鐵路綜合視頻監控系統應用

蔣肖鋒 上海鐵路局電務處

隨著鐵路行業的迅猛發展，對運輸安全的要求也越來越高；客專線、高鐵的逐步開通、運營，也給各專業維護單位及公安部門帶來了很大的安全壓力。沿線基站、橋梁、隧道、車站等鐵路線路和咽喉區突發事件將會造成危險隱患，影響鐵路系統的安全生產。因此，綜合視頻監控的運用在鐵路系統就顯得尤為重要。

視頻監控是鐵路系統信息化的重要組成部分，為行車調度、指揮、防災等提供直觀先進的輔助決策手段。新一代鐵路系統的日常維護和管理已從人工看守式的維護管理模式，向網絡集中監控的管理模式轉變。

鐵路綜合視頻監控系統是采用網絡化、數字化視頻監控技術和IP傳輸方式構建的視頻監控系統，提供鐵路各業務部門和信息系統所需的視頻信息，實現網絡和視頻信息資源共享。

1 視頻監控的發展歷程

視頻監控以其直觀、方便、信息內容豐富而被廣泛應用于許多場合。在電子技術與通信技術的發展過程中，視頻監控系統的技術水平直接反映了不同階段電子與通訊的技術狀況，而計算機及網絡技術的發展將視頻監控技術提到了一個新的高度。視頻監控技術發展至今已經歷了模擬監控技術、數字監控技術和遠程網絡視頻監控技術三個不同的階段。

1.1 模擬視頻監控技術

模擬監控技術發展較早，在20世紀90年代以前，視頻監控技術主要以模擬設備為主。模擬視頻監控系統一般由監控前端、傳輸設備、控制設備以及顯示設備幾個部分組成。視頻信息通過模擬方式傳輸，采用視頻電纜(少數采用光纖)，傳輸距離不能太遠，主要應用于小范圍內的監控，如大樓監控等。監控圖像一般只能在控制中心查看。

1.2 數字視頻監控技術

20世紀90年代視頻監控進入數字化階段，隨著計算機和多媒體處理技術的發展，數字視頻壓縮編碼技術被應用到視頻監控系統中，基于PC的多媒體監控系統由此產生。在這類監控系統中，視頻采集和視頻傳輸仍以模擬方式為主，模擬攝像機的圖像信號到達多媒體監控終端后進行數字處理與存儲，隨后通過通信網絡，將這些信息傳到一個或多個監控中心，但其本質上還是屬于模擬監控，很難與其它系統互連互通。

1.3 遠程網絡視頻監控技術

近年來，隨著網絡技術的發展，Internet已經無處不在。遠程網絡視頻監控技術將傳統的模擬視頻、語音信號轉換為數字信號，通過計算機網絡進行傳輸，實現了視音頻信號的數字化、網絡化、應用的多媒體化以及管理的智能化。網絡監控技術集成了數字處理、網絡、計算機、視音頻編解碼以及圖像處理和識別等多種先進技術。

采用TCP/IP網絡的數字視頻監控是近年比較流行的監控方案，符合網絡化、IP化的時代潮流，技術含量高，其最大的特點是傳輸距離不受限制，且能很方便的與其它系統互連互通。

2 視頻監控關鍵技術

2.1 IP組播傳輸技術

在傳統的網絡傳輸中，大都采用點對點的傳輸方式，這種方式比較可靠。但對于一點向多點傳輸相同的數據的情況下，這種方式就不能充分利用帶寬，使傳輸的路數有限。隨著IP技術的日漸發展成熟，通過IP網絡直接傳輸視頻圖像，輕松地實現監控的遠程傳輸，進一步實現雙向應用。IP組播就是為了解決這個棘手問題而開發出來的。IP組播采用了組地址的概念，把需要視頻流數據的用戶編入用戶組，并利用一些高級的網絡協議來確保最經濟地利用帶寬，把數據通過用戶組傳遞給真正需要的用戶。它的基本方法是：當某一個人向一組人發送數據時，它不必將數據向每一個人都發送數據，只需將數據發送到一個特定的預約的組地址，所有加入該組的人均可以收到這份數據。IP組播還能減輕服務器的負擔，提高視頻服務器應用程序的效率，從而革命性地改變網絡的性能，節省大量的網絡帶寬。

簡單來說，IP組播是一種保存帶寬的技術，采用網絡層的點對多點傳輸方式，實現IP包的復制和分發，使單獨的信息流同時傳送到許多接收者那里，從而減少了網絡的流量。

2.2 MPEG-4編碼技術

MPEG-4是新一代基于內容的多媒體數據壓縮編碼國際標準，它與傳統視頻編碼標準的最大不同在于第一次提出了基于對象的視頻編碼新概念。基于內容的交互性是MPEG-4標準的核心思想，這對于視頻編碼技術的發展方向及廣泛應用都具有特別重要的意義。

MPEG-4不僅可提供高壓縮率，同時也可實現更好的多媒體內容互動性及全方位的存取性，它采用開放的編碼系統，可隨時加入新的編碼算法模塊，同時也可根據不同應用需求現場配置解碼器，以支持多種多媒體應用。

MPEG-4提供了基于內容（對象）的隨機存取方式，在有限的時間內能以較高的分辨率，按幀或任意形狀對象，對一個音視頻序列進行隨機存取。例如，可以一個序列中的某個音視頻對象為目標進行快進搜索。

MPEG-4的編碼系統是開放的，為各種多媒體應用提供一個靈活的框架和一套開放的編碼工具，不同的應用可選取不同的算法。解碼器是可編程的，各種解碼工具可與信息內容本身一起下載。

2.3 集群存儲技術

所謂集群存儲是一種開放式的存儲架構，采用分布式的操作系統，將多臺物理存儲設備中的存儲空間聚合成一個能夠給應用服務器提供統一訪問接口和管理界面的存儲池（也叫統一命名空間），應用可以通過該訪問接口易于管理存儲池后端物理存儲設備上所有的磁盤，充分發揮存儲設備的性能和磁盤利用率。數據將會按照一定的負載均衡策略，從多臺存儲設備上存儲和讀取，以獲得更高的存儲性能。

3 鐵路綜合視頻監控系統架構

鐵路綜合視頻監控系統由視頻節點設備、視頻采集點前端設備、視頻網絡和用戶終端構成，系統應用結構如圖1所示。

圖1 視頻監控應用結構

視頻采集點的信息通過光纜、電纜等方式接入到就近的Ⅱ類接入節點，Ⅱ類接入節點是視頻接入的最基層單元，現場完成視頻信息的融合。現場監控點攝像機（視頻采集點）就近接入各視頻接入節點，并接受監控中心指令。在鐵路局/客專公司、車務段/站、工區、綜合維修管理中心、牽引變電所、信號中繼站、區間無線基站等地的機房內設視頻接入節點。

因鐵路沿線或站場視頻采集點和接入點相對比較分散，Ⅱ類接入節點一般通過SDH、MSTP等傳輸方式接入到所屬的Ⅰ類匯聚節點。Ⅰ類匯聚節點是中型的業務單元，承擔了II類視頻接入點的融合及本節點內信息的融合，能獨立系統運行，具備信息存儲管理能力及數據分析、提取和綜合檢索功能。監控分中心實現對管轄區內視頻采集終端的分專業、分區域遠程監控及實時圖像調用。在調度所相關部門（如電力及牽引供電、綜合維修、動車運用、列車運行控制、旅客服務、防災安全監控）以及安全監察室設置監控分中心，同時在沿線（綜合維修部門、各公安部門）設置監控分中心。

視頻監控平臺承載于鐵路數據網，將視頻信息整合到視頻區域節點，視頻區域節點是區域型的業務單元，承擔了視頻與其他專業系統的平臺級融合。路局/客專監控中心是整個綜合視頻監控系統的調度和管理中樞，統一管理和調度全線視頻監控設備及網絡。

具體結構如圖2所示。

圖2 視頻監控網絡結構

4 鐵路綜合視頻監控用戶需求分析

按照鐵路各維護部門的專業分工和維護要求，綜合視頻監控系統根據需求可大致分為以下幾種情況（見表1）。

表1 綜合視頻監控系統的幾種情況

5 結束語

目前視頻監控系統已廣泛應用于鐵路各運輸專業，已建成的有高鐵客服、線路、機房視頻監控系統，車務視頻監控系統，春運視頻監控系統，貨監視頻監控系統，隨著鐵路運輸的不斷發展，綜合視頻監控系統必將發揮更大的作用。