1概述

目前，無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，具有代表性的、應(yīng)用也最廣泛的無(wú)線通信技術(shù)有RFID、紅外、藍(lán)牙、WIFI、GSM和3G等。一般認(rèn)為，通信距離在100m以內(nèi)的為近程無(wú)線通信，在100m以上的為遠(yuǎn)程無(wú)線通信。其中RFID、紅外、藍(lán)牙通信距離為10m以內(nèi)，為近程無(wú)線通信技術(shù)，而WIFI、GSM、3G為遠(yuǎn)程無(wú)線通信技術(shù)。近程通信技術(shù)一般通信帶寬較窄，如藍(lán)牙最高帶寬為1Mb/s，而遠(yuǎn)程通信技術(shù)一般帶寬較高，其中WIFI無(wú)線局域網(wǎng)的傳輸帶寬已由11Mb/s逐步發(fā)展到54Mb/s，目前最高可達(dá)到300Mb/s。3G技術(shù)的上行峰值帶寬可達(dá)5.76Mb/s，正在試驗(yàn)的4G遠(yuǎn)程通信技術(shù)，帶寬甚至達(dá)到100Mb/s。無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬越來(lái)越高，這大大促進(jìn)了多媒體技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。從20世紀(jì)90年代的純語(yǔ)音通信，發(fā)展到目前的3G音視頻通話，在這個(gè)“視頻無(wú)處不在”的世界，無(wú)線通信技術(shù)正在日益發(fā)揮其巨大的威力。尤其是3G技術(shù)的發(fā)展，使無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)滲透到了安防領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)。鐵路專(zhuān)用無(wú)線通信技術(shù)GSM-R已經(jīng)在中國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）中廣泛應(yīng)用，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)和發(fā)展，也在逐步引入無(wú)線通信技術(shù)。

2視頻傳輸對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的要求

視頻數(shù)據(jù)傳輸具有帶寬要求高、實(shí)時(shí)性好、私密性強(qiáng)等特點(diǎn)。目前視頻傳輸?shù)母袷街饕蠧IF、4CIF（D1）、720p和1080p，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求分別為512kb/s、2Mb/s、4Mb/s和8Mb/s，其中720p和1080p通常定義為高清格式。依據(jù)視頻傳輸特點(diǎn)，如采用無(wú)線技術(shù)傳輸，則首先是帶寬必須滿足，其次是實(shí)時(shí)性要好，并且網(wǎng)絡(luò)要具備一定的安全性。當(dāng)前，可承載無(wú)線視頻傳輸?shù)某墒旒夹g(shù)主要有以下幾種：（1）基于802.11a/b/g/n協(xié)議的，利用免許可的2.4GHz、5.8GHz頻段的WIFI無(wú)線局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；（2）基于WCDMA（聯(lián)通）、CDMA2000-EVDO（電信）、TD-SCDMA（移動(dòng)）協(xié)議的3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；（3）基于COFDM技術(shù)、利用336～344MHz專(zhuān)用頻段的無(wú)線通信傳輸。目前商業(yè)領(lǐng)域較多采用WIFI和3G技術(shù)進(jìn)行視頻傳輸，而第3種技術(shù)因?yàn)轭l點(diǎn)需要申請(qǐng)和帶寬限制，其商業(yè)應(yīng)用較少，一般在公安、消防等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多。

基于鐵路行業(yè)特點(diǎn)，采用無(wú)線方式傳輸視頻需要滿足以下要求：（1）有效距離要求高。鐵路視頻監(jiān)控點(diǎn)通常大部分集中在車(chē)站內(nèi)，但是各業(yè)務(wù)部門(mén)對(duì)于車(chē)站與區(qū)間結(jié)合部的咽喉部位也有監(jiān)控需求。隨著高速鐵路的建設(shè)發(fā)展，各鐵路部門(mén)對(duì)區(qū)間的監(jiān)控需求日益強(qiáng)烈，希望做到全線“無(wú)縫監(jiān)控”。（2）清晰度（帶寬）要求高。業(yè)務(wù)部門(mén)對(duì)監(jiān)控目標(biāo)圖像的清晰度要求，已經(jīng)由CIF分辨率提升到4CIF（D1）分辨率，相對(duì)應(yīng)地提升了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。按照目前的H.264編碼格式，D1分辨率可接受的最小碼率≥1Mb/s，而CIF格式分辨率可接受的最小碼率≥384kb/s。

高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的單路視頻對(duì)于帶寬的要求達(dá)4Mb/s以上。（3）實(shí)時(shí)性好。視頻監(jiān)控系統(tǒng)最重要的質(zhì)量要求就是實(shí)時(shí)性。模擬監(jiān)控系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性，而數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)則存在一定的延時(shí)。一般認(rèn)為，視頻系統(tǒng)可接受的端到端延時(shí)應(yīng)≤2s。過(guò)大的延時(shí)將影響攝像機(jī)云臺(tái)的可操控性。（4）可靠性和性價(jià)比高。隨著業(yè)務(wù)部門(mén)對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求增加，對(duì)可靠性的要求也越來(lái)越高，對(duì)系統(tǒng)成本的敏感性較高。在不降低質(zhì)量的前提下，希望以更少的投入獲得更高的性能。

3無(wú)線通信技術(shù)在鐵路綜合視頻系統(tǒng)的應(yīng)用

無(wú)線視頻監(jiān)控利用無(wú)線電波傳輸視頻、音頻等數(shù)據(jù)信號(hào)，是視頻監(jiān)控和無(wú)線通信技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。它擺脫了線纜的約束，可將現(xiàn)場(chǎng)視頻信息通過(guò)無(wú)線通信實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心。目前已應(yīng)用到設(shè)備維護(hù)遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)、突發(fā)事件應(yīng)急處理、特殊環(huán)境視頻監(jiān)控、機(jī)車(chē)車(chē)輛視頻監(jiān)控等場(chǎng)景中。隨著無(wú)線信號(hào)的覆蓋面積、傳輸帶寬和傳輸可靠性的提高，無(wú)線通信技術(shù)必將更多地應(yīng)用在鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。

3.1應(yīng)用原理

在鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，目前可采用WIFI和3G2種視頻傳輸方式。由于WIFI和3G均為純數(shù)字傳輸系統(tǒng)，因此前端攝像機(jī)如采用模擬攝像機(jī)，需要先進(jìn)行編碼；如采用IPC（IP攝像機(jī)），則可省卻前端編碼器。經(jīng)過(guò)編碼后的音視頻數(shù)據(jù)，如采用WIFI傳輸，其傳輸設(shè)備主要是無(wú)線網(wǎng)橋。一般在車(chē)站信號(hào)樓頂部建設(shè)WIFI基站，直接與車(chē)站的視頻監(jiān)控局域網(wǎng)相連。根據(jù)前端攝像機(jī)的分布情況及距離遠(yuǎn)近，基站天線可分別采用全向、扇區(qū)或定向天線。前端實(shí)時(shí)采集的視頻數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋傳到車(chē)站局域網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)。采用3G技術(shù)傳輸，需在視頻監(jiān)控中心設(shè)置3G接入服務(wù)器，前端編碼后的音視頻數(shù)據(jù)，需通過(guò)3G模塊傳輸?shù)竭\(yùn)營(yíng)商基站，再傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)，之后通過(guò)3G接入服務(wù)器傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控中心局域網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)。無(wú)線通信技術(shù)視頻應(yīng)用原理見(jiàn)圖1。

3.2應(yīng)用場(chǎng)景

3.2.1設(shè)備維護(hù)遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)

信號(hào)設(shè)備是保障鐵路運(yùn)輸安全的核心設(shè)備，設(shè)備維護(hù)的質(zhì)量和及時(shí)性是影響鐵路運(yùn)輸安全和效率的重要因素。近年來(lái)，信號(hào)設(shè)備和技術(shù)升級(jí)換代迅速，對(duì)于復(fù)雜的信號(hào)設(shè)備故障往往需要電務(wù)段或電務(wù)處等上級(jí)單位專(zhuān)家指導(dǎo)。以往通過(guò)電話溝通方式難以形象直觀地反映現(xiàn)場(chǎng)情況，大部分還需要專(zhuān)家到現(xiàn)場(chǎng)診斷，此種方式不利于故障的及時(shí)解決。采用一體化便攜式音視頻交互設(shè)備移動(dòng)視頻方式，可快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)控中心能清晰查看儀表讀數(shù)、設(shè)備指示燈狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的操作等，可通過(guò)語(yǔ)音對(duì)講功能聽(tīng)取現(xiàn)場(chǎng)人員故障現(xiàn)象描述，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員排查故障。一體化便攜式音視頻交互設(shè)備可采用WIFI技術(shù)、3G技術(shù)，還可以采用3G+WIFI技術(shù)綜合方式傳輸音視頻數(shù)據(jù)。

3.2.2突發(fā)事件應(yīng)急處理

鐵路沿線地理環(huán)境復(fù)雜，地震、山體滑坡、泥石流、臺(tái)風(fēng)、暴雪、暴雨等重大自然災(zāi)害，還有人為破壞等因素，對(duì)鐵路系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)的能力提出了更高的要求。所有突發(fā)事件均有緊迫性、不可逆轉(zhuǎn)性、高風(fēng)險(xiǎn)性等特點(diǎn)。發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，往往搶險(xiǎn)指揮的決策者不可能快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。基于無(wú)線方式傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控系統(tǒng)，以其靈活機(jī)動(dòng)、便攜快捷的特點(diǎn)，可以第一時(shí)間到達(dá)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)，上傳的視頻圖像可以讓決策者基于真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，快速準(zhǔn)確地做出決策。此時(shí)的一體化便攜式音視頻交互設(shè)備可采用3G或WIFI技術(shù)。