淺談視頻監控系統在鐵路運輸中的運用

伏 佩 上海鐵鐵路局電務處

數字視頻監控系統是安全防范系統的重要組成部分，以其直觀性、實時性、可回溯性等鮮明特征打破了時間與空間的限制，現已廣泛應用于鐵路車站、綜合維修工區、沿線基站、信號中繼站的通信、信號機房內、區間公跨鐵橋以及牽引變電所等重要場合。鐵路視頻監控系統就是依托鐵路IP數據網或傳輸網，完成信息采集、傳輸、控制、管理和存儲的全過程，實現視頻實播、數字錄像、視頻點播以及聯動報警等功能，滿足旅客服務、運輸調度、防災監控、救援搶險和應急管理等多種需求，確保正常的運輸生產秩序。

1 視頻監控概述

視頻監控系統是以計算機為中心，信息技術處理為基礎，利用圖像數據壓縮的國際標準，綜合利用圖像傳感器、傳輸網絡、系統控制和數據處理等技術的一種新型監控系統。隨著計算機、網絡以及圖像處理、傳輸技術的飛速發展，視頻監控系統的發展大致經歷了三個階段。在九十年代初以前，主要是以模擬設備為主的閉路電視監控系統，稱為第一代模擬監控系統。九十年代中期，隨著計算機處理能力的提高和視頻技術的發展，人們利用計算機的高速數據處理能力進行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實現圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質量，這種基于"PC＋多媒體卡"數字視頻監控系統(DVR)為第二代數字化本地視頻監控系統。九十年代末，隨著網絡帶寬、計算機處理能力和存儲容量的快速提高，以及各種實用視頻處理技術的出現，視頻監控步入了全數字化的網絡時代，稱為第三代遠程視頻監控系統。第三代視頻監控系統完全基于IP網絡為依托，以數字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖像分析為特色，引發了視頻監控行業的技術革命，得到了學術界、產業界和使用部門的高度重視。

2 鐵路綜合視頻監控系統技術解決方案

2.1 系統結構

鐵路綜合視頻監控系統由鐵道部核心節點、鐵路局/客專調度區域節點、站/段視頻接入節點、視頻采集點、視頻傳輸網絡和用戶終端構成（見圖1）。

圖1 鐵路綜合視頻監控系統結構圖

2.2 系統組成

2.2.1 鐵道部核心節點

視頻核心節點主要實現視頻的分發、系統管理、用戶管理和與其他系統的互聯等，并可對重要視頻圖像信息進行存儲。

視頻核心節點的網管，對節點內用戶和設備進行統一管理，并對管理信息進行存儲，根據需要對核心節點和區域節點的管理信息進行備份，但不具備對前端設備的配置修改、增加、刪除和對設備告警處理的權限。

該節點內的用戶終端在正常情況下，能對各個鐵路監控點實時監視和存儲圖像進行調用的權限；經授權可對前端攝像機進行云臺控制。

2.2.2 鐵路局/客專調度區域節點

鐵路局/客專調度區域節點主要實現視頻的分發/轉發、系統管理、用戶管理和與其他系統的互聯等，并可對節點內的告警信息和重要視頻信息進行存儲。

鐵路局/客專調度區域節點的網管，對轄區內的用戶和設備進行統一管理，負責轄區內的所有用戶和設備進行認證、鑒權，并對信息進行存儲。同時把管理信息上傳至鐵道部核心節點、下發到轄區內的站/段視頻接入節點。可對轄區內設備的配置進行修改、增加和刪除，具備對設備告警處理的最高權限。

該節點內的用戶在正常情況下，能對轄區內的監控點實時監視和存儲圖像進行調用的權限；經授權可對該轄區內前端設備進行云臺控制。

2.2.3 站/段視頻接入節點

站/段視頻接入節點實現視頻的接入、分發/轉發、視頻內容分析和與其他系統的互聯等，并對其接入的所有視頻信息和告警信息進行存儲。接收并存儲鐵路局/客專調度節點下發的本節點管理信息，當鐵路局/客專調度區域節點故障或鐵路局/客專調度區域節點與站/段視頻接入節點間連接故障時，站/段視頻接入節點內的基本業務可正常進行。節點內的用戶可對轄區內的視頻資源進行調用和管理，可對轄區內前端設備進行云臺控制。

2.2.4 視頻采集點

視頻采集點完成圖像采集、圖像編碼功能。設備包括編碼器、攝像機（含云臺、防護罩）、光端機、輔助光源等。

2.2.5 用戶終端

用戶終端包括管理終端、監視終端。

鐵路局/客專調度區域節點設置管理終端，負責全線視頻監控設備及網絡的統一管理和調度。在鐵路局調度所、派出所、站/段、動車所等值班員處分別設置監視終端，在鐵路局/客專調度區域節點的授權范圍內，各監視終端實現對管轄區內各類視頻采集點的實時監控以及圖像調用。

2.3 實施案例

編組站出發場咽喉區貨車裝載視頻監視系統就是典型的三級視頻監控結構，由鐵道部、鐵路局以及編組站監視點組成。整個工程以IP接入方式為基礎，將視頻監控網絡中的各前端設備和視頻處理設備均配置固定的私有IP地址，根據需要用戶終端可以隨時訪問服務器進行實時監視或調看硬盤存儲的錄像文件。

2.3.1 編組站網絡視頻監控系統組成

編組站網絡視頻監控系統的組成主要包括：攝像機（含照明燈）、視頻光端機、視頻編碼器、視頻監控終端、視頻管理服務器、視頻分發服務器、視頻存儲系統、磁盤陣列、二層以太網交換機（如圖2所示）。

圖2 編組站視頻監控系統組成示意圖

（1）前端采集設備

前端采集設備主要包括模擬攝像機、云臺、防護罩和編碼器。可實現編組站全天候監視貨物列車的兩側和上部及監視車體兩側設定范圍內的人員活動等情況。本工程采用的是模擬攝像機，需要配合編碼器使用將前端模擬信號轉變為數字信號，具體功能包括監控點模擬視音頻信息和報警信息的接入、編碼/壓縮、傳輸以及外圍設備(如攝像機、云鏡等)的控制。

編碼器采用H.264數字視頻壓縮格式來提供高畫質的圖像，H.264標準是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG（活動圖像專家組）的聯合視頻組（JVT，Joint Video Team）開發的標準，也稱為 MPEG-4 Part 10，"高級視頻編碼"。H.264具有較強的抗誤碼特性，可適應丟包率高、干擾嚴重的信道中的視頻傳輸。支持不同網絡資源下的分級編碼傳輸，從而獲得平穩的圖像質量，并且能適應于不同網絡中的視頻傳輸，網絡親和性好，具有開放的性質，能很好地適應IP和無線網絡的使用。

（2）視頻接入方式

視頻監控接入點在500m以內可通過視頻同軸電纜接入；在攝像機距離車站通信機械室較遠的情況下，采用視頻光端機和敷設光纜進行遠程傳輸。

（3）視頻處理設備

視頻管理服務器：視頻管理服務器安裝了系統管理軟件及監控終端模塊等軟件，起著對整個系統的管理設置和分配作用，具有管理多個分布式設備的網管系統。

分發服務器：是接收前端采集設備上傳的實時圖像，同時分發給需要各應用席位。

視頻存儲服務器：視頻存儲服務器對前端傳輸的數字音視頻信息進行錄像，為發生事故后的事故定責分析提供直觀依據。視頻存儲在不影響圖像質量的前提下可支持減幀存儲方式。本工程實例按圖像存儲周期1個月設計，采用自動循環方式。一路圖像按25幀/s存儲，單路視頻每月存儲容量為：1路×(2Mb/s×3600s)/8bit×24h*30 天 =648GB。各編組站根據實際安裝攝像頭數量計算出存儲設備的容量，應用磁盤陣列來實現存儲功能。

2.3.2 鐵道部、鐵路局監控中心系統的組網方案

鐵道部調度中心貨監調度臺為視頻核心節點，可監視所有視頻監視點的視頻圖像，配備大屏顯示及控制系統，可通過顯示墻上監視每個路局上傳的圖像信息。鐵道部網絡視頻監控系統的組成主要包括：大屏幕顯示系統、視頻管理服務器、MIS接口服務器、路由器、和三層以太網交換機等。

鐵路局監控中心為視頻區域節點。鐵路局網絡視頻監控系統的組成主要包括：監控終端、視頻管理服務器、MIS接口服務器、分發服務器、路由器、和三層以太網交換機等。

大屏幕顯示系統：是由視頻矩陣切換多個背投電視機拼接而成的一種超大屏幕電視墻體，用于實時監看。

MIS接口服務器：管理信息系統接口服務器用于綜合平臺的接入，為各專業視頻監控接入提供服務。

2.3.3 系統功能

允許用戶控制攝像機云臺全方位（上下、左右）移動及鏡頭變倍、變焦控制。

支持分級管理和多用戶同時觀看，為多業務部門監視終端提供監視圖像。

具有抓拍功能，支持自動輪巡監視和人工監視模式。

能夠對所存儲的監視圖像進行檢索和回放；事件列表功能提供事件列表方式，包括系統事件及錄像事件。可選擇事件列表中項目，查找對應系統事件信息或錄像片段。同時，提供按時間、按攝像機編號等多種錄像片段檢索回放功能。

具有行為分析功能并對異常狀態報警提示，與防災安全監控、通信信號電源與環境監測、牽引供電和電力SCADA、客運服務、應急通信等系統互連，實現視頻資源共享和報警聯動。

監控網管具有對轄區內網絡資源和設備的管理功能，集中實現對系統設備的參數配置和狀態監控；

能夠對接入網絡的用戶進行統一管理和身份、權限識別，保證信息安全；

3 結束語

視頻監控系統由于其直觀性、實時性、可回溯性等優勢，已在鐵路各專業系統得到廣泛應用。由于各專業系統引入視頻監控系統的時間、制式、投資規模等差異，造成系統軟件開發商采用的軟件設計標準也存在差異，但系統前端設備是大同小異的。如果要實現鐵路局范圍內的區域節點平臺，將不同專業、不同區域的視頻監控系統實施統一管理、資源共享，需要重新設計系統軟件平臺，這是我們今后將著重解決的問題。