高速铁路综合视频监控系统分析探讨

【摘 要】视频监控技术作为一种新型的科技手段，为高速铁路安全运行提供了有效的辅助作用，它的出现从某种意义上推动了铁路电力系统新管理模式的改革进度。本文介绍了高速铁路综合视频监控系统及其功能、建设的难点，并分析了高速铁路综合视频监控系统的设计原则以及相关关键技术。

【关键词】高铁；综合视频监控系统；设计原则；技术

一、高速铁路综合视频监控系统及其应具备的功能

综合视频监控系统”是指“采用网络化、数字化高清视频监控技术和IP传输方式构建的高清视频监控系统，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。”

系统应当支持多用户同时实时监视和调看视频图像信息，为多业务部门提供监视图像；具有对监视区域的常规视频图像和重要报警视频图像进行远程控制和分级存储的功能。报警图像录影采用中央存储服务器（区域节点）与本地存储服务器（一类接入节点）相结合的模式，以确保能够记录和存储所有通过网络上的远程传输设备和侦测系统产生的数据流。

二、高铁视频监控系统的建设难点

视频监控点位通常比较分散、跨度比较大，通常是几百公里甚至上千公里；视频监控摄像机户外工作，环境通常比较恶劣；监控点多为室外高杆或钢架上安装，施工难度比较大；视频采集设备、编解码及部分存储设备分散地分布在无人职守机房，安装调试成本高；系统中用户数量众多，系统需要有良好权限管理、视频流并发访问及转发能力支持；视频分析环境复杂，风霜雨雪雾、摄像机抖动、灯光等众多干扰因素可能导致误报警。因此，在架构铁路视频监控系统时，需要根据其线路应用特征和环境的特殊性，结合各种常规监控应用系统以外的特殊因素进行分析。

三、高速铁路综合视频监控系统设计原则分析

1、实用型原则

系统的设计需从本项目的实际需要出发，系统的性能指标应当能够最大限度满足本项目对处理能力的要求，最大限度满足系统管理人员和应用系统使用人员的使用要求，力争在有限的建设经费投入下，获得最大限度的应用效果。

2、系统可靠性原则

本系统方案设计时，应当选用高可靠性的计算机设备、网络设备、通信设备和其他相关设备，以提高系统整体的可靠性。同时，可靠性原则还应当体现在应用软件的设计和开发必须经过严格和完备的功能、性能测试后方投入正是使用。

3、系统安全性原则

本系统自身必须具备较强的抵御外部攻击和内部泄密的保护能力，主要包括以下几个方面：系统所有信息的安全性、所有硬件设备的安全性、所有系统软件和应用软件的安全性、所有网络通讯设备的安全性、所有存储介质的安全性、所有环境支持设备的安全性、系统提供的所有相关服务的安全性等。

4、系统可管理性和可维护性原则

通过网络管理工具，可方便地监控网络和其他设备的运行状态；通信网络和计算机网络等信息基础设施的设计应采用简介易用的体系结构，以降低系统运行和维护的代价

四、高速铁路综合视频监控系统应用技术

（一）铁路综合视频监控系统的组网方式

本质上，铁路综合视频监控系统是一个分布处理、分布授权、多级管理的大型海量信息系统，信息流自下而上，逐级收敛。铁路视频监控网络的传输通道，铁道部视频监控中心核心节点与各路局/客专调度所间通过n*2M专业通道互联。基层视频数据流到路局/客专调度所的汇聚，在设置独立IP传输网络的高等级线路中，通过IP数据网传送；其它线路中，通过传输系统的2M通道传送，个别既有传输系统资源确实紧张的，可利用站间空余光纤，构建千兆光纤以太网来承载。视频监视点到前端接入点的传输链路，以光缆及电缆为主，无线传输为辅。

（二）主动红外夜视技术

综合安全防灾系统的前端视频监控点通常在户外自然环境较为恶劣的场所，同时需要对目标进行全天候的监控，在夜间也没有路灯、建筑物灯光等其它的环境光源可以利用，对于雨天、雾天等特殊气象条件要求能够保持良好的可视距离，可视距离最好能在1-2公里左右。目前市场上能够提供的夜视技术主要有三种：被动红外成像技术、基于红外灯的主动红外夜视技术、基于激光器的主动红外夜视技术。被动红外成像技术适合于监控夜间人或车等运动物体，对于环境监控力不从心，基于红外灯的主动红外夜视技术可视距离近（300米以内），光源体积大寿命短故障率高，很难适应户外恶劣的自然环境。基于激光器的主动红外夜视技术目前已经比较成熟，包括红外激光照明器灯、超低照度彩转黑摄像机、红外夜视专用监控镜头三大部分。激光的特性决定了激光可以照摄更远的距离，而且光强度也比常规光源要强的多。激光具有亮度高、单色性好、方向性好等优点，通过对波长的选择可以增大CCD对波长的感应程度。激光灯的寿命很长，一般都在10000个小时以上。摄像机的选择则主要顾及两个方面：一个是白天成像效果；一个是是否是感红外的低照度。白天要求效果好，就是要求其有滤光片切换结构，白天滤掉不可见光，使成像色彩更真实；晚上切换到夜视模式，把不可见光放进来，这样既能保证白天不失色，又能保证夜视效果。夜视镜头的F数一般比常规镜头的F数要小，这就意味着镜头的进光量要比常规镜头要大，有较强的光收集能力，好的夜视镜头的镜片对近红外光进行了增透，提高了近红外光的透过率。为了看清楚远距离的物体，一般选用电动长焦镜头。

（三）冗余技术

高铁视频监控系统需要具有高可靠性，以实现对不同部门的运营、安全、维护等各个需求支持。对于网络视频监控系统，可以采用不同的冗余方式来增强稳定性，从前端编码器、传输网络到转发服务器、管理服务器及存储系统，均可实现冗余技术。

1、编码器

编码器可以采用双电源、双网卡方式增强稳定性；或者采用“N+1”冗余方式增强可靠性，以保证单机故障或更换设备时系统可以连续运行。

2、NVR

NVR可采用“N+1”冗余增强可靠性，以保证单机故障或更换设备时系统连续运行。

3、CMS

CMS可以采用“双机冗余热备”方式增强稳定性，以保证系统无停机运行。

4、存储

存储系统可以采用磁盘阵列的RAID技术实现高可靠数据存储。

完全冗余的网络视频监控系统架构所示，从前端设备IPC、DVS、传输网络、NVR、存储设备NVR、核心管理平台CMS都实现了冗余功能，保证了系统24小时高可靠运行，减少了因为网络、电源、硬件、存储、软件等故障而导致的系统停机或数据丢失。

IPC是单体设备，提高稳定性的办法是在网络短暂中断时进行本地存储；对于大路数DVS，可以采用“N+1”方式进行冗余，防止单体设备软硬体失效；对于NVR，可以采用“N+1”方式进行备份，防止单体设备软硬体失效；对于存储设备，可采用成熟的RAID技术实现冗余保护；对于网络，可以采用“双网络”实现高可靠性数据传输；对于CMS，采用双机热备方式，双机共享RAID磁盘阵列，实现冗余。

五、结束语

随着中国高铁事业的迅速发展，其相关配套系统也广泛应用于高铁建设中。就视频监控来说，一定采用先进的视频监控技术，基于铁路系统的IP网络，构建数字化、智能化、分布式的网络视频监控系统，以满足公安、安监、客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供电等业务部门及防灾监控、救援抢险和应急管理等多种需求，实现视频网络资源和信息资源共享。

参考文献：

[1]郭奇园，杨林，王小铁.客运专线综合防灾安全监控系统的设计[J].铁路计算机应用，2012，16（9）.

[2]石耀忠.京津城际轨道交通防灾安全监控系统简析[J].铁路通信信号工程技术，2008，5（4）.