既有鐵路視頻補強方案設計與應用

王 銳，路曉彤，焦曉輝，楊宏圖

（1.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063；2.中國國家鐵路集團有限公司工管中心，北京 100844）

0 引 言

鐵路綜合視頻監控系統作為鐵路重要技防手段，不僅可以實時監控重點部位動態，發現安全隱患，便于及時采取應對措施，而且能輔助事故調查取證，防止類似事故再次發生。然而，隨著鐵路運營壓力的加大，鐵路綜合視頻監控系統也面臨更高的要求[1]。一是需要擴大監控范圍，減少監控盲區；二是需要提升視頻質量，滿足運營人員或是智能分析系統的識別要求；三是要延長視頻的存儲時間，四是要提高智能分析水平，五是要保障視頻數據的安全性；六是要實現視頻資源的統一調度指揮，資源調配；七是要保證系統的高可靠性穩定運行。滿足這些新需求，是當前及未來鐵路綜合視頻監控系統建設的新方向和新目標。

1 既有鐵路視頻補強的必要性

鐵路綜合視頻監控系統作為重要的通信子系統之一，可以為各級調度指揮及生產人員提供直觀的圖像信息，是保證高鐵行車組織和安全的重要手段，是任何其他手段所不能替代的。

由于各鐵路項目建設時序不同，尤其伴隨近年大數據、云計算等技術的飛速發展，鐵路綜合視頻監控系統的建設方案與體系標準在不斷發展、提升。因此，既有鐵路，尤其是建設時間較早的鐵路項目，其綜合視頻監控系統或多或少與現行視頻監控系統標準存在差異。雖然既有鐵路視頻系統在一定范圍內能初步解決相關業務部門需求，但與鐵路安全生產的迫切需要相比，既有視頻監控系統的局限性已經越來越明顯。因此，為了進一步提高鐵路運營的安全性和處理突發事件的及時性，開展既有鐵路視頻監控更新改造或補強工程是非常必要的。

2 既有鐵路視頻補強方案設計

2.1 視頻采集點方案

關于視頻采集點，近年陸續發布的《高鐵和普鐵主要干線視頻補強工程實施方案》《鐵路區間線路視頻監控設置標準》和《鐵路綜合視頻監控系統技術規范》（Q/CR 575—2017）[2]等規范或標準已做出相應規定和要求，本文不再贅述。針對既有線視頻補強時，應盡量利用既有高清攝像機及光電纜資源；對于既有桿、塔增補攝像機時，應做好相應荷載檢測工作，同時對線路側攝像機做好防墜落措施。

2.2 視頻接入節點方案

目前需要進行視頻補強的既有線路，其綜合視頻監控系統通常采用Ⅰ、Ⅱ類視頻接入節點方案，存儲普遍采用存儲區域網絡（Storage Area Network，SAN）技術[3]。針對上述線路進行視頻補強時，攝像機數量的增加和存儲時間的延長都會引起視頻接入節點的相應改造[4]。視頻接入節點改造時，一方面需要盡量保證技術先進性和使用便捷性，另一方面還需要考慮充分利用既有設備設施，控制投資。對此，有以下幾種改造方案可供比選。

2.2.1 方案一——擴容既有接入節點

擴容既有接入節點，是直接利用并擴容既有視頻Ⅰ、Ⅱ類接入節點。各Ⅰ類、Ⅱ類視頻接入節點根據增加視頻前端設備的數量及存儲時間調整，相應增設分轉發服務器、存儲服務器及磁盤陣列等，維持既有節點設置及技術方案不變。

該方案能做到最大化地利用既有設備設施，同時實施過程便捷，生產人員的使用和操作延續性好。但該方案未采用云計算、云存儲等技術，不太適應視頻系統未來發展及應用。

2.2.2 方案二——新設接入節點

與方案一相對應的是既有線全線統一新設視頻接入節點，全線補強視頻前端設備及既有視頻前端設備全部接入新設視頻接入節點[5]。視頻接入節點按最新規范和標準要求相應配置管理服務器、云計算資源、云存儲資源及相應網絡安全設備。

該方案相當于全新建設視頻接入節點，實施過程便捷；采用云計算、云存儲等技術，符合視頻系統未來發展趨勢。但該方案對既有設備設施的利用程度較低。尤其是近年開通的鐵路項目，需對剛剛投入運營的既有視頻服務器及存儲設備進行全部更換，總體投資較高。

2.2.3 方案三——部分視頻納入新設接入節點

相比方案一的利用既有和方案二的全新設方案，很容易延伸出一種折中方案，即既有視頻仍然納入既有視頻接入節點，新增視頻統一納入新建視頻接入節點。此方案既利用了既有設備設施，又部分新增了視頻接入節點，更類似一種過渡方案，待后期既有視頻接入節點需要更新改造時，再將全線視頻納入新建的視頻接入節點。

該方案的不足也比較明顯，全線視頻平臺由1個增加為2個，使用人員需要在不同終端上查看所需視頻信息，既不利于視頻平臺的統一化趨勢，也不利于統一運營管理。

針對使用人員的操作便捷性考慮，可以進一步延伸出一種改進方案，即全線旅服攝像機（含同類補強）均接入既有綜合視頻接入節點，按需調整或擴容；全線其他攝像機（含同類補強）均接入新建視頻接入節點。由此帶來的好處在于，不同崗位的運營管理人員均可以在同一終端上使用、操作視頻信息，便于運營管理。但這樣仍無法解決視頻平臺數量增加的問題，仍然處于視頻系統演進的過渡狀態。

2.2.4 方案四——改造既有服務器新設接入節點

相比于方案三，另一種可行的折中方案是新設小規模視頻接入節點，將部分既有視頻倒接至新設節點后，對相應既有視頻接入節點服務器進行拆除，針對其中可利用的服務器進行改造，使其可以作為新設視頻節點的服務器使用，而后將其納入新設視頻接入節點，進一步倒接剩余視頻，直至全線視頻全部接入新設視頻節點，而既有視頻節點中可利用服務器也全部完成改造納入新設視頻節點。

2.2.5 方案對比

既有鐵路的視頻補強不同于新建線路，首先需要考慮到云計算、云存儲等技術可以為大數據的挖掘和計算提供更好的應用條件，為全方位智能分析奠定良好的基礎；其次需要綜合考慮既有設備設施現狀和升級改造的可行性，盡可能充分利用既有設備設施；最后需要兼顧運營管理人員維護使用的便捷性。總體來說，上述四種方案均具備可行性，應用到具體線路時，應綜合考慮方案優缺點，結合既有線現狀，具體分析應用[6]。

2.3 視頻存儲方案

既有鐵路的綜合視頻存儲架構主要采用數字視頻錄像機（Digital Video Recorder，DVR）+直連附加存儲（Direct Attached Storage，DAS）存儲技術和服務器+SAN存儲技術。隨著攝像機布點增加、視頻清晰度提升及存儲時間增長，這種技術架構在系統性能和容量的擴展上已經難以滿足整體需求的變化[7]。相對于傳統的存儲與獨立服務器的方式，云存儲具有較多特點。云存儲與傳統存儲的對比如表1所示。

表1 傳統存儲與云存儲對比表

云存儲技術具備高可靠性、高可用性、高安全性、低成本等特征。同時，云存儲技術對于實現視頻內容智能分析，進行重要視頻提取、標注和檢索，降低存儲成本都有著很好的支持。相比傳統存儲系統，云存儲方式在系統性能、設備管理、容量管理、壓力調整、下載速度、擴展性、可靠性、智能化應用等各方面都具有優勢。

基于云存儲的鐵路視頻監控平臺能滿足鐵路視頻監控系統攝像機布點日益增加、存儲時間日益增長、圖像分辨率由標清轉為全數字高清發展趨勢。因此，針對既有鐵路綜合視頻補強時，應根據鐵路綜合視頻監控存儲容量現狀及未來擴展需求，結合技術發展趨勢，綜合考慮項目類型、項目規模、項目投資以及機房、電源、數據網等外部因素，合理選擇標準云存儲方案；同時根據既有鐵路視頻監控系統遵循的標準，確定視頻云平臺與既有鐵路視頻監控系統平臺的對接方案。

2.4 配套設施

確定視頻采集點及接入節點的補強改造方案后，應根據現場實際情況，相應補強或調整既有鐵路沿線光纜、供電電纜、UPS電源、視頻交換機、傳輸或數據網等設備設施，還應重點關注沿線既有接地、接觸網桿類型、既有機房面積、機柜布置、機房外供電源等是否需要相應改造。

3 結 語

既有線綜合視頻監控系統補強與新線建設存在一定差異，需要根據既有鐵路設施現狀，綜合考慮對既有設備的利用和綜合視頻監控系統建設標準。本文針對既有線綜合視頻監控系統補強進行闡述，重點提出了視頻接入節點改造的建設方案選擇和建議，為既有鐵路綜合視頻監控系統補強提供了一定的參考。