绿及可持续发展化工的研究；企业信息管理系统的开发特别是化工企业资源管理系统、供应链管理系统的开发等。中心现有科研人员40多人，具有高级职称14人，中
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