铁路综合视频监控系统网络化组网技术探讨

韩燕兵

(中铁建电气化局集团第三工程有限公司，河北高碑店 074000)

0 引言

根据我国铁路中长期的发展规划，到2020年全国铁路营业里程将达到12万km以上。同时，铁路科技发展“十一五”规划和国家中长期铁路网发展规划纲要已将高速列车、高速行车控制技术、高速铁路安全监控系统列为重点研发内容。随着我国200 km/h及以上铁路客运专线建设的全面铺开，安全防范问题成为铁路客运专线建成后运营安全的重中之重。视频监控作为铁路防火、防盗、防灾、事故救援、客运调度指挥的重要辅助手段，为铁路的安全运营提供了技术保障。在不断完善的路网环境下，综合视频监控实现网络化、远程化已成为必然趋势。

1 实现视频网络化应用的关键技术

1．1 视频信号的数字化处理

视频信号是通过对在CCD感光靶面上的光学图像进行扫描和光—电转换而成，视频就是由一幅幅具有相关性的静止图像构成。视频信号根据ITU-R601标准经过扫描、采样、量化和编码变成数字视频流，一路视频流按照传输速率来计算将有124．4 Mb/s的带宽，这个数据量大得惊人，不可能大规模用在网络上传输，所以必须对其进行视频压缩处理，去除信号中的冗余信息(甚至丢掉一些不太重要的有用信息)。

H．26x系列其编码及压缩仅对图像而言，声音编码及压缩则另有标准，这种编码标准在电信行业使用较多，如多媒体通信、电视会议等。MPEG-x其内容包括MPEG系统、视频及音频，MPEG-2数字图像压缩技术所传送的图像质量能达到电影级，图像分辨率可达720×576像素(PAL);H．26x系列只处理图像，不处理音频，传图像设备简单、设备价格低，图像质量较MPEG系列图像质量差。

MPEG-x系列的对比见表1。

表1 MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4 的比较表

从表1可以看出，铁路综合监控系统图像上传可采用MPEG-2编码方案，图像存储可以采用MPEG-4。

1．2 视频远距离传输

目前铁路通信数据网已建成了高带宽、高可靠性的光传输网络，骨干带宽可达1 000 m以上，接入带宽不低于100 m，完全可以满足视频图像传输的带宽需求;随着铁路通信数据网的不断完善，为视频图像的网络化应用提供了一个可靠、高效的承载平台，使铁路综合视频监控的网络化应用成为可能。

1．3 图像存储技术

随着视频网络化的应用需求，综合视频监控系统应采用网络化存储NVR技术。NVR-网络视频存储主要包含SAN(IP SAN，FC SAN)，NAS和DAS存储技术。

1)SAN存储通过专用交换机连接到一群计算机上。在网络中提供多主机连接，允许任何服务器连接到任何存储阵列，让多主机访问存储器和主机间互相访问一样方便，这样可直接方便的存取所需的数据。传统的SAN称为FC SAN，而基于标准IP技术的称为IP SAN，两者的主要区别在于连接主机和存储阵列之间的传输通道是使用FC技术还是使用IP技术。

队主官是学员在校期间与朝夕相处的人，对学员的军事训练成绩负直接责任，学员骨干是军事基础训练的执行者。两者的训练安全意识、施训方法直接决定了学员的训练成绩、训练安全意识。首先，应定期组织学员队主官、骨干进行科学施训方法的学习，使他们掌握科学的施训方法避免因盲目训练而造成的训练伤。其次，学员队主官应关心爱护学员，与学员交心谈心及时了解学员的身体、心理状况，避免因身体、心理状况不佳而导致的训练伤。最后，要求每次组织军事训练，尤其是具有一定危险的军事项目训练时必须有一名主官坐阵现场。

2)NAS网络存储采用独立于PC服务器，单独为网络数据存储而开发的一种文件服务器，其最关键的就是使用专用于数据存储设备管理和数据存储的文件服务器，可直接通过IP以太网作为网络的一个节点而存在，服务器和工作站用户都可以直接通过网络访问NAS服务器。

3)DAS直接连接存储是指将外置存储设备通过连接电缆，直接连接到一台计算机上。采用直接外挂存储方案的服务器结构如同PC机架构，外部数据存储设备直接挂接在内部总线上的方式，数据存储是整个服务器结构的一部分。

4)NVR的优点。NVR网络存储是指存储设备直接与数字视频传输网相连接，提供对编码器产生的数字视频流的直接存储的技术。NVR主要优点如下:存储容量大，配置灵活，安全可靠;支持RAID(廉价磁盘阵列)，确保存储图像的安全性，提高了存储系统长时间连续工作能力;支持磁盘热插拔，可在线维护、更换故障磁盘;存储的图像质量高。由于其直接存储编码器产生的数字视频流，即可得到与日常观看的监控图像质量相同的存储图像质量;网络功能强大。可放置在网络上的任意位置，网络吞吐能力强大。可向全网提供存储、检索、查询及回放服务。

通过以上分析，铁路综合视频监控系统的图像存储应采用分布模式，集中管理，支持网络的多点查询、回放。考虑到建设成本，积极采用可支持IP SAN技术的DAS服务器的方式，在每个车站放置一台DAS存储服务器(直接连接车站本地网络)，通常满配备可支持到16 T的存储容量(做完RAID5，并格式化后，实际可供存储的空间约为13．5 T)，日后扩充可再添加一台DAS服务器，或可直接在网络上加支持IP SAN的小型磁盘阵列，即可方便的实现存储系统的扩容，无需中断现有业务。

2 系统需求分析及功能

目前综合视频监控系统主要为客运服务系统提供所需的车站客运服务即站台、候车厅、进出站大厅等视频监控，为防灾安全监控系统提供区间重点部位如公跨铁路桥的视频监控，为牵引供电系统各所亭提供重点部位视频监控，为动车管理信息系统提供动车检修作业流程视频监控等。

系统支持自动监视和人工监视模式。在自动监视模式下，能够自动对监视区域进行图像分析和行为分析，实现对异物“入侵”的自动跟踪监测。

系统具有告警功能。系统能够对异常情况给出报警;告警与视频联动，告警时自动切换视频、保存视频、抓拍。查询该告警时，系统自动查找告警时间及相应时段保存的对应视频文件。

系统可设置为自动轮巡、人工点播及自动巡检模式。

系统能实现远程实时监控、远程控制管理、智能图像处理，可对图像进行放大、缩小、历史图像回放及局部放大操作，可以为每路图像配置文字注释和编号设置，可以叠加时间信息。

系统具有24 h自动回放和7 d内连续信息存储功能，以备需要时查询。

3 系统构成

3．1 网络结构

铁路综合视频监控网的建设应积极制定近、远期的发展规划，并制定相应的技术规定。由于铁路建设时期、线路等级的不同，很难一步建成完善的网络，所以应该采用分步实施，逐步完善的方针。对于新建铁路，可一次性建成本线的综合视频监控系统，既有线可根据情况逐步实施建设。

全路的视频监控网络应为两个层面，即线路层、铁路局层。线路层主要对本线图像进行监控、管理，对其他线路的图像不具备调用的能力;铁路局层是一个区域监控中心，能够对局管内所有线路实现视频图像的监控、管理和任意调用，在重大灾害情况下，发挥全局监控的功能。

3．2 系统组成

1)线路层。

综合视频监控的线路层面由三部分组成，即监控中心、监控分中心和监控局站。

在调度中心设监控中心，负责全线视频监控设备及网络的统一管理和调度。调度中心相关部门(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)以及安全监察室可按需要设置监控分中心。在客运公司、车站、综合维修工区、牵引变电所、电力配电所、信号中继站、区间无线基站等地的通信机房内设监控局站。各监控局站负责各现场监控点摄像机的就近接入，并接受处理中央视频管理中心的指令。

调度所配置系统中央管理服务器及监控终端，接收来自本线各车站视频分析单元的视频图像、处理结果和报警信息，并根据报警类型、报警级别和报警点位置做出处理决策。

车站通信信号机房、动车运用所、维修段/综合维修工区、沿线信号机房、TPS电力牵引机房、GSM-R基站机房内安装1台彩色变焦摄像机、1台视频编码器对摄像机送出的模拟视频信号进行压缩编码，并向分控中心发送高清晰视频流。

桥梁、隧道等重点区域的一端架设一个远端站，另一端的设备接入附近的基站。桥梁、隧道两端分别安装1台彩色变焦摄像机和1台红外热成像摄像机及配套的数字视频编码(带行为分析)、云台解码、架设远端站的地方需敷设光缆，并配置光端机等配套设备。

车站的重点区域安装摄像机、带视频分析的编码器。分析内容包括:车站人员流量等级划分与报警、排队、非法滞留等分析模块。

车站为系统的分控中心。各车站按照就近接入的原则接收现场监控前端视频服务器或编码器处理后的摄像机视频信号，进行长时间的存储和后期分析处理，以生成相应的报警信息，通过铁路数据网向调度所进行发送。车站监控系统设置分控管理服务器和存储系统。

2)铁路局层。

作为路局层面的区域监控中心与各线路调度所同址建设，它的功能定位应该是监控局管内所有线路的综合视频监控终端，并且控制权限应高于各线路层监控中心，该监控中心应设计为可任意选择各线全部视频信号中的至少8路进行监控。

该系统主要由编解码设备、视频服务器、显示大屏幕组成，路局层面监控中心将各线上传至中心的模拟图像信号进行在编码，将各线模拟图像编码成统一格式数字视频流，通过视频服务器，显示工作站完成对图像的显示，切换，调用。

3)图像调用方式的分析。

要实现路局层监控系统的功能，应解决图像调用问题，因为各线的供货厂商不同，致使采用的编解码设备不尽相同，在铁路局层控制中心很难进行数据流的直接共享利用，为此，各线路中心需向路局层控制中心提供8路模拟视频图像，本中心将各线上传的模拟视频图像进行在编码，将各线模拟图像编码成路局层控制中心统一格式数字视频流，通过视频服务器，显示工作站完成对图像的显示，切换，调用。同时二次开发的控制功能也通过视频服务器实现。

［1] 杨 磊．电视监控实用技术［Z］．

［2] 郑西客运专线综合视频监控系统技术文件［Z］．

［3] 北京市轨道交通指挥中心(TCC)系统技术管理规定(暂行)［Z］．