1概述

目前，無線通信技術的應用越來越廣泛，具有代表性的、應用也最廣泛的無線通信技術有RFID、紅外、藍牙、WIFI、GSM和3G等。一般認為，通信距離在100m以內的為近程無線通信，在100m以上的為遠程無線通信。其中RFID、紅外、藍牙通信距離為10m以內，為近程無線通信技術，而WIFI、GSM、3G為遠程無線通信技術。近程通信技術一般通信帶寬較窄，如藍牙最高帶寬為1Mb/s，而遠程通信技術一般帶寬較高，其中WIFI無線局域網的傳輸帶寬已由11Mb/s逐步發展到54Mb/s，目前最高可達到300Mb/s。3G技術的上行峰值帶寬可達5.76Mb/s，正在試驗的4G遠程通信技術，帶寬甚至達到100Mb/s。無線通信技術的發展使無線網絡帶寬越來越高，這大大促進了多媒體技術的發展及應用。從20世紀90年代的純語音通信，發展到目前的3G音視頻通話，在這個“視頻無處不在”的世界，無線通信技術正在日益發揮其巨大的威力。尤其是3G技術的發展，使無線通信技術已經滲透到了安防領域的各個行業。鐵路專用無線通信技術GSM-R已經在中國列車運行控制系統（CTCS）中廣泛應用，鐵路綜合視頻監控系統的大規模建設和發展，也在逐步引入無線通信技術。

2視頻傳輸對無線通信技術的要求

視頻數據傳輸具有帶寬要求高、實時性好、私密性強等特點。目前視頻傳輸的格式主要有CIF、4CIF（D1）、720p和1080p，對網絡帶寬的要求分別為512kb/s、2Mb/s、4Mb/s和8Mb/s，其中720p和1080p通常定義為高清格式。依據視頻傳輸特點，如采用無線技術傳輸，則首先是帶寬必須滿足，其次是實時性要好，并且網絡要具備一定的安全性。當前，可承載無線視頻傳輸的成熟技術主要有以下幾種：（1）基于802.11a/b/g/n協議的，利用免許可的2.4GHz、5.8GHz頻段的WIFI無線局域網聯網技術；（2）基于WCDMA（聯通）、CDMA2000-EVDO（電信）、TD-SCDMA（移動）協議的3G無線網絡技術；（3）基于COFDM技術、利用336～344MHz專用頻段的無線通信傳輸。目前商業領域較多采用WIFI和3G技術進行視頻傳輸，而第3種技術因為頻點需要申請和帶寬限制，其商業應用較少，一般在公安、消防等專業領域應用較多。

基于鐵路行業特點，采用無線方式傳輸視頻需要滿足以下要求：（1）有效距離要求高。鐵路視頻監控點通常大部分集中在車站內，但是各業務部門對于車站與區間結合部的咽喉部位也有監控需求。隨著高速鐵路的建設發展，各鐵路部門對區間的監控需求日益強烈，希望做到全線“無縫監控”。（2）清晰度（帶寬）要求高。業務部門對監控目標圖像的清晰度要求，已經由CIF分辨率提升到4CIF（D1）分辨率，相對應地提升了對網絡帶寬的要求。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。

高清數字攝像機的單路視頻對于帶寬的要求達4Mb/s以上。（3）實時性好。視頻監控系統最重要的質量要求就是實時性。模擬監控系統具有很好的實時性，而數字監控系統則存在一定的延時。一般認為，視頻系統可接受的端到端延時應≤2s。過大的延時將影響攝像機云臺的可操控性。（4）可靠性和性價比高。隨著業務部門對視頻監控系統需求增加，對可靠性的要求也越來越高，對系統成本的敏感性較高。在不降低質量的前提下，希望以更少的投入獲得更高的性能。

3無線通信技術在鐵路綜合視頻系統的應用

無線視頻監控利用無線電波傳輸視頻、音頻等數據信號，是視頻監控和無線通信技術的結合應用。它擺脫了線纜的約束，可將現場視頻信息通過無線通信實時傳送到監控中心。目前已應用到設備維護遠程技術指導、突發事件應急處理、特殊環境視頻監控、機車車輛視頻監控等場景中。隨著無線信號的覆蓋面積、傳輸帶寬和傳輸可靠性的提高，無線通信技術必將更多地應用在鐵路綜合視頻監控系統中。

3.1應用原理

在鐵路綜合視頻監控系統中，目前可采用WIFI和3G2種視頻傳輸方式。由于WIFI和3G均為純數字傳輸系統，因此前端攝像機如采用模擬攝像機，需要先進行編碼；如采用IPC（IP攝像機），則可省卻前端編碼器。經過編碼后的音視頻數據，如采用WIFI傳輸，其傳輸設備主要是無線網橋。一般在車站信號樓頂部建設WIFI基站，直接與車站的視頻監控局域網相連。根據前端攝像機的分布情況及距離遠近，基站天線可分別采用全向、扇區或定向天線。前端實時采集的視頻數據，通過無線網橋傳到車站局域網進行轉發和存儲。采用3G技術傳輸，需在視頻監控中心設置3G接入服務器，前端編碼后的音視頻數據，需通過3G模塊傳輸到運營商基站，再傳輸到互聯網，之后通過3G接入服務器傳輸到視頻監控中心局域網進行轉發和存儲。無線通信技術視頻應用原理見圖1。

3.2應用場景

3.2.1設備維護遠程技術指導

信號設備是保障鐵路運輸安全的核心設備，設備維護的質量和及時性是影響鐵路運輸安全和效率的重要因素。近年來，信號設備和技術升級換代迅速，對于復雜的信號設備故障往往需要電務段或電務處等上級單位專家指導。以往通過電話溝通方式難以形象直觀地反映現場情況，大部分還需要專家到現場診斷，此種方式不利于故障的及時解決。采用一體化便攜式音視頻交互設備移動視頻方式，可快速到達現場，監控中心能清晰查看儀表讀數、設備指示燈狀態、現場維護人員的操作等，可通過語音對講功能聽取現場人員故障現象描述，指導現場人員排查故障。一體化便攜式音視頻交互設備可采用WIFI技術、3G技術，還可以采用3G+WIFI技術綜合方式傳輸音視頻數據。

3.2.2突發事件應急處理

鐵路沿線地理環境復雜，地震、山體滑坡、泥石流、臺風、暴雪、暴雨等重大自然災害，還有人為破壞等因素，對鐵路系統風險防護的能力提出了更高的要求。所有突發事件均有緊迫性、不可逆轉性、高風險性等特點。發生突發事件時，往往搶險指揮的決策者不可能快速到達現場。基于無線方式傳輸的視頻監控系統，以其靈活機動、便攜快捷的特點，可以第一時間到達突發事件現場，上傳的視頻圖像可以讓決策者基于真實的現場情況，快速準確地做出決策。此時的一體化便攜式音視頻交互設備可采用3G或WIFI技術。