綜合網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)在智能鐵路中的應用

■ 趙濤

鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)鐵路運輸安全管理的重要輔助手段，面對“智慧”大潮，主推大聯(lián)網(wǎng)、高清化、智能化，其網(wǎng)絡數(shù)字化勁頭勢不可擋。

前言

近年來，“智慧城市”在全國各地愈演愈烈，隨之而來智慧公共安全、智慧社會、智慧醫(yī)療等各大“智慧”項目全面展開；作為連接各大城市、地區(qū)間的主動脈，我國的鐵路事業(yè)也順勢進入了智能化的新時代。

鐵路的智能化發(fā)展趨勢將表現(xiàn)為綜合化、多部門驅(qū)動型的發(fā)展模式，需要即時、可靠與安全的軌道交通信息系統(tǒng)管理，以此達到乘客的安全與高速出行。在科技鑄就的高鐵時代里，鐵路系統(tǒng)演變成為一個系統(tǒng)化、集成化的大型工程，鐵路運輸指揮、生產(chǎn)管理、設(shè)備監(jiān)控等都離不開視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這也就對鐵路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。

鐵路視頻監(jiān)控特點

鐵路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，要求采用先進的視頻監(jiān)控技術(shù)，基于鐵路系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡，構(gòu)建數(shù)字化、智能化、分布式的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)，滿足公安、案件、客運、調(diào)度、車務、機務、公務、電務、車輛、供電等業(yè)務部門及防災監(jiān)控、求援搶險和應急管理等多種需求，實現(xiàn)視頻網(wǎng)絡資源和信息資源共享。鐵路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常采用先進的視頻編碼及視頻分析技術(shù)，實現(xiàn)低碼流下高清晰視頻圖像采集、編碼、傳輸、錄像、轉(zhuǎn)發(fā)及自動報警功能。指揮人員和警務人員通過自己工作區(qū)域內(nèi)的大屏幕或電腦工作站可以清楚地了解轄區(qū)和全線車站、區(qū)間、橋梁、路基、機房等重點區(qū)段和設(shè)備的情況，并迅速、準確地處理突發(fā)事件。

鐵路視頻監(jiān)控主要需求體現(xiàn)在：鐵路視頻監(jiān)控應用的具體設(shè)備包括攝像機（多數(shù)是室外 PTZ 云臺攝像機及室內(nèi)外快球一體攝像機）、編碼器、硬盤錄像機（DVR）、網(wǎng)絡錄像機（NVR）、中央管理平臺（CMS）、視頻分析設(shè)備（VCR）、解碼顯示及存儲設(shè)備。對鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體要求是：安全、可靠、開放、可擴充等。做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、實用可靠。

而就目前來說，切實地滿足在整個鐵路運輸過程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的即時、可靠、全面運行，存在著諸多的困難。首先，不同于一般的監(jiān)控對象，鐵路視頻監(jiān)控點位通常比較分散、跨度比較大，一般幾百甚至上千公里。其次，作為連接各地的軌道交通行業(yè)，鐵路視頻監(jiān)控攝像機需要戶外工作，環(huán)境通常比較惡劣，監(jiān)控點多為室外高桿或鋼架上安裝，施工難度比較大；此外，由于其惡劣的戶外環(huán)境因素影響，視頻采集、編解碼及部分存儲設(shè)備分散分布在無人值守機房，安裝調(diào)試成本高；視頻分析環(huán)境復雜、風霜雨雪霧、攝像機抖動、燈光等干擾因素可能導致失誤報警。同時不能忽視的是，作為運輸旅客的工具，鐵路用戶數(shù)量眾多，系統(tǒng)需要有良好的權(quán)限管理、視頻流并發(fā)訪問及轉(zhuǎn)發(fā)能力支持，尤其面對時速300公里的高鐵時代，海量的數(shù)據(jù)處理與分析也是視頻監(jiān)控系統(tǒng)操作的一大難點。

網(wǎng)絡集成必然之趨

由以上鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點不難看出，“數(shù)字網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)”是鐵路安防建設(shè)的最好選擇。但是，在其路線漫長且穿越了各種復雜的地理環(huán)境因素下，單一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯然已經(jīng)無法滿足當前鐵路安全運行的形勢。今年4月中國南車打造的新一代高速動車組相繼在滬杭線創(chuàng)造了416.6公里、在京滬線先導段創(chuàng)造了486.1公里的時速，在刷新了世界鐵路運營最高時速的同時，也宣告了更高的鐵路路網(wǎng)安全等級與精細維護的要求，此外，不能忽略的是，高速意味著更快的即時數(shù)據(jù)處理壓力，這對鐵路交通信息系統(tǒng)的管理與運作能力無疑是一次挑戰(zhàn)；同時，“7·23”甬溫線動車追尾事故仍歷歷在目，2008年我國鐵路系統(tǒng)遭遇到的冰雪災害襲擊如在昨日。接踵的鐵路事故，必定要進行即時的事故處理，而鐵路交通/通信信息的孤島化問題漸受關(guān)注……在我國鐵路領(lǐng)域完成多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，真正實現(xiàn)全行業(yè)的互聯(lián)互通將是大勢所趨。

隨著IVS智能視頻分析技術(shù)的功能及應用要求明確寫入《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，在鐵路行業(yè)建設(shè)全天候無盲區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)已被提上主管部門的議事日程，部分專業(yè)的系統(tǒng)集成商開始有針對性地推出了先進的鐵路監(jiān)控解決方案。集成了IVS智能視頻分析技術(shù)的安防監(jiān)控系統(tǒng)，能對危及列車運行安全的自然災害、突發(fā)事件等進行實時監(jiān)測分析，精確判定各類安全隱患、災害及故障的類型、性質(zhì)和級別，從而為營運指揮中心及時調(diào)整運行計劃、下達行車管制、搶險救援等提供強有力的信息保障。未來，這種先進的綜合安防監(jiān)控方案無疑會占據(jù)鐵路安防市場的主流地位。

總體而言，欲實現(xiàn)鐵路事業(yè)的智能化，綜合網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的選擇是關(guān)鍵，其主要應用包括：運營調(diào)度視頻監(jiān)控、公安視頻監(jiān)控、通信/信號視頻監(jiān)控、牽引供電視頻監(jiān)控、電力供電視頻監(jiān)控等。并預留客運服務視頻監(jiān)控和防災安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入，具體業(yè)務和功能包括如下幾個方面：

（1）運營調(diào)度視頻監(jiān)控：實現(xiàn)對全線“公跨鐵”立交橋的全天候遠程實時監(jiān)控，對落物發(fā)現(xiàn)、人員入侵、設(shè)備遺失等異常情況實施全天候監(jiān)控，防止影響安全事故的發(fā)生；對各車站咽喉區(qū)實時視頻監(jiān)控，全天候監(jiān)視列車進出站情況，對咽喉區(qū)的異物入侵、設(shè)備丟失等情況進行主動警示；對個車站行車情況實時視頻監(jiān)控。

（2）通信/信號視頻監(jiān)控部分：對各車站通信/信號室、各信號中繼站、GSM-R基站、維修工區(qū)的通信室等無人值守機房進行視頻監(jiān)控，通過與相關(guān)系統(tǒng)的配合，實現(xiàn)報警后觸發(fā)相關(guān)視頻的動作及聯(lián)動。

（3）變配電站視頻監(jiān)控：對全線開閉所、牽引變電所、AT所/分區(qū)所等無人值守場所進行視頻遠程監(jiān)控；對10kV配電所無人值守設(shè)備工作狀態(tài)及場所進行遠程視頻監(jiān)控。

（4）客運服務視頻監(jiān)控：對全線車站重點場所以及其他相關(guān)場所進行視頻監(jiān)控。

典型解決方案

在國外，早在21世紀初智能解決方案就有很大發(fā)展；就我國而言，目前國內(nèi)眾多安防廠家將其納入重點研發(fā)項目，并已經(jīng)擁有一些成功的智能鐵路項目案例。金三立秉承高清監(jiān)控綜合解決方案先鋒理念，采用視頻監(jiān)控集成技術(shù)，憑借其視頻監(jiān)控綜合管理平臺，近些年成功為全國一百多個平安城市、智慧城市提供了智能解決方案；下面擇其在我國某鐵路項目中的解決案例來詳盡談談綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)在智能鐵路中的運用。

基于對項目需求的綜合分析，結(jié)合公司在視頻監(jiān)控行業(yè)13年的豐富服務經(jīng)驗，金三立選用了全網(wǎng)絡視頻監(jiān)控構(gòu)架，系統(tǒng)利用先進的計算機網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)、微電子技術(shù)，實現(xiàn)具有一定實用性、先進性、可靠性、開放性的“綜合遠程監(jiān)控報警管理系統(tǒng)”。在整個項目中，其整體設(shè)計思路如下：

前端視頻采集：推薦選用高清網(wǎng)絡高速球型攝像機、高清網(wǎng)絡彩色槍型攝像機、高清網(wǎng)絡寬動態(tài)槍型攝像機、高清網(wǎng)絡半球攝像機、高清網(wǎng)絡云臺攝像機、高清網(wǎng)絡激光云臺攝像機；

網(wǎng)絡傳輸：車站區(qū)段視頻監(jiān)控系統(tǒng)應采用光纖收發(fā)器+交換機的傳輸模式；沿線路橋和供變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)應采用EPON傳輸模式；各站點與鐵路局總控中心之間應采用SDH傳輸模式；

存儲：推薦選用嵌入式IPSAN存儲服務器+NVR；

解碼顯示：推薦選用嵌入式機架式高清硬件解碼器、漫游拼接控制器、高清大屏；

管理控制：推薦選用嵌入式網(wǎng)絡視頻管理系統(tǒng)（E-NVS）+流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務器+網(wǎng)絡鍵盤的構(gòu)架；

系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示：

圖1：系統(tǒng)拓撲圖

系統(tǒng)構(gòu)架說明：

前端視頻采集：在鐵路路基、路口、橋梁、隧道、公跨鐵、咽喉區(qū)、火車站廣場出入口、廣場公共區(qū)域、人工售票窗口、自助售票機區(qū)域、售票廳、進站口、安檢出入口、上下扶梯口、上下樓梯口、候車廳、站臺、旅客通道、變電站、鐵路沿線事故多發(fā)路段部署高清網(wǎng)絡高速球型攝像機、高清網(wǎng)絡彩色槍型攝像機、高清網(wǎng)絡寬動態(tài)槍型攝像機、高清網(wǎng)絡半球攝像機、高清網(wǎng)絡云臺攝像機、高清網(wǎng)絡激光云臺攝像機，負責現(xiàn)場實時視頻采集；

網(wǎng)絡傳輸：車站區(qū)段視頻監(jiān)控系統(tǒng)應采用光纖收發(fā)器+交換機的傳輸模式；沿線路橋和供變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)應采用EPON傳輸模式；各站點與鐵路局總控中心之間應采用SDH傳輸模式；

中心監(jiān)控室：在中心監(jiān)控室部署嵌入式網(wǎng)絡視頻綜合管理平臺、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務器、IPSAN擴展存儲設(shè)備、網(wǎng)絡控制鍵盤、視頻管理工作站、高清解碼器、液晶監(jiān)視器等，負責全網(wǎng)視頻監(jiān)控設(shè)備的統(tǒng)一管理、用戶權(quán)限管理、流媒體存儲和轉(zhuǎn)發(fā)服務。同時實現(xiàn)數(shù)字矩陣、電子地圖、報警聯(lián)動、智能分析、3D控球等實用功能；

系統(tǒng)構(gòu)架：整個系統(tǒng)分3級構(gòu)架。

第1級：路基路段和變電站視頻監(jiān)控，它負責本轄區(qū)音頻、視頻、報警信號的本地存儲、本地管理、本地顯示，同時將重點視頻上傳至車站分控中心，進行視頻備份，主要以NVR+IPC為核心；

第2級：火車站視頻監(jiān)控，它負責本車站內(nèi)部客流、車流、物流的實時監(jiān)控和錄像，同時監(jiān)控中心負責集中IPSAN存儲、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、報警處理、視頻解碼上墻等，同時接收來自路基路段監(jiān)控和變電站監(jiān)控的備份視頻；

第3級：鐵路局總控中心，它負責對整個項目所有監(jiān)控設(shè)備進行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，它擁有最高管理權(quán)限。

前端監(jiān)控點具體說明：

針對重點監(jiān)控區(qū)域、重點監(jiān)控目標應采用720P高清網(wǎng)絡攝像機（例如：收銀區(qū)域、財物室），以獲取更多監(jiān)控畫面細節(jié)信息，如看清車牌號碼，看清人臉面部特征，看清人民幣面值等；

針對一般監(jiān)控區(qū)域，應采用標清網(wǎng)絡攝像機，通過監(jiān)控畫面和錄像回放，可以了解監(jiān)控區(qū)域現(xiàn)場人流、車流、物流活動過程；

應針對監(jiān)控現(xiàn)場的安裝環(huán)境、光照環(huán)境、監(jiān)控視角、監(jiān)控景深對攝像機進行綜合選型；

監(jiān)控點位的選擇應最大限度地滿足全天候、全覆蓋、無監(jiān)控死角的要求；

監(jiān)控點位的選擇應滿足布線施工簡易方便，攝像機與周邊墻體環(huán)境相協(xié)調(diào)等要求；

管理平臺構(gòu)架設(shè)計：

在整個綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，其管理平臺是核心，也是實現(xiàn)整體大聯(lián)網(wǎng)與集成的指揮臺，具有以下功能：

集中管理：E-NVS網(wǎng)絡視頻監(jiān)控管理平臺可以對整個系統(tǒng)實現(xiàn)集中管理，通過友好的界面管理所有的IPC攝像機、編解碼器、DVR、NVR、IPSAN存儲設(shè)備、網(wǎng)絡鍵盤等，實現(xiàn)需求中的所有系統(tǒng)功能；

平臺采用C/S和B/S結(jié)構(gòu)：采用C/S結(jié)構(gòu)時，視頻客戶端軟件兼容Windows系列操作系統(tǒng)。采用B/S結(jié)構(gòu)時，能支持Windows系列操作系統(tǒng)下的IE6.0瀏覽器，管理平臺軟件構(gòu)架如圖2所示：

圖2：管理平臺軟件構(gòu)架圖

圖3：管理平臺主備冗余功能圖

圖4：靈活強大的擴容功能圖

采用嵌入式高集成度結(jié)構(gòu)：為了保證系統(tǒng)運作的穩(wěn)定性，采用嵌入式方式開發(fā)。該系統(tǒng)集成了平臺軟件、服務器、存儲設(shè)備的所有功能，后臺管理無需采用服務器及磁盤陣列/NAS/IPSAN等存儲設(shè)備，使用RAID做硬盤管理（16盤位），最大可支持16個SATA硬盤。

在此項目中，為了充分滿足高速中的數(shù)據(jù)處理與特殊事故環(huán)境下的系統(tǒng)修補，其選擇的綜合管理平臺還具有相應的增強功能：

管理平臺主備冗余功能如圖3所示：

靈活強大的擴容功能如圖4所示：

結(jié)束語

速度與安全，對于鐵路交通來說是兩個老生常談的話題。國家“十二五”規(guī)劃明確指出，鐵路軌道交通要向著安全與速度并行的智能化方向發(fā)展。直面我國近1.3萬公里鐵路客運專線，在保證速度的同時，切實給旅客提供一個安全的出行環(huán)境，這是目前智能鐵路發(fā)展的目標；而在達成這個目標的過程中，高清的圖像反饋、即時的鐵路通信數(shù)據(jù)處理、高效的鐵路車輛調(diào)度、準確的報警聯(lián)動等監(jiān)控指揮系統(tǒng)的應用成為了關(guān)鍵，簡言之，智能鐵路全面實施的前提是智能網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的全面普及——這也是目前安防行業(yè)的一大期待。