無線網橋和工業視頻監控在鐵路專用線的應用

摘要：無線網橋是一種無線傳輸設備，隨著計算機無線網絡的快速發展，無線網橋應用越來越成熟?；跓o線網橋技術的工業視頻監控系統具有施工期短、安裝靈活、經濟節約等特點，其在鐵路專用線的應用可以有效解決鐵路貨運中存在的貨物損壞丟失、貨物裝載不規范、超限裝載等問題，并對貨運車輛和專用線周圍情況進行實時動態監測，減輕了人工巡護的壓力，提高鐵路貨運的經濟性和安全性。

關鍵字：無線網橋;鐵路專用線;工業視頻監控

一、引言

鐵路專用線不同于國家鐵路線，其建設單位是企業，主要為本企業內部運輸服務。隨著我國經濟快速發展，跨區域的原材料和商品流通規模越來越大，鐵路貨運量逐年提高。鐵路專用線作為企業原材料和商品運輸的重要渠道，具有承載量大、經濟便捷等優勢，為企業發展提供重要支撐和保障[1-4]。與國家鐵路的基礎設施建設水平和專業巡護隊伍配備相比，企業在鐵路專用線的管理和運行維護上存在巡護人手不足、監控等基礎設施缺乏等困難，且依靠人力巡護的成本較高，不符合經濟原則。另外，鐵路專用線上貨物損壞丟失、貨物裝載不規范、超限裝載以及沿線異物入侵等現象也嚴重危害著鐵路運輸安全，給人民生命財產安全和企業發展造成巨大隱患?；跓o線網橋的工業視頻監控具有安裝靈活、經濟節約的特點，應用在鐵路專用線上克服了鐵路里程長、地形復雜的問題，可以有效實現對鐵路沿線的全程監控，提升鐵路專用線運輸的安全性和巡護的經濟性，是解決鐵路專用線運行問題最有效手段之一。

二、無線網橋

（一）概況

1.定義

無線網橋，顧名思義是指以某種方式將無線網絡像有線網絡那樣連接起來的“橋梁”?；诰W橋的作用，無線網絡之間可以實現數據傳輸和信息共享。無線網橋可以連接相距幾百米或幾十公里的兩個或多個獨立網絡段，廣泛地實現不同地點之間的互聯通信[5]。相比于部署有線網橋，無線網橋架設經濟實惠。

2.運行機制

傳統有線網橋利用事先鋪設的線纜實現互聯傳輸，而無線網橋則采用射頻信號傳輸數據。每一個無線網橋都被分配指定頻段以便發送和接收數據內容。在此模式下的數據收發端之間不能有障礙阻隔，否則將影響射頻信號傳輸。在網絡運行機制上無線網橋與有線網橋類似，只是將數據媒介由線纜更換為射頻信號，本質上還是通過信號收發、地址過濾的模式完成數據傳輸和信息交換。

3.主要類型

當前，無線網橋有2.4GHz頻段和5.8GHz頻段兩種模式，不同頻段下可以選擇相對應的協議。其中，2.4GHz頻段的協議有三種，5.8GHz頻段的協議有兩種，具體見表1。而在兩個頻段中，2.4GHz頻段屬于低頻，波長較長，傳播力強且成本相對較低。但現實場景中使用2.4 GHz頻段的電子設備較多，如無線路由器、藍牙、無線USB裝置等[6]。因此，采用2.4 GHz頻段進行數據傳輸時應當確保避開其他設備以防信號被干擾，從而影響無線網橋正常工作。2.4GHz頻段還存在傳輸帶寬較窄的問題，傳輸速率一般限制在300Mbps，這也會對無線網橋數據傳輸效率產生影響。而5.8GHz頻段無線網橋采用了更高的頻率，信道相對純凈，傳輸干擾較少，但頻率高也導致5.8GHz頻段無線網橋的信號穿透力弱于2.4GHz頻段，部署5.8GHz頻段無線網橋時傳播路徑上要避開遮擋物，以免影響工作效果。傳輸帶寬方面，5.8GHz頻段無線網橋傳輸速率在433Mbps到1Gbps之間。此外，受無線傳輸路徑限制，5.8GHz設備成本相對較高。

（二）無線網橋技術特點

1.傳輸范圍廣

無線網橋采用無線傳輸方式，可以連接相距幾百米或幾十公里的兩個或多個獨立網絡段，實現遠距離數據傳輸和信息共享。因此，無線網橋可覆蓋的區域均能實現局域網或廣域網的連接和延展。傳統的視頻監控系統包含兩個主要部分，一是中央控制中心，二是為數眾多的監控點。如果監控的范圍十分廣大以至于監控點必須設置在較遠的地方時，往往需要鋪設很長的線纜；或者若干監控點位置分散時，布置線纜也十分復雜，這類情況下采取有線網絡布線方式成本較高，組網速度慢；如遇到特殊地形等因素可能導致布線困難，直接影響到監控的范圍。

2.傳輸效率高

在局域網中，帶寬是保持不變的，而網絡接入設備數量的增加會降低局域網數據傳輸速度。無線網橋技術對局域網進行網絡分段的特點可以有效減少無效信息對網絡信道的占用，避免網絡擁堵現象的發生，提高數據傳輸和信息共享的速度和效率。

3.設備排障快

無線網橋出現故障時維修人員只需要查看和檢修無線網橋設備即可，排障過程短、速度快，可快速恢復網絡鏈路運行；而有線網橋工作依托于線纜進行，一旦發生網絡故障，維修人員不僅要檢查相關設備，還要檢查沿線線纜情況，排障的范圍廣、排查難度大，維修和網絡故障恢復時間較長。

4.局限性小

無線網絡不僅架設簡單，受地形限制較小，且具有擴容方面的優勢，可根據需要增加鏈路。而有線網絡在擴容上需要更改布線，需要耗費大量的人力而且施工中容易對原有線路造成損壞。因此，相比于無線網絡，有線網絡一經鋪設就很難變更，后期工程受到較大的限制。

三、鐵路專用線視頻監控現狀及存在問題

（一）鐵路專用線視頻監控現狀

1.視頻監控發展歷程

視頻監控技術的發展融合了計算機網絡技術和多媒體前沿應用。當前，視頻監控技術應用情況可按照如下階段加以劃分：即本地模擬視頻監控系統、數字視頻監控系統和智能網絡視頻監控系統。其中，本地模擬視頻監控系統主要依靠磁帶錄像機和模擬監視器、攝像機等設備實現監控功能；數字視頻監控系統以數字視頻錄像機（DVR）取代磁帶錄像機（VCR）為標志，在視頻存儲、檢索和瀏覽方面實現飛躍；智能網絡視頻監控系統將傳統的模擬攝像機等設備升級為高清網絡攝像機，并利用互聯網技術實現云存儲、畫面分析和智能預警[7]。

2.鐵路專用線視頻監控現狀

目前，鐵路專用線視頻監控大多設置在咽喉區，對進出專用線的列車進行視頻采集工作。這樣的布局方式簡單易行，成本低，但是監控的范圍很小，獲取的信息十分有限[8]。視頻監控的信息化和智能化程度不高，數字視頻監控系統仍舊是主流，功能上以錄像和監視為主，需要配備專職人員守在監視器前完成相關工作，缺少視頻內容分析與自動報警功能，人力成本較高且監控效果依賴于人的責任心，存在較大的漏洞。

（二）存在問題

1.數字視頻監控系統建設難度大

傳統的視頻監控系統建設難度大主要體現在兩方面，一是受周圍環境限制明顯，二是投資較大。數字視頻監控系統模式下，以現有技術條件在鐵路專用線沿線架設視頻監控系統，需要對沿線地區進行大規?；A建設，包括平整地面、鋪設線纜等等，且雨水沖刷和其他因素可能導致鋪設的線纜斷裂，造成視頻系統癱瘓。數字視頻監控系統為傳輸數據所鋪設的光纖成本高、易損壞、難維修，是其中最大的問題。

2.監控范圍無法實現全覆蓋

由于鐵路專用線沿線視頻監控設備架設難度大且投資高，現有的鐵路專用視頻監控系統只在進出專用線區域配備視頻監控，對專用線沿線的監控不足。無法對運行中的列車進行跟蹤識別和實時監控，難以掌握專用線沿線的路基、圍欄等周遭情況，無法及時發現路基損壞和異物入侵等問題。在現有的監控設備條件下，此類問題的解決只能依靠人工巡護，人力成本較高且安全性沒有保障。

3.通暢性和穩定性無法保障

數字視頻監控系統模式下，數據傳輸光纖埋藏在鐵路專用線沿線地區，自然環境下路基可能因遭遇雨水沖刷而發生坍塌，其他施工也可能對地下的光纖造成破壞，視頻監控系統的通暢性和穩定性難以長期保障。

4.缺少自動預警系統

現有的視頻監控系統智能化應用程度不高，缺少視頻分析和自動預警功能，主要依靠人力對中央監視器進行監測，搜索和查看專用線列車運行情況，在貨運量較大或人員連續上崗狀態疲勞時，難以及時發現問題?，F有監控系統缺少對車輛的識別和運行狀態監測功能，難以對貨運車輛運行狀態進行動態分析，難以通過視頻圖像自動識別諸如貨物丟失、裝載不規范和超限裝載等問題，事故預防的主動性較低。

四、基于無線網橋的工業視頻監控在鐵路專用線的應用

（一）應用優勢

1.擴展視頻監控覆蓋范圍

基于無線網橋技術的工業視頻監控采用無線傳輸方式實現視頻信號傳遞，無線傳輸不受線纜約束且距離最長可達幾十千米；組網更為便捷，可隨時根據需要而增加監控點位，保證鐵路專用線全程無監控死角。

2.降低視頻監控部署難度

基于無線網橋技術的工業視頻監控不需布線，對鐵路專用線沿線地形要求較低，在合理的距離內根據地形條件選擇視頻監控設備安放地點即可，只需要注意在兩個視頻監控設備之間不存在阻隔電磁波信道的障礙。

3.確保數據傳輸穩定性

基于無線網橋技術的工業視頻監控即使視頻監控設備點離中央控制中心較遠依舊能保持穩定傳輸，其傳輸效率也不會像有線網絡那樣隨距離的增加而衰減。

4.提高專線運行安全性

基于無線網橋技術的工業視頻監控具有智能化特點，其網絡視頻監控系統采用了人工智能技術，能夠主動對車輛進行識別和運行狀態分析，擺脫了對人的依賴，能夠全天候、全時段地對運輸車輛進行跟蹤和動態分析，提前預判問題、及時報告事故并做出反應，有效提高了鐵路專用線的安全性和經濟性，提升了鐵路專用線管理的主動性。

（二）應用要點

1.視頻采集

鐵路專用線沿線工業視頻監控采集貨運車輛及專用線周邊視頻圖像后，通過網絡交換機和無線網橋設備將視頻數據信息上傳至中央控制中心，距離較遠可以考慮增設無線網橋進行中繼。工業視頻監控設備的供電方式可選擇電纜供電，如取電條件不允許也可以采用太陽能電池板供電。

2.數據傳輸

視頻監控點位將視頻數據傳輸到中央控制中心網絡硬盤錄像機（NVR）的過程主要依靠無線網橋完成。在此，建議鐵路專用線視頻監控設備統一使用工業級5.8 GHz頻段的無線網橋。相比2.4GHz頻段的無線網橋，選擇5.8GHz頻段無線網橋可以減少其他設備對無線網橋信號傳輸的擾動，實現長距離傳輸，其數據傳輸速率可達300 Mbps，能夠滿足場景需求。

3.數據存儲

視頻監控點位上傳的數據信息經無線網橋接收后將集中存儲在中央控制中心的網絡硬盤錄像機（NVR）中。NVR的存儲容量應根據視頻監控路數和存儲時間等因素綜合確定。假設，需要保存近一個月的視頻數據，且有10路視頻監控，按照平均200萬像素的畫質測算每路碼流2Mbps，考慮90%的冗余，則存儲空間為7.2 TB。也就是說，8TB的存儲空間可滿足10路視頻冗余的存儲需求。如不需保留數據，則可覆蓋硬盤存儲后重新使用。

4.數據訪問

中央監控中心網絡硬盤錄像機（NVR）所存儲的數據信息可以進行遠程訪問，這需要企業的中央監控中心建設相應的視頻監控平臺并賦予企業管理人員相應的權限以方便其根據實際工作需求加以訪問，主旨是保障相關管理人員可在遠程訪問監控數據。遠程監控平臺的登錄手段有手機、平板電腦和個人計算機等終端設備，目的是方便管理人員隨時查看專用線及貨運車輛情況。

5.數據傳輸加密

為保障數據安全性，應對無線網橋傳輸的數據進行加密。常用的加密方式有隱藏SSID、啟用MAC地址過濾、采用WPA2加密和采用802.1x認證技術四種。其中，隱藏SSID最為簡單，顧名思義即隱藏SSID以阻隔外部設備連接。MAC地址過濾是通過預先設置MAC地址以阻隔外部設備連接。采用WPA2加密是一種較為復雜的加密方式。采用802.1x認證技術是通過設備預先認證以阻止不合法設備連接。上述四種加密方式都比較常見，可以有效提高數據傳輸的安全性。

四、結束語

基于無線網橋技術的工業視頻監控在鐵路專用線的應用，可以有效克服傳統數字監控系統監控范圍小、部署難度大、穩定性差和缺乏自動預警系統等問題，它采用無線射頻技術提高了數據傳輸的穩定性，解決了部分地區布線困難的問題，并在視頻監控系統中應用人工智能技術，提高了對沿線周邊和貨運車輛監控的自動化水平，極大地提升了鐵路專用線運輸的安全性和經濟性，有較廣泛的應用前景，值得推廣。

作者單位：楊鵬飛 陜西陜煤澄合礦業有限公司鐵路運輸分公司

參? 考? 文? 獻

[1]鄭健，丁良輝.蜂窩網絡基站無線橋接的研究[J].電視技術，2016，40（12）：99-103，142.

[2]張縫奇.無線網橋的技術特點及在視頻監控中的應用[J].中國有線電視，2017（08）：951-952.

[3]徐楊.無線網橋的特點及其在視頻監控中的應用[J].電子技術與軟件工程，2018（19）：5.

[4]金濤，劉學知.利用閑置上行寬帶鏈路及無線網橋的視頻監控系統[J].水資源開發與管理，2019（3）：67-69，74，84.

[5]邱冬冬.無線網橋在港口大型設備連鎖保護中的應用[J]設備管理與維修.2022（1）：124-125.

[6]楊帆. 高速鐵路GSM-R無線網精細化設計研究[J]. 鐵道建筑技術，2021，（09）：75-78，83.

[7]蹇峽. 新標準下的高速鐵路綜合視頻監控系統設計研究[J]. 鐵道標準設計，2017，61（09）：144-147，151.

[8]全家民. 無線網橋的技術特點及在視頻監控中應用[J]. 科技資訊，2016，14（35）：23，25.

楊鵬飛（1987.08-），男，漢族，陜西渭南，本科學歷，工程師，研究方向：機電，鐵路運輸。