一体化综合视频监控技术在南崇高速铁路的应用

谢庆楚

（广西铁路投资集团有限公司，南宁 530025）

新建南宁至崇左高速铁路（简称南崇高速铁路）东起南宁枢纽既有南宁站，经吴圩机场、扶绥南、渠旧南（预留），至崇左南站，远期延伸至凭祥市。南崇高速铁路是广西壮族自治区全额投资建设的第一条高速铁路，正线全长119.3 km，设计速度250 km/h，全线于2018 年10 月全面开工，计划于2022 年建成通车。为提高南崇高速铁路综合视频监控监控系统的集成度，便于集中管理维护，为集中智能分析提供基础条件，根据中国国家铁路集团有限公司（以下简称“国铁集团”）的部署和要求，以“先进、可靠、成熟、开放、经济”为总体建设原则，对南崇高速铁路综合视频监控系统原有的设计方案进行变更，实施一体化综合视频监控方案。目前该系统已通过静态验收和联调联试，运行状态正常。

1 综合视频监控系统原设计方案

与其他近期已开通的高速铁路类似，南崇高速铁路综合视频监控系统原设计方案是根据《铁路综合视频监控系统技术规范》（Q/CR 575-2017）的要求，采用传统的设计方案，系统由视频区域节点、视频接入节点、视频汇集点和视频采集点等设备构成，如图1 所示。

图1 南崇高速铁路综合视频监控系统原设计方案示意Fig.1 Schematic diagram of original design scheme for integrated video monitoring system of Nanning-Chongzuo high-speed railway

1.1 视频区域节点

视频区域节点主要实现视频的分发/转发、系统管理、用户管理和与其他系统的互联等，并可对节点内的告警信息和重要视频信息进行存储。南崇高速铁路综合视频监控系统接入南宁局既有视频中心平台，并对既有视频区域节点的存储设备及智能视频分析系统进行扩容，其余设备及电源均利旧。视频区域节点通过铁路数据通信网等传输方式接入到国铁集团视频核心节点。

1.2 视频接入节点

南崇高速铁路在崇左南站设置综合视频监控Ⅰ类节点设备，实现本线视频信息的接入、存储、分发及转发、调用、控制、配置管理、告警处理以及与其他业务系统互联和联动等功能。Ⅰ类视频接入节点实现本线路的视频图像诊断功能，设置云存储服务器（含存储）、视频分/转发服务器、视频管理服务器、视频管理终端及网络安全相关设备等。在吴圩机场、扶绥南站设置综合视频监控Ⅱ类接入节点，实现车站管辖范围内视频信息的接入、存储、分发及转发、调用、控制、告警处理以及与其他业务系统互联和联动等功能。

1.3 视频汇集点

视频汇集点设置于沿线各站房、信号中继站、维修工区、通信基站、牵引变电所、分区所和电力变配电所等处所。视频汇集点设置三层交换机，实现对相对分散的采集点的视频接入、汇聚上传。每不超过6 个汇集点组成一个光纤环，接入所属Ⅰ、Ⅱ类视频接入节点交换机。

1.4 视频采集点

本工程在车站、站房、维修车间/工区、区间基站、信号中继站、电力电气化等节点通信、信号机房，以及通信及信号区间机房院落、牵引供电及电力供电机房院落、隧道口、隧道紧急出口/避难所/救援站、车站咽喉区、接触网电分相（电气化6C）等处设置高清视频采集点，利用GSM-R 基站和部分直放站铁塔设置线路监控高清视频采集点，实现对线路路基、路基与桥梁结合部及长度6 km以上桥梁等区段的视频监控。涉及旅客车站内的综合视频监控系统前端监控设备均接入综合视频监控系统，旅服信息系统设置于售票室视频、安检区域视频纳入综合视频监控系统。

1.5 原承载网设计方案

根据本线数据业务的分布特点及带宽需求，数据通信网由核心层、汇聚层、接入层组成。核心层负责南宁局区域节点与南宁站、崇左南站之间的视频图像及数据传输，汇聚层负责崇左南站视频节点与各车站视频汇集点之间的视频图像及数据传输，接入层负责各车站视频汇集点与现场视频采集点之间的视频图像及数据传输。

1.5.1 核心层

本工程不新设核心节点设备，利用南宁调度所及南宁东通信站的核心路由器，实现区域网络与骨干网络间数据的快速转发。

1.5.2 汇聚层

南宁东通信站、崇左南站设汇聚节点，南宁东通信站既有汇聚路由器利旧并根据需要扩容，崇左南新设2 台汇聚路由器。2 台汇聚路由器之间通过10GE（O）接口进行直联，汇聚路由器通过骨干层传输系统提供的10GE（O）接口上联至核心路由器并扩容既有核心路由器接口板，本工程负责与上级核心路由器互联。

1.5.3 接入层

接入节点设置在沿线各个车站（吴圩机场站、扶绥南站、崇左南站），分别设置2 台接入路由器，接入路由器之间利用沿线路一侧干线光缆中的2 芯光纤通过GE（O）接口直连。本工程在南宁站、南宁调度所远动机房各增设1 台接入路由器，负责本地数据的接入、交换，同址设置的两台接入路由器间通过GE（O）接口互联，如图2 所示。

图2 原承载网设计方案示意Fig.2 Schematic diagram of original bearer network design scheme

2 一体化综合视频监控的设计方案

与原设计方案类似，南崇高速铁路的一体化综合视频监控系统也是由视频区域节点、视频接入节点、视频汇集点和视频采集点组成，但是需对视频区域节点和视频接入节点设备进行改造，使其满足系统运用的要求。视频汇集点和视频采集点与原设计方案一致，不做任何修改，如图3 所示。

图3 南崇高速铁路一体化综合视频监控设计方案示意Fig.3 Schematic diagram of integrated video monitoring design scheme for Nanning-Chongzuo high-speed railway

2.1 视频区域节点的设计方案

一体化综合视频监控系统接入南宁局集团既有视频区域节点。对南宁局既有视频区域节点进行升级改造，包括区域节点视频终端升级和服务器等相关软硬件升级，由其他工程统筹考虑。以满足H.265 编码视频的调用，在满足本工程一体化综合视频监控系统接入的同时，需支持其他既有线既有综合视频监控系统接入。并考虑本线视频前端设备满足国铁集团核心节点通过南宁局区域节点调用视频图像的能力。

2.2 视频接入节点的设计方案

接入节点采用云架构设计，通过网络将可伸缩、弹性、共享的物理和虚拟资源池，以按需自服务的方式进行供应和管理。视频接入节点的计算资源设备采用云存储，云存储是具有分布式架构，存储虚拟化，提供统一命名空间、故障检测、自动恢复、纠删码冗余功能的存储系统。本次一体化综合视频监控采用单接入节点设置于崇左南站，将吴圩机场和扶绥南站接入节点调整为车站视频汇集点。结合现有设备的能力，管理服务器不支持作为云平台管理设备使用，分/转发服务器设备不支持作为云计算设备使用，接入节点根据需要设置不同数量的云平台管理设备、云计算设备（含分/转发功能）和云存储设备，满足沿线综合视频监控高清摄像机的接入需求。此设计方案利用原施工图设计的云存储设备，新设云平台管理设备、云计算设备。

2.2.1 云平台管理设备

本次变更设计在崇左南站视频接入节点增设云平台管理设备，设备采用主/备冗余设置，实现业务管理、设备管理、云化管理和运用质量管理。

2.2.2 云计算设备

本线视频摄像机采用单码流，摄像机码流通过承载网经汇集点后接入云节点，通过接入云计算设备转发至云存储设备进行存储。此外，云计算设备还需要向各业务部室的视频终端、电视墙以及各类视频数据应用转发视频流。

2.2.3 云存储设备

本次一体化综合视频监控设计方案在视频接入节点崇左南站设置存储资源池，负责存储管辖范围内的告警视频信息及辖区内视频图像信息。

2.3 一体化视频承载网设计方案

根据南崇高速铁路一体化视频的设计方案，对南崇高速铁路全线视频数据流向和带宽进行测算，并对承载网设计方案进行调整。

2.3.1 南崇铁路视频带宽测算

独立设置的视频汇集点至视频接入节点间链路带宽可按公式B＝n×b计算，其中：

B为链路带宽，Mbit/s；

n为视频汇集点内接入视频路数，路；

b为每路视频流的平均流量，Mbit/s，在此按2.5 取值。

各视频汇集点至视频接入节点间链路带宽B1＝980×2.5＝2 450（Mbit/s）；视频终端调用带宽B2按10%视频路数计算，B2＝B1×10%＝245（Mbit/s）；崇左南站节点上传告警等图像至区域节点带宽B3按10%视频路数计算，B3＝B1×10%＝245（Mbit/s）。承载网总带宽B＝B1＋B2＋B3＝2 450＋245＋245＝2 900（Mbit/s），数据流向及带宽如图4 所示。

图4 数据流向及带宽示意Fig.4 Schematic diagram of data flow and bandwidth

2.3.2 承载网设计方案

根据视频数据流向带宽分析，采用一体化视频方案以后，接入节点之间带宽需求最高为吴圩机场至崇左南的0.96 Gbit/s。为满足峰值链路带宽不高于70%的要求，本次变更将各数据通信网接入节点之间互联带宽由GE 升级为10GE，每台接入路由器（共8 台，含南宁站1 台既有接入路由器）更换既有接入路由器GE（O）接口板为10GE（O）接口板。

视频接入节点崇左南站信号楼视频三层交换机与本站数据通信网接入节点维持施工图设计，采用10GE 光口互连，同站视频三层交换机之间采用GE光口互连；视频汇集点车站信号楼视频三层交换机与本站数据通信网接入节点采用GE 光口互连，同站视频三层交换机之间采用GE 光口互连；区间视频三层交换机组网维持施工图设计，采用光纤直连组网，利用干线光缆光纤采用GE 光口串接后，接入车站信号楼三层交换机；车站客服摄像机经信息专业交换机，利用站内光缆采用GE 光口上连至站房通信机械室三层交换机，如图5 所示。

图5 一体化综合视频监控承载网设计方案示意Fig.5 Schematic diagram of integrated video monitoring bearer network design scheme

3 一体化综合视频监控技术的利弊分析

一体化综合视频监控技术在南崇高速铁路的应用，实现了铁路综合视频监控系统在维护管理方面的创新与突破，也有其自身的利弊。

3.1 有利方面

3.1.1 实现设备集中维护管理

一体化综合视频监控方案实施之后，对原设计方案中的吴圩机场站、扶绥南站和崇左南站3 处接入节点设备进行整合，仅保留崇左南站接入节点设备。该方案减少了视频接入节点的数量，采用集约化管理，降低维护工作量，实现了综合视频监控系统资源统一管理和高效应用，便于设备的集中维护管理。

3.1.2 节省视频的存储空间

南崇高速铁路综合视频监控系统纳入施工图设计的摄像机路数共计980 路（含30 路预留），分辨率为1 080P，原设计方案采用H.264 视频编解码协议，存储容量计算除符合存储的保护机制外，还应按有效存储时间和有效视频信息内容进行设计。存储容量包含实时视频存储容量和告警图像存储容量两部分。

存储设备容量应满足：普通视频信息按不小于3 天进行存储，图像分辨率不低于CIF，图像帧率1～25 f/s 可调；重点目标及重点治安防范区域的视频信息按不小于15 天进行存储，告警图像及告警信息按不小于30 天进行存储。I、II 类视频接入节点考虑客服视频信息的接入条件，其中对站房重点监控区域视频图像信息按不小于90 天进行存储。吴圩机场站42 路，扶绥南站40 路，崇左南站46路，经计算，崇左南站需要存储容量480 TB，扶绥南站需要存储容量400 TB，吴圩机场需要存储容量400 TB，共计需要存储容量1 280 TB。

在摄像机路数不变的情况下，一体化综合视频监控设计方案在视频接入节点崇左南站设置存储资源池，负责存储管辖范围内的告警视频信息及辖区内视频图像信息，所有摄像机图像分辨率均为1 080P。通过计算，采用云架构设计和H.265 视频编解码协议，共计需要720 TB 的视频存储空间，可节约存储空间560 TB，节省了相应的投资。且一体化视频方案较实现资源的统一管理、按需分配，提高资源利用效率。

3.1.3 预留后续发展需要

一体化综合视频方案实施之后，由于接入节点采用云架构设计方案，具有结构灵活、系统整体弹性好的特点。而视频接入节点采用云存储的技术，具有分布式、虚拟化的特点，进而使视频存储具备统一命名空间、故障检测、自动恢复、纠删码冗余的功能。这种设计方案将为南崇铁路综合视频系统的智能化发展打下良好基础。

3.2 不利方面

3.2.1 增加了承载网的投资

根据视频数据流向带宽分析，采用一体化视频方案以后，接入节点之间带宽需求最高为吴圩机场至崇左南的0.96 Gbit/s。为满足峰值链路带宽不高于70%的要求，本次变更将各数据通信网接入节点之间互联带宽由GE 升级为10GE，需将南崇高速铁路两个端头站南宁站和崇左南站的每台接入路由器既有接入路由器的GE（O）接口板升级为10GE（O）接口板。从而对综合视频监控承载网提出更高的要求，也增加了该部分设备的投资。

3.2.2 系统单节点集中设置降低了容灾能力

一体化综合视频监控方案实施后，将原设计方案的吴圩机场和扶绥南站接入节点调整为车站视频汇集点，将南崇高速铁路全线的视频管理和存储等功能全部集中于崇左南站的单接入节点，崇左南站接入节点的安全可靠性，直接决定了南崇高速铁路全线的综合视频监控运用质量。因此，对崇左南站接入节点的可靠性提出更高要求。

4 结束语

一体化综合视频监控技术采用云架构和集中管理的方式，有效提高了高速铁路综合视频监控系统的集成度，实现了集中管理维护，节约视频存储空间，为集中智能分析提供基础条件，但也对视频承载网和系统的可靠性提出更高的要求。一体化综合视频监控技术在南崇高速铁路得到了有效运用，并通过现场检验和测试。结果表明:一体化综合视频监控技术的各项技术指标均满足设计和维护的要求，为南崇高速铁路的顺利开通运营打下良好的基础，也为今后高速铁路综合视频监控系统的建设提供参考。随着国内高速铁路事业的不断发展，一体化综合视频监控技术也必将发挥越来越重要的作用。