【摘要】 本文介绍了轨道交通行业采用第三轨供电方式的地铁线路，在列车出厂线，为实现对列车降弓动作的确认，防范安全事故发生，在弓靴转换位置增加视频监控系统的实现方案，同时结合工程实例，为类似项目的建设提供了有价值的参考经验。
【关键词】 弓靴转换位置 降弓升靴 视频监控
一、项目建设的必要性
广州地铁四、五号线分别于2005年12月、2009年12月建成并开通运营。四、五号线正线均为第三轨供电方式，但是，列车在车厂是接触网供电方式，这就使得列车从车厂进入正线或从正线回到车厂时，需要进行供电方式的转换，这个动作叫弓靴转换。以出厂为例，列车出厂时需要列车司机手动操作降下位于列车车顶的受电弓，升起列车下侧位的集电靴，实现列车供电方式的转换，这个过程称为降弓升靴。而列车从正线回到车厂时的动作正好与出厂时相反，叫降靴升弓。弓靴转换的地理位置均处于车辆段范围内，按照信号系统的划分，该位置如果属于正线范围，则列车在该处的行车指挥权隶属于行车调度；该位置如果属于车厂范围，则列车在该处的行车指挥权隶属于车厂调度。
列车完成弓靴转换后，如果线路属于地面，列车会沿着出厂线直接进入正线运行；如果线路属于地下隧道，列车会通过洞口进入正线的隧道区间。一旦降弓动作没有完成，受电弓处于升弓状态，在列车进入洞口或地面线路的下一个车站时，直立的受电弓将会受到损坏，造成安全事故。因此，对列车司机是否完成了弓靴转换动作的确认，成为了确保安全行车的关键环节之一。
为此，广州地铁于2012年8月，在四、五号线车厂弓靴转换位置建设了降弓视频监控系统，主要用来监控列车出厂时司机是否完成了降弓动作，为安全行车指挥提供了有效的技术保障手段，确保了地铁列车的安全运行。
二、四号线车厂降弓视频监控系统网络结构
四号线的出厂线编号为转换轨1道，转换轨2道，按照信号系统的划分，四号线降弓升靴的位置属于正线范围，其行车指挥权隶属于行车调度，为此四号线的监控图像终端设在新造车辆段的OCC（运行控制中心）。
依据列车车型的不同，每列车的受电弓数量也不相同，四号线的列车编组为4节车厢，车头车尾各有一个受电弓，在每条股道列车头尾2个受电弓降弓对应位置各安装1个摄像头进行监控。新造车辆段共安装4个摄像头，实现对转换轨1、转换轨2的弓靴转换位置列车降弓情况的视频监控。四号线车厂降弓视频监控系统网络结构见图1。
由图可见，在四号线的列车出厂弓靴转换位置安装了四个光纤一体化球型摄像机；在新造车辆段的通信设备房安装了视频监控系统的中心设备，包含光接收机、视频分配器、画面分割器、硬盘录像机、录像回放用监视器；在运行控制中心调度桌面安装两台监控屏。图像信号经过敷设在弓靴转换位置和通信设备房之间的光纤传送到光接收机，经过光电转换后的所有视频信号通过视频分配器后，一路送给硬盘录像机，一路进入二个画面分割器，画面分割器将车头、车尾两个摄像机的图像组合后，分别输出对应的视频信号至二个监控屏。用于监控转换轨1，转换轨2。
三、五号线车厂降弓视频监控系统网络结构
五号线的出厂线编号为14、15、16道，按照信号系统的划分，五号线降弓升靴的位置属于车辆段范围，其行车指挥权隶属于车厂调度，为此五号线的监控图像终端设在鱼珠车辆段的车厂调度室。
五号线的列车编组为6节车厢，部分列车为头尾2个受电弓，部分列车为车头、车中、车尾3个受电弓。对于三个受电弓的列车，只要能够监控到头尾2个受电弓的降弓情况就可以满足安全需求。为此，五号线也与四号线一样，在每条股道列车头尾2个受电弓降弓对应位置各安装1个摄像头进行监控。鱼珠车辆段共安装6个摄像头，实现对出厂线14、15、16道弓靴转换位置列车降弓情况的视频监控。五号线车厂降弓视频监控系统网络结构见图2。
由图可见，在五号线的列车出厂弓靴转换位置安装了6个光纤一体化球型摄像机；在鱼珠车辆段车厂调度室附近的通信设备房安装了视频监控系统的中心设备，包含光接收机、视频分配器、画面分割器、硬盘录像机、录像回放用监视器；在车厂调度室安装三台监控屏。图像信号经过敷设在弓靴转换位置和通信设备房之间的光纤传送到光接收机，经过光电转换后的所有视频信号通过视频分配器后，一路送给硬盘录像机，一路进入三个画面分割器。三个画面分割器将车头、车尾两个摄像机的图像组合后，分别输出对应的视频信号至三个监控屏，用于监控出厂线14道，15道，16道。
四、四、五号线车厂降弓视频监控系统实现功能
通过对本套视频监控系统的建设，实现了广州地铁四、五号线列车出厂时，对列车司机降弓升靴操作结果的视频监控，具体能够实现以下功能：（1）通过系统配置，将列车头尾两个受电弓的图像合成在一个显示终端上，从而实现调度人员能够在同一幅图像上同时监视到同一条车道上列车头尾受电弓的降弓情况，并能够在图像上显示车道号，确保了相邻股道不会相互混淆。（2）采用了具备红外功能的光纤一体化球机，实现24小时全天候的监控，并设置硬盘录像机录像，录像内容可以保存30天时间。（3）在每个摄像头上方加装了辅助灯光照明设备，并具备定时开启功能和主备切换功能，确保了视频监控系统全天候运行和照明设备的节能。白天和晚上的视频监控图像效果分别见图3和图4。
五、建设经验
5.1 安全性和经济性
由于本项目需要在正常运营的线路上进行施工，在选取摄像机的安装位置时要充分考虑到施工安装的便利性和后期维护的方便性，以及安装后的本套系统设备不能给线路运营带来安全隐患。为此，安装位置选取了离开轨行线路控制区域一定的距离。四、五号线选择的摄像机安装位置距离轨道中心为15-20米，摄像机安装高度与接触网平行（距离地面高度4.5米左右），设备选型采用了光纤球型摄像机，能够在控制中心实现对光纤球机的远程遥控，确保了摄像机能够正确地摄取受电弓的图像，在弓靴转换位置稍有变化时，可以通过对摄像机的调整（焦距、俯仰角、方位角）来满足新位置的监控需求，不需要重新投资增加新的设备，具有较好的经济性。
5.2 采用光纤一体化球型摄像机避免了前端采集图像受到干扰，确保了图像的清晰
由于摄像机位于接触网附近，如果采用的摄像机是视频信号输出，然后再通过光电转换为光信号向控制中心传送，接触网1500V直流高压造成的干扰会窜入前端视频信号中，形成网纹状干扰。为此，本系统采用了光纤一体化球型摄像机，有效地防止了干扰的发生，确保了图像的清晰。
5.3 灯光辅助照明设备的选型
由于监控用摄像机的红外成像属于主动红外摄像技术，在夜间照明不足时，摄像机成像是依靠辅助红外灯发出的红外线照射物体，红外线经物体漫反射，被监控摄像头接收，形成视频图像。由于四、五号线的弓靴转换位置均在车辆段的露天室外环境。
经过试验，具备红外功能的球型摄像机在夜间并不能获得满意的图像，主要原因为接触网和受电弓在空中（接触网距离轨平面高度 4米左右），周围空间没有物体能够产生漫反射。为此，本套视频监控设备增加了辅助照明灯光设备，先后选用过LED灯、高压钠灯、氙气灯等设备。首次选用的LED灯亮度低、聚光性不够；其次试验了高压钠灯，结果是聚光效果差；第三，氙气灯照射距离和聚光性都能满足要求但性能不够稳定，故障率高。在多次试验的基础上，最后定型了一款LED灯，得到了较好的效果。这款LED灯的功率为36瓦，采用了36颗LED，单粒光束角均为30°，聚光性可以满足要求，确保了光线照射到受电弓后成像的清晰。