鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

蔣肖鋒 上海鐵路局電務(wù)處

隨著鐵路行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)運(yùn)輸安全的要求也越來越高；客專線、高鐵的逐步開通、運(yùn)營(yíng)，也給各專業(yè)維護(hù)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(qū)突發(fā)事件將會(huì)造成危險(xiǎn)隱患，影響鐵路系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。因此，綜合視頻監(jiān)控的運(yùn)用在鐵路系統(tǒng)就顯得尤為重要。

視頻監(jiān)控是鐵路系統(tǒng)信息化的重要組成部分，為行車調(diào)度、指揮、防災(zāi)等提供直觀先進(jìn)的輔助決策手段。新一代鐵路系統(tǒng)的日常維護(hù)和管理已從人工看守式的維護(hù)管理模式，向網(wǎng)絡(luò)集中監(jiān)控的管理模式轉(zhuǎn)變。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是采用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化視頻監(jiān)控技術(shù)和IP傳輸方式構(gòu)建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，提供鐵路各業(yè)務(wù)部門和信息系統(tǒng)所需的視頻信息，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和視頻信息資源共享。

1 視頻監(jiān)控的發(fā)展歷程

視頻監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)用于許多場(chǎng)合。在電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展過程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平直接反映了不同階段電子與通訊的技術(shù)狀況，而計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展將視頻監(jiān)控技術(shù)提到了一個(gè)新的高度。視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)歷了模擬監(jiān)控技術(shù)、數(shù)字監(jiān)控技術(shù)和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)三個(gè)不同的階段。

1.1 模擬視頻監(jiān)控技術(shù)

模擬監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較早，在20世紀(jì)90年代以前，視頻監(jiān)控技術(shù)主要以模擬設(shè)備為主。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般由監(jiān)控前端、傳輸設(shè)備、控制設(shè)備以及顯示設(shè)備幾個(gè)部分組成。視頻信息通過模擬方式傳輸，采用視頻電纜(少數(shù)采用光纖)，傳輸距離不能太遠(yuǎn)，主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，如大樓監(jiān)控等。監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看。

1.2 數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)

20世紀(jì)90年代視頻監(jiān)控進(jìn)入數(shù)字化階段，隨著計(jì)算機(jī)和多媒體處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)被應(yīng)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，基于PC的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)由此產(chǎn)生。在這類監(jiān)控系統(tǒng)中，視頻采集和視頻傳輸仍以模擬方式為主，模擬攝像機(jī)的圖像信號(hào)到達(dá)多媒體監(jiān)控終端后進(jìn)行數(shù)字處理與存儲(chǔ)，隨后通過通信網(wǎng)絡(luò)，將這些信息傳到一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控中心，但其本質(zhì)上還是屬于模擬監(jiān)控，很難與其它系統(tǒng)互連互通。

1.3 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Internet已經(jīng)無處不在。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)將傳統(tǒng)的模擬視頻、語音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)了視音頻信號(hào)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、應(yīng)用的多媒體化以及管理的智能化。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)集成了數(shù)字處理、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、視音頻編解碼以及圖像處理和識(shí)別等多種先進(jìn)技術(shù)。

采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控是近年比較流行的監(jiān)控方案，符合網(wǎng)絡(luò)化、IP化的時(shí)代潮流，技術(shù)含量高，其最大的特點(diǎn)是傳輸距離不受限制，且能很方便的與其它系統(tǒng)互連互通。

2 視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)

2.1 IP組播傳輸技術(shù)

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸中，大都采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，這種方式比較可靠。但對(duì)于一點(diǎn)向多點(diǎn)傳輸相同的數(shù)據(jù)的情況下，這種方式就不能充分利用帶寬，使傳輸?shù)穆窋?shù)有限。隨著IP技術(shù)的日漸發(fā)展成熟，通過IP網(wǎng)絡(luò)直接傳輸視頻圖像，輕松地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的遠(yuǎn)程傳輸，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)雙向應(yīng)用。IP組播就是為了解決這個(gè)棘手問題而開發(fā)出來的。IP組播采用了組地址的概念，把需要視頻流數(shù)據(jù)的用戶編入用戶組，并利用一些高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來確保最經(jīng)濟(jì)地利用帶寬，把數(shù)據(jù)通過用戶組傳遞給真正需要的用戶。它的基本方法是：當(dāng)某一個(gè)人向一組人發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它不必將數(shù)據(jù)向每一個(gè)人都發(fā)送數(shù)據(jù)，只需將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)特定的預(yù)約的組地址，所有加入該組的人均可以收到這份數(shù)據(jù)。IP組播還能減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提高視頻服務(wù)器應(yīng)用程序的效率，從而革命性地改變網(wǎng)絡(luò)的性能，節(jié)省大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

簡(jiǎn)單來說，IP組播是一種保存帶寬的技術(shù)，采用網(wǎng)絡(luò)層的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)IP包的復(fù)制和分發(fā)，使單獨(dú)的信息流同時(shí)傳送到許多接收者那里，從而減少了網(wǎng)絡(luò)的流量。

2.2 MPEG-4編碼技術(shù)

MPEG-4是新一代基于內(nèi)容的多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它與傳統(tǒng)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的最大不同在于第一次提出了基于對(duì)象的視頻編碼新概念。基于內(nèi)容的交互性是MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的核心思想，這對(duì)于視頻編碼技術(shù)的發(fā)展方向及廣泛應(yīng)用都具有特別重要的意義。

MPEG-4不僅可提供高壓縮率，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)更好的多媒體內(nèi)容互動(dòng)性及全方位的存取性，它采用開放的編碼系統(tǒng)，可隨時(shí)加入新的編碼算法模塊，同時(shí)也可根據(jù)不同應(yīng)用需求現(xiàn)場(chǎng)配置解碼器，以支持多種多媒體應(yīng)用。

MPEG-4提供了基于內(nèi)容（對(duì)象）的隨機(jī)存取方式，在有限的時(shí)間內(nèi)能以較高的分辨率，按幀或任意形狀對(duì)象，對(duì)一個(gè)音視頻序列進(jìn)行隨機(jī)存取。例如，可以一個(gè)序列中的某個(gè)音視頻對(duì)象為目標(biāo)進(jìn)行快進(jìn)搜索。

MPEG-4的編碼系統(tǒng)是開放的，為各種多媒體應(yīng)用提供一個(gè)靈活的框架和一套開放的編碼工具，不同的應(yīng)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(nèi)容本身一起下載。

2.3 集群存儲(chǔ)技術(shù)

所謂集群存儲(chǔ)是一種開放式的存儲(chǔ)架構(gòu)，采用分布式的操作系統(tǒng)，將多臺(tái)物理存儲(chǔ)設(shè)備中的存儲(chǔ)空間聚合成一個(gè)能夠給應(yīng)用服務(wù)器提供統(tǒng)一訪問接口和管理界面的存儲(chǔ)池（也叫統(tǒng)一命名空間），應(yīng)用可以通過該訪問接口易于管理存儲(chǔ)池后端物理存儲(chǔ)設(shè)備上所有的磁盤，充分發(fā)揮存儲(chǔ)設(shè)備的性能和磁盤利用率。數(shù)據(jù)將會(huì)按照一定的負(fù)載均衡策略，從多臺(tái)存儲(chǔ)設(shè)備上存儲(chǔ)和讀取，以獲得更高的存儲(chǔ)性能。

3 鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻節(jié)點(diǎn)設(shè)備、視頻采集點(diǎn)前端設(shè)備、視頻網(wǎng)絡(luò)和用戶終端構(gòu)成，系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 視頻監(jiān)控應(yīng)用結(jié)構(gòu)

視頻采集點(diǎn)的信息通過光纜、電纜等方式接入到就近的Ⅱ類接入節(jié)點(diǎn)，Ⅱ類接入節(jié)點(diǎn)是視頻接入的最基層單元，現(xiàn)場(chǎng)完成視頻信息的融合。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)攝像機(jī)（視頻采集點(diǎn)）就近接入各視頻接入節(jié)點(diǎn)，并接受監(jiān)控中心指令。在鐵路局/客專公司、車務(wù)段/站、工區(qū)、綜合維修管理中心、牽引變電所、信號(hào)中繼站、區(qū)間無線基站等地的機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)視頻接入節(jié)點(diǎn)。

因鐵路沿線或站場(chǎng)視頻采集點(diǎn)和接入點(diǎn)相對(duì)比較分散，Ⅱ類接入節(jié)點(diǎn)一般通過SDH、MSTP等傳輸方式接入到所屬的Ⅰ類匯聚節(jié)點(diǎn)。Ⅰ類匯聚節(jié)點(diǎn)是中型的業(yè)務(wù)單元，承擔(dān)了II類視頻接入點(diǎn)的融合及本節(jié)點(diǎn)內(nèi)信息的融合，能獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行，具備信息存儲(chǔ)管理能力及數(shù)據(jù)分析、提取和綜合檢索功能。監(jiān)控分中心實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄區(qū)內(nèi)視頻采集終端的分專業(yè)、分區(qū)域遠(yuǎn)程監(jiān)控及實(shí)時(shí)圖像調(diào)用。在調(diào)度所相關(guān)部門（如電力及牽引供電、綜合維修、動(dòng)車運(yùn)用、列車運(yùn)行控制、旅客服務(wù)、防災(zāi)安全監(jiān)控）以及安全監(jiān)察室設(shè)置監(jiān)控分中心，同時(shí)在沿線（綜合維修部門、各公安部門）設(shè)置監(jiān)控分中心。

視頻監(jiān)控平臺(tái)承載于鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)，將視頻信息整合到視頻區(qū)域節(jié)點(diǎn)，視頻區(qū)域節(jié)點(diǎn)是區(qū)域型的業(yè)務(wù)單元，承擔(dān)了視頻與其他專業(yè)系統(tǒng)的平臺(tái)級(jí)融合。路局/客專監(jiān)控中心是整個(gè)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度和管理中樞，統(tǒng)一管理和調(diào)度全線視頻監(jiān)控設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)。

具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 鐵路綜合視頻監(jiān)控用戶需求分析

按照鐵路各維護(hù)部門的專業(yè)分工和維護(hù)要求，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)需求可大致分為以下幾種情況（見表1）。

表1 綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的幾種情況

5 結(jié)束語

目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于鐵路各運(yùn)輸專業(yè)，已建成的有高鐵客服、線路、機(jī)房視頻監(jiān)控系統(tǒng)，車務(wù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，春運(yùn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，貨監(jiān)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，隨著鐵路運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將發(fā)揮更大的作用。