铁路养护机械监控系统的制作方法
铁路养护机械监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及铁路养护机械技术领域，尤其设及一种铁路养护机械监控系统。
【背景技术】
[0002] 近年来铁路运输事业蓬勃发展，经过铁路列车提速W及动车组、高铁的投入使用， 我国铁路发展已经处于世界先进水平，与此同时，多线铁路作业化技术也随着铁路技术的 发展而飞速发展，从80年代初引进大型养路机械到今天大型铁路养护机械已经实现一定 规模的国产化，大型铁路养护机械已经成为我国铁路线路大修、维修和新线整道中不可缺 少的重要设备，发展大型铁路养护机械已经成为我国铁路发展的主要技术政策，现有的大 型铁路养护机械主要有；清筛机、捣固车、稳定车、钢轨打磨车等设备。
[0003] 虽然大型铁路养护机械可W大大提高线路维护效率，改善线路维护质量，但是由 于大型铁路养护机械作业环境较为恶劣，而且大型铁路养护机械受力部件较多，作业过程 中受力情况较为复杂，在作业过程中出现故障，需要人工排查，费时费力，而且故障点不容 易查找，同时，如果某一部分作业不到位的话容易影响养护质量，因此，发展研究专口针对 大型铁路养护机械车载实时监控系统是确保铁路养护质量的必然趋势。
[0004] 现有的车载养护机械监控系统基本采用模拟信号传输，采用多位置显示时布线相 当复杂，并且无GI^S定位，车距计算，图像识别（障碍物等)，视频存储，监控中屯、调取视频等 集成功能，虽然能够在一定程度上对铁路养护机械进行实时监控，但是集成度较差，安装繁 琐，稳定性较差，时常因监控系统本身的原因导致监控失效。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路养护机械监控系统，通过在大型铁路 养护机械关键运行部位，比如机器前端、行驶系和关键作业部件处安装摄像头，网络视频处 理器直接采集摄像头所传输的数字图像，网络视频处理器与PLC交换机和主机共同构成局 域网，PLC交换机直接根据主机的设置将经过编码的图像数据传递给对应主机，操作人员可 W通过主机的显示对各个摄像头显示的视频进行实时监控，同时与主机配套设置GI^S车距 检测模块和报警模块，实时对车距和障碍物进行监控识别，在出现异常情况时驱动报警模 块报警，本发明中的各个模块使用信号线连接，各个模块集成度较高，系统本身故障容易判 另IJ，改善铁路养护机械监控系统稳定性。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种铁路养护机械监控系统， 其特征在于；包括网络视频处理器、PLC交换机、至少两套摄像头和至少S套用于操作和显 示的主机，所述摄像头与网络视频处理器信号输入端连接，所述网络视频处理器信号输出 端与PLC交换机信号输入端连接，所述主机和PLC交换机连接。
[0007] 所述网络视频处理器通过RJ45接口与PLC交换模块连接，所述PLC交换机通过双 绞线与主机连接。
[0008] 所述视频处理器包括电压转换模块、外围电路、视频采集巧片和DSP视频编码器， 所述电压转换模块为外围电路供电，外围电路输出端与视频采集巧片和DSP视频编码器连 接，所述视频采集巧片与DSP视频编码器连接，视频编码器直接与PLC交换机信号输入端连 接，视频采集巧片与摄像头连接。
[0009] 所述电压转换模块输入端连接Effl滤波器。
[0010] 所述摄像头包括六套，六套摄像头均为红外摄像头。
[0011] 所述主机包括=套，=套主机均采用触控式平板计算机，主机包括手动切换模块、 自动切换模块、图像识别模块、Gl^s车距检测模块和报警模块。
[0012] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过在大型铁路养护机械关键运行部 位，比如机器前端、行驶系和关键作业部件处安装摄像头，网络视频处理器直接采集摄像头 所传输的数字图像，网络视频处理器与PLC交换机和主机共同构成局域网，PLC交换机直 接根据主机的设置将经过编码的图像数据传递给对应主机，操作人员可W通过主机的显示 对各个摄像头显示的视频进行实时监控，同时与主机配套设置GI^S车距检测模块和报警模 块，实时对车距和障碍物进行监控识别，在出现异常情况时驱动报警模块报警，本发明中的 各个模块使用信号线连接，各个模块集成度较高，系统本身故障容易判别，改善铁路养护机 械监控系统稳定性。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的系统原理图； 图2是网络视频处理器原理图； 图3是主机系统原理图； 图4是系统流程图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0015] 在下面的描述中阐述了很多具体细节W便于充分理解本发明，但是本发明还可W 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可W在不违背本发明内涵的 情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0016] 如图1所示，本发明公开了一种铁路养护机械监控系统，包括网络视频处理器、 PLC交换机、至少两套摄像头和至少S套用于操作和显示的主机，所述摄像头与网络视频处 理器信号输入端连接，所述网络视频处理器信号输出端与PLC交换机信号输入端连接，所 述主机和PLC交换机连接；所述网络视频处理器通过RJ45接口与PLC交换模块连接，所述 PLC交换机通过双绞线与主机连接；本发明中的网络视频处理器通过RJ45接口与专属视 频的PLC交换机连接，可W有效防止视频流占据其他控制信号带宽，PLC交换机通过双绞线 与驾驶室内的多台主机连接构成局域网，主机的数量可W根据检测部位的多少确定，经过 网络视频处理器处理的数字视频信号通过PLC交换机传输到各个主机，主机上安装有视频 控制和图像识别软件，可对各摄像机的图像进行手动或自动控制，计算机显示屏可按设定 顺序依次实时显示各监控位置的图像信息，同时发现异常可自动报警，相对于现有铁路养 护机械监控系统而言，具有W下优点：王:极大的减小了车辆铁路养护机械监控系统布线难 度；'夏;可实现多位置同时观测各监测点处的实时状况；:莲集成了多种功能，尽可能的减少 了车辆装备的成本，提高了车辆工作的效率，加强了管理者对工作现场的监控力度。
[0017] 本发明所述视频处理器包括电压转换模块、外围电路、视频采集巧片和DSP视频 编码器，所述电压转换模块为外围电路供电，外围电路输出端与视频采集巧片和DSP视频 编码器连接，所述视频采集巧片与DSP视频编码器连接，视频编码器直接与PLC交换机信号 输入端连接，视频采集巧片与摄像头连接；所述电压转换模块输入端连接Effl滤波器；网络 视频处理器是铁路养护机械监控系统的核屯、部分，直接影响到视频画面的质量，其主要负 责多路(最多8路）视频信号的采集和压缩、网络传输方式的设定、压缩码流、传输码率、帖 率、视频图像质量设定，视频硬盘录像分辨率设定和显示设定等；本发明硬件平台的核屯、选 用美国德州仪器（TI)的高速多媒体处理巧片TMS6000系列DSP作为视频信号处理器，主要 包括对摄像头输入信号的模/数转换、DM642的数据处理及分析决策编码、数/模转换视频 输出等部分。系统通过控制视频编解码器来完成视频的采集（输入）和显示（输出），经 编码处理后的码流经千兆W太网传送给视频显示控制计算机进行准实时显示和存储。电源 采用车载电源专用模块，+6~+36V输入，+12V输出，不受机车启动时蓄电池电压被拉低的影 响，本发明的网络视频处理器硬件结构如图2所示。其工作流程为；系统上电或重启后，DSP 首先从程序存储器加载程序，完成对视频采集巧片的初始化和外围硬件的配置，然后DSP 便开始进行图像采集并控制系统中的视频解码巧片，将摄像机采集到的模拟视频信号转换 为数字视频信号，再将数字视频信号数据进行压缩，生成H. 264视频流，同时通过DSP自有 的网络功能传送至驾驶室内的局域网上，供驾驶员查看。
[0018]由于大型铁路养护机械作业过程中振动频繁，为了确保系统稳定性，本发明采用 如下抗振措施： 1、网络视频处理器的PCB板上安装有大量电子元件，PCB板又与机箱装配在一起，因而 它们构成了复杂的振动系统。当铁路养护机械工作时，对网络视频处理器产生较强的激振 力，振动可能导致视频处理器性能下降，甚至停止工作。因此，设计PCB板时按照车载要求 采取W下减振措施： (1) 增加电路板厚度，减小电路板的振动变形； (2) 在电路板上附加加强筋，提高其刚度； (3) 在电源模块 导热板的设计中，增强电路板的隔振、缓冲能力； (4) 在电路板上采用橡胶减振器支撑，减小印制电路板中屯、的振幅； (5) 增加电路板边缘与支承界面间的接触压力，通过改变边界条件来降低电路板中屯、 的振幅。
[0019] 2、元器件在电路板上的布置和安装在满足电性能和散热要求的前提下，同时还考 虑了其抗振性能，主要采取了W下设计措施： (1) 本系统所用电子元器件选用工业级W上； (2) 采用SMT技术，用贴片元件取代分立元件； (3) 耐振动冲击能力差的元器件布置在印制电路板两端支架附近； (4) 在元器件与导热板之间涂抹导热脂，在导热的同时，又起到隔振、缓冲作用； (5) 大体积元器件采用导热硅胶固定，对个别抗振、抗冲击性能差的元器件实行局部封 灌； (6) 大规模、超大规模集成电路选用插拔力大的圆孔插座，W保证其接触的可靠性。
[0020] 3、网络视频处理器的视频采集速度高、精度高，多功能、大规模集成电路用量大， 使得设备对电磁干扰的灵敏度增加。对电路板的电磁兼容性设计从W下几个方面采取了措 施。
[0021] 1)合理布线设计 在双面板的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔相连，采用平 行走线W减少导线电感。布局设计，采用了双#字形网状布线结构和汇流排的连接器，有效 地抑制了印制线噪声。为抑制电路板导线间的串扰，布线时避免了长距离平行走线，增大了 线间距离，信号线、地线及电源线之间避免交叉。
[0022] 在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置了一根接地印制线W抑制串扰。为避免 高频信号通过印制导线时产生电磁福射，在布线设计时采取了W下措施： (1) 注重布线的规范性，例如印制导线宽度设计均匀，导线拐角大于90°，禁用环状走 线等； (2) 避免地线回路与时钟信号走线相距太近，信号线与时钟信号线并行走线； (3) 在印制板中布置高速、中速、低速逻辑电路时，使低速电路处于高速电路外围。
[002引 2)滤波设计 滤波是抑制传导干扰、克服感应的有效措施。
[0024] (1)电源线是重要的传导干扰源，在电源输入端采用军用电源EMI滤波器，降低电 源线的传导发射，抑制尖峰信号对电路的干扰； (2) 对信号线和电路板采用专用信号滤波器、=向引出端电容等来抑制信号线上的传 导干扰，吸收电路板上电路运行时产生的电磁能量； (3) 电路板电源线与地线之间、大巧片电源线和地线之间增加滤波电容，提高关断造成 电流变化大时电路的抗噪声能力。
[00幼 3)接地设计 接地是抑制传导干扰的重要途径，设计中采用了信号地、噪声地和屏蔽地分开敷设的 方式。
[0026] (1)接地方式及接地点设计 视频处理电路，信号工作频率较高，地线阻抗较大，采用了多点接地方式；非视频处理 电路，信号工作频率较低，地线阻抗较小，采用了单点接地方式。接地点选在了低电平电路 的输入端，使该端最接近于基准地位，同时输入级的接地线也尽量缩短，使受干扰的可能性 减小。
[0027] (2)地线设计 电路板上数字电路与模拟电路分开布局，二者的地线分开设计、分别与电源端的地线 相连。接地线做到了短、宽、直。地线加宽提高了电路的抗噪声能力，并且能充分利用地线 进行散热，提高了电路的散热能力。
[0028] (3)隔离与局部屏蔽 为了防止外部干扰信号对电路的影响，采用了隔离措施，将外部连线与内部电路隔开。 对电源信号采用了DC/DC变换，对数据信号采用了光电禪合器，有效地抑制了尖峰脉冲信 号及各种噪声干扰。对于局部发射电磁能量较大或对干扰比较敏感的电路，单独设计了屏 蔽罩进行局部屏蔽。
[0029] 本发明中的摄像头包括六套，最多可W设置八套，六套摄像头均为红外摄像头；摄 像头采用车载红外专用1/3SONYSUP邸HADCCD、2. 8mm镜头、540线高清摄像机。摄像机 照度广、画面细腻，监控距离可达20mW上。摄像机采用了金属防暴外壳，配合高防爆有机 玻璃和独特的防水技术，使摄像机完全能够适应恶劣的室外工作环境。
[0030] 本发明中的主机包括=套，=套主机均采用触控式平板计算机，主机包括手动切 换模块、自动切换模块、图像识别模块、GPS车距检测模块和报警模块(参见附图3)，为了适 应恶劣工作条件，本发明的主机选用触控式平板计算机LPC-1203,主要针对航海、野外、车 载等苛刻条件使用。
[0031]LPC-1203采用Intel?Atom?N270低功耗科技处理器，风扇的系统架构，使得 CPU产生的热能够快速传导并消散至机壳外部。LPC-1203达到全机IP-65的标准规范，即 具备全面性防水及防尘条件，电磁波干扰更小，使用更安全。
[0032] 液晶屏12寸触控式L邸背光屏幕，支持分辨率达1024X768。采用L邸背光不但 可W减少热能产生，还可减低电力使用，降低使用成本，并延长面板使用寿命；采用低折射 式触控面板技术，减少光在面板夹层中的折射率，增加在户外阳光下使用屏幕时的可读性， 超级防刮设计能够使触控面板达到摩式硬度6. 2~6. 5,可高度防止刮痕且非常耐用。
[0033] 在具体应用过程中，当铁路养护机械监控系统软件运行后首先通过局域网登陆注 册网络视频处理器，获取视频流，预览模块与控制模块并行运行，控制模块包含手动控制与 自动控制，根据控制模块的指令，电脑上显示所需视频画面(参见附图4)。
[0034] 总之，本发明通过在大型铁路养护机械关键运行部位，比如机器前端、行驶系和关 键作业部件处安装摄像头，网络视频处理器直接采集摄像头所传输的数字图像，网络视频 处理器与PLC交换机和主机共同构成局域网，PLC交换机直接根据主机的设置将经过编码 的图像数据传递给对应主机，操作人员可W通过主机的显示对各个摄像头显示的视频进行 实时监控，同时与主机配套设置GI^S车距检测模块和报警模块，实时对车距和障碍物进行 监控识别，在出现异常情况时驱动报警模块报警，本发明中的各个模块使用信号线连接，各 个模块集成度较高，系统本身故障容易判别，改善铁路养护机械监控系统稳定性。
【主权项】
1. 一种铁路养护机械监控系统，其特征在于：包括网络视频处理器、PLC交换机、至少 两套摄像头和至少三套用于操作和显示的主机，所述摄像头与网络视频处理器信号输入端 连接，所述网络视频处理器信号输出端与PLC交换机信号输入端连接，所述主机和PLC交换 机连接。2. 根据权利要求1所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述网络视频处理器 通过RJ45接口与PLC交换模块连接，所述PLC交换机通过双绞线与主机连接。3. 根据权利要求2所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述视频处理器包括 电压转换模块、外围电路、视频采集芯片和DSP视频编码器，所述电压转换模块为外围电路 供电，外围电路输出端与视频采集芯片和DSP视频编码器连接，所述视频采集芯片与DSP视 频编码器连接，视频编码器直接与PLC交换机信号输入端连接，视频采集芯片与摄像头连 接。4. 根据权利要求3所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述电压转换模块输 入端连接EMI滤波器。5. 根据权利要求1所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述摄像头包括六套， 六套摄像头均为红外摄像头。6. 根据权利要求4所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述主机包括三套，三 套主机均采用触控式平板计算机，主机包括手动切换模块、自动切换模块、图像识别模块、 GPS车距检测模块和报警模块。
【专利摘要】本发明公开了一种铁路养护机械监控系统，包括网络视频处理器、PLC交换机、至少两套摄像头和至少三套用于操作和显示的主机，所述摄像头与网络视频处理器信号输入端连接，所述网络视频处理器信号输出端与PLC交换机信号输入端连接，所述主机和PLC交换机连接；通过在大型铁路养护机械关键运行部位，比如机器前端、行驶系和关键作业部件处安装摄像头，网络视频处理器直接采集摄像头所传输的数字图像，PLC交换机直接根据主机的设置将经过编码的图像数据传递给对应主机，操作人员可以通过主机的显示对各个摄像头显示的视频进行实时监控，本发明中的各个模块使用信号线连接，各个模块集成度较高，系统本身故障容易判别，改善铁路养护机械监控系统稳定性。
【IPC分类】H04N7/18
【公开号】CN104902244
【申请号】CN201510314824
【发明人】吴文江, 高占凤, 孙占朋, 段成华, 宋修军, 郑明军, 李晨阳, 杜梦琦, 唐浩然, 李 昊
【申请人】石家庄铁道大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月10日
【技术领域】
[0001] 本发明设及铁路养护机械技术领域，尤其设及一种铁路养护机械监控系统。
【背景技术】
[0002] 近年来铁路运输事业蓬勃发展，经过铁路列车提速W及动车组、高铁的投入使用， 我国铁路发展已经处于世界先进水平，与此同时，多线铁路作业化技术也随着铁路技术的 发展而飞速发展，从80年代初引进大型养路机械到今天大型铁路养护机械已经实现一定 规模的国产化，大型铁路养护机械已经成为我国铁路线路大修、维修和新线整道中不可缺 少的重要设备，发展大型铁路养护机械已经成为我国铁路发展的主要技术政策，现有的大 型铁路养护机械主要有；清筛机、捣固车、稳定车、钢轨打磨车等设备。
[0003] 虽然大型铁路养护机械可W大大提高线路维护效率，改善线路维护质量，但是由 于大型铁路养护机械作业环境较为恶劣，而且大型铁路养护机械受力部件较多，作业过程 中受力情况较为复杂，在作业过程中出现故障，需要人工排查，费时费力，而且故障点不容 易查找，同时，如果某一部分作业不到位的话容易影响养护质量，因此，发展研究专口针对 大型铁路养护机械车载实时监控系统是确保铁路养护质量的必然趋势。
[0004] 现有的车载养护机械监控系统基本采用模拟信号传输，采用多位置显示时布线相 当复杂，并且无GI^S定位，车距计算，图像识别（障碍物等)，视频存储，监控中屯、调取视频等 集成功能，虽然能够在一定程度上对铁路养护机械进行实时监控，但是集成度较差，安装繁 琐，稳定性较差，时常因监控系统本身的原因导致监控失效。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路养护机械监控系统，通过在大型铁路 养护机械关键运行部位，比如机器前端、行驶系和关键作业部件处安装摄像头，网络视频处 理器直接采集摄像头所传输的数字图像，网络视频处理器与PLC交换机和主机共同构成局 域网，PLC交换机直接根据主机的设置将经过编码的图像数据传递给对应主机，操作人员可 W通过主机的显示对各个摄像头显示的视频进行实时监控，同时与主机配套设置GI^S车距 检测模块和报警模块，实时对车距和障碍物进行监控识别，在出现异常情况时驱动报警模 块报警，本发明中的各个模块使用信号线连接，各个模块集成度较高，系统本身故障容易判 另IJ，改善铁路养护机械监控系统稳定性。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种铁路养护机械监控系统， 其特征在于；包括网络视频处理器、PLC交换机、至少两套摄像头和至少S套用于操作和显 示的主机，所述摄像头与网络视频处理器信号输入端连接，所述网络视频处理器信号输出 端与PLC交换机信号输入端连接，所述主机和PLC交换机连接。
[0007] 所述网络视频处理器通过RJ45接口与PLC交换模块连接，所述PLC交换机通过双 绞线与主机连接。
[0008] 所述视频处理器包括电压转换模块、外围电路、视频采集巧片和DSP视频编码器， 所述电压转换模块为外围电路供电，外围电路输出端与视频采集巧片和DSP视频编码器连 接，所述视频采集巧片与DSP视频编码器连接，视频编码器直接与PLC交换机信号输入端连 接，视频采集巧片与摄像头连接。
[0009] 所述电压转换模块输入端连接Effl滤波器。
[0010] 所述摄像头包括六套，六套摄像头均为红外摄像头。
[0011] 所述主机包括=套，=套主机均采用触控式平板计算机，主机包括手动切换模块、 自动切换模块、图像识别模块、Gl^s车距检测模块和报警模块。
[0012] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过在大型铁路养护机械关键运行部 位，比如机器前端、行驶系和关键作业部件处安装摄像头，网络视频处理器直接采集摄像头 所传输的数字图像，网络视频处理器与PLC交换机和主机共同构成局域网，PLC交换机直 接根据主机的设置将经过编码的图像数据传递给对应主机，操作人员可W通过主机的显示 对各个摄像头显示的视频进行实时监控，同时与主机配套设置GI^S车距检测模块和报警模 块，实时对车距和障碍物进行监控识别，在出现异常情况时驱动报警模块报警，本发明中的 各个模块使用信号线连接，各个模块集成度较高，系统本身故障容易判别，改善铁路养护机 械监控系统稳定性。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的系统原理图； 图2是网络视频处理器原理图； 图3是主机系统原理图； 图4是系统流程图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0015] 在下面的描述中阐述了很多具体细节W便于充分理解本发明，但是本发明还可W 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可W在不违背本发明内涵的 情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0016] 如图1所示，本发明公开了一种铁路养护机械监控系统，包括网络视频处理器、 PLC交换机、至少两套摄像头和至少S套用于操作和显示的主机，所述摄像头与网络视频处 理器信号输入端连接，所述网络视频处理器信号输出端与PLC交换机信号输入端连接，所 述主机和PLC交换机连接；所述网络视频处理器通过RJ45接口与PLC交换模块连接，所述 PLC交换机通过双绞线与主机连接；本发明中的网络视频处理器通过RJ45接口与专属视 频的PLC交换机连接，可W有效防止视频流占据其他控制信号带宽，PLC交换机通过双绞线 与驾驶室内的多台主机连接构成局域网，主机的数量可W根据检测部位的多少确定，经过 网络视频处理器处理的数字视频信号通过PLC交换机传输到各个主机，主机上安装有视频 控制和图像识别软件，可对各摄像机的图像进行手动或自动控制，计算机显示屏可按设定 顺序依次实时显示各监控位置的图像信息，同时发现异常可自动报警，相对于现有铁路养 护机械监控系统而言，具有W下优点：王:极大的减小了车辆铁路养护机械监控系统布线难 度；'夏;可实现多位置同时观测各监测点处的实时状况；:莲集成了多种功能，尽可能的减少 了车辆装备的成本，提高了车辆工作的效率，加强了管理者对工作现场的监控力度。
[0017] 本发明所述视频处理器包括电压转换模块、外围电路、视频采集巧片和DSP视频 编码器，所述电压转换模块为外围电路供电，外围电路输出端与视频采集巧片和DSP视频 编码器连接，所述视频采集巧片与DSP视频编码器连接，视频编码器直接与PLC交换机信号 输入端连接，视频采集巧片与摄像头连接；所述电压转换模块输入端连接Effl滤波器；网络 视频处理器是铁路养护机械监控系统的核屯、部分，直接影响到视频画面的质量，其主要负 责多路(最多8路）视频信号的采集和压缩、网络传输方式的设定、压缩码流、传输码率、帖 率、视频图像质量设定，视频硬盘录像分辨率设定和显示设定等；本发明硬件平台的核屯、选 用美国德州仪器（TI)的高速多媒体处理巧片TMS6000系列DSP作为视频信号处理器，主要 包括对摄像头输入信号的模/数转换、DM642的数据处理及分析决策编码、数/模转换视频 输出等部分。系统通过控制视频编解码器来完成视频的采集（输入）和显示（输出），经 编码处理后的码流经千兆W太网传送给视频显示控制计算机进行准实时显示和存储。电源 采用车载电源专用模块，+6~+36V输入，+12V输出，不受机车启动时蓄电池电压被拉低的影 响，本发明的网络视频处理器硬件结构如图2所示。其工作流程为；系统上电或重启后，DSP 首先从程序存储器加载程序，完成对视频采集巧片的初始化和外围硬件的配置，然后DSP 便开始进行图像采集并控制系统中的视频解码巧片，将摄像机采集到的模拟视频信号转换 为数字视频信号，再将数字视频信号数据进行压缩，生成H. 264视频流，同时通过DSP自有 的网络功能传送至驾驶室内的局域网上，供驾驶员查看。
[0018]由于大型铁路养护机械作业过程中振动频繁，为了确保系统稳定性，本发明采用 如下抗振措施： 1、网络视频处理器的PCB板上安装有大量电子元件，PCB板又与机箱装配在一起，因而 它们构成了复杂的振动系统。当铁路养护机械工作时，对网络视频处理器产生较强的激振 力，振动可能导致视频处理器性能下降，甚至停止工作。因此，设计PCB板时按照车载要求 采取W下减振措施： (1) 增加电路板厚度，减小电路板的振动变形； (2) 在电路板上附加加强筋，提高其刚度； (3) 在电源模块 导热板的设计中，增强电路板的隔振、缓冲能力； (4) 在电路板上采用橡胶减振器支撑，减小印制电路板中屯、的振幅； (5) 增加电路板边缘与支承界面间的接触压力，通过改变边界条件来降低电路板中屯、 的振幅。
[0019] 2、元器件在电路板上的布置和安装在满足电性能和散热要求的前提下，同时还考 虑了其抗振性能，主要采取了W下设计措施： (1) 本系统所用电子元器件选用工业级W上； (2) 采用SMT技术，用贴片元件取代分立元件； (3) 耐振动冲击能力差的元器件布置在印制电路板两端支架附近； (4) 在元器件与导热板之间涂抹导热脂，在导热的同时，又起到隔振、缓冲作用； (5) 大体积元器件采用导热硅胶固定，对个别抗振、抗冲击性能差的元器件实行局部封 灌； (6) 大规模、超大规模集成电路选用插拔力大的圆孔插座，W保证其接触的可靠性。
[0020] 3、网络视频处理器的视频采集速度高、精度高，多功能、大规模集成电路用量大， 使得设备对电磁干扰的灵敏度增加。对电路板的电磁兼容性设计从W下几个方面采取了措 施。
[0021] 1)合理布线设计 在双面板的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔相连，采用平 行走线W减少导线电感。布局设计，采用了双#字形网状布线结构和汇流排的连接器，有效 地抑制了印制线噪声。为抑制电路板导线间的串扰，布线时避免了长距离平行走线，增大了 线间距离，信号线、地线及电源线之间避免交叉。
[0022] 在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置了一根接地印制线W抑制串扰。为避免 高频信号通过印制导线时产生电磁福射，在布线设计时采取了W下措施： (1) 注重布线的规范性，例如印制导线宽度设计均匀，导线拐角大于90°，禁用环状走 线等； (2) 避免地线回路与时钟信号走线相距太近，信号线与时钟信号线并行走线； (3) 在印制板中布置高速、中速、低速逻辑电路时，使低速电路处于高速电路外围。
[002引 2)滤波设计 滤波是抑制传导干扰、克服感应的有效措施。
[0024] (1)电源线是重要的传导干扰源，在电源输入端采用军用电源EMI滤波器，降低电 源线的传导发射，抑制尖峰信号对电路的干扰； (2) 对信号线和电路板采用专用信号滤波器、=向引出端电容等来抑制信号线上的传 导干扰，吸收电路板上电路运行时产生的电磁能量； (3) 电路板电源线与地线之间、大巧片电源线和地线之间增加滤波电容，提高关断造成 电流变化大时电路的抗噪声能力。
[00幼 3)接地设计 接地是抑制传导干扰的重要途径，设计中采用了信号地、噪声地和屏蔽地分开敷设的 方式。
[0026] (1)接地方式及接地点设计 视频处理电路，信号工作频率较高，地线阻抗较大，采用了多点接地方式；非视频处理 电路，信号工作频率较低，地线阻抗较小，采用了单点接地方式。接地点选在了低电平电路 的输入端，使该端最接近于基准地位，同时输入级的接地线也尽量缩短，使受干扰的可能性 减小。
[0027] (2)地线设计 电路板上数字电路与模拟电路分开布局，二者的地线分开设计、分别与电源端的地线 相连。接地线做到了短、宽、直。地线加宽提高了电路的抗噪声能力，并且能充分利用地线 进行散热，提高了电路的散热能力。
[0028] (3)隔离与局部屏蔽 为了防止外部干扰信号对电路的影响，采用了隔离措施，将外部连线与内部电路隔开。 对电源信号采用了DC/DC变换，对数据信号采用了光电禪合器，有效地抑制了尖峰脉冲信 号及各种噪声干扰。对于局部发射电磁能量较大或对干扰比较敏感的电路，单独设计了屏 蔽罩进行局部屏蔽。
[0029] 本发明中的摄像头包括六套，最多可W设置八套，六套摄像头均为红外摄像头；摄 像头采用车载红外专用1/3SONYSUP邸HADCCD、2. 8mm镜头、540线高清摄像机。摄像机 照度广、画面细腻，监控距离可达20mW上。摄像机采用了金属防暴外壳，配合高防爆有机 玻璃和独特的防水技术，使摄像机完全能够适应恶劣的室外工作环境。
[0030] 本发明中的主机包括=套，=套主机均采用触控式平板计算机，主机包括手动切 换模块、自动切换模块、图像识别模块、GPS车距检测模块和报警模块(参见附图3)，为了适 应恶劣工作条件，本发明的主机选用触控式平板计算机LPC-1203,主要针对航海、野外、车 载等苛刻条件使用。
[0031]LPC-1203采用Intel?Atom?N270低功耗科技处理器，风扇的系统架构，使得 CPU产生的热能够快速传导并消散至机壳外部。LPC-1203达到全机IP-65的标准规范，即 具备全面性防水及防尘条件，电磁波干扰更小，使用更安全。
[0032] 液晶屏12寸触控式L邸背光屏幕，支持分辨率达1024X768。采用L邸背光不但 可W减少热能产生，还可减低电力使用，降低使用成本，并延长面板使用寿命；采用低折射 式触控面板技术，减少光在面板夹层中的折射率，增加在户外阳光下使用屏幕时的可读性， 超级防刮设计能够使触控面板达到摩式硬度6. 2~6. 5,可高度防止刮痕且非常耐用。
[0033] 在具体应用过程中，当铁路养护机械监控系统软件运行后首先通过局域网登陆注 册网络视频处理器，获取视频流，预览模块与控制模块并行运行，控制模块包含手动控制与 自动控制，根据控制模块的指令，电脑上显示所需视频画面(参见附图4)。
[0034] 总之，本发明通过在大型铁路养护机械关键运行部位，比如机器前端、行驶系和关 键作业部件处安装摄像头，网络视频处理器直接采集摄像头所传输的数字图像，网络视频 处理器与PLC交换机和主机共同构成局域网，PLC交换机直接根据主机的设置将经过编码 的图像数据传递给对应主机，操作人员可W通过主机的显示对各个摄像头显示的视频进行 实时监控，同时与主机配套设置GI^S车距检测模块和报警模块，实时对车距和障碍物进行 监控识别，在出现异常情况时驱动报警模块报警，本发明中的各个模块使用信号线连接，各 个模块集成度较高，系统本身故障容易判别，改善铁路养护机械监控系统稳定性。
【主权项】
1. 一种铁路养护机械监控系统，其特征在于：包括网络视频处理器、PLC交换机、至少 两套摄像头和至少三套用于操作和显示的主机，所述摄像头与网络视频处理器信号输入端 连接，所述网络视频处理器信号输出端与PLC交换机信号输入端连接，所述主机和PLC交换 机连接。2. 根据权利要求1所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述网络视频处理器 通过RJ45接口与PLC交换模块连接，所述PLC交换机通过双绞线与主机连接。3. 根据权利要求2所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述视频处理器包括 电压转换模块、外围电路、视频采集芯片和DSP视频编码器，所述电压转换模块为外围电路 供电，外围电路输出端与视频采集芯片和DSP视频编码器连接，所述视频采集芯片与DSP视 频编码器连接，视频编码器直接与PLC交换机信号输入端连接，视频采集芯片与摄像头连 接。4. 根据权利要求3所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述电压转换模块输 入端连接EMI滤波器。5. 根据权利要求1所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述摄像头包括六套， 六套摄像头均为红外摄像头。6. 根据权利要求4所述的铁路养护机械监控系统，其特征在于：所述主机包括三套，三 套主机均采用触控式平板计算机，主机包括手动切换模块、自动切换模块、图像识别模块、 GPS车距检测模块和报警模块。
【专利摘要】本发明公开了一种铁路养护机械监控系统，包括网络视频处理器、PLC交换机、至少两套摄像头和至少三套用于操作和显示的主机，所述摄像头与网络视频处理器信号输入端连接，所述网络视频处理器信号输出端与PLC交换机信号输入端连接，所述主机和PLC交换机连接；通过在大型铁路养护机械关键运行部位，比如机器前端、行驶系和关键作业部件处安装摄像头，网络视频处理器直接采集摄像头所传输的数字图像，PLC交换机直接根据主机的设置将经过编码的图像数据传递给对应主机，操作人员可以通过主机的显示对各个摄像头显示的视频进行实时监控，本发明中的各个模块使用信号线连接，各个模块集成度较高，系统本身故障容易判别，改善铁路养护机械监控系统稳定性。
【IPC分类】H04N7/18
【公开号】CN104902244
【申请号】CN201510314824
【发明人】吴文江, 高占凤, 孙占朋, 段成华, 宋修军, 郑明军, 李晨阳, 杜梦琦, 唐浩然, 李 昊
【申请人】石家庄铁道大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月10日
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