京津城際高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)初探

丁學(xué)軍，王輝麟，楊興磊

（1.京津城際鐵路有限責(zé)任公司，北京 100022；2.中國鐵道科學(xué)研究院電子計算技術(shù)研究所，北京100081）

隨著列車運(yùn)營速度的提高，區(qū)間跨度的增大，危險因素也相應(yīng)增多，保證行車和人民生命財產(chǎn)安全顯得尤為重要。目前由于鐵路運(yùn)輸行業(yè)的特殊性，許多安全隱患依然存在，比如：（1）犯罪分子盜竊、破壞鐵路設(shè)施；（2）工作人員工作失誤或違章操作；（3）非法人員入侵和異物侵線等。所有上述安全隱患都存在共同的特點(diǎn)，可能是出事后原因找不到，或者是找到原因而沒有證據(jù)。另外，當(dāng)發(fā)生事故或危險情況時很難被及時發(fā)現(xiàn)，往往不能在第1時間進(jìn)行處理，甚至在隱患未排除的情況下照常運(yùn)行，從而發(fā)生危險。由于傳統(tǒng)的鐵路系統(tǒng)安全保障還基本依靠工作人員沿線巡查的方式，其工作效率低；實時性差；巡查監(jiān)控的范圍非常有限；缺少追溯取證的手段不利于遠(yuǎn)程指揮；同時消耗了大量人力和物力資源。因此，在信息化程度逐步加深的今天，需要建立一套高效、直觀和快捷的安全防災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，保證高速鐵路客運(yùn)專線運(yùn)營的安全性，確保國家和人民生命財產(chǎn)安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 京津城際客運(yùn)專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 京津城際綜合視頻監(jiān)控沿線布點(diǎn)設(shè)計方案

京津城際高速客運(yùn)專線作為全國第1條時速350 km規(guī)格的高速鐵路，客流量大，列車運(yùn)行速度快，對鐵路環(huán)境要求高，因此不僅需要對車站及鐵路沿線的情況進(jìn)行實時、準(zhǔn)確和直觀的視頻監(jiān)控，更需要對視頻監(jiān)控的圖像進(jìn)行分析，從而做出智能化預(yù)警監(jiān)控。為此，設(shè)計了綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。目前京津全線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的布點(diǎn)位置包括：

（1）沿線高架橋地段28處維修梯處最后一層樓梯和進(jìn)入正線入口處的全天候視頻監(jiān)視，采用的方案是在護(hù)欄上加裝低照度彩色攝像機(jī)和紅外燈進(jìn)行全天候監(jiān)視；并通過視頻分析軟件對各類人員進(jìn)入線路的情況產(chǎn)生告警；

（2）利用接觸網(wǎng)桿加裝低照度彩色攝像機(jī)和紅外燈對路基地段進(jìn)行全天候監(jiān)視；

（3）在沿線GSM-R鐵塔上設(shè)置彩色長距攝像機(jī)對全線進(jìn)行白天線路巡視；

（4）在橋墩或新設(shè)水泥桿上架設(shè)彩色定焦攝像機(jī)對GSM-R基站、信號集裝箱和箱變機(jī)房房門進(jìn)行白天監(jiān)視。

系統(tǒng)監(jiān)控范圍還包括：全線通信、信號、GSMR基站、電力節(jié)點(diǎn)（通信部分）機(jī)房內(nèi)以及全線4個車站的客服視頻監(jiān)控系統(tǒng)。全線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺軟件。在各個車站調(diào)度指揮大廳設(shè)置監(jiān)控大屏和監(jiān)控終端用戶，并在北京南火車站和天津火車站派出所，亦莊、永樂和武清站警務(wù)區(qū)增加5個終端用戶。視頻信號根據(jù)距離遠(yuǎn)近采用射頻同軸電纜和光纜傳輸，區(qū)間前端設(shè)備采用低壓遠(yuǎn)供方式供電。

3 京津城際全線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案

3.1 MPEG4視頻編碼解碼技術(shù)

本項目中使用MPEG4標(biāo)準(zhǔn)的編解碼設(shè)備完成視頻圖像的采集。MPEG-4是為在國際互聯(lián)網(wǎng)上或移動通信設(shè)備上實時傳輸音/視頻訊號而制定的，采用Object Based方式解壓縮，壓縮倍數(shù)為450倍（靜態(tài)圖像可達(dá)800倍），分辨率輸入可從320 ×240到1 280 ×1 024。MPEG4使用圖層（layer）方式，能夠智能化選擇影像的不同之處，可根據(jù)圖像內(nèi)容，將其中的對象（人物、物體、背景）分離出來分別進(jìn)行壓縮，使圖文件容量大幅縮減，而加速音/視頻的傳輸，這不僅提高壓縮比，也使圖像探測的功能和準(zhǔn)確性更充分地體現(xiàn)出來。

在網(wǎng)絡(luò)傳輸中可以設(shè)定MPEG4的碼流速率，清晰度也可在一定的范圍內(nèi)作相應(yīng)的變化，便于用戶根據(jù)自己對錄像時間、傳輸路數(shù)和清晰度的不同要求進(jìn)行不同的設(shè)置，提高系統(tǒng)使用時的適應(yīng)性和靈活性。也可采用動態(tài)幀測技術(shù)，動態(tài)時快錄，靜態(tài)時慢錄，從而減少平均數(shù)據(jù)量，節(jié)省存儲空間。而且當(dāng)傳輸有誤碼或丟包現(xiàn)象時，MPEG4受到的影響很小，并且能迅速恢復(fù)。

3.2 基于IP組播的視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸和流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

由于京津全線有上千路攝像頭，視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的目的是為解決帶寬瓶頸或者其他傳輸限制，同時對視頻監(jiān)控起可靠隔離作用，避免其他系統(tǒng)影響視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通道。通過在監(jiān)控中心架設(shè)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，充分利用監(jiān)控中心交換機(jī)的背板帶寬和包轉(zhuǎn)發(fā)能力，網(wǎng)絡(luò)上的監(jiān)控客戶端從轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器獲取流媒體數(shù)據(jù)并實時解碼顯示。本系統(tǒng)流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)軟件采用多任務(wù)、多線程模式設(shè)計，能夠穩(wěn)定平滑地轉(zhuǎn)發(fā)多路流媒體信息。流媒體轉(zhuǎn)發(fā)軟件實現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)接收、復(fù)制分發(fā)及客戶端控制命令的統(tǒng)一調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)。軟件基于多線程、多任務(wù)工作模式，有效地解決了流媒體傳輸系統(tǒng)中出現(xiàn)熱點(diǎn)連接時局部帶寬不足問題。

3.3 視頻智能分析技術(shù)

視頻智能分析技術(shù)的定義為：利用現(xiàn)代計算機(jī)視覺的方法，在不需要人為干預(yù)的情況下，通過對攝像機(jī)拍攝的視頻序列進(jìn)行實時自動分析，實現(xiàn)對視頻場景中所關(guān)注目標(biāo)的定位、識別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為，以偵測和應(yīng)對某種事件模式。

目前在京津鐵路上應(yīng)用比較多的是以下2種分析功能：

（1）入侵檢測：在復(fù)雜的天氣和光線環(huán)境中精確偵測和識別單個或多個目標(biāo)的運(yùn)動情況、運(yùn)動方向、運(yùn)動特征等。通過設(shè)置一定的安全規(guī)則定義報警的條件，一旦有運(yùn)動目標(biāo)侵入設(shè)定的保護(hù)區(qū)域，系統(tǒng)立即產(chǎn)生告警并在視頻畫面中標(biāo)識目標(biāo)。

（2）非法滯留：當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入設(shè)定的保護(hù)區(qū)域時，系統(tǒng)并不報警，僅僅跟蹤，只有目標(biāo)在保護(hù)區(qū)域徘徊停留的時間過長（或超過了預(yù)定義的時間長度）才會觸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生報警。

4 視頻監(jiān)控攝像頭布點(diǎn)方案

為了解決路基的全天候監(jiān)視，在既有接觸網(wǎng)桿靠近線路外側(cè)距接觸網(wǎng)桿底部4.5 m高處，架設(shè)低照度彩轉(zhuǎn)黑變焦攝像機(jī)和無紅爆紅外燈，監(jiān)視范圍：白天10 m～150m；夜間10 m～100 m?？蓪崟r監(jiān)視線路及線路兩側(cè)路基的情況。

5 相對于其他視頻監(jiān)控平臺使用的一些新的技術(shù)

（1）視頻監(jiān)視傳輸帶寬現(xiàn)場與車站固定：在傳輸MSTP技術(shù)上將現(xiàn)場與車站的帶寬穩(wěn)定下來，多用戶調(diào)用及分發(fā)轉(zhuǎn)到車站來處理，便于傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃；

（2）管理核心服務(wù)器軟件及存儲服務(wù)器軟件冗余設(shè)置：對于核心的服務(wù)器軟件及存儲軟件，均采用熱備及N+1備份的方式，確保個別服務(wù)器或軟件出現(xiàn)故障時，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；

（3）在監(jiān)控界面中實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制輸出繼電器信號，保證各類機(jī)房在觀看時可以觸發(fā)燈亮；

（4）在監(jiān)控界面中實現(xiàn)語音監(jiān)聽和語音輸出；

（5）與通信SCADA實現(xiàn)前端聯(lián)動，效率高，也與其它系統(tǒng)的接口實現(xiàn)聯(lián)動。

6 結(jié)束語

京津城際綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)較好地滿足現(xiàn)場監(jiān)控的實際需求，較為全面地在京津城際全線范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控，其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）是運(yùn)輸指揮的輔助工具，具有全面性和實時性；（2）安全防范的有效手段，在固物取證和作業(yè)防護(hù)等方面發(fā)揮作用；（3）減少人力物力，發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王輝麟. 智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路工程建設(shè)管理中的應(yīng)用[J] . 鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2007，16（9）.

[2] 王輝麟. 火車站視頻監(jiān)控與防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J] .鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2008，17（10）.

[3] 敖登高娃. 基于MPEG_4的數(shù)字監(jiān)視系統(tǒng)解碼器的設(shè)計[J] .電腦知識與技術(shù)，2005（10）.