鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化組網(wǎng)技術(shù)探討

韓燕兵

(中鐵建電氣化局集團(tuán)第三工程有限公司，河北高碑店 074000)

0 引言

根據(jù)我國鐵路中長期的發(fā)展規(guī)劃，到2020年全國鐵路營業(yè)里程將達(dá)到12萬km以上。同時，鐵路科技發(fā)展“十一五”規(guī)劃和國家中長期鐵路網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃綱要已將高速列車、高速行車控制技術(shù)、高速鐵路安全監(jiān)控系統(tǒng)列為重點研發(fā)內(nèi)容。隨著我國200 km/h及以上鐵路客運專線建設(shè)的全面鋪開，安全防范問題成為鐵路客運專線建成后運營安全的重中之重。視頻監(jiān)控作為鐵路防火、防盜、防災(zāi)、事故救援、客運調(diào)度指揮的重要輔助手段，為鐵路的安全運營提供了技術(shù)保障。在不斷完善的路網(wǎng)環(huán)境下，綜合視頻監(jiān)控實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化已成為必然趨勢。

1 實現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

1．1 視頻信號的數(shù)字化處理

視頻信號是通過對在CCD感光靶面上的光學(xué)圖像進(jìn)行掃描和光—電轉(zhuǎn)換而成，視頻就是由一幅幅具有相關(guān)性的靜止圖像構(gòu)成。視頻信號根據(jù)ITU-R601標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過掃描、采樣、量化和編碼變成數(shù)字視頻流，一路視頻流按照傳輸速率來計算將有124．4 Mb/s的帶寬，這個數(shù)據(jù)量大得驚人，不可能大規(guī)模用在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，所以必須對其進(jìn)行視頻壓縮處理，去除信號中的冗余信息(甚至丟掉一些不太重要的有用信息)。

H．26x系列其編碼及壓縮僅對圖像而言，聲音編碼及壓縮則另有標(biāo)準(zhǔn)，這種編碼標(biāo)準(zhǔn)在電信行業(yè)使用較多，如多媒體通信、電視會議等。MPEG-x其內(nèi)容包括MPEG系統(tǒng)、視頻及音頻，MPEG-2數(shù)字圖像壓縮技術(shù)所傳送的圖像質(zhì)量能達(dá)到電影級，圖像分辨率可達(dá)720×576像素(PAL);H．26x系列只處理圖像，不處理音頻，傳圖像設(shè)備簡單、設(shè)備價格低，圖像質(zhì)量較MPEG系列圖像質(zhì)量差。

MPEG-x系列的對比見表1。

表1 MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4 的比較表

從表1可以看出，鐵路綜合監(jiān)控系統(tǒng)圖像上傳可采用MPEG-2編碼方案，圖像存儲可以采用MPEG-4。

1．2 視頻遠(yuǎn)距離傳輸

目前鐵路通信數(shù)據(jù)網(wǎng)已建成了高帶寬、高可靠性的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，骨干帶寬可達(dá)1 000 m以上，接入帶寬不低于100 m，完全可以滿足視頻圖像傳輸?shù)膸捫枨?隨著鐵路通信數(shù)據(jù)網(wǎng)的不斷完善，為視頻圖像的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用提供了一個可靠、高效的承載平臺，使鐵路綜合視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用成為可能。

1．3 圖像存儲技術(shù)

隨著視頻網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用需求，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)化存儲NVR技術(shù)。NVR-網(wǎng)絡(luò)視頻存儲主要包含SAN(IP SAN，F(xiàn)C SAN)，NAS和DAS存儲技術(shù)。

1)SAN存儲通過專用交換機連接到一群計算機上。在網(wǎng)絡(luò)中提供多主機連接，允許任何服務(wù)器連接到任何存儲陣列，讓多主機訪問存儲器和主機間互相訪問一樣方便，這樣可直接方便的存取所需的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的SAN稱為FC SAN，而基于標(biāo)準(zhǔn)IP技術(shù)的稱為IP SAN，兩者的主要區(qū)別在于連接主機和存儲陣列之間的傳輸通道是使用FC技術(shù)還是使用IP技術(shù)。

隊主官是學(xué)員在校期間與朝夕相處的人，對學(xué)員的軍事訓(xùn)練成績負(fù)直接責(zé)任，學(xué)員骨干是軍事基礎(chǔ)訓(xùn)練的執(zhí)行者。兩者的訓(xùn)練安全意識、施訓(xùn)方法直接決定了學(xué)員的訓(xùn)練成績、訓(xùn)練安全意識。首先，應(yīng)定期組織學(xué)員隊主官、骨干進(jìn)行科學(xué)施訓(xùn)方法的學(xué)習(xí)，使他們掌握科學(xué)的施訓(xùn)方法避免因盲目訓(xùn)練而造成的訓(xùn)練傷。其次，學(xué)員隊主官應(yīng)關(guān)心愛護(hù)學(xué)員，與學(xué)員交心談心及時了解學(xué)員的身體、心理狀況，避免因身體、心理狀況不佳而導(dǎo)致的訓(xùn)練傷。最后，要求每次組織軍事訓(xùn)練，尤其是具有一定危險的軍事項目訓(xùn)練時必須有一名主官坐陣現(xiàn)場。

2)NAS網(wǎng)絡(luò)存儲采用獨立于PC服務(wù)器，單獨為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲而開發(fā)的一種文件服務(wù)器，其最關(guān)鍵的就是使用專用于數(shù)據(jù)存儲設(shè)備管理和數(shù)據(jù)存儲的文件服務(wù)器，可直接通過IP以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點而存在，服務(wù)器和工作站用戶都可以直接通過網(wǎng)絡(luò)訪問NAS服務(wù)器。

3)DAS直接連接存儲是指將外置存儲設(shè)備通過連接電纜，直接連接到一臺計算機上。采用直接外掛存儲方案的服務(wù)器結(jié)構(gòu)如同PC機架構(gòu)，外部數(shù)據(jù)存儲設(shè)備直接掛接在內(nèi)部總線上的方式，數(shù)據(jù)存儲是整個服務(wù)器結(jié)構(gòu)的一部分。

4)NVR的優(yōu)點。NVR網(wǎng)絡(luò)存儲是指存儲設(shè)備直接與數(shù)字視頻傳輸網(wǎng)相連接，提供對編碼器產(chǎn)生的數(shù)字視頻流的直接存儲的技術(shù)。NVR主要優(yōu)點如下:存儲容量大，配置靈活，安全可靠;支持RAID(廉價磁盤陣列)，確保存儲圖像的安全性，提高了存儲系統(tǒng)長時間連續(xù)工作能力;支持磁盤熱插拔，可在線維護(hù)、更換故障磁盤;存儲的圖像質(zhì)量高。由于其直接存儲編碼器產(chǎn)生的數(shù)字視頻流，即可得到與日常觀看的監(jiān)控圖像質(zhì)量相同的存儲圖像質(zhì)量;網(wǎng)絡(luò)功能強大?？煞胖迷诰W(wǎng)絡(luò)上的任意位置，網(wǎng)絡(luò)吞吐能力強大?？上蛉W(wǎng)提供存儲、檢索、查詢及回放服務(wù)。

通過以上分析，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的圖像存儲應(yīng)采用分布模式，集中管理，支持網(wǎng)絡(luò)的多點查詢、回放?？紤]到建設(shè)成本，積極采用可支持IP SAN技術(shù)的DAS服務(wù)器的方式，在每個車站放置一臺DAS存儲服務(wù)器(直接連接車站本地網(wǎng)絡(luò))，通常滿配備可支持到16 T的存儲容量(做完RAID5，并格式化后，實際可供存儲的空間約為13．5 T)，日后擴充可再添加一臺DAS服務(wù)器，或可直接在網(wǎng)絡(luò)上加支持IP SAN的小型磁盤陣列，即可方便的實現(xiàn)存儲系統(tǒng)的擴容，無需中斷現(xiàn)有業(yè)務(wù)。

2 系統(tǒng)需求分析及功能

目前綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要為客運服務(wù)系統(tǒng)提供所需的車站客運服務(wù)即站臺、候車廳、進(jìn)出站大廳等視頻監(jiān)控，為防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)提供區(qū)間重點部位如公跨鐵路橋的視頻監(jiān)控，為牽引供電系統(tǒng)各所亭提供重點部位視頻監(jiān)控，為動車管理信息系統(tǒng)提供動車檢修作業(yè)流程視頻監(jiān)控等。

系統(tǒng)支持自動監(jiān)視和人工監(jiān)視模式。在自動監(jiān)視模式下，能夠自動對監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行圖像分析和行為分析，實現(xiàn)對異物“入侵”的自動跟蹤監(jiān)測。

系統(tǒng)具有告警功能。系統(tǒng)能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r給出報警;告警與視頻聯(lián)動，告警時自動切換視頻、保存視頻、抓拍。查詢該告警時，系統(tǒng)自動查找告警時間及相應(yīng)時段保存的對應(yīng)視頻文件。

系統(tǒng)可設(shè)置為自動輪巡、人工點播及自動巡檢模式。

系統(tǒng)能實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制管理、智能圖像處理，可對圖像進(jìn)行放大、縮小、歷史圖像回放及局部放大操作，可以為每路圖像配置文字注釋和編號設(shè)置，可以疊加時間信息。

系統(tǒng)具有24 h自動回放和7 d內(nèi)連續(xù)信息存儲功能，以備需要時查詢。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

3．1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

鐵路綜合視頻監(jiān)控網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)積極制定近、遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)劃，并制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)定。由于鐵路建設(shè)時期、線路等級的不同，很難一步建成完善的網(wǎng)絡(luò)，所以應(yīng)該采用分步實施，逐步完善的方針。對于新建鐵路，可一次性建成本線的綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，既有線可根據(jù)情況逐步實施建設(shè)。

全路的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)應(yīng)為兩個層面，即線路層、鐵路局層。線路層主要對本線圖像進(jìn)行監(jiān)控、管理，對其他線路的圖像不具備調(diào)用的能力;鐵路局層是一個區(qū)域監(jiān)控中心，能夠?qū)止軆?nèi)所有線路實現(xiàn)視頻圖像的監(jiān)控、管理和任意調(diào)用，在重大災(zāi)害情況下，發(fā)揮全局監(jiān)控的功能。

3．2 系統(tǒng)組成

1)線路層。

綜合視頻監(jiān)控的線路層面由三部分組成，即監(jiān)控中心、監(jiān)控分中心和監(jiān)控局站。

在調(diào)度中心設(shè)監(jiān)控中心，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。調(diào)度中心相關(guān)部門(如電力及牽引供電、綜合維修、動車運用、列車運行控制、旅客服務(wù)、防災(zāi)安全監(jiān)控)以及安全監(jiān)察室可按需要設(shè)置監(jiān)控分中心。在客運公司、車站、綜合維修工區(qū)、牽引變電所、電力配電所、信號中繼站、區(qū)間無線基站等地的通信機房內(nèi)設(shè)監(jiān)控局站。各監(jiān)控局站負(fù)責(zé)各現(xiàn)場監(jiān)控點攝像機的就近接入，并接受處理中央視頻管理中心的指令。

調(diào)度所配置系統(tǒng)中央管理服務(wù)器及監(jiān)控終端，接收來自本線各車站視頻分析單元的視頻圖像、處理結(jié)果和報警信息，并根據(jù)報警類型、報警級別和報警點位置做出處理決策。

車站通信信號機房、動車運用所、維修段/綜合維修工區(qū)、沿線信號機房、TPS電力牽引機房、GSM-R基站機房內(nèi)安裝1臺彩色變焦攝像機、1臺視頻編碼器對攝像機送出的模擬視頻信號進(jìn)行壓縮編碼，并向分控中心發(fā)送高清晰視頻流。

橋梁、隧道等重點區(qū)域的一端架設(shè)一個遠(yuǎn)端站，另一端的設(shè)備接入附近的基站。橋梁、隧道兩端分別安裝1臺彩色變焦攝像機和1臺紅外熱成像攝像機及配套的數(shù)字視頻編碼(帶行為分析)、云臺解碼、架設(shè)遠(yuǎn)端站的地方需敷設(shè)光纜，并配置光端機等配套設(shè)備。

車站的重點區(qū)域安裝攝像機、帶視頻分析的編碼器。分析內(nèi)容包括:車站人員流量等級劃分與報警、排隊、非法滯留等分析模塊。

車站為系統(tǒng)的分控中心。各車站按照就近接入的原則接收現(xiàn)場監(jiān)控前端視頻服務(wù)器或編碼器處理后的攝像機視頻信號，進(jìn)行長時間的存儲和后期分析處理，以生成相應(yīng)的報警信息，通過鐵路數(shù)據(jù)網(wǎng)向調(diào)度所進(jìn)行發(fā)送。車站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置分控管理服務(wù)器和存儲系統(tǒng)。

2)鐵路局層。

作為路局層面的區(qū)域監(jiān)控中心與各線路調(diào)度所同址建設(shè)，它的功能定位應(yīng)該是監(jiān)控局管內(nèi)所有線路的綜合視頻監(jiān)控終端，并且控制權(quán)限應(yīng)高于各線路層監(jiān)控中心，該監(jiān)控中心應(yīng)設(shè)計為可任意選擇各線全部視頻信號中的至少8路進(jìn)行監(jiān)控。

該系統(tǒng)主要由編解碼設(shè)備、視頻服務(wù)器、顯示大屏幕組成，路局層面監(jiān)控中心將各線上傳至中心的模擬圖像信號進(jìn)行在編碼，將各線模擬圖像編碼成統(tǒng)一格式數(shù)字視頻流，通過視頻服務(wù)器，顯示工作站完成對圖像的顯示，切換，調(diào)用。

3)圖像調(diào)用方式的分析。

要實現(xiàn)路局層監(jiān)控系統(tǒng)的功能，應(yīng)解決圖像調(diào)用問題，因為各線的供貨廠商不同，致使采用的編解碼設(shè)備不盡相同，在鐵路局層控制中心很難進(jìn)行數(shù)據(jù)流的直接共享利用，為此，各線路中心需向路局層控制中心提供8路模擬視頻圖像，本中心將各線上傳的模擬視頻圖像進(jìn)行在編碼，將各線模擬圖像編碼成路局層控制中心統(tǒng)一格式數(shù)字視頻流，通過視頻服務(wù)器，顯示工作站完成對圖像的顯示，切換，調(diào)用。同時二次開發(fā)的控制功能也通過視頻服務(wù)器實現(xiàn)。

［1] 楊 磊．電視監(jiān)控實用技術(shù)［Z］．

［2] 鄭西客運專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)文件［Z］．

［3] 北京市軌道交通指揮中心(TCC)系統(tǒng)技術(shù)管理規(guī)定(暫行)［Z］．