高速鐵路綜合視頻監控系統構成及技術方案分析

賈希虎

（中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，濟南250014）

1 引言

高速鐵路運營過程中需要多專業、多部門進行協調配合，不同專業、部門間會存在不同的分工，而各自的業務范圍又存在相應關聯，工作空間存在交叉、耦合，需要一個綜合性的視頻監控系統滿足多工種、多部門、多場所、多業務的要求，才能更好地提升高速鐵路運行安全性、舒適性。高速鐵路綜合視頻監控系統需要覆蓋沿線區段、車站、機房等，形成大規模的系統化網絡，具有點位多、覆蓋面廣、需全天候在線的特點，必須充分了解高速鐵路綜合視頻監控系統構成，合理選擇技術方案。

2 高速鐵路綜合視頻監控系統構成分析

2.1 高速鐵路綜合視頻監控系統的概念及功能

高速鐵路綜合視頻監控系統采用數字化、網絡化監控網絡技術形成高清視頻監控網絡體系，為高速鐵路不同部門、系統間提供所需的視頻監控信息，實現網絡和視頻信息資源的有效共享。高速鐵路綜合視頻監控系統應支持多用戶同時實時監視、調閱監視區域視頻、圖像，并具備遠程控制和分級存儲功能[1]。

2.2 高速鐵路綜合視頻監控系統建設存在的困難

高速鐵路綜合視頻監控點位分散、跨度大，基本都在幾百甚至上千公里范圍，前端視頻監控攝像機需要保持長期戶外（部分在室內）在線，現場工作環境較為惡劣；不少監控點的安裝位置為室外桿塔或鋼架，整體施工難度較大；各類采集、編解碼、存儲等設備需要分散布置在無人職守機房，整體的安裝調試成本較高；而且需要滿足多用戶同時訪問需求，并配備高效的權限管理、視頻流并發訪問及轉發能力支持；在系統使用過程中，需要面對較為復雜的外部環境，如風霜雨霧、外部震動、光源干擾等因素，并盡量降低誤報警的概率。在高速鐵路綜合視頻監控系統構建過程中，需要結合高速鐵路線路特征及環境情況進行合理的系統設計及方案選擇。

2.3 高速鐵路綜合視頻監控系統的主要構成

高速鐵路綜合視頻監控系統主要是由采集點、匯聚點、視頻節點、網絡、終端幾個部分共同構成，各部分具體情況如圖1所示。

圖1 高速鐵路綜合視頻監控系統結構網圖

2.3.1 采集點

根據高速鐵路運營過程中的安全、管理、防災等要求，高速鐵路綜合視頻監控系統的采集點設置在鐵路車站、區段線路及沿線重點區域、場所，然后，通過監控設備對監控對象進行實時監管，采集點所生成的各類視頻、圖像可以通過現場原始模擬圖像進行編解碼，或者通過網絡系統將其傳輸至匯聚點再傳送至視頻接入節點進行編解碼。

2.3.2 匯聚點

因前端采集點多且較分散，為節約資源，一般會設置匯聚點，將小區域內的采集點進行匯聚后再上傳至視頻節點。匯聚點一般設光端機、交換機、視頻編解碼器、供電系統等，對各采集點傳送來的數據進行匯聚（有的可進行編碼）后傳送至視頻節點，并對區域內采集點進行集中供電。

2.3.3 視頻節點

高速鐵路綜合視頻監控系統的視頻節點包括核心節點、區域節點、接入節點3 種類型。核心節點設在總部，具有視頻分發、存儲、管理、認證、授權、控制、服務的功能，同時，還能實現與其他系統進行相互連通。區域節點設置在調度所，是系統的主要管理機構，能夠進行視頻分發/轉發、存儲、管理、認證、授權、控制、服務的功能，同時，還能實現與其他系統進行相互連通。接入節點又可分為Ⅰ、Ⅱ類節點，I 類視頻節點服務于大型客運站、編組站，具有視頻接入、分發/轉發、存儲、分析、管理、認證、授權、控制、服務的功能，同時，還能實現與其他系統進行相互連通；Ⅱ類視頻節點服務于匯聚點（部分采集點）集中且能夠進行傳輸的節點，具有各采集點視頻匯總、上傳、存儲、調用等功能[2]。

2.3.4 網絡

高速鐵路綜合視頻監控系統的網絡需要提供視頻接入、傳輸的功能，主要完成視頻信號從采集點匯聚后傳至視頻節點、監視終端的功能，這其中包含多個等級的傳輸體系，目前，鐵路系統主要以有線網絡為主，包括光纖網絡、SDH 網、MSTP、數據網等網絡系統進行視頻傳輸。一般來說，采集點數據會經過專用光纖匯聚至匯聚點，各匯聚點交換機采用專用光纖組網連接至Ⅱ類接入節點，各Ⅱ類接入節點經過骨干網（如數據網）組網至Ⅰ類接入節點，Ⅰ類接入節點再接入至區域節點，并可納入核心節點管理，形成一個完整的視頻傳輸網絡。

2.3.5 終端

高速鐵路綜合視頻監控系統的終端包括總部、調度所、站段級用戶的監控及顯示終端，不同層級的用戶根據自身業務要求及工作范圍可以分為公安、安監、調度、車務、電務、機務、工務、客運、貨運、車輛、供電等多個子系統，不同類型的用戶終端可以根據業務范圍及現場使用權限要求對系統內視頻資源進行控制、訪問、管理。

3 高速鐵路綜合視頻監控系統技術方案的選擇要求

3.1 技術方案包含內容

高速鐵路綜合視頻監控系統以視頻信息為基礎進行信息管理，技術方案當中需要包含以下邏輯子系統：攝像及補光子系統、網絡傳輸子系統、視頻顯示子系統、視頻存儲子系統、視頻管理與服務子系統。

攝像及補光子系統作為高速鐵路綜合視頻監控系統的“眼睛”，將監視內容轉變成圖像，傳送到控制監視器，攝像部分的質量會影響整個系統的質量，一般情況下選擇分辨率720P（P 指逐行掃描）或摘要P 的前端攝像系統，以便在同樣的顯示環境下為用戶提供高清圖像，這種方式解決了之前傳統監視系統圖像閃爍、運動等問題，圖像細節非常清晰、流暢[3]。同時，攝像機的固定位置及支架也應充分考慮，必須有較高的穩定性及強度，防止圖像抖動現象的發生。高清攝像機對環境照度要求相對較高，需要添加相應的補光燈系統，可以使用陣列式不可見紅外補光燈，保證補光均勻、強度高、功耗小、壽命長的要求。對于長焦遠距攝像機可采用激光補光系統，隨著技術的成熟，星光級攝像機也逐漸推廣應用。高清網絡監控系統還需要高質量的傳輸網絡予以支持，在高速鐵路綜合視頻監控系統方案選擇時要充分考慮網絡資源，并留有一定余量，以便后續擴展、維護。視頻存儲需要根據采集點的數量、編碼方式、圖像分辨率、存儲時間等參數進行計算，選擇合適的磁盤陣列進行視頻存儲。

3.2 視頻編解碼技術

視頻編解碼技術作為高速鐵路綜合視頻監控系統中的關鍵技術，決定了視頻監控中的圖像質量、存儲和網絡傳輸寬帶需求，目前技術市場中主要有AVS、MPEG-4、H.264、MPEG-2、H.263、MPEG-1、H.261 等相關編解碼技術。高速鐵路綜合視頻采集點非常多，并且有高清、實時、長時間存儲、低帶寬等要求，因H.264 和MPEG-4 技術具有靈活性高和壓縮效率高等優點，且能滿足鐵路視頻特點要求，在視頻監控系統中應用最為廣泛。H.264 編解碼技術經過多年發展，在視頻清晰度、編碼效率、存儲占用、傳輸帶寬、整體性能等方面提升顯著，并能夠實現實時圖像的多級轉發和分發等功能，逐漸成為高速鐵路綜合視頻編解碼技術的主流選擇。

3.3 構建較為靈活的系統結構

高速鐵路綜合視頻監控系統需要具有強大的網絡功能及豐富的接口，以便優化自身系統結構，不需要單獨的視頻編碼器或DVR 設備，前端攝像機可利用已有光纖網、公安專網、微波傳輸、4G/5G 網絡進行接入，將前端視頻、控制、報警信號通過攝像機網口傳輸至監控中心，同時不會影響其他區域，能夠適應多種復雜的環境及功能要求。

3.4 選擇功能較強的配套服務平臺

高速鐵路綜合視頻監控系統需要相應的管理平臺提供服務，可以采用全網絡、全數字化架構，高度集成化的功能使得前端高清網絡攝像機只需要考慮網絡接入就可以，不需要再為視頻線、控制線等煩雜的工序頭疼，減少故障節點。而且減少了干擾的可能性，強大的網絡功能更方便設備安裝、調試，使整個系統的可實施性、可靠性和穩定性大為提高[4]。

4 結語

高速鐵路作為我國經濟、社會發展的重要命脈，綜合視頻監控系統的應用正在促進整個高鐵系統管理水平的提升。隨著綜合視頻監控系統中各類新型技術的應用越來越廣泛，綜合視頻監控系統的作用正在發生根本性的轉變，逐漸從安全管理向系統管控延伸。各項技術的成熟與發展使綜合視頻監控系統形成全網絡化、全數字化架構，為接下來的智能化分析、管控提供了良好的支持，解決了“看不到、看不清”的痛點，保證了綜合視頻監控系統的應用更加快捷、穩健、有保障，更好地服務于高鐵系統管理。