铁路综合视频监控系统应用

蒋肖锋 上海铁路局电务处

随着铁路行业的迅猛发展，对运输安全的要求也越来越高；客专线、高铁的逐步开通、运营，也给各专业维护单位及公安部门带来了很大的安全压力。沿线基站、桥梁、隧道、车站等铁路线路和咽喉区突发事件将会造成危险隐患，影响铁路系统的安全生产。因此，综合视频监控的运用在铁路系统就显得尤为重要。

视频监控是铁路系统信息化的重要组成部分，为行车调度、指挥、防灾等提供直观先进的辅助决策手段。新一代铁路系统的日常维护和管理已从人工看守式的维护管理模式，向网络集中监控的管理模式转变。

铁路综合视频监控系统是采用网络化、数字化视频监控技术和IP传输方式构建的视频监控系统，提供铁路各业务部门和信息系统所需的视频信息，实现网络和视频信息资源共享。

1 视频监控的发展历程

视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。在电子技术与通信技术的发展过程中，视频监控系统的技术水平直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状况，而计算机及网络技术的发展将视频监控技术提到了一个新的高度。视频监控技术发展至今已经历了模拟监控技术、数字监控技术和远程网络视频监控技术三个不同的阶段。

1.1 模拟视频监控技术

模拟监控技术发展较早，在20世纪90年代以前，视频监控技术主要以模拟设备为主。模拟视频监控系统一般由监控前端、传输设备、控制设备以及显示设备几个部分组成。视频信息通过模拟方式传输，采用视频电缆(少数采用光纤)，传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，如大楼监控等。监控图像一般只能在控制中心查看。

1.2 数字视频监控技术

20世纪90年代视频监控进入数字化阶段，随着计算机和多媒体处理技术的发展，数字视频压缩编码技术被应用到视频监控系统中，基于PC的多媒体监控系统由此产生。在这类监控系统中，视频采集和视频传输仍以模拟方式为主，模拟摄像机的图像信号到达多媒体监控终端后进行数字处理与存储，随后通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心，但其本质上还是属于模拟监控，很难与其它系统互连互通。

1.3 远程网络视频监控技术

近年来，随着网络技术的发展，Internet已经无处不在。远程网络视频监控技术将传统的模拟视频、语音信号转换为数字信号，通过计算机网络进行传输，实现了视音频信号的数字化、网络化、应用的多媒体化以及管理的智能化。网络监控技术集成了数字处理、网络、计算机、视音频编解码以及图像处理和识别等多种先进技术。

采用TCP/IP网络的数字视频监控是近年比较流行的监控方案，符合网络化、IP化的时代潮流，技术含量高，其最大的特点是传输距离不受限制，且能很方便的与其它系统互连互通。

2 视频监控关键技术

2.1 IP组播传输技术

在传统的网络传输中，大都采用点对点的传输方式，这种方式比较可靠。但对于一点向多点传输相同的数据的情况下，这种方式就不能充分利用带宽，使传输的路数有限。随着IP技术的日渐发展成熟，通过IP网络直接传输视频图像，轻松地实现监控的远程传输，进一步实现双向应用。IP组播就是为了解决这个棘手问题而开发出来的。IP组播采用了组地址的概念，把需要视频流数据的用户编入用户组，并利用一些高级的网络协议来确保最经济地利用带宽，把数据通过用户组传递给真正需要的用户。它的基本方法是：当某一个人向一组人发送数据时，它不必将数据向每一个人都发送数据，只需将数据发送到一个特定的预约的组地址，所有加入该组的人均可以收到这份数据。IP组播还能减轻服务器的负担，提高视频服务器应用程序的效率，从而革命性地改变网络的性能，节省大量的网络带宽。

简单来说，IP组播是一种保存带宽的技术，采用网络层的点对多点传输方式，实现IP包的复制和分发，使单独的信息流同时传送到许多接收者那里，从而减少了网络的流量。

2.2 MPEG-4编码技术

MPEG-4是新一代基于内容的多媒体数据压缩编码国际标准，它与传统视频编码标准的最大不同在于第一次提出了基于对象的视频编码新概念。基于内容的交互性是MPEG-4标准的核心思想，这对于视频编码技术的发展方向及广泛应用都具有特别重要的意义。

MPEG-4不仅可提供高压缩率，同时也可实现更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性，它采用开放的编码系统，可随时加入新的编码算法模块，同时也可根据不同应用需求现场配置解码器，以支持多种多媒体应用。

MPEG-4提供了基于内容（对象）的随机存取方式，在有限的时间内能以较高的分辨率，按帧或任意形状对象，对一个音视频序列进行随机存取。例如，可以一个序列中的某个音视频对象为目标进行快进搜索。

MPEG-4的编码系统是开放的，为各种多媒体应用提供一个灵活的框架和一套开放的编码工具，不同的应用可选取不同的算法。解码器是可编程的，各种解码工具可与信息内容本身一起下载。

2.3 集群存储技术

所谓集群存储是一种开放式的存储架构，采用分布式的操作系统，将多台物理存储设备中的存储空间聚合成一个能够给应用服务器提供统一访问接口和管理界面的存储池（也叫统一命名空间），应用可以通过该访问接口易于管理存储池后端物理存储设备上所有的磁盘，充分发挥存储设备的性能和磁盘利用率。数据将会按照一定的负载均衡策略，从多台存储设备上存储和读取，以获得更高的存储性能。

3 铁路综合视频监控系统架构

铁路综合视频监控系统由视频节点设备、视频采集点前端设备、视频网络和用户终端构成，系统应用结构如图1所示。

图1 视频监控应用结构

视频采集点的信息通过光缆、电缆等方式接入到就近的Ⅱ类接入节点，Ⅱ类接入节点是视频接入的最基层单元，现场完成视频信息的融合。现场监控点摄像机（视频采集点）就近接入各视频接入节点，并接受监控中心指令。在铁路局/客专公司、车务段/站、工区、综合维修管理中心、牵引变电所、信号中继站、区间无线基站等地的机房内设视频接入节点。

因铁路沿线或站场视频采集点和接入点相对比较分散，Ⅱ类接入节点一般通过SDH、MSTP等传输方式接入到所属的Ⅰ类汇聚节点。Ⅰ类汇聚节点是中型的业务单元，承担了II类视频接入点的融合及本节点内信息的融合，能独立系统运行，具备信息存储管理能力及数据分析、提取和综合检索功能。监控分中心实现对管辖区内视频采集终端的分专业、分区域远程监控及实时图像调用。在调度所相关部门（如电力及牵引供电、综合维修、动车运用、列车运行控制、旅客服务、防灾安全监控）以及安全监察室设置监控分中心，同时在沿线（综合维修部门、各公安部门）设置监控分中心。

视频监控平台承载于铁路数据网，将视频信息整合到视频区域节点，视频区域节点是区域型的业务单元，承担了视频与其他专业系统的平台级融合。路局/客专监控中心是整个综合视频监控系统的调度和管理中枢，统一管理和调度全线视频监控设备及网络。

具体结构如图2所示。

图2 视频监控网络结构

4 铁路综合视频监控用户需求分析

按照铁路各维护部门的专业分工和维护要求，综合视频监控系统根据需求可大致分为以下几种情况（见表1）。

表1 综合视频监控系统的几种情况

5 结束语

目前视频监控系统已广泛应用于铁路各运输专业，已建成的有高铁客服、线路、机房视频监控系统，车务视频监控系统，春运视频监控系统，货监视频监控系统，随着铁路运输的不断发展，综合视频监控系统必将发挥更大的作用。