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摘要：智能高危监视系统是以当前尖端的图像识别、图形处理技术为根基的自动化实时监控系统。整个系统采用高清专用监视设备和高性能计算单元做硬件平台，通过实时监控铁道线路、分析所采集的图像，快速判断出铁道线路上由落石、山体滑坡或其他自然因素和人为因素所形成的障碍物，并及时有效的将报警信息传至区段值班室和区域控制中心来实现高智能、全自动实时险情监控。使铁路局、工务段，尤其是工区的监控人员能随时掌握沿线危险地点的现场情况，灾害发生时，能及时采取措施，提高行车安全系数，同时，减低看守危险地点的人力成本。
关键词：铁路智能高危监视、监视，自动识别，采集编码，数字化，网络化
Abstract: the intelligent monitoring system with current cutting-edge high-risk image recognition, graphics processing technology as the foundation of automation real-time monitoring system. The whole system USES hd special surveillance equipment and high performance computing unit do hardware platform, through the real-time monitoring railway line, analysis of collected image, fast to figure out the way TieDaoXian by falling, landslides or other natural factors and human factors by the formation of the obstacles, and timely and effective will alarm information spread to segment and area wei on duty room control center to achieve high intelligence, automatic real-time monitoring of danger. Make railway administration, Labour wu paragraph, especially the work area can master monitoring personnel along hazardous location the site condition, disasters occur, can take timely measures to improve safety coefficient, and at the same time, reduce the hazardous location manpower cost.
Keywords: railway intelligence surveillance, high-risk monitoring, automatic identification, collect the coding, digital and network
中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号
Intelligent inquiry and application of Intelligent risk monitoring system
Abstract：
Keywords：
1、系统研究背景
自然灾害常常诱发滑坡、崩塌落石、边坡溜坍、泥石流等等多种灾害，严重威胁铁路行车安全。加强危险地点的检测和警戒，是确保行车安全的重要措施。
每年，相关部门都会根据春检、秋检的结果，采取多种措施对桥路灾害和事故多发区进行整治。但因资金、时间等多种因素的制约，还有相当一部分得不到及时的治理，被列为防洪危险地点。根据危险程度，通常对危险地点采取以下几种措施：临时看守、汛期看守、长期看守、加强巡查、河道发水设临时看守、涨水泄洪时临时监控、涨水监护、降雨重点监视、雨中重点监护、雨中重点监视。
目前，依靠看守人员现场巡查监护的方式存在多种弊端：
（1）不能及时发现灾害，如遇重大自热灾害，看守人员很难到达现场进行勘察；
（2）重大灾害多发生在偏远地区，基础通讯设施不能及时准确的反馈信息；（3）人工费用过高，致使病害治理成本大幅度上升；
（4）看守人员巡查工作受外界环境因素影响较大。这些问题都直接影响了对灾害的实际有效防控，从而导致行车安全性下降。
因此，迫切需要一套更有效更科学的监控系统。借助目前先进的影像识别技术（机器视觉）、计算机技术及网络技术，24小时实时检测每一区域内发生的险情，及时有效的把危险地点现场信息实时反映在用户面前，随时获取现场信息，及时采取防护措施，即可达到加快险情决策分析和排除进程从而达到高效的安全行车的目的。
2、系统介绍
保障行车安全生产是铁路系统各部门工作的重中之重，同时也是本系统的最终目标。使用监控系统完成对危险地点的持续不断监视、实时分析和及时准确报警，为铁路部门安全保障工作提供更科学有效的帮助，因此本系统的目标就是建立一套完整的、稳定的、高性能的、高可靠性的影像监控和分析报警系统。
2.1、系统功能
（1）采集编码
系统配置了1/3英寸CCD彩色图像传感器的高清摄像机采集视频数据，并通过专用视频编码模块对视频数据进行数模转换，把摄像机采集到的模拟视频信号转换为数字信号，以便分析处理。
（2）实时报警
报警检测功能由前端计算单元来完成。
前端计算机接收到经过转换的视频数据后，对数据进行分析处理，如果发现现场情况出现异常（如有落石进入监控区域），并且符合用户设定的报警规则，系统即发出报警信号；不符合用户设定报警条件，系统则不报警。
（3）网络传输
数据基于本地局域网（LAN）和GPRS无线网络进行传输。
系统结构框图
系统构架采用两级网络模式，在前端监控点本地使用本地局域网（LAN）实现多个前端计算单元网络互联，所有数据信息使用同一基础平台实现信息交换，保证前端发生的警情能够及时准确的反映到监控点。而在系统后级则使用GPRS无线网络进行数据传输，GPRS无线通讯充分利用共享无线信道，采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。可充分利用现有资源——中国移动全国范围的电信网络——GSM，方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署，可以借助现有网络设备，不用再次施工，降低了施工费用和运营成本；傳输速率高，GPRS数据传输速度可达到57.6kbps，最高可达到115kbps—170kbps，完全可以满足用户应用的需求，协议带GPRS业务的速度可以达到384kbit/s；接入时间短，GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为两秒；
提供实时在线功能“alwaysonline”,用户始终处于连线和在线状态，这将使访问服务器变得非常简单，快速。
（4）数据发布
设备运行期间，用户可随时通过客户端软件或前端设备管理软件，浏览现场数据。软件系统同时具备设备管理、报警信息发布等功能。
3、系统硬件
系统通过实时监控铁道线路、分析采集图像，判断出铁道上的落石或者障碍物，并将报警信息传至看守点监控台和工务段控制中心。
3.1、前端设备
（1）前端监视设备： 摄像头、镜头、摄像头控制模块、摄像头防护罩、监视设备安装支架。
（2）前端工控机：工控机机箱、前端工控机、采集卡。
（3）补光设备：红外补光灯、补光灯控制模块、补光灯保护罩以及安装支架。
（4）前端控制软件
3.2、后端（看守点）设备：
（1）后端工控机
（2）硬盘录像机
（3）语音系统（电台）
（4）通讯系统（GPRS单元）
（5）看守点处理软件
3.3、控制中心设备：
（1）控制中心工控机
（2）控制中心管理软件
4、优势成果
智能高危监视系统使用较为简便、管理重点突出、系统软件牢固、基于工业标准，可扩充性强，应用面广。
在体系结构上智能高危监视系统具有以下特点：
（1）系统设计理念是以目前尖端的图形图像处理技术为根本，整体先进性、智能化程度高；
（2）系统体系结构上采用可扩展的分布式工作模式，允许按区域需求增加系统监控能力；
（3）整体通用性强，可根据相关需要应用到铁路运输、城市轨道交通、地铁等多个领域；
（4）采用大型数据库系统为核心数据库，可靠、高效地支持大用户数、多管理对象的复杂环境；
（5）采用 GPRS、CDMA1x、3G移动通讯及Internet开放标准组成应用传输网络，软件系统工程化好；
（6）面向对象的系统设计，扩充性好，支持多种媒体。开放性好，可集成至其它管理平台。
1）报警机制
本系统采用先进的基于特征匹配的目标识别方式进行图像识别，以目标特征为检测对象，对目标进行了行为训练，建立特征库，与其他识别方式相比。更加灵活，扩充性更强，报警更加准确。
2）多种视频传输方式
视频数据在传输过程中会有一定的信号损失，为了保证高质量的视频数据，选择合适的传输介质也是很重要的。光纤是最佳选择，但造价会比其他介质高出很多。
为了在不同环境中都能得到高质量的视频数据，并能节省开支，系统允许用户根据实际情况选择不同传输介质。例如：短距离传输可以使用视频线；几公里的中距离传输可以使用双绞线；只有在几十公里以上的远距离传输时再使用光纤。这样既能保证视频质量，又不需大量开支。
3）分布式处理
目前，市场监控系统上使用最多的处理方式，是在专用监控中心内配置大型服务器，由路由器来集中处理多个监控点信息。这种集中处理方式会影响系统的运行效率，尤其对实时性要求较高的系统，这种方式会有延迟，并且造价较高。
因此，本系统采用了分布式处理的方式，把原本由服务器完成的工作分散到各个监测站，省去了购买服务器的开支，同时提高了系统运行效率。
5、实用意义
铁路沿线的众多危险地点，是安全行车的重大隐患，严重威胁着行车安全，相关部门除了对其施工治理外，还要对其进行长期或临时看守。但目前监控手段落后，不能及时发现问题，或发现问题不能及时准确的反馈，给病害治理带来一定的困难。因此，急需一套更科学的监控措施。
“智能高危監视系统”以科学防洪作为指导方针，利用现代化计算机技术、影像技术和网络技术，对危险地点进行实时监控。使用专用设备采集危险地点现场影像，借助软件分析处理信息，通过网络发布数据，发现问题，及时报警。提高了病害治理效率，同时减少了人力支援投入，降低了病害治理成本。
6、结束语
按照项目要求，完成了各项研制任务，达到了预期目标，解决了一些关键性的技术问题并取得了一些技术成果。系统设计优良，结构合理、技术先进、性能稳定、实用性强，在试点单位的试运行取得了良好效果，能够有效地对危险地点进行监控，指导行车安全，避免由于灾害而发生的重大事故。在试运行的基础上，课题组对系统不断改进，并加紧推广应用，尽快建立起完整的危险地点检测体系，为提高铁路科技水平和保障行车安全发挥重要作用。
参考文献
[1] 邢富领.多路数字扩频通信系统的设计与实现[J]. 数字应用技术,2005,10:69-71
[2] 郭梯云、李建东. 移动通信（第三版）[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2005.23-45
[3] Roberto Cristi .现代数字信号处理.机械工业出版社.2003-9
[4] 胡远达.无线扩频通信技术简述[M].北京:北京国防工业出版社,2003.45-49
[5] 常永宏. 第三代移动通信系统与设计[M]. 人民邮电出版社, 2002.58-69
[6] 蒋同泽. 现代移动通信系统[M]. 北京:电子工业出版社[M],1998.121-128
[7] 吴正国.高等数字信号处理.机械工业出版社.2009-4-1
[8] 里吉斯.通用分组无线业务（GPRS）技术与应用，人民邮电出版社，2004-02-01
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：铁路智能高危监视、监视，自动识别，采集编码，数字化，网络化
Abstract: the intelligent monitoring system with current cutting-edge high-risk image recognition, graphics processing technology as the foundation of automation real-time monitoring system. The whole system USES hd special surveillance equipment and high performance computing unit do hardware platform, through the real-time monitoring railway line, analysis of collected image, fast to figure out the way TieDaoXian by falling, landslides or other natural factors and human factors by the formation of the obstacles, and timely and effective will alarm information spread to segment and area wei on duty room control center to achieve high intelligence, automatic real-time monitoring of danger. Make railway administration, Labour wu paragraph, especially the work area can master monitoring personnel along hazardous location the site condition, disasters occur, can take timely measures to improve safety coefficient, and at the same time, reduce the hazardous location manpower cost.
Keywords: railway intelligence surveillance, high-risk monitoring, automatic identification, collect the coding, digital and network
中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号
Intelligent inquiry and application of Intelligent risk monitoring system
Abstract：
Keywords：
1、系统研究背景
自然灾害常常诱发滑坡、崩塌落石、边坡溜坍、泥石流等等多种灾害，严重威胁铁路行车安全。加强危险地点的检测和警戒，是确保行车安全的重要措施。
每年，相关部门都会根据春检、秋检的结果，采取多种措施对桥路灾害和事故多发区进行整治。但因资金、时间等多种因素的制约，还有相当一部分得不到及时的治理，被列为防洪危险地点。根据危险程度，通常对危险地点采取以下几种措施：临时看守、汛期看守、长期看守、加强巡查、河道发水设临时看守、涨水泄洪时临时监控、涨水监护、降雨重点监视、雨中重点监护、雨中重点监视。
目前，依靠看守人员现场巡查监护的方式存在多种弊端：
（1）不能及时发现灾害，如遇重大自热灾害，看守人员很难到达现场进行勘察；
（2）重大灾害多发生在偏远地区，基础通讯设施不能及时准确的反馈信息；（3）人工费用过高，致使病害治理成本大幅度上升；
（4）看守人员巡查工作受外界环境因素影响较大。这些问题都直接影响了对灾害的实际有效防控，从而导致行车安全性下降。
因此，迫切需要一套更有效更科学的监控系统。借助目前先进的影像识别技术（机器视觉）、计算机技术及网络技术，24小时实时检测每一区域内发生的险情，及时有效的把危险地点现场信息实时反映在用户面前，随时获取现场信息，及时采取防护措施，即可达到加快险情决策分析和排除进程从而达到高效的安全行车的目的。
2、系统介绍
保障行车安全生产是铁路系统各部门工作的重中之重，同时也是本系统的最终目标。使用监控系统完成对危险地点的持续不断监视、实时分析和及时准确报警，为铁路部门安全保障工作提供更科学有效的帮助，因此本系统的目标就是建立一套完整的、稳定的、高性能的、高可靠性的影像监控和分析报警系统。
2.1、系统功能
（1）采集编码
系统配置了1/3英寸CCD彩色图像传感器的高清摄像机采集视频数据，并通过专用视频编码模块对视频数据进行数模转换，把摄像机采集到的模拟视频信号转换为数字信号，以便分析处理。
（2）实时报警
报警检测功能由前端计算单元来完成。
前端计算机接收到经过转换的视频数据后，对数据进行分析处理，如果发现现场情况出现异常（如有落石进入监控区域），并且符合用户设定的报警规则，系统即发出报警信号；不符合用户设定报警条件，系统则不报警。
（3）网络传输
数据基于本地局域网（LAN）和GPRS无线网络进行传输。
系统结构框图
系统构架采用两级网络模式，在前端监控点本地使用本地局域网（LAN）实现多个前端计算单元网络互联，所有数据信息使用同一基础平台实现信息交换，保证前端发生的警情能够及时准确的反映到监控点。而在系统后级则使用GPRS无线网络进行数据传输，GPRS无线通讯充分利用共享无线信道，采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。可充分利用现有资源——中国移动全国范围的电信网络——GSM，方便、快速、低建设成本地为用户数据终端提供远程接入网络的部署，可以借助现有网络设备，不用再次施工，降低了施工费用和运营成本；傳输速率高，GPRS数据传输速度可达到57.6kbps，最高可达到115kbps—170kbps，完全可以满足用户应用的需求，协议带GPRS业务的速度可以达到384kbit/s；接入时间短，GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为两秒；
提供实时在线功能“alwaysonline”,用户始终处于连线和在线状态，这将使访问服务器变得非常简单，快速。
（4）数据发布
设备运行期间，用户可随时通过客户端软件或前端设备管理软件，浏览现场数据。软件系统同时具备设备管理、报警信息发布等功能。
3、系统硬件
系统通过实时监控铁道线路、分析采集图像，判断出铁道上的落石或者障碍物，并将报警信息传至看守点监控台和工务段控制中心。
3.1、前端设备
（1）前端监视设备： 摄像头、镜头、摄像头控制模块、摄像头防护罩、监视设备安装支架。
（2）前端工控机：工控机机箱、前端工控机、采集卡。
（3）补光设备：红外补光灯、补光灯控制模块、补光灯保护罩以及安装支架。
（4）前端控制软件
3.2、后端（看守点）设备：
（1）后端工控机
（2）硬盘录像机
（3）语音系统（电台）
（4）通讯系统（GPRS单元）
（5）看守点处理软件
3.3、控制中心设备：
（1）控制中心工控机
（2）控制中心管理软件
4、优势成果
智能高危监视系统使用较为简便、管理重点突出、系统软件牢固、基于工业标准，可扩充性强，应用面广。
在体系结构上智能高危监视系统具有以下特点：
（1）系统设计理念是以目前尖端的图形图像处理技术为根本，整体先进性、智能化程度高；
（2）系统体系结构上采用可扩展的分布式工作模式，允许按区域需求增加系统监控能力；
（3）整体通用性强，可根据相关需要应用到铁路运输、城市轨道交通、地铁等多个领域；
（4）采用大型数据库系统为核心数据库，可靠、高效地支持大用户数、多管理对象的复杂环境；
（5）采用 GPRS、CDMA1x、3G移动通讯及Internet开放标准组成应用传输网络，软件系统工程化好；
（6）面向对象的系统设计，扩充性好，支持多种媒体。开放性好，可集成至其它管理平台。
1）报警机制
本系统采用先进的基于特征匹配的目标识别方式进行图像识别，以目标特征为检测对象，对目标进行了行为训练，建立特征库，与其他识别方式相比。更加灵活，扩充性更强，报警更加准确。
2）多种视频传输方式
视频数据在传输过程中会有一定的信号损失，为了保证高质量的视频数据，选择合适的传输介质也是很重要的。光纤是最佳选择，但造价会比其他介质高出很多。
为了在不同环境中都能得到高质量的视频数据，并能节省开支，系统允许用户根据实际情况选择不同传输介质。例如：短距离传输可以使用视频线；几公里的中距离传输可以使用双绞线；只有在几十公里以上的远距离传输时再使用光纤。这样既能保证视频质量，又不需大量开支。
3）分布式处理
目前，市场监控系统上使用最多的处理方式，是在专用监控中心内配置大型服务器，由路由器来集中处理多个监控点信息。这种集中处理方式会影响系统的运行效率，尤其对实时性要求较高的系统，这种方式会有延迟，并且造价较高。
因此，本系统采用了分布式处理的方式，把原本由服务器完成的工作分散到各个监测站，省去了购买服务器的开支，同时提高了系统运行效率。
5、实用意义
铁路沿线的众多危险地点，是安全行车的重大隐患，严重威胁着行车安全，相关部门除了对其施工治理外，还要对其进行长期或临时看守。但目前监控手段落后，不能及时发现问题，或发现问题不能及时准确的反馈，给病害治理带来一定的困难。因此，急需一套更科学的监控措施。
“智能高危監视系统”以科学防洪作为指导方针，利用现代化计算机技术、影像技术和网络技术，对危险地点进行实时监控。使用专用设备采集危险地点现场影像，借助软件分析处理信息，通过网络发布数据，发现问题，及时报警。提高了病害治理效率，同时减少了人力支援投入，降低了病害治理成本。
6、结束语
按照项目要求，完成了各项研制任务，达到了预期目标，解决了一些关键性的技术问题并取得了一些技术成果。系统设计优良，结构合理、技术先进、性能稳定、实用性强，在试点单位的试运行取得了良好效果，能够有效地对危险地点进行监控，指导行车安全，避免由于灾害而发生的重大事故。在试运行的基础上，课题组对系统不断改进，并加紧推广应用，尽快建立起完整的危险地点检测体系，为提高铁路科技水平和保障行车安全发挥重要作用。
参考文献
[1] 邢富领.多路数字扩频通信系统的设计与实现[J]. 数字应用技术,2005,10:69-71
[2] 郭梯云、李建东. 移动通信（第三版）[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2005.23-45
[3] Roberto Cristi .现代数字信号处理.机械工业出版社.2003-9
[4] 胡远达.无线扩频通信技术简述[M].北京:北京国防工业出版社,2003.45-49
[5] 常永宏. 第三代移动通信系统与设计[M]. 人民邮电出版社, 2002.58-69
[6] 蒋同泽. 现代移动通信系统[M]. 北京:电子工业出版社[M],1998.121-128
[7] 吴正国.高等数字信号处理.机械工业出版社.2009-4-1
[8] 里吉斯.通用分组无线业务（GPRS）技术与应用，人民邮电出版社，2004-02-01
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。