鄭西客運(yùn)專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方案研究

劉 鑫

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043）

1 概述

隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已經(jīng)應(yīng)用到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。尤其是隨著高速鐵路大規(guī)模的興建，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)得到越來(lái)越多的關(guān)注，它的建立和完善必將對(duì)鐵路運(yùn)輸業(yè)發(fā)揮保障作用。鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路沿線重點(diǎn)區(qū)域（含區(qū)間公路跨鐵路、長(zhǎng)大隧道、車站咽喉區(qū)、無(wú)人值守機(jī)房等）、通信信號(hào)機(jī)房、運(yùn)轉(zhuǎn)室、電牽電力機(jī)房、客運(yùn)及安防區(qū)域等重要場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視，滿足調(diào)度、公安、安監(jiān)、車務(wù)、工務(wù)、機(jī)務(wù)、電務(wù)、車輛、客運(yùn)、貨運(yùn)、供電及防災(zāi)、救援等各鐵路業(yè)務(wù)部門的多種需求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)看、控制以及存儲(chǔ)等功能。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

視頻監(jiān)控技術(shù)經(jīng)歷了模擬視頻技術(shù)、數(shù)字化視頻監(jiān)控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)三代的發(fā)展。目前，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行視頻信息的壓縮、儲(chǔ)存、分析、顯示以及報(bào)警等自動(dòng)化處理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控。

我國(guó)視頻監(jiān)控起步較晚，最早主要應(yīng)用于城市大型公共場(chǎng)所等。視頻監(jiān)控在鐵路方面的應(yīng)用處于初級(jí)階段，前期建設(shè)沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)，早期建成的系統(tǒng)大多是模擬系統(tǒng)，各自獨(dú)立分散建設(shè)。近期已建成的青藏線、京津城際鐵路等都采用了數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)。這為客運(yùn)專線綜合視頻監(jiān)控提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3 鄭西客運(yùn)專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)

鄭西客運(yùn)專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用“模擬采集，數(shù)字傳輸”方式。該線（陜西省境內(nèi)）包括新華山、新渭南、新臨潼和西安北車站，傳輸系統(tǒng)采用M STP技術(shù)，按骨干層、接入層兩層組網(wǎng)。骨干層為鏈型網(wǎng)絡(luò)，利用4芯光纖構(gòu)成STM-64 M SP 1+1傳輸系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)為新華山、新渭南、新臨潼和西安北車站。

接入層在各車站、綜合維修工區(qū)、區(qū)間信號(hào)中繼站、GSM-R基站、電氣化所亭等接入點(diǎn)處設(shè)MSTP 622 M bit/s設(shè)備，相鄰兩個(gè)車站間利用鐵路兩側(cè)各6芯光纖組成3個(gè)二纖通道保護(hù)環(huán)（奇數(shù)基站環(huán)1、偶數(shù)基站環(huán)2、車站電牽環(huán)），實(shí)現(xiàn)各接入層站點(diǎn)業(yè)務(wù)的匯聚和保護(hù)。

IP數(shù)據(jù)網(wǎng)采用核心層、匯聚層、接入層的3級(jí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用本線M STP系統(tǒng)作為承載平臺(tái)。核心層、匯聚層節(jié)點(diǎn)設(shè)在西安北通信信號(hào)樓，配置2臺(tái)NE80E路由器（2臺(tái)路由器間通過(guò)GE接口互聯(lián)，負(fù)載均衡）；接入層在各車站、動(dòng)車所設(shè)置節(jié)點(diǎn)，配置1臺(tái)N E40E路由器及1臺(tái)S3552P-EA三層交換機(jī)。接入層節(jié)點(diǎn)與匯聚層節(jié)點(diǎn)之間、接入層節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)傳輸系統(tǒng)提供POS 155 M通道互聯(lián)構(gòu)成環(huán)形網(wǎng)。

本次綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)由監(jiān)控前端、監(jiān)控分中心（車站節(jié)點(diǎn)）、監(jiān)控中心（西安北通信信號(hào)樓）組成。

前端現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括攝像頭、光端機(jī)、DVR編碼器等。根據(jù)相關(guān)專業(yè)提供資料分析，該綜合視頻監(jiān)控按類型可分為以下幾類，見(jiàn)表1。

另外，客運(yùn)服務(wù)信息系統(tǒng)、公安系統(tǒng)也納入綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。一般攝像頭分辨率采用4C IF格式，車站重要場(chǎng)所（攝像頭總數(shù)的40%考慮）暫按照7天視頻信息存儲(chǔ)，其他攝像頭按照1天視頻信息存儲(chǔ)。因此，可以簡(jiǎn)單計(jì)算出車站節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量，比如新華山的存儲(chǔ)容量為27T。

表1 攝像機(jī)設(shè)置原則

需要注意的是，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要結(jié)合行為分析功能，以及與SCADA系統(tǒng)、防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)、動(dòng)力和環(huán)境開(kāi)關(guān)量系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，告警時(shí)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)視頻的切換、視頻的保存以及抓拍等。比如，無(wú)人值守的沿線機(jī)房，可以在環(huán)境開(kāi)關(guān)量發(fā)生變化的情況下再激活攝像頭。這樣可以節(jié)省大量資源。查詢告警信息時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)查找告警時(shí)間及相應(yīng)時(shí)段保存的對(duì)應(yīng)視頻文件。

監(jiān)控分中心設(shè)有相應(yīng)管理服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)等。以新華山為例，監(jiān)控分中心接收本站及區(qū)間視頻信號(hào)后，實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)、分析和調(diào)看等功能，并向網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸交換與資源共享。詳見(jiàn)圖1。

由于綜合視頻監(jiān)控種類繁多，大流量的視頻流實(shí)時(shí)占用帶寬，數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量很大，如果視頻傳輸系統(tǒng)帶寬提供不足就容易產(chǎn)生擁塞，因此增加傳輸容量或提高網(wǎng)絡(luò)的使用效率至關(guān)重要。傳統(tǒng)組網(wǎng)方式怎樣提高傳輸效率，現(xiàn)以新渭南車站節(jié)點(diǎn)為例進(jìn)行分析。與它相鄰車站之間的部分區(qū)間視頻業(yè)務(wù)及本站視頻業(yè)務(wù)均需匯入新渭南視頻分中心。如果每路圖像暫按25 fp s，4C IF分辨率存儲(chǔ)至視頻分中心存儲(chǔ)設(shè)備，那么每路的帶寬約為2 M，區(qū)間視頻點(diǎn)及站內(nèi)（含客服）視頻點(diǎn)，總共實(shí)時(shí)占用帶寬約148×2 M。因此，傳輸系統(tǒng)采用了車站間3個(gè)鏈狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑢D像數(shù)據(jù)匯至車站接入層。這樣避免了數(shù)據(jù)流向的單一性，提高了通道利用率。詳見(jiàn)圖2。

4 鄭西客運(yùn)專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)比選方案

采用“數(shù)字采集，數(shù)字傳輸”方式。利用光交換及傳輸綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的設(shè)備進(jìn)行整合，集數(shù)字視頻光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字視頻矩陣功能于一體，實(shí)現(xiàn)數(shù)字非壓縮視頻傳輸，滿足高清晰、高實(shí)時(shí)圖像及數(shù)字化存儲(chǔ)的需求。簡(jiǎn)言之，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用光纖單獨(dú)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻信息的傳輸和交換。

組網(wǎng)方式由遠(yuǎn)端接入模塊（視頻前端）、監(jiān)控分中心匯聚/數(shù)字矩陣設(shè)備（車站節(jié)點(diǎn)）、監(jiān)控中心核心匯聚/數(shù)字矩陣設(shè)備（西安北通信信號(hào)樓）構(gòu)成。在基站、信號(hào)中繼站、電氣化所亭、車站咽喉、公跨鐵以及車站重要場(chǎng)所等處設(shè)置遠(yuǎn)端接入模塊，區(qū)間接入點(diǎn)各遠(yuǎn)端接入模塊采用就近級(jí)聯(lián)環(huán)引方式，車站視頻監(jiān)控點(diǎn)采用星型方式匯入車站分視頻中心；在新華山、新渭南、新臨潼、西安北等處設(shè)置視頻中心設(shè)備，監(jiān)控分中心還設(shè)有相應(yīng)管理服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)等。詳見(jiàn)圖3。

以下是兩種綜合視頻監(jiān)控解決方案的對(duì)比，見(jiàn)表2。

5 結(jié)束語(yǔ)

鄭西客運(yùn)專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了第一種方案，但是第二種方案也值得探討。我們相信隨著通信、圖像處理等技術(shù)的發(fā)展，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案將會(huì)不斷優(yōu)化，最終統(tǒng)一建成適合我國(guó)鐵路發(fā)展的綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

表2 兩種綜合視頻監(jiān)控解決方案對(duì)比表

[1]蔣笑冰，盧燕飛，吳昊，等.現(xiàn)代鐵路通信新技術(shù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2006.

[2]穆維新.現(xiàn)代通信工程設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社，2007.