淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路運(yùn)輸中的運(yùn)用

伏 佩 上海鐵鐵路局電務(wù)處

數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，以其直觀性、實(shí)時(shí)性、可回溯性等鮮明特征打破了時(shí)間與空間的限制，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于鐵路車站、綜合維修工區(qū)、沿線基站、信號(hào)中繼站的通信、信號(hào)機(jī)房?jī)?nèi)、區(qū)間公跨鐵橋以及牽引變電所等重要場(chǎng)合。鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)就是依托鐵路IP數(shù)據(jù)網(wǎng)或傳輸網(wǎng)，完成信息采集、傳輸、控制、管理和存儲(chǔ)的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)播、數(shù)字錄像、視頻點(diǎn)播以及聯(lián)動(dòng)報(bào)警等功能，滿足旅客服務(wù)、運(yùn)輸調(diào)度、防災(zāi)監(jiān)控、救援搶險(xiǎn)和應(yīng)急管理等多種需求，確保正常的運(yùn)輸生產(chǎn)秩序。

1 視頻監(jiān)控概述

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為中心，信息技術(shù)處理為基礎(chǔ)，利用圖像數(shù)據(jù)壓縮的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，綜合利用圖像傳感器、傳輸網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的一種新型監(jiān)控系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)以及圖像處理、傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。在九十年代初以前，主要是以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)，稱為第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng)。九十年代中期，隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提高和視頻技術(shù)的發(fā)展，人們利用計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實(shí)現(xiàn)圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質(zhì)量，這種基于"PC＋多媒體卡"數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)(DVR)為第二代數(shù)字化本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)。九十年代末，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬、計(jì)算機(jī)處理能力和存儲(chǔ)容量的快速提高，以及各種實(shí)用視頻處理技術(shù)的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控步入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，稱為第三代遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全基于IP網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲(chǔ)和播放為核心，以智能實(shí)用的圖像分析為特色，引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命，得到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和使用部門的高度重視。

2 鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)解決方案

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由鐵道部核心節(jié)點(diǎn)、鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)、站/段視頻接入節(jié)點(diǎn)、視頻采集點(diǎn)、視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)和用戶終端構(gòu)成（見(jiàn)圖1）。

圖1 鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)組成

2.2.1 鐵道部核心節(jié)點(diǎn)

視頻核心節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)視頻的分發(fā)、系統(tǒng)管理、用戶管理和與其他系統(tǒng)的互聯(lián)等，并可對(duì)重要視頻圖像信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

視頻核心節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)管，對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)用戶和設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，并對(duì)管理信息進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù)需要對(duì)核心節(jié)點(diǎn)和區(qū)域節(jié)點(diǎn)的管理信息進(jìn)行備份，但不具備對(duì)前端設(shè)備的配置修改、增加、刪除和對(duì)設(shè)備告警處理的權(quán)限。

該節(jié)點(diǎn)內(nèi)的用戶終端在正常情況下，能對(duì)各個(gè)鐵路監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)視和存儲(chǔ)圖像進(jìn)行調(diào)用的權(quán)限；經(jīng)授權(quán)可對(duì)前端攝像機(jī)進(jìn)行云臺(tái)控制。

2.2.2 鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)

鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)視頻的分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)管理、用戶管理和與其他系統(tǒng)的互聯(lián)等，并可對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的告警信息和重要視頻信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)管，對(duì)轄區(qū)內(nèi)的用戶和設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)的所有用戶和設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證、鑒權(quán)，并對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。同時(shí)把管理信息上傳至鐵道部核心節(jié)點(diǎn)、下發(fā)到轄區(qū)內(nèi)的站/段視頻接入節(jié)點(diǎn)?？蓪?duì)轄區(qū)內(nèi)設(shè)備的配置進(jìn)行修改、增加和刪除，具備對(duì)設(shè)備告警處理的最高權(quán)限。

該節(jié)點(diǎn)內(nèi)的用戶在正常情況下，能對(duì)轄區(qū)內(nèi)的監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)視和存儲(chǔ)圖像進(jìn)行調(diào)用的權(quán)限；經(jīng)授權(quán)可對(duì)該轄區(qū)內(nèi)前端設(shè)備進(jìn)行云臺(tái)控制。

2.2.3 站/段視頻接入節(jié)點(diǎn)

站/段視頻接入節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)視頻的接入、分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)、視頻內(nèi)容分析和與其他系統(tǒng)的互聯(lián)等，并對(duì)其接入的所有視頻信息和告警信息進(jìn)行存儲(chǔ)。接收并存儲(chǔ)鐵路局/客專調(diào)度節(jié)點(diǎn)下發(fā)的本節(jié)點(diǎn)管理信息，當(dāng)鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)故障或鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)與站/段視頻接入節(jié)點(diǎn)間連接故障時(shí)，站/段視頻接入節(jié)點(diǎn)內(nèi)的基本業(yè)務(wù)可正常進(jìn)行。節(jié)點(diǎn)內(nèi)的用戶可對(duì)轄區(qū)內(nèi)的視頻資源進(jìn)行調(diào)用和管理，可對(duì)轄區(qū)內(nèi)前端設(shè)備進(jìn)行云臺(tái)控制。

2.2.4 視頻采集點(diǎn)

視頻采集點(diǎn)完成圖像采集、圖像編碼功能。設(shè)備包括編碼器、攝像機(jī)（含云臺(tái)、防護(hù)罩）、光端機(jī)、輔助光源等。

2.2.5 用戶終端

用戶終端包括管理終端、監(jiān)視終端。

鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)設(shè)置管理終端，負(fù)責(zé)全線視頻監(jiān)控設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理和調(diào)度。在鐵路局調(diào)度所、派出所、站/段、動(dòng)車所等值班員處分別設(shè)置監(jiān)視終端，在鐵路局/客專調(diào)度區(qū)域節(jié)點(diǎn)的授權(quán)范圍內(nèi)，各監(jiān)視終端實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄區(qū)內(nèi)各類視頻采集點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及圖像調(diào)用。

2.3 實(shí)施案例

編組站出發(fā)場(chǎng)咽喉區(qū)貨車裝載視頻監(jiān)視系統(tǒng)就是典型的三級(jí)視頻監(jiān)控結(jié)構(gòu)，由鐵道部、鐵路局以及編組站監(jiān)視點(diǎn)組成。整個(gè)工程以IP接入方式為基礎(chǔ)，將視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的各前端設(shè)備和視頻處理設(shè)備均配置固定的私有IP地址，根據(jù)需要用戶終端可以隨時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視或調(diào)看硬盤存儲(chǔ)的錄像文件。

2.3.1 編組站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成

編組站網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成主要包括：攝像機(jī)（含照明燈）、視頻光端機(jī)、視頻編碼器、視頻監(jiān)控終端、視頻管理服務(wù)器、視頻分發(fā)服務(wù)器、視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)、磁盤陣列、二層以太網(wǎng)交換機(jī)（如圖2所示）。

圖2 編組站視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖

（1）前端采集設(shè)備

前端采集設(shè)備主要包括模擬攝像機(jī)、云臺(tái)、防護(hù)罩和編碼器?？蓪?shí)現(xiàn)編組站全天候監(jiān)視貨物列車的兩側(cè)和上部及監(jiān)視車體兩側(cè)設(shè)定范圍內(nèi)的人員活動(dòng)等情況。本工程采用的是模擬攝像機(jī)，需要配合編碼器使用將前端模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，具體功能包括監(jiān)控點(diǎn)模擬視音頻信息和報(bào)警信息的接入、編碼/壓縮、傳輸以及外圍設(shè)備(如攝像機(jī)、云鏡等)的控制。

編碼器采用H.264數(shù)字視頻壓縮格式來(lái)提供高畫質(zhì)的圖像，H.264標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG（活動(dòng)圖像專家組）的聯(lián)合視頻組（JVT，Joint Video Team）開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，也稱為 MPEG-4 Part 10，"高級(jí)視頻編碼"。H.264具有較強(qiáng)的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴(yán)重的信道中的視頻傳輸。支持不同網(wǎng)絡(luò)資源下的分級(jí)編碼傳輸，從而獲得平穩(wěn)的圖像質(zhì)量，并且能適應(yīng)于不同網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸，網(wǎng)絡(luò)親和性好，具有開(kāi)放的性質(zhì)，能很好地適應(yīng)IP和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的使用。

（2）視頻接入方式

視頻監(jiān)控接入點(diǎn)在500m以內(nèi)可通過(guò)視頻同軸電纜接入；在攝像機(jī)距離車站通信機(jī)械室較遠(yuǎn)的情況下，采用視頻光端機(jī)和敷設(shè)光纜進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

（3）視頻處理設(shè)備

視頻管理服務(wù)器：視頻管理服務(wù)器安裝了系統(tǒng)管理軟件及監(jiān)控終端模塊等軟件，起著對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理設(shè)置和分配作用，具有管理多個(gè)分布式設(shè)備的網(wǎng)管系統(tǒng)。

分發(fā)服務(wù)器：是接收前端采集設(shè)備上傳的實(shí)時(shí)圖像，同時(shí)分發(fā)給需要各應(yīng)用席位。

視頻存儲(chǔ)服務(wù)器：視頻存儲(chǔ)服務(wù)器對(duì)前端傳輸?shù)臄?shù)字音視頻信息進(jìn)行錄像，為發(fā)生事故后的事故定責(zé)分析提供直觀依據(jù)。視頻存儲(chǔ)在不影響圖像質(zhì)量的前提下可支持減幀存儲(chǔ)方式。本工程實(shí)例按圖像存儲(chǔ)周期1個(gè)月設(shè)計(jì)，采用自動(dòng)循環(huán)方式。一路圖像按25幀/s存儲(chǔ)，單路視頻每月存儲(chǔ)容量為：1路×(2Mb/s×3600s)/8bit×24h*30 天 =648GB。各編組站根據(jù)實(shí)際安裝攝像頭數(shù)量計(jì)算出存儲(chǔ)設(shè)備的容量，應(yīng)用磁盤陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。

2.3.2 鐵道部、鐵路局監(jiān)控中心系統(tǒng)的組網(wǎng)方案

鐵道部調(diào)度中心貨監(jiān)調(diào)度臺(tái)為視頻核心節(jié)點(diǎn)，可監(jiān)視所有視頻監(jiān)視點(diǎn)的視頻圖像，配備大屏顯示及控制系統(tǒng)，可通過(guò)顯示墻上監(jiān)視每個(gè)路局上傳的圖像信息。鐵道部網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成主要包括：大屏幕顯示系統(tǒng)、視頻管理服務(wù)器、MIS接口服務(wù)器、路由器、和三層以太網(wǎng)交換機(jī)等。

鐵路局監(jiān)控中心為視頻區(qū)域節(jié)點(diǎn)。鐵路局網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成主要包括：監(jiān)控終端、視頻管理服務(wù)器、MIS接口服務(wù)器、分發(fā)服務(wù)器、路由器、和三層以太網(wǎng)交換機(jī)等。

大屏幕顯示系統(tǒng)：是由視頻矩陣切換多個(gè)背投電視機(jī)拼接而成的一種超大屏幕電視墻體，用于實(shí)時(shí)監(jiān)看。

MIS接口服務(wù)器：管理信息系統(tǒng)接口服務(wù)器用于綜合平臺(tái)的接入，為各專業(yè)視頻監(jiān)控接入提供服務(wù)。

2.3.3 系統(tǒng)功能

允許用戶控制攝像機(jī)云臺(tái)全方位（上下、左右）移動(dòng)及鏡頭變倍、變焦控制。

支持分級(jí)管理和多用戶同時(shí)觀看，為多業(yè)務(wù)部門監(jiān)視終端提供監(jiān)視圖像。

具有抓拍功能，支持自動(dòng)輪巡監(jiān)視和人工監(jiān)視模式。

能夠?qū)λ鎯?chǔ)的監(jiān)視圖像進(jìn)行檢索和回放；事件列表功能提供事件列表方式，包括系統(tǒng)事件及錄像事件?？蛇x擇事件列表中項(xiàng)目，查找對(duì)應(yīng)系統(tǒng)事件信息或錄像片段。同時(shí)，提供按時(shí)間、按攝像機(jī)編號(hào)等多種錄像片段檢索回放功能。

具有行為分析功能并對(duì)異常狀態(tài)報(bào)警提示，與防災(zāi)安全監(jiān)控、通信信號(hào)電源與環(huán)境監(jiān)測(cè)、牽引供電和電力SCADA、客運(yùn)服務(wù)、應(yīng)急通信等系統(tǒng)互連，實(shí)現(xiàn)視頻資源共享和報(bào)警聯(lián)動(dòng)。

監(jiān)控網(wǎng)管具有對(duì)轄區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)資源和設(shè)備的管理功能，集中實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的參數(shù)配置和狀態(tài)監(jiān)控；

能夠?qū)尤刖W(wǎng)絡(luò)的用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理和身份、權(quán)限識(shí)別，保證信息安全；

3 結(jié)束語(yǔ)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于其直觀性、實(shí)時(shí)性、可回溯性等優(yōu)勢(shì)，已在鐵路各專業(yè)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。由于各專業(yè)系統(tǒng)引入視頻監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)間、制式、投資規(guī)模等差異，造成系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)商采用的軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也存在差異，但系統(tǒng)前端設(shè)備是大同小異的。如果要實(shí)現(xiàn)鐵路局范圍內(nèi)的區(qū)域節(jié)點(diǎn)平臺(tái)，將不同專業(yè)、不同區(qū)域的視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施統(tǒng)一管理、資源共享，需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件平臺(tái)，這是我們今后將著重解決的問(wèn)題。