鐵路視頻監控系統技術分析及應用

伊益華

摘 要：鐵路的智能化發展趨勢將表現為綜合化、多部門驅動型的發展模式，需要即時、可靠與安全的軌道交通信息系統管理，以此達到乘客的安全與高速出行。在科技鑄就的高鐵時代里，鐵路系統演變成為一個系統化、集成化的大型工程，鐵路運輸指揮、生產管理、設備監控等都離不開視頻監控系統，這也就對鐵路的視頻監控系統提出了更高的要求。

關鍵詞：鐵路；鐵路視頻監控系統；特點；應用技術

前言

近年來，我國鐵路事業取得了非常快速的發展，特別是高鐵及各客運專線的開通，使人們對運輸的安全性更為關注。為了更好的保證鐵路運輸的安全，鐵路專線維護單位和公安部門都加大了排查的力度，避免鐵路沿線突發事件所導致的事故隱患的發生，在實際工作中也取得了一定的成效，但由于鐵路沿線較長，線路較多，所以給維護和排查工作帶來了較大的難度。而且這種方式也越來越無法適應當前鐵路快速發展過程中對安全運輸的需求。而綜合視頻監控系統在鐵路上的應用，有效的解決了這一問題，實現了鐵路系統網絡集中監控的管理，有效的規避了傳統人工維護管理模式的諸多弊端，為鐵路系統管理提供了更為先進和直觀的管理手段。由于該系統是利用網絡技術、數字化技術和信息化技術的高科技系統，所以通過視頻監控系統的構建，為鐵路運營提供準確的初步信息，而且網絡信息和視頻信息還實現了資源共享，對提高鐵路行業管理水平起到了積極的作用。

1 鐵路視頻監控特點

鐵路的視頻監控系統，要求采用先進的視頻監控技術，基于鐵路系統的IP網絡，構建數字化、智能化、分布式的網絡視頻監控系統，滿足公安、案件、客運、調度、車務、機務、公務、電務、車輛、供電等業務部門及防災監控、求援搶險和應急管理等多種需求，實現視頻網絡資源和信息資源共享。鐵路的視頻監控系統通常采用先進的視頻編碼及視頻分析技術，實現低碼流下高清晰視頻圖像采集、編碼、傳輸、錄像、轉發及自動報警功能。指揮人員和警務人員通過自己工作區域內的大屏幕或電腦工作站可以清楚地了解轄區和全線車站、區間、橋梁、路基、機房等重點區段和設備的情況，并迅速、準確地處理突發事件。

2 鐵路視頻監控主要需求

鐵路視頻監控應用的具體設備包括攝像機（多數是室外PTZ云臺攝像機及室內外快球一體攝像機）、編碼器、硬盤錄像機（DVR）、網絡錄像機（NVR）、中央管理平臺（CMS）、視頻分析設備（VCR）、解碼顯示及存儲設備。對鐵路視頻監控系統的總體要求是：安全、可靠、開放、可擴充等。做到技術先進、經濟合理、實用可靠。

而就目前來說，切實地滿足在整個鐵路運輸過程中，視頻監控系統的即時、可靠、全面運行，存在著諸多的困難。首先，不同于一般的監控對象，鐵路視頻監控點位通常比較分散、跨度比較大，一般幾百甚至上千公里。其次，作為連接各地的軌道交通行業，鐵路視頻監控攝像機需要戶外工作，環境通常比較惡劣，監控點多為室外高桿或鋼架上安裝，施工難度比較大；

此外，由于其惡劣的戶外環境因素影響，視頻采集、編解碼及部分存儲設備分散分布在無人值守機房，安裝調試成本高；食品分析環境復雜、風霜雨雪霧、攝像機抖動、燈光等干擾因素可能導致失誤報警。同時不能忽視的是，作為運輸旅客的工具，鐵路用戶數量眾多，系統需要有良好的權限管理、視頻流并發訪問及轉發能力支持，尤其面對時速300公里的高鐵時代，海量的數據處理與分析也是視頻監控系統操作的一大難點。

3 視頻監控關鍵技術分析

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

4 視頻監控系統在鐵路通信的應用

4.1 運營調度視頻監控

實現對全線“公跨鐵”立交橋的全天候遠程實時監控，對落物發現、人員入侵、設備遺失等異常情況實施全天候監控，防止影響安全事故的發生；對各車站咽喉區實時視頻監控，全天候監視列車進出站情況，對咽喉區的異物入侵、設備丟失等情況進行主動警示；對車站行車情況實時視頻監控。

4.2 通信/信號視頻監控部分

對各車站通信/信號室、各信號中繼站、GSM-R基站、維修工區的通信室等無人值守機房進行視頻監控，通過與相關系統的配合，實現告警后觸發相關視頻的動作及聯動。

4.3 變配電站視頻監控：對全線開閉所、牽引變電所、AT所/分區所等無人值守場所進行視頻遠程監控；對10kV配電所無人值守設備工作狀態及場所進行遠程視頻監控。

4.4 客運服務視頻監控

對全線車站重點場所以及其他相關場所進行視頻監控。

5 結束語

隨著IVS智能視頻分析技術的功能及應用要求明確寫入《鐵路綜合視頻監控系統技術規范》，在鐵路行業建設全天候無盲區安防監控系統已被提上主管部門的議事日程，部分專業的系統集成商開始有針對性地推出了先進的鐵路監控解決方案。那種集成了IVS智能視頻分析技術的安防監控系統，能對危及列車運行安全的自然災害、突發事件等進行實時監測分析，精確判定各類安全隱患、災害及故障的類型、性質和級別，從而為營運指揮中心及時調整運行計劃、下達行車管制、搶險救援等提供強有力的信息保障。未來，這種先進的綜合安防監控方案無疑會占據鐵路安防市場的主流地位。endprint