京津城际高速铁路综合视频监控系统建设初探

丁学军，王辉麟，杨兴磊

（1.京津城际铁路有限责任公司，北京 100022；2.中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，北京100081）

随着列车运营速度的提高，区间跨度的增大，危险因素也相应增多，保证行车和人民生命财产安全显得尤为重要。目前由于铁路运输行业的特殊性，许多安全隐患依然存在，比如：（1）犯罪分子盗窃、破坏铁路设施；（2）工作人员工作失误或违章操作；（3）非法人员入侵和异物侵线等。所有上述安全隐患都存在共同的特点，可能是出事后原因找不到，或者是找到原因而没有证据。另外，当发生事故或危险情况时很难被及时发现，往往不能在第1时间进行处理，甚至在隐患未排除的情况下照常运行，从而发生危险。由于传统的铁路系统安全保障还基本依靠工作人员沿线巡查的方式，其工作效率低；实时性差；巡查监控的范围非常有限；缺少追溯取证的手段不利于远程指挥；同时消耗了大量人力和物力资源。因此，在信息化程度逐步加深的今天，需要建立一套高效、直观和快捷的安全防灾监控系统，保证高速铁路客运专线运营的安全性，确保国家和人民生命财产安全。

1 系统结构

系统结构如图1。

图1 京津城际客运专线综合视频监控系统结构

2 京津城际综合视频监控沿线布点设计方案

京津城际高速客运专线作为全国第1条时速350 km规格的高速铁路，客流量大，列车运行速度快，对铁路环境要求高，因此不仅需要对车站及铁路沿线的情况进行实时、准确和直观的视频监控，更需要对视频监控的图像进行分析，从而做出智能化预警监控。为此，设计了综合视频监控系统。目前京津全线综合视频监控系统的布点位置包括：

（1）沿线高架桥地段28处维修梯处最后一层楼梯和进入正线入口处的全天候视频监视，采用的方案是在护栏上加装低照度彩色摄像机和红外灯进行全天候监视；并通过视频分析软件对各类人员进入线路的情况产生告警；

（2）利用接触网杆加装低照度彩色摄像机和红外灯对路基地段进行全天候监视；

（3）在沿线GSM-R铁塔上设置彩色长距摄像机对全线进行白天线路巡视；

（4）在桥墩或新设水泥杆上架设彩色定焦摄像机对GSM-R基站、信号集装箱和箱变机房房门进行白天监视。

系统监控范围还包括：全线通信、信号、GSMR基站、电力节点（通信部分）机房内以及全线4个车站的客服视频监控系统。全线综合视频监控系统采用统一视频监控平台软件。在各个车站调度指挥大厅设置监控大屏和监控终端用户，并在北京南火车站和天津火车站派出所，亦庄、永乐和武清站警务区增加5个终端用户。视频信号根据距离远近采用射频同轴电缆和光缆传输，区间前端设备采用低压远供方式供电。

3 京津城际全线综合视频监控系统技术方案

3.1 MPEG4视频编码解码技术

本项目中使用MPEG4标准的编解码设备完成视频图像的采集。MPEG-4是为在国际互联网上或移动通信设备上实时传输音/视频讯号而制定的，采用Object Based方式解压缩，压缩倍数为450倍（静态图像可达800倍），分辨率输入可从320 ×240到1 280 ×1 024。MPEG4使用图层（layer）方式，能够智能化选择影像的不同之处，可根据图像内容，将其中的对象（人物、物体、背景）分离出来分别进行压缩，使图文件容量大幅缩减，而加速音/视频的传输，这不仅提高压缩比，也使图像探测的功能和准确性更充分地体现出来。

在网络传输中可以设定MPEG4的码流速率，清晰度也可在一定的范围内作相应的变化，便于用户根据自己对录像时间、传输路数和清晰度的不同要求进行不同的设置，提高系统使用时的适应性和灵活性。也可采用动态帧测技术，动态时快录，静态时慢录，从而减少平均数据量，节省存储空间。而且当传输有误码或丢包现象时，MPEG4受到的影响很小，并且能迅速恢复。

3.2 基于IP组播的视频网络传输和流媒体转发技术

由于京津全线有上千路摄像头，视频监控系统采用流媒体转发的目的是为解决带宽瓶颈或者其他传输限制，同时对视频监控起可靠隔离作用，避免其他系统影响视频监控网络通道。通过在监控中心架设转发服务器，充分利用监控中心交换机的背板带宽和包转发能力，网络上的监控客户端从转发服务器获取流媒体数据并实时解码显示。本系统流媒体转发服务软件采用多任务、多线程模式设计，能够稳定平滑地转发多路流媒体信息。流媒体转发软件实现了流媒体数据接收、复制分发及客户端控制命令的统一调度转发。软件基于多线程、多任务工作模式，有效地解决了流媒体传输系统中出现热点连接时局部带宽不足问题。

3.3 视频智能分析技术

视频智能分析技术的定义为：利用现代计算机视觉的方法，在不需要人为干预的情况下，通过对摄像机拍摄的视频序列进行实时自动分析，实现对视频场景中所关注目标的定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，以侦测和应对某种事件模式。

目前在京津铁路上应用比较多的是以下2种分析功能：

（1）入侵检测：在复杂的天气和光线环境中精确侦测和识别单个或多个目标的运动情况、运动方向、运动特征等。通过设置一定的安全规则定义报警的条件，一旦有运动目标侵入设定的保护区域，系统立即产生告警并在视频画面中标识目标。

（2）非法滞留：当目标进入设定的保护区域时，系统并不报警，仅仅跟踪，只有目标在保护区域徘徊停留的时间过长（或超过了预定义的时间长度）才会触发系统产生报警。

4 视频监控摄像头布点方案

为了解决路基的全天候监视，在既有接触网杆靠近线路外侧距接触网杆底部4.5 m高处，架设低照度彩转黑变焦摄像机和无红爆红外灯，监视范围：白天10 m～150m；夜间10 m～100 m。可实时监视线路及线路两侧路基的情况。

5 相对于其他视频监控平台使用的一些新的技术

（1）视频监视传输带宽现场与车站固定：在传输MSTP技术上将现场与车站的带宽稳定下来，多用户调用及分发转到车站来处理，便于传输网络的规划；

（2）管理核心服务器软件及存储服务器软件冗余设置：对于核心的服务器软件及存储软件，均采用热备及N+1备份的方式，确保个别服务器或软件出现故障时，不影响系统的正常运行；

（3）在监控界面中实现远程控制输出继电器信号，保证各类机房在观看时可以触发灯亮；

（4）在监控界面中实现语音监听和语音输出；

（5）与通信SCADA实现前端联动，效率高，也与其它系统的接口实现联动。

6 结束语

京津城际综合视频监控系统较好地满足现场监控的实际需求，较为全面地在京津城际全线范围内进行监控，其优点如下：

（1）是运输指挥的辅助工具，具有全面性和实时性；（2）安全防范的有效手段，在固物取证和作业防护等方面发挥作用；（3）减少人力物力，发挥更大的经济效益。

[1] 王辉麟. 智能网络视频监控系统在铁路工程建设管理中的应用[J] . 铁路计算机应用，2007，16（9）.

[2] 王辉麟. 火车站视频监控与防盗报警系统的设计与实现[J] .铁路计算机应用，2008，17（10）.

[3] 敖登高娃. 基于MPEG_4的数字监视系统解码器的设计[J] .电脑知识与技术，2005（10）.