铁路综合视频监控系统平台实现方案

■ 罗志强

铁路综合视频监控系统平台实现方案

■ 罗志强

网络视频监控业务是一种基于宽带网络为用户提供图像和各种报警信号远程采集、传输、储存、处理的一种全新业务。这是一个由前端、中间端、后端三部分组成的网络视频监控系统。前端由镜头、摄像机、云台、报警开关、视频编解码设备、主机控制设备和监控软件组成；中间端是中心服务平台，中心服务平台具有业务平台的管理功能，并对传送过来的图像进行分发、存储、行为分析、管理，对报警进行联动处理；在后端用户可在网络的任何一个接入点，无论是监控现场，监控中心，或者是远端，只要通过客户端软件，即可控制摄像机的角度、拉近拉远镜头、控制远端设备，并可接收报警信息。

1 系统基本原则

（1）统一性。统一框架体系结构；多层多级设计，每层功能又相对独立；采用分布设计和统一管理相结合；支持组件式服务接口，支持参数化配置；面向接口编程模式；支持与外部系统信息交互；支持不同厂商设备。

（2）先进性、成熟性。采用国际最新的科技成果，从而保证整个系统在技术上处于领先地位，系统建成后一段时间内不会因技术落后而大规模调整，并能够通过升级保持系统的先进性，延长其生命周期，同时又要保证先进的技术是稳定的、成熟的。要求系统具备监控领域新技术的应用，如行为分析技术、自动降帧动态调节等。

（3）实用性。充分考虑铁路的特色需求，实现对铁路客站、应急现场、铁路线路、生产作业管理、设备集中维护和重点区域的视频监视，满足公安、工务、客运、电务、货运、机务、车辆、运输调度工作及安全监视的需要，同时满足日常预警和应急指挥的需要，建成具有中国铁路特色的网络视频监控平台。

（4）开放性和灵活性。网络视频监控各地区平台要求节点功能灵活转换，满足平滑扩容的要求。网络视频监控系统与其他系统之间的通信接口，应符合开放系统互联标准和协议，以方便各级中心系统间的互联。

（5）可扩展性。网络视频监控系统软件的设计应采用分层的模块化结构，以达到设置修改灵活，扩充方便，适应业务的发展变化。软、硬件平台应具有良好的可扩展能力，能够方便地进行系统升级和更新，以适应各种不同业务的不断发展。

（6）互联互通性。支持不同视频系统之间互联与视频共享，支持多级结构。

（7）安全性与可靠性。网络视频监控系统的应用软件系统要能够长时间不间断工作。采用高可靠性的产品和技术，充分考虑整个系统运行的安全策略和机制。系统要具有较强的容错能力和良好的恢复能力，主要设备采用双机或镜像备份工作方式，保证系统稳定运行。

2 系统结构

2.1 系统物理架构

系统的总体框架见图1。主要包括视频前端、客户端以及视频中心服务平台，各部分均接入 IP 承载网。

2.1.1 视频前端

视频前端设备主要包括摄像机（也可为IP摄像机）和编码器，负责完成音视频信息采集、编码、发送，告警信息的采集、发送等功能，并可接受来自服务层的控制指令（音视频参数设置、编码器状态设置、TTL信息输出、PTZ指令等）。

2.1.2 视频客户端

视频客户端包括视频客户端软件、配置客户端软件、解码器及大屏（数字或模拟）。

视频客户端软件负责为客户呈现系统所提供的服务，包括实时音视频解码播放（软解码/硬解码）、轮巡、分组调看、历史录像的解码播放和播放控制、告警信息实时提示和告警录像查看、视频上大屏等功能。

配置客户端软件负责设备（编码器、摄像机、解码器、服务器等）管理（包括设备添加、删除、修改等）以及用户管理、权限配置管理等。

2.1.3 中心服务平台

中心服务平台由视频管理服务（VMS）、PTZ控制服务（PTZS）、视频存储服务（VSS）、流媒体分发服务（SDS）、告警管理服务（AMS）、接口服务（SIS）等几部分组成。

视频管理服务，负责平台的视频管理。包括编码器、客户端、其他服务器的状态管理、信令转发（PTZ和告警除外）、数据更新、视频请求管理等；VMS的数据更新功能使得整体平台具有在线更新升级能力；管理服务器支持分布式应用。

PTZ控制服务，负责将客户端PTZ指令转发到对应的前端编码器，达到控制云台运动的目的。PTZS同时负责对指令进行优先级别判断、锁定、解锁等。

流媒体分发服务，负责音视频请求、接收、分发。并可实现多级级联和分布式部署。

视频存储服务，负责视频存储、快速检索回放。系统支持计划存储、告警存储等多种灵活存储方式。

告警服务，负责告警信息（视频分析告警、触发信息告警、其他系统告警等）获取、存储和转发。

接口服务，负责和外部系统的交互，包括外部信息的接入和信息输出两部分。

2.2 系统分层结构

铁路综合视频监控系统总体上分成3级（见图2）。

核心节点主要包括VMS，PTZS，DB SERVER，VSS，AMS，SDS，SIS，以及为主管领导和相关业务部门配备的监视终端（CU），进行重要视频数据的存储和备份。核心节点负责全部视频的综合调度，通过铁路视频专网接入各中心节点的视频业务。不同中心节点需要业务互通时，也需要将请求提交核心节点，由核心节点负责进行权限判断和联通。

中心节点主要由VMS，PTZS，VSS，AMS，SDS，SIS以及其他相关的配套设备组成。中心节点负责本级所有视频业务的调度和管理，通过视频专网接入各站/段视频业务，为整个铁路综合视频监控系统的核心平台，对站段视频数据进行集中存储和备份。

接入节点负责本站/段视频业务接入，并将现场视频信息上传给相应中心节点。站/段负责本地视频存储。

现场前端子系统，包括音频采集设备、视频采集设备、报警输入输出设备、云台设备、云台解码器设备及网络视频编码设备等。主要实现音视频信息、报警信息的采集，网络传输以及辅助设备（如云台、矩阵等）的控制。

3 关键技术

3.1 统一的编码器接入接口

在实际的工程应用中，要求监控系统支持不同的编码器设备，而各编码器设备的外部开发接口千差万别，对监控系统的规范性、稳定性提出了严峻的挑战，铁路综合视频监控平台通过统一的编码器接入接口，实现了平台功能与不同设备接口的有效隔离，保证了平台主要功能的设备无关性，接入新的编码器设备，只需要开发符合统一接入接口规范的设备接口代理组件，就可以在基本不更改平台软件的情况下完成新设备的接入。编码器接入接口逻辑示意图见图3。

3.2 流媒体数据块存储技术

视频图像的存储是海量存储，铁路综合视频监控平台采用流媒体数据块存储技术，以保证存储系统的长期稳定高效运行。

流媒体数据块存储技术将磁盘空间划分为固定大小的数据块空间，在存储视频图像时将流媒体数据写入预先分配的数据块空间，并根据存储覆盖策略进行数据块空间的回收再分配，从根本上避免了视频存储空间的磁盘碎片的产生，提高了存储性能，降低了磁盘损耗。

3.3 自适应网络分发技术

铁路综合视频监控平台采用了RTP/ RTCP协议进行视频数据发送，通过统计丢包率，对分发帧率进行自动调整以适应网络状况。

丢包率是通过计算接收包数量和发送包数量的比率得到的，丢包率获得的整个流程是：发送方每间隔一定时间读取每个发送通道的发包数量和数据长度，组成一个此通道的RTCP报文发送给接收方，同时将发送数据包计数清零；接收方收到RTCP包后，读取接收通道接收到的包数量，并计算出丢包率，通过一个RTCP接收汇报包发送给发送方，同时对接收数据包计数清零。

责任编辑王小红

罗志强：北京国铁华晨通信信息技术有限公司，副总工程师，北京，100070