专利名称：一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及信息通讯设备的技术领域，具体地说是一种铁路列车视频传输及宽带网络系统，特别涉及其网络连接结构。
背景技术：
伴随着世界各国现代化进程的脚步，越来越多的城市扩建铁路及开始兴建地铁、轻轨等城市公交系统。最新的资料显示，铁路，高速列车以及轨道交通已经成为各国以及许多城市的公共交通主力载体。就中国而言，中国铁路有5000多个车站承办客运业务，日开行旅客列车2700多列，系统建成后将有几万个窗口机需要联网，每年客运量大于10亿人次，最高日发售客票高达400万张之多，可以说没有任何一个国家的铁路客票系统具有如此庞大的规模。中国铁路的客运量很大，京沪铁路旅客发送量达1.13亿人次，京广铁路达1.6亿人次，京哈铁路达1.6亿人次。2009年的I月至3月，全国铁路货运总发送量完成76624万吨，货运总周转量完成5858亿吨公里，其中3月份货运总发送量完成26521万吨，环比增长2.4%。与去年一季度铁路完成的8.12亿吨货运量相比，今年这一指标同比下降了约6%。 I月至
3月，全国铁路旅客发送量同比增加了 1389万人，增幅达3.8% ;旅客周转量完成2238亿人公里，同比增加了 0.21亿人公里。对地铁来讲，据报道，广州地铁五一黄金周里，广州地铁四条线共运送旅客606万人次。五一期间，深圳地铁日均载客50万人次。上海地铁五一创运送量最闻纪录，一举突破日均382万人次大关。北京地铁五一期间平均日载客1375万人次。香港地铁2008年每天客量330万人次。南京地铁2008年载客量达到5100万人次。伴随着全国铁路及城市地铁的蓬勃发展，铁路及地铁部门目前也面临着诸多的困难与机遇，如:由于铁路及地铁在高峰期非常拥挤，部分城市的铁路/地铁治安状况较差，时常发生失窃案件，这不仅影响了铁路及地铁交通的声誉，而且面临着客户大量的投诉，易造成巨大的损失。因此，铁路/地铁交通部门迫切希望能在铁路/地铁车厢内安装视频监控系统，这样不仅可以有效地震慑犯罪分子，减少旅客财务失窃的几率，而且可以为公安部门迅速侦破失窃案件提供直接的视频证据，大大改善铁路/地铁列车的安全环境；同时，还可对地铁运输过程中可能存在的火灾、公物损毁等异常事故进行预警。而在客运方面，由于铁路及地铁旅客数量多、流动性大、人员情况复杂，经常会发生一些突发的刑事案件。由于铁路/地铁上的乘警人手非常有限，如何能够以有限的警力，全面掌控运行中各车厢的全部情况，及时发现问题并快速反应，有效制止恶性事件的发生，是摆在铁路/地铁系统面前的一个急需解决的问题，很显然在车厢内安装视频监控系统是一个非常有效的手段。[0012]安全监控只是视频在铁路/地铁上应用的一个方面，从某种意义上讲铁路，地铁的视频广播以及铁路长途客运宽带上网还意味着巨大的商业机会。目前在铁路/地铁列车上，由于多方面原因，车载影视娱乐节目甚少出现。如果广大旅客能够在乘车之余收看到精彩的视频节目上网，无疑会坚定旅客乘坐铁路/地铁的决心。视频广播及宽带上网对于铁路/地铁交通来讲绝不仅仅是吸引旅客的一种手段，它还面临的更大的商机:铁路/地铁还是一个闻受:众、闻效率的广告载体。众所周知，视频广告成为当前及今后很长一段时间的投资热点，近两年涌现了不少非常成功案例。分众传媒、聚众传媒仅仅利用一些中心城市写字楼与公寓电梯门口的方寸空间，一年仅仅百万人次的受众，就已经获得了丰厚的广告收入，并吸引了众多投资人的关注，成功在NASDQ上市，成为中国概念股的最新代表之一。而在铁路/地铁上，平均每天的人流量就高达数百千万之多，这其中蕴涵着巨大的商业机会。很显然，每年数亿人次的人流量，平均每天数百万人次的广告受众的关注，与电梯门口短则数秒，至多一分多种的匆匆一瞥相比，这是何等巨大的商机。一家国外的专业咨询公司经过深入调研后得出的结论是:由于铁路/地铁上的环境相对比较封闭，没有其它更多影视和娱乐节目的选择，车载视频广告的效率将远远超过电视广告，如果能在每一趟铁路/地铁列车上安装视频系统及宽带上网，将会拥有不弱于中央电视台的广告效率和影响力，一年的收入甚至可高达百亿美元。上述列举的事实表明，在铁路/地铁上安装视频传输监控及宽带上网系统不仅仅是为了满足铁路/地铁客运安全监控的需要，而且面临着巨大的商机，它不仅使得铁路/地铁交通部门可深入挖掘特有庞大的客流资源，获取丰厚的回报，而且可促使交通部门向信息领域及新兴广告传媒行业靠拢，完成企业的升级与转型。鉴于铁路/地铁视频传输与监控及宽带系统所蕴涵的巨大社会效益和经济效益，任何铁路/地铁交通部门均不会漠视它的存在，目前摆在铁路/地铁交通部门面前的难题是，如何在很短的时间内，在不进行大规模车厢改装的同时，利用现有资源尽快给铁路/地铁车厢安装视频传输监控与宽带系统。应用环境及需求分析:在铁路/地铁列车上安装视频传输与监控系统，有很多特殊的问题需要解决，其中最为棘手的是视频信号传输问题。首先考虑视频监控。假设列车有18节车厢，每个车厢头尾各安装I个摄像头，则总共需要将36个摄像机的36路视频信号送入监控服务器进行监控。若是在其他普通场合，实现这一需求没有任何技术上的困难。但在铁路/地铁列车此类特殊的场合，用常规的方法很难解决36路视频信号的传输问题。铁路/地铁列车的环境之所以特殊，主要是因为如下两点。其一，由于绝大部分铁路/地铁车厢均需在线运行，重新在各个车厢内进行大规模改造，采用传统的网络布线方式来实现视频的传输是不太可能的。现阶段铁路/地铁车厢可供使用并且都具备的传输介质是车厢内的广播线。据调研，目前绝大部分铁路/地铁车厢内均有广播线，因此视频信号在车厢内的传输要么借助于已有的广播线或其他已存在的铜缆载体，要么只能选择无线方案。其二，由于铁路/地铁的车厢和车厢数量不是固定的，特别是在节假日期间会根据旅客数量的变化经常变动，因此监控系统必须能够根据车厢编组情况的变化随时增加或者减少连接点。相类似，铁路/地铁列车的视频广播碰到的问题亦是如此，S卩如何将视频广播信号在现有条件的基础上传送到各节车厢内的液晶显示终端上。因此，在铁路/地铁列车上安装视频传输与监控系统的核心内容就是建立覆盖所有车厢的有线传输网络然后由无线的广域网同地面连接。这样一方面可将铁路/地铁车厢的现场图像实时地上传到监控中心，铁路/地铁列车民警或工作人员可在监控中心对铁路/地铁列车所有车厢的状况进行24小时连续监控，并根据实际情况进行巡视和出警，从而可以有效的防范在铁路/地铁列车上犯罪的发生，并达到节约警力的目的；另一方面，从监控中心可将实况节目或预先编制好的影视、娱乐节目和广告下传到各节车厢的液晶显示终端上或电脑点播。同时旅客也可以通过Internet同全球联网。整个系统的结构和功能编列如下。1、在列车各节车厢设立两个视频采集点，采集视频图像，经数字化后通过特制解调装置进行广播有线网络传输。2、在车厢内设立两个以上的接收终端，用以播放视频及宽带服务器传输过来的影视娱乐节目或广告节目。3、视频监控图像监视清晰度较高，图像显示速度支持25帧-30帧/每秒的单位。4、视频广播的娱乐和影视节目具有更高的分辨率和解析度，但可用组播的方式分发到各个显示终端。5、利用列车现成的信号介质建立连接各车厢干线传输通道，在无须重新布线的情况下连接分散在各节车厢的连接点。6、系统具有良好可扩展性，根据车厢编组情况，可根据需要容易的增加或者减少连接终端。7、用户通过监控中心监视器，可以随时了解各车厢现场情况，并可以进行连续24小时实时监控。8、监控软件具有图像监控录像功能，现场拍到的视频图像可作为公安执法的线索和证据。现有的解决方案:要铺设覆盖整个列车的视频传输网络，最简捷的方案是通过广播线等现有的铜线资源来传输。我们按照18节车厢，每节车厢两个监控点来计算传输所需带宽，视频编码采用目前压缩率最高且应用相对比较成熟的MPEG4。一般来讲，根据MPEG4编码制式，如能达到监控所需的清晰度，码流最小不得低于512Kbps ;若要有更高分辨率的话，则采用2048Kbps的码流视频效果则会更好一些。如选用512Kbps的码流,则总带宽需求超过9.00 Mbps,如选用2048 Kbps，则总带宽需求超过36.00 Mbps。如此高的带宽需要在非双绞铜线上实现，显然对研发人员的一个巨大挑战。面对着铁路/地铁列车的巨大市场，众多在铜线传输领域卓有成树的公司均表现了浓厚的兴趣，其中不乏国际、国内均十分知名的大公司，他们选用的方案几乎函括了所有的基于铜线的传输技术包括:以太网、xDSL、HomePNA> HomePlug等方案,经过近两年的努力，他们所开发的样机要么无法达到视频传输所需的带宽，要么始终无法达到稳定的视频效果。最终，他们都放弃了基于广播线传输的方案，认为在广播线上双向传输如此高的视频流存在着无法克服的技术障碍。在这个时候，人们很容易想到了无线传输方案。理论上，通过采用无线射频传输方式可以良好的解决列车上布线困难和车厢重新编组的兼容和管理问题。其更具优势的是，无线方案可以在不破坏车厢原有结构的情况下，方便地将多个车厢的被监测点与监控中心连接起来，迅速建立起无线网络链路。但无法解决列车拐弯及上下坡连接中断的现象发生。目前，大部分处在试验阶段的列车无线视频系统采用的无线网络标准协议均是IEEE802.1la, 802.11η，该协议定义的网络带宽为54Μ及300Mbps。现有的无线组网方案有两种，分别是无线点对点方案与无线点对多点传输方案。无线点对点传输方案:采用点对点连接的方案，传输线路靠车厢两头相对安装的两个点对点无线网桥进行连接。而车厢内采用有线传输方式，在车厢内部进行网络布线，并用电缆连接摄像机和位于一节车厢两端的无线网桥，每列机车选择一列车厢作为监控中心点，监控中心一般设于列车的中部，两边的信号相向传输。无线点对点方式很容易实现车厢之间的高速数据传输，但视频信号在车厢内的传输仍然需要重新布线来实现，很显然是这种方案无法回避一个问题。无线点对多点传输方案:鉴于无线点对点传输方案存在着无法克服的问题，有部分设备供应商又提出了无线点对多点的方案。该方案通过无线宽带接入设备采用点对多点方式建立覆盖列车各车厢的无线宽带网络。每列车选择一节车厢作为监控中心点，监控中心点一般选择在列车中部或乘警值班车厢，两边的信号相向传输。该方案的最大优势是通过车顶点对多点的无线传输网络绕开了车厢内的视频信号传输难题，以监控点作为Master，各车厢作为Slave，从而可以实现监控点到各个车厢的视频传输。由于无线传输方案工作在2.5G 5G左右的短波频段，在视距范围内有很好的传输效果，换言之在列车平直运行区域内，这种方案基本可实现视频图像的上传与下发(但要保证铁路/地铁隧道的一定高度)。问题在于该频段不具有绕射能力，也就是说只要铁路/地铁列车一转弯，作为Master的监控点一旦看不到车厢，传输链马上中断，在这个时候，无论是视频监控还是视频广播均是一片空白。对于铁路/地铁运行来说，无法保证铁路/地铁隧道一定是平直的，很显然这种方案根本无法满足视频传输与监控的需要。故仍然需要对现有的轨道列车宽带网络传输方案进行进一步改进。确保网络信号的稳定性、高速性、安全性。
发明内容本实用新型的目的是提供一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，它可克服现有轨道列车视频传输、监控、宽带上网系统中存在的缺点和不足。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是:一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，它主要包括首尾两节机车车厢和两节机车车厢之间的列车车厢，各节列机车车厢和列车车厢内均设有广播线，各节车厢内的广播线依照排列顺序依次连接，其特征在于:所述机车车厢内设有3G/WiMax路由器，3G/WiMax路由器与网络管理服务器连接，网络管理服务器与传输控制器连接，传输控制器与列车车厢内的广播线和视频监控器连接，所述列车车厢内设有两台传输控制器，两台传输控制器之间通过列车车厢内的广播线连接，传输控制器之间的广播线处设有WiFi无线路由器，机车车厢内的传输控制器和列车车厢内的传输控制器通过广播线连接。本实用新型公开了一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，其利用车厢内现有广播线路而不影响现有的广播功能，配合自主研发的传输控制器实现稳定的高速网络信号传输，保证在高速运行的列车上稳定工作，适应列车开车、停车、运行、急刹车等产生的震动、冲击条件，并具备实施图像监控功能，在图像信号传输方面，可传输多路画面，画面清晰、流畅，延时小，产品利用有线和无线局域网实现移动终端的网络传输，产品相比现有技术而言，具有突出的实质性特点和显著进步。
图1为本实用新型网络分布图。图2为本实用新型机车车厢和列车车厢连接结构示意图。图3为传输控制器模块连接框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步的描述。本实用新型主要包括首尾两节机车车厢15和两节机车车厢之间的列车车厢16，各节列机车车厢15和列车车厢16内均设有广播线2，各节车厢内的广播线2依照排列顺序依次连接，其特征在于:所述机车车厢15内设有3G/WiMax路由器3，3G/WiMax路由器3与网络管理服务器4连接，网络管理服务器4与传输控制器5连接，传输控制器5与列车车厢内的广播线2和视频监控器12连接，所述列车车厢16内设有两台传输控制器5，两台传输控制器5之间通过列车车厢16内的广播线2连接，传输控制器5之间的广播线2处设有WiFi无线路由器6，机车车厢15内的传输控制器5和列车车厢16内的传输控制器5通过广播线2连接。网络管理服务器由高性能台式PC安装视频服务器操作软件构成，铁路/地铁视频传输与监控系统一般包含两套固定的监控服务器，位于铁路/地铁头尾两端的固定指挥席，实现对所有车厢的视频监控，同时还可根据实际需要在某节车厢的电脑或者移动PC上安装视频服务器操作软件以满足特殊的监控需求。列车长或其他操作人员可以通过监控服务器清楚地看到各节车厢内摄像机采集的视频图像，并依托摄像机本身云台的转动实现大范围查看，整个车厢的实时情况一览无遗。视频服务器软件支持各个摄像机采集图像的依次跳跃显示、多路图像同时显示等方式，并可方便的同步的存储及按照需要进行回放。在具体实施时，所述传输控制器5处设有网线接口，用户的笔记本电脑14或其它无线终端均可通过设置在列车车厢内的有线局域网络上网浏览。所述列车车厢16内的传输控制器5与监控摄像机7、IP电话装置13、IP电视装置I连接。在具体实施时，监控摄像机采用高清晰彩色红外一体化摄像机，其使用高透光率强化玻璃，为1/3〃镜头并带彩色ExView(探照灯)红外线(XD(日夜两用)，内置60个IRLED,适合24小时监控，外型结构采用高硬度铝合金外壳，有效防水值IP 75，室内户外使用均可满足要求，实际有效成像距离为60-80米。铁路/地铁列车视频监控功能的实现过程如下:在每节车厢前后各安装一个带云台的半球形摄像头，通过网络视频服务器将声音和图像数字化，然后通过列车广播线而不影响正常广播并送至固定的列车指挥席，列车长或其他操作人员通过显示屏幕可以清楚地看到各节车厢的图像，并通过计算机操作摄像机内的云台按需要转动，以观看特定的点。系统可以设置为在屏幕上依次显示每个摄像头的图像，也可以同时在屏幕上显示1、4、9、16个摄像头画面。图像和声音可以以计算机数据文件的格式方便储存在计算机硬盘中，以备随时调阅并转移到其他计算机中。视频监控系统的指挥席可设在列车广播室，亦可设置在车头车尾。可以24小时监控全部车厢的实时情况。每节车厢摄像头附带可控云台，位于车头车尾的监控员坐席可24小时控制每节车厢的任一摄像头以监视车厢的关键部位。摄像机体积小、重量轻，安装方便，将摄像机安装在半圆形透明的玻璃罩里，简单实现数据采集。根据需要，还可集成以下功能模块:1、拾音器:列车长、乘警、广播员、站台值班室可以采集到每节车厢的声音。遇有紧急情况，车厢列车员开启手动报警功能后可以向拾音器喊话，监控系统指挥座席能听到信息，其他如列车长、乘警、站台值班室设备在正常工作时也可以收到报警；2、扩音器:列车车长、乘警、广播员、站台值班室可以通过此设备对指定的车厢回话或播放其他声音信号，这样在列车上建立了除现有广播外的另一套应急扩音广播系统)；3、传感器:列车各车厢均安装烟雾、温度传感器，当环境参数超过设定的门限值时自动上报告警；4、手动报警器:各车厢遇有异常事件时，列车员或乘客可手动报警开关报警，报警信号通过统一平台传回坐席，形成系统上报信息。所述传输控制器5的外壳8内设有集成电路板,集成电路板处设有电源电路,集成电路板处还设有管理交换模块9和物理层联接模块10，管理交换模块9的各路输出端和物理层联接模块10的各路输入端依次连接，集成电路板处设有中央处理器11，中央处理器11与管理交换模块9连接。在具体实施时，管理交换模块可采用VX-168 & VX-110B型套片，物理层联接模块采用VX-168& VX-110B型，以太网技术，中央处理器采用IC+ IP1826C处理器型。产品针对铁路/地铁视频及宽带部署遇到的“不可克服”的难题，经过深入的调研，凭借领先的宽带接入技术，开创性地提出了基于平行铜线的高速长距离分组接入技术(Very High Speed Long Reach Data Access, VHSLRDA)。VHSLRDA 技术是上海由威通信科技研发的VX168 & VX-100B芯片组基础上开发的，它采用现阶段被广泛采用的OFDM编码技术，具有极强的抗干扰和抗衰减能力，在长达1000米的平行铜线对上可称传输100/100MbpS数据，从而从根本上解决了高速视频数据流在列车车厢内传输的技术难题。基于VHSLRDA芯片组，上海由威通信科技自主开发了铁路/地铁视频传输与监控系统。该系统利用列车现有的广播线传输高速视频信号，稳定提供最大18节车厢共36路MPEG-4格式视频信号的传输和监控，从而真正实现了列车不间断的视频监控与视频广播功能，具有良好的可靠性和稳定性。系统可以作为承载列车娱乐和商业节目数据的新型平台，通过该系统的实施，广大旅客不仅可以在车上了解到最新的娱乐资讯、欣赏到刚刚上映的影视大片，甚至还支持视频点播功能让旅客可以方便点播各项主要的体育赛事等精彩节目；同时商业广告内容也可以伴随着节目对密集的旅客群滚动播出，让商家随列车行驶在商海中占尽先机。除此之外，系统还具有非常强的可扩展性，根据实际需要可兼容其他各种类型的工业接口，提供符合各种业务需要的传输通道。如烟雾传感器、自动门锁控制系统等设备都可以依托提供的传输平台，从而顺利实现对铁路及地铁列车行车环境各项关键参数的安全检测。以往有线平台传输的信号经过多次中继造成延时过大，可能产生终端错误识别将有效数据包丢弃的问题。现场测试表明:本系统传输的多路画面清晰、流畅，延时小，甚至一般的普通传输平台应用承载流媒体内容带来的偶尔马赛克现象在上海由威通信科技系统也不会出现。长时间的试运行结果表明，本系统无论是在持续高速行驶(360km/h )，还是中转站车厢重新编组等完全现场情况下，本系统均能稳定提供18节车厢共36个视频监控终端图像数据正常传输所需带宽。
权利要求1.一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，它主要包括首尾两节机车车厢(15)和两节机车车厢之间的列车车厢(16)，各节列机车车厢(15)和列车车厢(16)内均设有广播线(2)，各节车厢内的广播线(2)依照排列顺序依次连接，其特征在于:所述机车车厢(15)内设有3G/WiMax路由器(3)，3G/WiMax路由器(3)与网络管理服务器(4)连接，网络管理服务器(4)与传输控制器(5 )连接，传输控制器(5 )与列车车厢内的广播线(2 )和视频监控器(12)连接，所述列车车厢(16)内设有两台传输控制器(5)，两台传输控制器(5)之间通过列车车厢(16 )内的广播线(2 )连接，传输控制器(5 )之间的广播线(2 )处设有WiFi无线路由器(6),机车车厢(15)内的传输控制器(5)和列车车厢(16)内的传输控制器(5)通过广播线(2)连接。
2.如权利要求1所述的一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，其特征在于:所述传输控制器(5 )处设有网线接口。
3.如权利要求1所述的一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，其特征在于:所述列车车厢(16)内的传输控制器(5)与监控摄像机(7)、IP电话装置(13)、IP电视装置(I)连接。
4.如权利要求1所述的一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，其特征在于:所述传输控制器(5)的外壳(8)内设有集成电路板，集成电路板处设有电源电路，集成电路板处还设有管理交换模块(9)和物理层联接模块(10)，管理交换模块(9)的各路输出端和物理层联接模块(10)的各路输入端依次连接，集成电路板处设有中央处理器(11)，中央处理器(11)与管理交换模块(9 )连接。
专利摘要本实用新型公开了一种轨道铁路视频传输及宽带网络系统，其特征在于所述列车宽带传输器交换机与网络管理服务器连接，传输控制器与列车车厢内的现有的广播线和视频监控器连接而不影响列车现有的广播系统，所述列车车厢内设有两台传输控制器，两台传输控制器之间通过列车车厢内的广播线连接，传输控制器之间的广播线处设有WiFi无线路由器，机车车厢内的传输控制器和列车车厢内的传输控制器通过广播线连接，其利用车厢内现有的广播线路，配合传输控制器实现稳定的高速网络信号传输，并具备实施图像监控功能，在图像信号传输方面，可传输多路画面，画面清晰、流畅，延时小，产品利用有线和无线局域网实现移动终端的网络传输。
文档编号H04N5/232GK202998300SQ20122004462
公开日2013年6月12日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者郭德林, 郭洪林 申请人:上海由威通信科技有限公司