鐵路視頻資源匯聚及共享技術的研究

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.017

摘? 要：視頻監(jiān)控作為鐵路行業(yè)重要的通信基礎設施，被各個業(yè)務部門廣泛使用。目前鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在結構復雜、協(xié)議不統(tǒng)一、資源分散等問題。該文主要研究利用視頻技術、資源匯聚、網(wǎng)絡安全等技術，形成鐵路視頻資源匯聚及共享技術，實現(xiàn)既保證原有鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他視頻系統(tǒng)的完整性和獨立性，又能夠達到鐵路視頻資源的有效匯聚和統(tǒng)一共享的目的，并由此提出物理集中式或邏輯集中物理分散式的兩種解決方案，以滿足實際的應用需求。

關鍵詞：視頻監(jiān)控;互聯(lián);匯聚;共享

中圖分類號：TP391 ? ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-4706（2021）08-0057-05

Research on Railway Video Resource Aggregation and Sharing Technology

ZHANG Jingfeng

（CRSC Communication & Information Group Company Ltd.，Beijing? 100070，China）

Abstract：As an important communication infrastructure in the railway industry，cameras and surveillance is widely used by various business departments. At present，there are some problems in railway cameras and surveillance system，such as complex structure，non-uniform protocol，scattered resources and so on. This paper mainly studies the use of video technology，resource aggregation，network security and other technologies to form the railway video resource aggregation and sharing technology，which can not only ensure the integrity and independence of the original railway integrated cameras and surveillance system and other video systems，but also achieve the purpose of effective aggregation and unified sharing of railway video resources. Therefor， two solutions of physical centralization or logical centralization and physical decentralization are proposed to meet the actual application requirements.

Keywords：cameras and surveillance;interconnection;aggregation;sharing

0? 引? 言

鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路行車指揮、生產(chǎn)組織、客貨運輸服務、設備監(jiān)測、作業(yè)監(jiān)控、搶險救援以及治安防范等方面發(fā)揮著重要作用。鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是依據(jù)鐵路技術標準構建的，然而，普速視頻、專業(yè)視頻、車載視頻，這些視頻監(jiān)控系統(tǒng)則是根據(jù)各自實際情況構建的，構建標準不統(tǒng)一，協(xié)議多樣化。未來鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)一體化建設，新建工程可統(tǒng)籌統(tǒng)建，但既有視頻與因特殊業(yè)務需求而單獨創(chuàng)建的視頻存在協(xié)議不兼容、互聯(lián)困難、匯集困難等問題。另外，針對近年來大量的路外單位，特別是公安部門調用鐵路視頻的需求越來越多，因此也存在路內路外視頻資源的互聯(lián)互通、資源共享的問題。本文主要探索全新的互聯(lián)互通、資源共享方案，以期靈活運用，實現(xiàn)鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)與專業(yè)視頻系統(tǒng)的視頻資源匯集，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)與鐵路業(yè)務系統(tǒng)、地方政府或公安部門視頻系統(tǒng)的視頻資源共享互通。

1? 現(xiàn)狀分析及互通需求

鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是鐵路運輸指揮、生產(chǎn)作業(yè)及治安防范領域的重要設施，對于保障鐵路運營安全、提升服務質量至關重要。鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)按監(jiān)控地點和使用方式的不同，分為綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)和專業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)^[1]。

綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于Q/CR 575-2017 《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范》標準構建的鐵標視頻平臺，網(wǎng)絡安全保護等級分為三級（S3A2G3）。其承載網(wǎng)絡、系統(tǒng)架構、IP地址統(tǒng)一規(guī)范，使用和維護則嚴格遵循行車裝備管理細則。目前鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)已完全覆蓋高速鐵路線路和車站，基本覆蓋普速鐵路的較大規(guī)?？瓦\站^[2]。

專業(yè)視頻監(jiān)控是鐵路專業(yè)部門或單位根據(jù)生產(chǎn)管理或治安保衛(wèi)的需要，采用視頻技術對重點場所、作業(yè)過程或設備運行狀態(tài)等進行視頻圖像監(jiān)控，供本部門或本單位內部使用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。例如，運輸、公安、機務、客運、貨運、車輛等部門基本建設有自己的專業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，專業(yè)視頻系統(tǒng)之間大都處于相互獨立、互不連通的狀況。多數(shù)沒有統(tǒng)一的技術規(guī)范要求，信息系統(tǒng)安全保護意識較為薄弱，維護管理、承載網(wǎng)絡的方式，系統(tǒng)架構、IP地址的運用大部分是由本單位或部門自定。

近年來，隨著鐵路運輸規(guī)模和效率的提升，安全管理的強化，特別是高速鐵路的迅速發(fā)展，對全方位監(jiān)控提出了更高的要求，業(yè)主單位和業(yè)務部門在日常作業(yè)或應急響應時希望統(tǒng)一調用視頻資源，充分利用視頻資源的需求越來越迫切。

地方公安、市政交通部門在日常治安防控、重大事件、重要安?；顒又姓{用鐵路視頻資源的需求也很迫切。打通鐵路和市政管理邊界，實現(xiàn)全方位安保管理，互通互聯(lián)已成為必然趨勢。在上合峰會和海軍節(jié)等多次重大活動期間，上海市公安廳和青島市公安局均提出鐵路、公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)要求。省交通運輸廳多次來函要求將濟青、魯南高鐵沿線車站視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入交通應急監(jiān)測平臺，在省交通廳《關于強化高鐵“人防+技防”管理措施及分工落實方案》中，明確要求推動各地“天網(wǎng)工程”“雪亮工程”及鐵路車站等公共安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)的雙向共享。

2? 視頻互聯(lián)問題分析

2.1? 協(xié)議標準不統(tǒng)一

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)Q/CR 575-2017企業(yè)標準建設，公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)依據(jù)GB/T 28181國家標準設計，專業(yè)視頻系統(tǒng)等其他視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)沒有統(tǒng)一標準，各系統(tǒng)間無法實現(xiàn)互聯(lián)。協(xié)議標準不統(tǒng)一是視頻互聯(lián)互通的首個障礙。

2.2? 承載網(wǎng)絡隔離

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)承載，通過VPN技術實現(xiàn)業(yè)務隔離，IP地址全路統(tǒng)一規(guī)劃分配，與互聯(lián)網(wǎng)完全隔離。鐵路專業(yè)視頻情況較為復雜，有未聯(lián)網(wǎng)的本地視頻系統(tǒng)，有依靠鐵路內部承載網(wǎng)（傳輸或數(shù)據(jù)通信）單獨組網(wǎng)的視頻系統(tǒng)，也有承載在綜合信息網(wǎng)中的視頻系統(tǒng)，還有依靠互聯(lián)網(wǎng)傳送的視頻系統(tǒng)，各專業(yè)視頻在管理上由業(yè)務部門自己建設、自己維護、自己使用，IP地址均是各自規(guī)劃，不能直接與綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行互聯(lián)。路外視頻系統(tǒng)則是由互聯(lián)網(wǎng)或政企私網(wǎng)承載，IP地址均是各自規(guī)劃使用。

2.3? 網(wǎng)絡安全等級保護級別不同

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)為等保3級，而鐵路專業(yè)視頻系統(tǒng)大部分為等保2級或者未定級^[3]。地方公安、交通部門的視頻系統(tǒng)均接入很多場所、商鋪、園區(qū)的社會視頻資源，因業(yè)務目的不同也劃分不同保護級別。社會各行業(yè)的視頻系統(tǒng)承載網(wǎng)絡不同，管控措施不一。因此，在資源互聯(lián)共享時需要遵循網(wǎng)絡邊界安全防護等級就上不就下原則，且保證網(wǎng)絡的隔離性和數(shù)據(jù)的互通安全性。

2.4? 資源管理和使用權限不同

鐵路綜合視頻節(jié)點平臺視頻資源管理和權限管理、用戶和設備編碼等均不相同，一方面要在互聯(lián)時進行編碼轉換，另一方面還需對共享的資源可管可控。

2.5? 視頻設備/視頻平臺多樣化問題

由于不同時期建造的視頻系統(tǒng)，即所采用的視頻攝像機來自不同的廠家，存在型號多、協(xié)議不統(tǒng)一等現(xiàn)實問題，因此要保證對接的規(guī)范性和普適性。

3? 系統(tǒng)功能設計

3.1? 系統(tǒng)總體架構

視頻資源匯聚共享平臺基于Q/CR 575-2017鐵路行業(yè)視頻標準構建，通過視頻資源匯聚技術，能夠確保各自系統(tǒng)的獨立性和互不侵入性。該平臺解決了視頻資源分散、獨立子網(wǎng)復雜以及網(wǎng)絡隔離等問題，統(tǒng)一向外部系統(tǒng)提供視頻資源共享服務。圖1為視頻資源匯聚共享平臺系統(tǒng)圖。

視頻資源匯聚共享平臺是獨立的第三方平臺，具有音視頻實時監(jiān)視、回放、云鏡控制、接入/分轉發(fā)、存儲，資源管理、權限管理、設備管理等視頻節(jié)點平臺功能。與鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)，采用網(wǎng)閘隔離，解決了綜合視頻網(wǎng)絡安全防護問題。通過視頻防火墻，接入專業(yè)視頻系統(tǒng)和政府視頻系統(tǒng)。通過視頻資源匯聚共享平臺的監(jiān)控終端，調用綜合視頻、專業(yè)視頻資源。與公安、交通等地方政府實現(xiàn)視頻系統(tǒng)互通共享。

3.2? 軟件功能架構

視頻資源匯聚共享平臺分為接入層、服務層、功能層、表示層四大部分。功能架構如圖2所示。

接入層：實現(xiàn)了各種視頻信息、事件信息、報警信息等內容的結構化歸納抽象，并接入到平臺進行統(tǒng)一管理、組織和調度。接入設備包括NVR、DVR、國標視頻系統(tǒng)相關設備、鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關設備等。

服務層：用于提供邊界安全防護、視頻協(xié)議轉換、視頻資源匯聚接入、視頻流媒體轉發(fā)等功能，實現(xiàn)資源從不同系統(tǒng)中匯聚，集中管理，并對外提供共享服務。

功能層：是提供資源匯聚共享平臺的業(yè)務功能，包括數(shù)據(jù)管理、配置管理、視頻資源管理、視頻分轉發(fā)和維護管理等主要功能的模塊。數(shù)據(jù)管理：支持本地存儲和云存儲，在具備專業(yè)存儲設備的前提下，通過配置存儲計劃，關聯(lián)重點視頻資源按照一定的規(guī)則進行存儲。配置管理：視頻資源編目管理，用戶權限分配，資源權限回收和系統(tǒng)參數(shù)配置等。視頻資源管理：主要對接入視頻資源進行分類管理、分層管理、目錄管理、終端視頻賬號管理等。視頻分轉發(fā)：限制取流次數(shù)，降低對接入視頻資源的視頻請求壓力，降低網(wǎng)絡帶寬，提高視頻資源匯聚系統(tǒng)的視頻效率。維護管理：服務狀態(tài)監(jiān)控、日志查看、告警處理等功能。

表示層：提供對外共享能力，可以提供與視頻終端、瀏覽器、各業(yè)務系統(tǒng)、各視頻系統(tǒng)的共享調用，支持不同的業(yè)務應用。

3.3? 各接口協(xié)議描述

3.3.1? GB28181互聯(lián)協(xié)議

該協(xié)議主要用于視頻資源匯聚共享平臺與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)或專業(yè)視頻系統(tǒng)進行互聯(lián)，以公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)為例，數(shù)據(jù)內容與流向如圖3所示。

視頻資源匯聚共享平臺向公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供視頻：

（1）向公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)注冊（依照GB/T28181-2016 9.1章注冊和注銷）。

（2）注冊結果響應反饋。

（3）注冊成功后，公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)向視頻資源匯聚共享平臺發(fā)起視頻請求（依照GB/T28181-2016 9.2章）。

（4）視頻資源匯聚共享平臺向公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送PS音視頻流（GB/T28181-2016附錄C、E）。

（5）請求過程還可應用于消息請求，例如目錄資源查詢、設備信息查詢、PTZ控制、設備配置、歷史錄像查詢、歷史錄像回放等，詳情請見GB28181-2016標準^[4]。

3.3.2? A接口協(xié)議

該接口所采用的協(xié)議為Q/CR 575-2017中定義的接口協(xié)議，可用于視頻資源匯聚共享平臺與鐵路綜合監(jiān)控視頻系統(tǒng)、視頻終端的對接等。以視頻資源匯聚共享平臺與鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的對接為例，數(shù)據(jù)內容與流向如圖4所示。

視頻資源匯聚共享平臺通過A接口的方式接入鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)：

（1）其向鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起登錄請求（Q/CR 575-2017 附錄C A接口協(xié)議要求）。

（2）成功后，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)向視頻資源匯聚共享平臺發(fā)送登錄響應結果。

（3）視頻資源匯聚共享平臺向鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起視頻請求，鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)返回鐵標音視頻流（媒體數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議）。

（4）請求過程還可應用于消息請求，例如目錄資源查詢、守望位設置、PTZ控制、歷史錄像查詢、歷史錄像回放等，詳情請見Q/CR 575-2017 附錄C A接口協(xié)議要求^[5]。

3.3.3? C接口協(xié)議

該接口所采用的協(xié)議為Q/CR 575-2017中定義的接口協(xié)議，可用于視頻資源匯聚共享平臺與鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的對接，數(shù)據(jù)內容與流向如圖5所示。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入視頻資源匯聚共享平臺的視頻，可以采用C接口（Q/CR 575-2017附錄D C接口協(xié)議要求）的方式：

（1）視頻資源匯聚共享平臺作為下級向鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起注冊。

（2）注冊成功后，上報目錄資源。

（3）由鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起視頻調用請求。

（4）視頻資源匯聚共享平臺將媒體流發(fā)送到鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的分轉發(fā)服務器^[4]。

4? 系統(tǒng)功能描述

4.1? 資源調用

平臺具備視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本調用功能，包括多畫面瀏覽、實時視頻、錄像視頻、視音頻同步和云臺控制等，具體描述為：

（1）平臺支持用戶在權限內瀏覽實時視頻，包括支持終端1/4/9/16畫面模式的視頻切換瀏覽。實現(xiàn)主流瀏覽器（谷歌、火狐等，無須插件）Web端單畫面和多畫面模式的視頻瀏覽（1/4/9/16畫面模式）。

（2）在視頻資源已配置錄像存儲的條件下，平臺支持對錄像（含前端存儲）進行條件檢索，支持B/S和C/S進行錄像瀏覽和下載。

（3）若前端設備配備收音模塊，平臺可支持播放實時音頻、調節(jié)音量，播放與下載錄像的同時處理音軌內容。

（4）平臺支持對接入的視頻資源進行PTZ控制，支持云臺移動及鏡頭變倍、變焦控制和光圈調節(jié)。

（5）平臺支持多個用戶或多個終端請求同一路視頻流的分發(fā)和轉發(fā)。

4.2? 資源管理

平臺支持對匯聚到平臺的視頻資源進行統(tǒng)一管理，包括數(shù)據(jù)分組、攝像機資源分配、用戶權限分配和攝像機資源控制權限分配等，具體功能描述為：

（1）平臺支持構建數(shù)據(jù)分組和節(jié)點，對目錄樹下的基礎資源數(shù)據(jù)進行增加、刪除、修改、查詢操作，支持排序功能。

（2）平臺支持對接入的所有攝像機進行統(tǒng)一的分配管理，支持對設備信息數(shù)據(jù)進行增加、刪除、修改、查詢操作，支持排序功能。

（3）平臺支持針對各類視頻資源為用戶分配不同的操作權限，包括是否可下載錄像，是否可控制云臺，通過為用戶分配權限來控制用戶權限的使用。

（4）平臺支持針對PTZ控制的攝像機分配操作優(yōu)先級，保證同一時間最多一個用戶進行PTZ控制。

4.3? 系統(tǒng)管控

平臺對匯聚于此的視頻資源具有完整的管控能力，以保證視頻資源的來源、視頻資源的訪問調用可查可控，包括OSD信息設置、操作審計、權限回收、權限時限等，具體功能描述為：

（1）平臺支持實時查看視頻，動態(tài)疊加時間、用戶名等信息，內容支持中英文兩個版本;對錄像進行查看和下載時，支持輸出的視頻中疊加用戶名等內容，同時可根據(jù)設置疊加OSD信息內容和位置。

（2）平臺支持對各個用戶針對資源的操作進行保存和審計，包括所使用的視頻資源、用戶登錄的終端、所做的具體操作等信息，并支持對信息內容進行檢索和導出。

（3）平臺支持用戶對資源數(shù)據(jù)進行增加、刪除、修改和查詢操作，管理員可將在線用戶強制下線。

（4）平臺支持對用戶的操作權限設置時限，即用戶在一定時間內的某些操作有效。

4.4? 網(wǎng)絡防護與互聯(lián)

平臺具備在不同視頻系統(tǒng)接入時，針對網(wǎng)絡邊界安全的防護和隔離，可以提供路由配置、安全認證、網(wǎng)絡隔離防護等功能，以保證系統(tǒng)互聯(lián)時的網(wǎng)絡安全和網(wǎng)絡獨立性，具體功能描述為：

（1）平臺支持配置鏈路，可接入不同局域網(wǎng)、不同協(xié)議的視頻系統(tǒng)。

（2）平臺提供身份認證、sip信令認證、數(shù)據(jù)完整性保護、訪問控制等安全防護功能，以保證信息傳輸、交換的安全性。

（3）平臺可進行網(wǎng)絡隔離，在物理層面連通的前提下即可通過網(wǎng)關搭建通信鏈路，實現(xiàn)兩側數(shù)據(jù)的連通。

5? 部署方案

5.1? 集中式部署方案

集中式部署方案適用于各個視頻系統(tǒng)所在網(wǎng)絡域和視頻匯聚共享平臺所在網(wǎng)絡域的網(wǎng)絡物理位置比較集中，方便網(wǎng)絡連通的情況?？蓪⒁曨l防火墻設備集中部署，分別與各專業(yè)視頻系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡接入、視頻資源匯聚，供各個業(yè)務部門通過視頻匯聚共享平臺共享調用。視頻防火墻與視頻匯聚共享平臺設備可進行統(tǒng)一管理。網(wǎng)絡部署示意圖如圖6所示。

5.2? 分散式部署方案

分散式部署方案，適用于各專業(yè)系統(tǒng)物理部署位置比較分散情況下的部署。很多專業(yè)系統(tǒng)分散在各個車站、站段等業(yè)務部門，網(wǎng)絡之間無法直接連通，無法集中在一個網(wǎng)絡位置進行統(tǒng)一互聯(lián)。如若進行多點物理連通可能會對原有的數(shù)據(jù)組網(wǎng)結構造成較大影響，改造難度極大。因此可選擇將視頻防火墻設備部署于各個專業(yè)系統(tǒng)所在的網(wǎng)絡邊界處，通過對平臺、對視頻防火墻的聯(lián)調管理，實現(xiàn)視頻資源的匯聚，這樣可最大限度地減少投入成本和降低改造難度。網(wǎng)絡部署示意圖如圖7所示。

6? 結? 論

鐵路視頻資源匯聚共享平臺的構建為鐵路視頻一體化建設和運用，提供了成熟、可靠、經(jīng)濟的技術方案，滿足鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為鐵路運營當中重要的基礎設施，充分整合了既有的、孤立的視頻資源，最大限度地保證既有鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的獨立性，并且為各業(yè)務部門或路外部門的視頻共享提供了解決方案。

參考文獻：

[1] 熊杰.鐵路視頻模式識別技術應用研究 [J].中國鐵路，2018（9）：91-96.

[2] 于東旭.鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及需求分析 [J].信息通信，2014（4）：136-137.

[3] 諸葉剛.鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全防護體系構建思路探討 [J].鐵路通信信號工程技術，2020，17（6）：71-76.

[4] 中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術要求：GB/T 28181-2016 [S].北京：中國標準出版社，2016.

[5] 中國鐵路總公司.鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范：Q/CR 575—2017 [S].北京：中國鐵道出版社，2017.

作者簡介：張景峰（1978—），男，漢族，河南鄭州人，工程師，本科，研究方向：通信信息。

收稿日期：2021-03-15