铁路视频监控系统技术分析及应用

摘 要：铁路的智能化发展趋势将表现为综合化、多部门驱动型的发展模式，需要即时、可靠与安全的轨道交通信息系统管理，以此达到乘客的安全与高速出行。在科技铸就的高铁时代里，铁路系统演变成为一个系统化、集成化的大型工程，铁路运输指挥、生产管理、设备监控等都离不开视频监控系统，这也就对铁路的视频监控系统提出了更高的要求。

关键词：铁路；铁路视频监控系统；特点；应用技术

前言

近年来，我国铁路事业取得了非常快速的发展，特别是高铁及各客运专线的开通，使人们对运输的安全性更为关注。为了更好的保证铁路运输的安全，铁路专线维护单位和公安部门都加大了排查的力度，避免铁路沿线突发事件所导致的事故隐患的发生，在实际工作中也取得了一定的成效，但由于铁路沿线较长，线路较多，所以给维护和排查工作带来了较大的难度。而且这种方式也越来越无法适应当前铁路快速发展过程中对安全运输的需求。而综合视频监控系统在铁路上的应用，有效的解决了这一问题，实现了铁路系统网络集中监控的管理，有效的规避了传统人工维护管理模式的诸多弊端，为铁路系统管理提供了更为先进和直观的管理手段。由于该系统是利用网络技术、数字化技术和信息化技术的高科技系统，所以通过视频监控系统的构建，为铁路运营提供准确的初步信息，而且网络信息和视频信息还实现了资源共享，对提高铁路行业管理水平起到了积极的作用。

1 铁路视频监控特点

铁路的视频监控系统，要求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，满足公安、案件、客运、调度、车务、机务、公务、电务、车辆、供电等业务部门及防灾监控、求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。铁路的视频监控系统通常采用先进的视频编码及视频分析技术，实现低码流下高清晰视频图像采集、编码、传输、录像、转发及自动报警功能。指挥人员和警务人员通过自己工作区域内的大屏幕或电脑工作站可以清楚地了解辖区和全线车站、区间、桥梁、路基、机房等重点区段和设备的情况，并迅速、准确地处理突发事件。

2 铁路视频监控主要需求

铁路视频监控应用的具体设备包括摄像机（多数是室外PTZ云台摄像机及室内外快球一体摄像机）、编码器、硬盘录像机（DVR）、网络录像机（NVR）、中央管理平台（CMS）、视频分析设备（VCR）、解码显示及存储设备。对铁路视频监控系统的总体要求是：安全、可靠、开放、可扩充等。做到技术先进、经济合理、实用可靠。

而就目前来说，切实地满足在整个铁路运输过程中，视频监控系统的即时、可靠、全面运行，存在着诸多的困难。首先，不同于一般的监控对象，铁路视频监控点位通常比较分散、跨度比较大，一般几百甚至上千公里。其次，作为连接各地的轨道交通行业，铁路视频监控摄像机需要户外工作，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；

此外，由于其恶劣的户外环境因素影响，视频采集、编解码及部分存储设备分散分布在无人值守机房，安装调试成本高；食品分析环境复杂、风霜雨雪雾、摄像机抖动、灯光等干扰因素可能导致失误报警。同时不能忽视的是，作为运输旅客的工具，铁路用户数量众多，系统需要有良好的权限管理、视频流并发访问及转发能力支持，尤其面对时速300公里的高铁时代，海量的数据处理与分析也是视频监控系统操作的一大难点。

3 视频监控关键技术分析

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

4 视频监控系统在铁路通信的应用

4.1 运营调度视频监控

实现对全线“公跨铁”立交桥的全天候远程实时监控，对落物发现、人员入侵、设备遗失等异常情况实施全天候监控，防止影响安全事故的发生；对各车站咽喉区实时视频监控，全天候监视列车进出站情况，对咽喉区的异物入侵、设备丢失等情况进行主动警示；对车站行车情况实时视频监控。

4.2 通信/信号视频监控部分

对各车站通信/信号室、各信号中继站、GSM-R基站、维修工区的通信室等无人值守机房进行视频监控，通过与相关系统的配合，实现告警后触发相关视频的动作及联动。

4.3 变配电站视频监控：对全线开闭所、牵引变电所、AT所/分区所等无人值守场所进行视频远程监控；对10kV配电所无人值守设备工作状态及场所进行远程视频监控。

4.4 客运服务视频监控

对全线车站重点场所以及其他相关场所进行视频监控。

5 结束语

随着IVS智能视频分析技术的功能及应用要求明确写入《铁路综合视频监控系统技术规范》，在铁路行业建设全天候无盲区安防监控系统已被提上主管部门的议事日程，部分专业的系统集成商开始有针对性地推出了先进的铁路监控解决方案。那种集成了IVS智能视频分析技术的安防监控系统，能对危及列车运行安全的自然灾害、突发事件等进行实时监测分析，精确判定各类安全隐患、灾害及故障的类型、性质和级别，从而为营运指挥中心及时调整运行计划、下达行车管制、抢险救援等提供强有力的信息保障。未来，这种先进的综合安防监控方案无疑会占据铁路安防市场的主流地位。