鐵路綜合視頻監控系統網絡化組網技術探討

韓燕兵

(中鐵建電氣化局集團第三工程有限公司，河北高碑店 074000)

0 引言

根據我國鐵路中長期的發展規劃，到2020年全國鐵路營業里程將達到12萬km以上。同時，鐵路科技發展“十一五”規劃和國家中長期鐵路網發展規劃綱要已將高速列車、高速行車控制技術、高速鐵路安全監控系統列為重點研發內容。隨著我國200 km/h及以上鐵路客運專線建設的全面鋪開，安全防范問題成為鐵路客運專線建成后運營安全的重中之重。視頻監控作為鐵路防火、防盜、防災、事故救援、客運調度指揮的重要輔助手段，為鐵路的安全運營提供了技術保障。在不斷完善的路網環境下，綜合視頻監控實現網絡化、遠程化已成為必然趨勢。

1 實現視頻網絡化應用的關鍵技術

1．1 視頻信號的數字化處理

視頻信號是通過對在CCD感光靶面上的光學圖像進行掃描和光—電轉換而成，視頻就是由一幅幅具有相關性的靜止圖像構成。視頻信號根據ITU-R601標準經過掃描、采樣、量化和編碼變成數字視頻流，一路視頻流按照傳輸速率來計算將有124．4 Mb/s的帶寬，這個數據量大得驚人，不可能大規模用在網絡上傳輸，所以必須對其進行視頻壓縮處理，去除信號中的冗余信息(甚至丟掉一些不太重要的有用信息)。

H．26x系列其編碼及壓縮僅對圖像而言，聲音編碼及壓縮則另有標準，這種編碼標準在電信行業使用較多，如多媒體通信、電視會議等。MPEG-x其內容包括MPEG系統、視頻及音頻，MPEG-2數字圖像壓縮技術所傳送的圖像質量能達到電影級，圖像分辨率可達720×576像素(PAL);H．26x系列只處理圖像，不處理音頻，傳圖像設備簡單、設備價格低，圖像質量較MPEG系列圖像質量差。

MPEG-x系列的對比見表1。

表1 MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4 的比較表

從表1可以看出，鐵路綜合監控系統圖像上傳可采用MPEG-2編碼方案，圖像存儲可以采用MPEG-4。

1．2 視頻遠距離傳輸

目前鐵路通信數據網已建成了高帶寬、高可靠性的光傳輸網絡，骨干帶寬可達1 000 m以上，接入帶寬不低于100 m，完全可以滿足視頻圖像傳輸的帶寬需求;隨著鐵路通信數據網的不斷完善，為視頻圖像的網絡化應用提供了一個可靠、高效的承載平臺，使鐵路綜合視頻監控的網絡化應用成為可能。

1．3 圖像存儲技術

隨著視頻網絡化的應用需求，綜合視頻監控系統應采用網絡化存儲NVR技術。NVR-網絡視頻存儲主要包含SAN(IP SAN，FC SAN)，NAS和DAS存儲技術。

1)SAN存儲通過專用交換機連接到一群計算機上。在網絡中提供多主機連接，允許任何服務器連接到任何存儲陣列，讓多主機訪問存儲器和主機間互相訪問一樣方便，這樣可直接方便的存取所需的數據。傳統的SAN稱為FC SAN，而基于標準IP技術的稱為IP SAN，兩者的主要區別在于連接主機和存儲陣列之間的傳輸通道是使用FC技術還是使用IP技術。

隊主官是學員在校期間與朝夕相處的人，對學員的軍事訓練成績負直接責任，學員骨干是軍事基礎訓練的執行者。兩者的訓練安全意識、施訓方法直接決定了學員的訓練成績、訓練安全意識。首先，應定期組織學員隊主官、骨干進行科學施訓方法的學習，使他們掌握科學的施訓方法避免因盲目訓練而造成的訓練傷。其次，學員隊主官應關心愛護學員，與學員交心談心及時了解學員的身體、心理狀況，避免因身體、心理狀況不佳而導致的訓練傷。最后，要求每次組織軍事訓練，尤其是具有一定危險的軍事項目訓練時必須有一名主官坐陣現場。

2)NAS網絡存儲采用獨立于PC服務器，單獨為網絡數據存儲而開發的一種文件服務器，其最關鍵的就是使用專用于數據存儲設備管理和數據存儲的文件服務器，可直接通過IP以太網作為網絡的一個節點而存在，服務器和工作站用戶都可以直接通過網絡訪問NAS服務器。

3)DAS直接連接存儲是指將外置存儲設備通過連接電纜，直接連接到一臺計算機上。采用直接外掛存儲方案的服務器結構如同PC機架構，外部數據存儲設備直接掛接在內部總線上的方式，數據存儲是整個服務器結構的一部分。

4)NVR的優點。NVR網絡存儲是指存儲設備直接與數字視頻傳輸網相連接，提供對編碼器產生的數字視頻流的直接存儲的技術。NVR主要優點如下:存儲容量大，配置靈活，安全可靠;支持RAID(廉價磁盤陣列)，確保存儲圖像的安全性，提高了存儲系統長時間連續工作能力;支持磁盤熱插拔，可在線維護、更換故障磁盤;存儲的圖像質量高。由于其直接存儲編碼器產生的數字視頻流，即可得到與日常觀看的監控圖像質量相同的存儲圖像質量;網絡功能強大。可放置在網絡上的任意位置，網絡吞吐能力強大。可向全網提供存儲、檢索、查詢及回放服務。

通過以上分析，鐵路綜合視頻監控系統的圖像存儲應采用分布模式，集中管理，支持網絡的多點查詢、回放。考慮到建設成本，積極采用可支持IP SAN技術的DAS服務器的方式，在每個車站放置一臺DAS存儲服務器(直接連接車站本地網絡)，通常滿配備可支持到16 T的存儲容量(做完RAID5，并格式化后，實際可供存儲的空間約為13．5 T)，日后擴充可再添加一臺DAS服務器，或可直接在網絡上加支持IP SAN的小型磁盤陣列，即可方便的實現存儲系統的擴容，無需中斷現有業務。

2 系統需求分析及功能

目前綜合視頻監控系統主要為客運服務系統提供所需的車站客運服務即站臺、候車廳、進出站大廳等視頻監控，為防災安全監控系統提供區間重點部位如公跨鐵路橋的視頻監控，為牽引供電系統各所亭提供重點部位視頻監控，為動車管理信息系統提供動車檢修作業流程視頻監控等。

系統支持自動監視和人工監視模式。在自動監視模式下，能夠自動對監視區域進行圖像分析和行為分析，實現對異物“入侵”的自動跟蹤監測。

系統具有告警功能。系統能夠對異常情況給出報警;告警與視頻聯動，告警時自動切換視頻、保存視頻、抓拍。查詢該告警時，系統自動查找告警時間及相應時段保存的對應視頻文件。

系統可設置為自動輪巡、人工點播及自動巡檢模式。

系統能實現遠程實時監控、遠程控制管理、智能圖像處理，可對圖像進行放大、縮小、歷史圖像回放及局部放大操作，可以為每路圖像配置文字注釋和編號設置，可以疊加時間信息。

系統具有24 h自動回放和7 d內連續信息存儲功能，以備需要時查詢。

3 系統構成

3．1 網絡結構

鐵路綜合視頻監控網的建設應積極制定近、遠期的發展規劃，并制定相應的技術規定。由于鐵路建設時期、線路等級的不同，很難一步建成完善的網絡，所以應該采用分步實施，逐步完善的方針。對于新建鐵路，可一次性建成本線的綜合視頻監控系統，既有線可根據情況逐步實施建設。

全路的視頻監控網絡應為兩個層面，即線路層、鐵路局層。線路層主要對本線圖像進行監控、管理，對其他線路的圖像不具備調用的能力;鐵路局層是一個區域監控中心，能夠對局管內所有線路實現視頻圖像的監控、管理和任意調用，在重大災害情況下，發揮全局監控的功能。

3．2 系統組成

1)線路層。

綜合視頻監控的線路層面由三部分組成，即監控中心、監控分中心和監控局站。

在調度中心設監控中心，負責全線視頻監控設備及網絡的統一管理和調度。調度中心相關部門(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)以及安全監察室可按需要設置監控分中心。在客運公司、車站、綜合維修工區、牽引變電所、電力配電所、信號中繼站、區間無線基站等地的通信機房內設監控局站。各監控局站負責各現場監控點攝像機的就近接入，并接受處理中央視頻管理中心的指令。

調度所配置系統中央管理服務器及監控終端，接收來自本線各車站視頻分析單元的視頻圖像、處理結果和報警信息，并根據報警類型、報警級別和報警點位置做出處理決策。

車站通信信號機房、動車運用所、維修段/綜合維修工區、沿線信號機房、TPS電力牽引機房、GSM-R基站機房內安裝1臺彩色變焦攝像機、1臺視頻編碼器對攝像機送出的模擬視頻信號進行壓縮編碼，并向分控中心發送高清晰視頻流。

橋梁、隧道等重點區域的一端架設一個遠端站，另一端的設備接入附近的基站。橋梁、隧道兩端分別安裝1臺彩色變焦攝像機和1臺紅外熱成像攝像機及配套的數字視頻編碼(帶行為分析)、云臺解碼、架設遠端站的地方需敷設光纜，并配置光端機等配套設備。

車站的重點區域安裝攝像機、帶視頻分析的編碼器。分析內容包括:車站人員流量等級劃分與報警、排隊、非法滯留等分析模塊。

車站為系統的分控中心。各車站按照就近接入的原則接收現場監控前端視頻服務器或編碼器處理后的攝像機視頻信號，進行長時間的存儲和后期分析處理，以生成相應的報警信息，通過鐵路數據網向調度所進行發送。車站監控系統設置分控管理服務器和存儲系統。

2)鐵路局層。

作為路局層面的區域監控中心與各線路調度所同址建設，它的功能定位應該是監控局管內所有線路的綜合視頻監控終端，并且控制權限應高于各線路層監控中心，該監控中心應設計為可任意選擇各線全部視頻信號中的至少8路進行監控。

該系統主要由編解碼設備、視頻服務器、顯示大屏幕組成，路局層面監控中心將各線上傳至中心的模擬圖像信號進行在編碼，將各線模擬圖像編碼成統一格式數字視頻流，通過視頻服務器，顯示工作站完成對圖像的顯示，切換，調用。

3)圖像調用方式的分析。

要實現路局層監控系統的功能，應解決圖像調用問題，因為各線的供貨廠商不同，致使采用的編解碼設備不盡相同，在鐵路局層控制中心很難進行數據流的直接共享利用，為此，各線路中心需向路局層控制中心提供8路模擬視頻圖像，本中心將各線上傳的模擬視頻圖像進行在編碼，將各線模擬圖像編碼成路局層控制中心統一格式數字視頻流，通過視頻服務器，顯示工作站完成對圖像的顯示，切換，調用。同時二次開發的控制功能也通過視頻服務器實現。

［1] 楊 磊．電視監控實用技術［Z］．

［2] 鄭西客運專線綜合視頻監控系統技術文件［Z］．

［3] 北京市軌道交通指揮中心(TCC)系統技術管理規定(暫行)［Z］．