摘要：根据铁路电务机械室低压电气设备集中运用的特点，通过对电气火灾前期特征的分析，提出铁路电气机房火灾前期监测及预警的设计方案。介绍该方案的主要技术参数、工作原理、组成结构和监测方法。
关键词：电务；机械室；火灾监测；监测方法
铁路电务机械室（机房）是铁路信号通信系统承载的核心处所，是铁路信号系统的中枢管理单元所在地，承载着大量电气设备，极易引起电气火灾。而常规的环境监控系统起源于社会公共楼堂馆所使用的初级传感器，不适合电务设备高密度、大规模聚集的运用场景，在近年的运用过程中无法起到应有的预警作用，亟需开发针对铁路电务机械室的综合防灾监控新技术。北京西电务段、北京北方常安铁路电务工程技术有限公司和石家庄市世纪电通通信技术有限公司等单位，在深入分析铁路电务机械室大规模电气系统聚集环境灾害的理论模型，建立适合各种条件下的机械室灾害物理模型样本数据库的基础上，有针对性地研究电务机械室相关监测信息采集的来源，在保证一定的精度和频度下，共同研制开发了铁路机械室跨媒体综合防灾监控系统，并将铁路电务机械室火灾监控技术纳入其中。该项技术获得了中国铁道学会颁发的铁道科学技术三等奖。
１火灾监测原理
火灾智能视频分析的目标是从视频流中判断是否存在明火特征，并提取出用户所需的特征信息。基本方法是根据视频场景和被分析的对象，选择合适的、可区分的特征进行数学建模；然后采用一定的策略，在图像帧序列中进行模式识别。智能视频分析算法基本原理如图１所示，包括图像预处理、特征提取和特征判定３个主要步骤。１．图像预处理。视频信号在成像采集、传输、编解码和格式转化的过程中，都存在一定的信息损失，并且会引入部分自然噪声。通过图像预处理技术，可以有效提高图像数据的信噪比，为后续的图像分析提供质量更高的源数据。采用的预处理技术主要包括ＹＵＶ４２０转ＲＧＢ图像、ＲＧＢ图像转灰度图像、高斯二维平滑滤波等。预处理算法只对配置规则内的区域进行处理，既提高了算法的运行速度，又排除了非感兴趣区域对算法的影响，改善了处理效果。２．背景建模。根据机械室内环境照明特点，采用改进后的混合高斯背景学习模型，增加了定期更新背景的策略，能够快速构建当前的背景图像。３．前景提取。运行目标在视频画面中通常被当作前景，利用背景减除和ＯＵＳＴ算法进行图像二值化，为后续在前景区域进行特征提取提供数据源。４．特征提取。即用低维空间下的特征量，表征高维空间中目标特征的过程。本系统主要提取目标比较显著的一些特征，如轮廓、面积、纹理和颜色，相应的方法有寻找连通域、线段表转换、目标纹理能量，以及色彩分量投影等技术。５．特征判定。首先根据约束的松紧和特征之间的耦合程度，对每一维的特征设计了相应的目标特征分类器，将提取的特征值带入分类器进行特征判定，并综合判定输出目标信息。在特征判定的过程中，主要采用了相似度判定、评分加权判定和一票否决的分段线性判定等策略。
２特性指标
１．可根据需要检测的异常事件来设置算法及规则，布防后开始实时分析异常事件。２．技术先进，１～２ｓ内即可识别目标。３．拥有安防、消防、管理等２０多种可选的智能视频分析算法，算法丰富并经过长时间实际环境优化。４．目标检测准确，框定准确；基本无漏报，误报较少。５．能较稳定地进行静态跟踪，轨迹连续。６．带模拟视频环出，可方便串入原有监控系统，且模拟视频输出图像质量较好，最高支持Ｄ１分辨率，与模拟视频输入图像无明显质量差异。７．模拟视频及网络视频图像基本无延迟，视频差异不明显。８．可在画面上叠加报警信息ＯＳＤ，包括规则、报警文字、目标框、目标轨迹等。９．可设置景深，滤除一部分不符合规则的目标及误报。１０．可检测小目标，最小可至２×４像素。１１．可抑制画面抖动，基本消除摄像机抖动造成的误报。１２．可以识别目标的大小、远近和空间位置关系，景深设置操作简单。
３基本配置
铁路电务机械室火灾监测设备包括机房前端系统、传输网络、监控中心移动客户端等。机房前端系统是信息采集部分，通过嵌入式机房处理单元，对机房内的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁、照明等进行了整合，主要负责对机房视音频、环境量、开关报警量等信息进行采集、编码、存储，既可通过传输网络进行上传，也可进行本地的相关联动。摄像机是整个铁路电务机械室火灾监测的视频信号源，主要负责对机房整体环境、机房设备等进行全天候的视频监视。对于主机房，选择球机实现大范围的监控需要，通过云台控制可以监看机房具体细节信息，同时根据需求，配合半球或枪机进行特定范围的监控，摄像机的安装高度一般为２～５ｍ。机房独立的火花及火焰报警系统，可根据机房现场情况划分为不同的防区，每个防区内配置有不同数量的烟感等火灾探测器，以监测烟雾报警情况，配置视频内容分析传感单元检测火焰、火花等火灾前期信号并报警。
４现场运用及效果
铁路电务机械室火灾监控具有视频监测、传感器监测和火焰、火花智能跨媒体监测全功能，实施报警与提前预警相结合，提升了机械室监测设备效益最大化水平。同时，对电务机械室实施远程、多点、实时监测，有利于及时发现隐患。从２０１４年开始，在北京铁路局京广等６条繁忙干线和石德线共计２１９个站、５００余个机械室陆续安装使用，通过其自动告警功能，发现和处理了几起铁路火灾监测设备隐患。如２０１４年７月４日，京广线某站机械室监控系统检测出某继电器表面温度过热，超过国家标准３０００Ｖ以下低压电气设备运行技术条件３５°的限值，经现场检查发现是由于继电器接点接触不良，造成拉弧所致，及时更换继电器消除火灾隐患。
５结论
针对电务机械室火灾前期特征视频提取算法分析，通过监控系统有效预警火灾前期状态，提高了电务机械室信号设备的运用安全，同时，也为电气设备的失效预防提供理论依据。
参考文献
［１］王顺方．电务安全新机制的探索与实施［Ｊ］．铁道通信信号工程经济论文，２０１４（３）：４７－４９．
［２］周瑞雪，马占奎，丁洁．电务设备综合维护系统的研究与探讨［Ｊ］．铁道通信信号，２０１４（７）：６－８．
作者：柴克忠
