南宁铁路局供电处
摘要：本文基于第三代通信技术（3G），设计了应用于供电段接触网抢修现场的无线应急视频指挥系统。论文首先对视频监控系统和铁路应急通信的发展过程、现状和系统结构等做了详细的介绍。分析了第三代通信技术三种制式和两种视频算法的优缺点，确定了本系统采用联通WCDMA和H.264标准，并按照所选技术方案对现场的无线局域网的传输性能、丢包率和延时率等进行了仿真分析。其次跟据现场实际需求，分别对监控指挥中心和现场的网络结构和设备做了详细的分析和设计，重点对流媒体服务器、存储服务器、现场3G视频服务器、管理服务器的原理和功能做了详尽的分析、设计和实现。此外设计实现了系统WEB监控和手机监控的软件，包括系统数据库设计、监控软件的编写等。
关键词：无线：视频监控；接触网；WCDMA
1 引言
随着运输需求的飞速发展，列车运行速度和密度都在不断的增加，对铁路设备的安全性和稳定性的要求也越来越高。而接触网系统工作环境恶劣，使用条件苛刻，且无备用.在自然环境和机车受电弓的直接作用下，接触网悬挂、支持结构和系统状态处于动态变化之中，且受外部干扰大，往往表现为接触网跳闸频繁、停电时间长、弓网故障多.接触网运行可靠性问题现已成为制约我国电气化铁道发展的重要因素之一，安全压力也愈来愈大，设备故障和延时对运输的影响也愈加明显，加强现场应急故障抢险和设备维护，研发设计3G无线视频指挥系统，充分利用远程专家资源，及时指挥抢险抢修，具有重要意义。
2 系统关键技术概述
本系统使用中国联通WCDMA网络作为无线传输的基本网络，BGAN海事卫星作为无线传输的备用网络。选用H.264视频压缩技术作为3G视频服务器对视频流的压缩算法。
第三代移动通信系统最早由国际电信联盟（ITU）在1985年提出，1996年更名为国际移动通信2000（IMT-2000），1999年11月5日在芬兰召开的ITU TH8/1第18次会议上最终确定了三类（TDMA、CDMA-FDD、CDMA-TDD）共5中技术标准作为第三代移动通信的基础，2000年5月ITU正式批准了针对3G网络的IMT-2000无线接口的5种技术标准。随着技术的完善，到目前为止CDMA的三种技术标准逐渐的占据了市场的核心地位。
H.264算法的主要特性如下：
网络适应性强。H.264的文件能容易地在不同网络环境中传输，例如：Internet、GPRS、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、卫星网络等。
容错能力强。H.264提供了解决在不稳定网络环境下容易发生丢包率等错误的必要工具。
帧间编码及引入流间传送帧。H.264充分利用相邻帧之间时域冗余进行运动补偿，引入了流间传送帧，能在有相似内容但有不同码流的码流间快读切换，并支持快速播放及随机接入。
去块滤波器。H.264定义了自适应去除块效应滤波器，处理预测了环路中的水平和垂直边缘，大大减少了“方块效应”。
3系统硬件设计
3.1 监控指挥中心
监控指挥中心是一个基于IP协议的IP多媒体网络平台，主要心交换机、流媒体服务器、路由器、AAA认证服务器、备用服务器、通信服务器以及其它终端设备组成。结构如图1示。
图1监控指挥中心设备组成示意图
3.2 现场
现场主要由无线路由器（WR）、便携式BGAN海事卫星通信包、3G多卡视频服务器、无线语音设备、笔记本电脑等组成。其结构如图2所示。
4 系统软件设计
4.1监控中心软件设计
监控中心软件是系统的主程序，软件架构主要是以管理服务器提供的接口SDK API为基础的。通过对视频监控功能的用例分析，其功能主要包括服务器参数设置、服务器状态查询、网络预览、视频参数设置、截图、图片预览、录像（本地录像和服务器录像）、录像回放（远程回放，按时间回放和本地回放）和录像下载等功能。各功能都以模块类的形式进行了封装，便于软件的测试和扩展。
图2 现场设备组成示意图
4.2 WEB监控的软件设计
本系统运用ActiveX[17]组件实现Web监控功能。Web服务器采用Apache的HTTP服务器，通过ActiveX将可复用的软件组装到应用程序或服务程序，嵌入到网页中，使用浏览器就可实现网络监控。图3表明了基于ActiveX的B/S视频监控系统的整体结构以及数据的传输途径。
图3 B/S网络监控示意图
流媒体服务器将采集到的视频信号发送到客户端由嵌入浏览器的ActiveX控制接收并且解码显示出来，Web服务器上存储客户端所需要的ActiveX控制以及相关的动态连接库（DLL），负责提供和发布带有相应控制和动态连接库的页面，用户则在客户端使用IE下载并且注册ActiveX控制，接收来自于视频采集服务器的视频流。
4.3 手机监控软件设计
主要实现用户登录，发送用户信息并读取服务器响应，选择视频数据源，接收并实时播放等功能。
用户通过输入服务器地址，向服务器发送连接请求，正常连接后，输入用户名、密码到服务器进行验证，验证通过后，选择所要浏览的视频，接收从服务器发送过来的视频图像，在播放视频的过程中，可以进行设备控制和保存图像的操作。
5 结语
3G移动通信网络的飞速发展，Internet视音频业务需求和规模的逐步扩大，使得基于3G移动通信技术的智能视频监控系统有了广泛的应用领域和非常乐观的市场前景。本文对基于3G的视频指挥抢修系统做出了总体设计，完成了关键设备和服务器的搭建，还实现了WEB监控和手机监控等新功能。对于充分利用远程专家资源，及时指挥抢险抢修，具有重要意义。
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论文作者:赵光
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
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