京津城際高速鐵路綜合視頻監控系統建設初探

丁學軍，王輝麟，楊興磊

（1.京津城際鐵路有限責任公司，北京 100022；2.中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，北京100081）

隨著列車運營速度的提高，區間跨度的增大，危險因素也相應增多，保證行車和人民生命財產安全顯得尤為重要。目前由于鐵路運輸行業的特殊性，許多安全隱患依然存在，比如：（1）犯罪分子盜竊、破壞鐵路設施；（2）工作人員工作失誤或違章操作；（3）非法人員入侵和異物侵線等。所有上述安全隱患都存在共同的特點，可能是出事后原因找不到，或者是找到原因而沒有證據。另外，當發生事故或危險情況時很難被及時發現，往往不能在第1時間進行處理，甚至在隱患未排除的情況下照常運行，從而發生危險。由于傳統的鐵路系統安全保障還基本依靠工作人員沿線巡查的方式，其工作效率低；實時性差；巡查監控的范圍非常有限；缺少追溯取證的手段不利于遠程指揮；同時消耗了大量人力和物力資源。因此，在信息化程度逐步加深的今天，需要建立一套高效、直觀和快捷的安全防災監控系統，保證高速鐵路客運專線運營的安全性，確保國家和人民生命財產安全。

1 系統結構

系統結構如圖1。

圖1 京津城際客運專線綜合視頻監控系統結構

2 京津城際綜合視頻監控沿線布點設計方案

京津城際高速客運專線作為全國第1條時速350 km規格的高速鐵路，客流量大，列車運行速度快，對鐵路環境要求高，因此不僅需要對車站及鐵路沿線的情況進行實時、準確和直觀的視頻監控，更需要對視頻監控的圖像進行分析，從而做出智能化預警監控。為此，設計了綜合視頻監控系統。目前京津全線綜合視頻監控系統的布點位置包括：

（1）沿線高架橋地段28處維修梯處最后一層樓梯和進入正線入口處的全天候視頻監視，采用的方案是在護欄上加裝低照度彩色攝像機和紅外燈進行全天候監視；并通過視頻分析軟件對各類人員進入線路的情況產生告警；

（2）利用接觸網桿加裝低照度彩色攝像機和紅外燈對路基地段進行全天候監視；

（3）在沿線GSM-R鐵塔上設置彩色長距攝像機對全線進行白天線路巡視；

（4）在橋墩或新設水泥桿上架設彩色定焦攝像機對GSM-R基站、信號集裝箱和箱變機房房門進行白天監視。

系統監控范圍還包括：全線通信、信號、GSMR基站、電力節點（通信部分）機房內以及全線4個車站的客服視頻監控系統。全線綜合視頻監控系統采用統一視頻監控平臺軟件。在各個車站調度指揮大廳設置監控大屏和監控終端用戶，并在北京南火車站和天津火車站派出所，亦莊、永樂和武清站警務區增加5個終端用戶。視頻信號根據距離遠近采用射頻同軸電纜和光纜傳輸，區間前端設備采用低壓遠供方式供電。

3 京津城際全線綜合視頻監控系統技術方案

3.1 MPEG4視頻編碼解碼技術

本項目中使用MPEG4標準的編解碼設備完成視頻圖像的采集。MPEG-4是為在國際互聯網上或移動通信設備上實時傳輸音/視頻訊號而制定的，采用Object Based方式解壓縮，壓縮倍數為450倍（靜態圖像可達800倍），分辨率輸入可從320 ×240到1 280 ×1 024。MPEG4使用圖層（layer）方式，能夠智能化選擇影像的不同之處，可根據圖像內容，將其中的對象（人物、物體、背景）分離出來分別進行壓縮，使圖文件容量大幅縮減，而加速音/視頻的傳輸，這不僅提高壓縮比，也使圖像探測的功能和準確性更充分地體現出來。

在網絡傳輸中可以設定MPEG4的碼流速率，清晰度也可在一定的范圍內作相應的變化，便于用戶根據自己對錄像時間、傳輸路數和清晰度的不同要求進行不同的設置，提高系統使用時的適應性和靈活性。也可采用動態幀測技術，動態時快錄，靜態時慢錄，從而減少平均數據量，節省存儲空間。而且當傳輸有誤碼或丟包現象時，MPEG4受到的影響很小，并且能迅速恢復。

3.2 基于IP組播的視頻網絡傳輸和流媒體轉發技術

由于京津全線有上千路攝像頭，視頻監控系統采用流媒體轉發的目的是為解決帶寬瓶頸或者其他傳輸限制，同時對視頻監控起可靠隔離作用，避免其他系統影響視頻監控網絡通道。通過在監控中心架設轉發服務器，充分利用監控中心交換機的背板帶寬和包轉發能力，網絡上的監控客戶端從轉發服務器獲取流媒體數據并實時解碼顯示。本系統流媒體轉發服務軟件采用多任務、多線程模式設計，能夠穩定平滑地轉發多路流媒體信息。流媒體轉發軟件實現了流媒體數據接收、復制分發及客戶端控制命令的統一調度轉發。軟件基于多線程、多任務工作模式，有效地解決了流媒體傳輸系統中出現熱點連接時局部帶寬不足問題。

3.3 視頻智能分析技術

視頻智能分析技術的定義為：利用現代計算機視覺的方法，在不需要人為干預的情況下，通過對攝像機拍攝的視頻序列進行實時自動分析，實現對視頻場景中所關注目標的定位、識別和跟蹤，并在此基礎上分析和判斷目標的行為，以偵測和應對某種事件模式。

目前在京津鐵路上應用比較多的是以下2種分析功能：

（1）入侵檢測：在復雜的天氣和光線環境中精確偵測和識別單個或多個目標的運動情況、運動方向、運動特征等。通過設置一定的安全規則定義報警的條件，一旦有運動目標侵入設定的保護區域，系統立即產生告警并在視頻畫面中標識目標。

（2）非法滯留：當目標進入設定的保護區域時，系統并不報警，僅僅跟蹤，只有目標在保護區域徘徊停留的時間過長（或超過了預定義的時間長度）才會觸發系統產生報警。

4 視頻監控攝像頭布點方案

為了解決路基的全天候監視，在既有接觸網桿靠近線路外側距接觸網桿底部4.5 m高處，架設低照度彩轉黑變焦攝像機和無紅爆紅外燈，監視范圍：白天10 m～150m；夜間10 m～100 m。可實時監視線路及線路兩側路基的情況。

5 相對于其他視頻監控平臺使用的一些新的技術

（1）視頻監視傳輸帶寬現場與車站固定：在傳輸MSTP技術上將現場與車站的帶寬穩定下來，多用戶調用及分發轉到車站來處理，便于傳輸網絡的規劃；

（2）管理核心服務器軟件及存儲服務器軟件冗余設置：對于核心的服務器軟件及存儲軟件，均采用熱備及N+1備份的方式，確保個別服務器或軟件出現故障時，不影響系統的正常運行；

（3）在監控界面中實現遠程控制輸出繼電器信號，保證各類機房在觀看時可以觸發燈亮；

（4）在監控界面中實現語音監聽和語音輸出；

（5）與通信SCADA實現前端聯動，效率高，也與其它系統的接口實現聯動。

6 結束語

京津城際綜合視頻監控系統較好地滿足現場監控的實際需求，較為全面地在京津城際全線范圍內進行監控，其優點如下：

（1）是運輸指揮的輔助工具，具有全面性和實時性；（2）安全防范的有效手段，在固物取證和作業防護等方面發揮作用；（3）減少人力物力，發揮更大的經濟效益。

[1] 王輝麟. 智能網絡視頻監控系統在鐵路工程建設管理中的應用[J] . 鐵路計算機應用，2007，16（9）.

[2] 王輝麟. 火車站視頻監控與防盜報警系統的設計與實現[J] .鐵路計算機應用，2008，17（10）.

[3] 敖登高娃. 基于MPEG_4的數字監視系統解碼器的設計[J] .電腦知識與技術，2005（10）.