高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)分析探討

趙志丹

【摘 要】視頻監(jiān)控技術(shù)作為一種新型的科技手段，為高速鐵路安全運(yùn)行提供了有效的輔助作用，它的出現(xiàn)從某種意義上推動(dòng)了鐵路電力系統(tǒng)新管理模式的改革進(jìn)度。本文介紹了高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)及其功能、建設(shè)的難點(diǎn)，并分析了高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則以及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】高鐵；綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原則；技術(shù)

一、高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)具備的功能

綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)”是指“采用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化高清視頻監(jiān)控技術(shù)和IP傳輸方式構(gòu)建的高清視頻監(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?！?/p>

系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)支持多用戶同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視和調(diào)看視頻圖像信息，為多業(yè)務(wù)部門提供監(jiān)視圖像；具有對(duì)監(jiān)視區(qū)域的常規(guī)視頻圖像和重要報(bào)警視頻圖像進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和分級(jí)存儲(chǔ)的功能。報(bào)警圖像錄影采用中央存儲(chǔ)服務(wù)器（區(qū)域節(jié)點(diǎn)）與本地存儲(chǔ)服務(wù)器（一類接入節(jié)點(diǎn)）相結(jié)合的模式，以確保能夠記錄和存儲(chǔ)所有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備和偵測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流。

二、高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)難點(diǎn)

視頻監(jiān)控點(diǎn)位通常比較分散、跨度比較大，通常是幾百公里甚至上千公里；視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)戶外工作，環(huán)境通常比較惡劣；監(jiān)控點(diǎn)多為室外高桿或鋼架上安裝，施工難度比較大；視頻采集設(shè)備、編解碼及部分存儲(chǔ)設(shè)備分散地分布在無(wú)人職守機(jī)房，安裝調(diào)試成本高；系統(tǒng)中用戶數(shù)量眾多，系統(tǒng)需要有良好權(quán)限管理、視頻流并發(fā)訪問(wèn)及轉(zhuǎn)發(fā)能力支持；視頻分析環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)霜雨雪霧、攝像機(jī)抖動(dòng)、燈光等眾多干擾因素可能導(dǎo)致誤報(bào)警。因此，在架構(gòu)鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)其線路應(yīng)用特征和環(huán)境的特殊性，結(jié)合各種常規(guī)監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)以外的特殊因素進(jìn)行分析。

三、高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則分析

1、實(shí)用型原則

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需從本項(xiàng)目的實(shí)際需要出發(fā)，系統(tǒng)的性能指標(biāo)應(yīng)當(dāng)能夠最大限度滿足本項(xiàng)目對(duì)處理能力的要求，最大限度滿足系統(tǒng)管理人員和應(yīng)用系統(tǒng)使用人員的使用要求，力爭(zhēng)在有限的建設(shè)經(jīng)費(fèi)投入下，獲得最大限度的應(yīng)用效果。

2、系統(tǒng)可靠性原則

本系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用高可靠性的計(jì)算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通信設(shè)備和其他相關(guān)設(shè)備，以提高系統(tǒng)整體的可靠性。同時(shí)，可靠性原則還應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格和完備的功能、性能測(cè)試后方投入正是使用。

3、系統(tǒng)安全性原則

本系統(tǒng)自身必須具備較強(qiáng)的抵御外部攻擊和內(nèi)部泄密的保護(hù)能力，主要包括以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)所有信息的安全性、所有硬件設(shè)備的安全性、所有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的安全性、所有網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的安全性、所有存儲(chǔ)介質(zhì)的安全性、所有環(huán)境支持設(shè)備的安全性、系統(tǒng)提供的所有相關(guān)服務(wù)的安全性等。

4、系統(tǒng)可管理性和可維護(hù)性原則

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理工具，可方便地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等信息基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)應(yīng)采用簡(jiǎn)介易用的體系結(jié)構(gòu)，以降低系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的代價(jià)

四、高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)

（一）鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式

本質(zhì)上，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)分布處理、分布授權(quán)、多級(jí)管理的大型海量信息系統(tǒng)，信息流自下而上，逐級(jí)收斂。鐵路視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的傳輸通道，鐵道部視頻監(jiān)控中心核心節(jié)點(diǎn)與各路局/客專調(diào)度所間通過(guò)n*2M專業(yè)通道互聯(lián)?；鶎右曨l數(shù)據(jù)流到路局/客專調(diào)度所的匯聚，在設(shè)置獨(dú)立IP傳輸網(wǎng)絡(luò)的高等級(jí)線路中，通過(guò)IP數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送；其它線路中，通過(guò)傳輸系統(tǒng)的2M通道傳送，個(gè)別既有傳輸系統(tǒng)資源確實(shí)緊張的，可利用站間空余光纖，構(gòu)建千兆光纖以太網(wǎng)來(lái)承載。視頻監(jiān)視點(diǎn)到前端接入點(diǎn)的傳輸鏈路，以光纜及電纜為主，無(wú)線傳輸為輔。

（二）主動(dòng)紅外夜視技術(shù)

綜合安全防災(zāi)系統(tǒng)的前端視頻監(jiān)控點(diǎn)通常在戶外自然環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)所，同時(shí)需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行全天候的監(jiān)控，在夜間也沒(méi)有路燈、建筑物燈光等其它的環(huán)境光源可以利用，對(duì)于雨天、霧天等特殊氣象條件要求能夠保持良好的可視距離，可視距離最好能在1-2公里左右。目前市場(chǎng)上能夠提供的夜視技術(shù)主要有三種：被動(dòng)紅外成像技術(shù)、基于紅外燈的主動(dòng)紅外夜視技術(shù)、基于激光器的主動(dòng)紅外夜視技術(shù)。被動(dòng)紅外成像技術(shù)適合于監(jiān)控夜間人或車等運(yùn)動(dòng)物體，對(duì)于環(huán)境監(jiān)控力不從心，基于紅外燈的主動(dòng)紅外夜視技術(shù)可視距離近（300米以內(nèi)），光源體積大壽命短故障率高，很難適應(yīng)戶外惡劣的自然環(huán)境。基于激光器的主動(dòng)紅外夜視技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，包括紅外激光照明器燈、超低照度彩轉(zhuǎn)黑攝像機(jī)、紅外夜視專用監(jiān)控鏡頭三大部分。激光的特性決定了激光可以照攝更遠(yuǎn)的距離，而且光強(qiáng)度也比常規(guī)光源要強(qiáng)的多。激光具有亮度高、單色性好、方向性好等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)波長(zhǎng)的選擇可以增大CCD對(duì)波長(zhǎng)的感應(yīng)程度。激光燈的壽命很長(zhǎng)，一般都在10000個(gè)小時(shí)以上。攝像機(jī)的選擇則主要顧及兩個(gè)方面：一個(gè)是白天成像效果；一個(gè)是是否是感紅外的低照度。白天要求效果好，就是要求其有濾光片切換結(jié)構(gòu)，白天濾掉不可見(jiàn)光，使成像色彩更真實(shí)；晚上切換到夜視模式，把不可見(jiàn)光放進(jìn)來(lái)，這樣既能保證白天不失色，又能保證夜視效果。夜視鏡頭的F數(shù)一般比常規(guī)鏡頭的F數(shù)要小，這就意味著鏡頭的進(jìn)光量要比常規(guī)鏡頭要大，有較強(qiáng)的光收集能力，好的夜視鏡頭的鏡片對(duì)近紅外光進(jìn)行了增透，提高了近紅外光的透過(guò)率。為了看清楚遠(yuǎn)距離的物體，一般選用電動(dòng)長(zhǎng)焦鏡頭。

（三）冗余技術(shù)

高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要具有高可靠性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部門的運(yùn)營(yíng)、安全、維護(hù)等各個(gè)需求支持。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以采用不同的冗余方式來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性，從前端編碼器、傳輸網(wǎng)絡(luò)到轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、管理服務(wù)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)，均可實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)。

1、編碼器

編碼器可以采用雙電源、雙網(wǎng)卡方式增強(qiáng)穩(wěn)定性；或者采用“N+1”冗余方式增強(qiáng)可靠性，以保證單機(jī)故障或更換設(shè)備時(shí)系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行。

2、NVR

NVR可采用“N+1”冗余增強(qiáng)可靠性，以保證單機(jī)故障或更換設(shè)備時(shí)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。

3、CMS

CMS可以采用“雙機(jī)冗余熱備”方式增強(qiáng)穩(wěn)定性，以保證系統(tǒng)無(wú)停機(jī)運(yùn)行。

4、存儲(chǔ)

存儲(chǔ)系統(tǒng)可以采用磁盤陣列的RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)高可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

完全冗余的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)所示，從前端設(shè)備IPC、DVS、傳輸網(wǎng)絡(luò)、NVR、存儲(chǔ)設(shè)備NVR、核心管理平臺(tái)CMS都實(shí)現(xiàn)了冗余功能，保證了系統(tǒng)24小時(shí)高可靠運(yùn)行，減少了因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)、電源、硬件、存儲(chǔ)、軟件等故障而導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)或數(shù)據(jù)丟失。

IPC是單體設(shè)備，提高穩(wěn)定性的辦法是在網(wǎng)絡(luò)短暫中斷時(shí)進(jìn)行本地存儲(chǔ)；對(duì)于大路數(shù)DVS，可以采用“N+1”方式進(jìn)行冗余，防止單體設(shè)備軟硬體失效；對(duì)于NVR，可以采用“N+1”方式進(jìn)行備份，防止單體設(shè)備軟硬體失效；對(duì)于存儲(chǔ)設(shè)備，可采用成熟的RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)冗余保護(hù)；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)，可以采用“雙網(wǎng)絡(luò)”實(shí)現(xiàn)高可靠性數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)于CMS，采用雙機(jī)熱備方式，雙機(jī)共享RAID磁盤陣列，實(shí)現(xiàn)冗余。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)高鐵事業(yè)的迅速發(fā)展，其相關(guān)配套系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用于高鐵建設(shè)中。就視頻監(jiān)控來(lái)說(shuō)，一定采用先進(jìn)的視頻監(jiān)控技術(shù)，基于鐵路系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建數(shù)字化、智能化、分布式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以滿足公安、安監(jiān)、客運(yùn)、調(diào)度、車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛、供電等業(yè)務(wù)部門及防災(zāi)監(jiān)控、救援搶險(xiǎn)和應(yīng)急管理等多種需求，實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源共享。

參考文獻(xiàn)：

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