合蚌客专综合视频监控系统的研究与应用

2013-01-16马太戈上海铁路局上海通信段

上海铁道增刊 2013年2期

关键词：车站传输设置

马太戈上海铁路局上海通信段

合蚌客专综合视频监控系统的研究与应用

马太戈上海铁路局上海通信段

通过介绍合蚌客专铁路综合视频监控系统的组网结构，重点对编解码、存储、视频分析及互联互通等关键技术进行比选，并结合实际运用情况提出系统存在的问题及解决方案。

合蚌；视频；研究；应用

合蚌客运专线全长130 km，北连京沪高速铁路，南接合肥枢纽，与合宁、合武铁路相衔接，是京沪高速铁路与沪汉蓉快速客运通道间快速连通线，也是京福高速铁路的重要组成部分。为了提高运输生产的安全保障系数，合蚌客专在工程建设阶段同步建设了合蚌客专铁路综合视频监控系统（以下简称合蚌视频系统）。系统基于IP网络传输，采用先进的数字视频技术，实现了远程监控、多级控制、资源共享等功能。

1 系统组网结构

合蚌视频系统由视频区域节点、视频接入节点、视频采集点三部分组成，基于MSTP传输系统和铁路数据通信网组网，支持与电源及环境监控系统联动，支持与客站旅服系统互联。系统组网结构如图1所示。

1.1 区域节点

合蚌视频系统在合肥设置区域管理中心节点，完成本线视频系统的用户及设备管理，可完成合蚌视频系统告警事件及图像的存储和管理，其主要职能定位为管理、监视、控制和报警处理。

为了满足视频资源的共享需要，合蚌视频系统在合肥新设了视频系统代理（SA）以接入路局既有互联互通平台，同时为了满足本线视频接入后给既有平台带来的处理压力，合蚌视频系统同步对路局既有的视频区域节点进行了扩容。扩容的功能单元主要包括认证授权管理单元（AA）、信令控制单元（SCU）、目录服务单元（DSU）、数据分发单元（DDU）、用户接入控制以及接口（AGU）、告警/告警存储（AU）。

1.2 I类视频接入节点

I类视频接入节点设在合蚌客专沿线6个车站，配置有视频存储服务器、存储设备、分发/转发服务器、视频编码设备及网络设备等。

I类视频接入节点是一个区域性系统中心，对上负责将告警图像上传至合肥监控中心，并接受其统一管理，对下负责辖区内（含下辖的II类节点）视频信息进行接入、存储、分/转发等，同时还可设置视频监控终端，负责辖区内监视终端用户的接入。

1.3 II类视频接入节点

II类视频接入节点设置在沿线GSM-R基站、信号中继站、电力电牵节点、综合维修保养点，配置有视频编码设备及网络设备等。

II类视频接入节点负责前端采集点摄像头视频信息的就近汇聚接入、处理、内容分析，视频图像信息上传至I类视频接入节点等工作，并接受区域管理中心的调度和控制。

2 关键技术比选

构建铁路综合视频监控系统，不仅要符合铁道部相关技术要求和规范，还需考虑所采用技术的先进性、科学性、可扩展性，与已开通系统间实现互联互通，这就必须对各关键技术方案加以规范和统一，并择优而选。

2.1 编解码技术

视频压缩编码主要实现模拟视频图像的数字化，是网络视频监控的核心技术，直接影响视频存储、传输和播放等环节。目前主流的编解码技术主要有MPEG-4、H.264和AVS，其中MPEG-4技术相对成熟，但编码效率低，需占用较多带宽；H.264技术已经逐步成熟，可比MPEG-4节约30%的码率；AVS产业进程尚未成熟。因此，合蚌视频系统选择采用了H.264编解码技术。

2.2 存储技术

视频存储技术需考虑应用结构、存储容量、用户分布、网络带宽及存储模式等因素。目前主流的存储技术有DAS、SAN、NAS，其中NAS技术主要是进行“文件”存储，更适合文本信息的存储；DAS和SAN技术主要是进行“块”存储，更适合于视频信息存储，而DAS是以服务器为中心的存储结构，采用存储设备直接和服务器连接，资源利用率较低；SAN是以网络为中心的存储结构，主要采用光纤通道或TCP/IP网络将存储系统网络化，资源利用率高，可靠性较高。因此，合蚌视频系统选择采用了IP SAN的存储技术。

2.3 智能分析技术

智能分析技术已在铁路视频中得到了大量应用，其中以入侵检测的应用较为广泛。目前智能分析技术主要有后端视频分析和前端视频分析两种，其中后端视频分析需要在视频接入节点的服务器上安装视频分析软件对接收到的视频内容进行分析，该方式配置灵活，但所有视频移动侦测算法全部由后台服务器完成，对服务器的处理能力要求较高；前端视频分析通过在前端接入视频分析模块，在前端模块中对视频图像进行分析，该方式只能对指定的视频图像实施分析，灵活性较差，但计算响应快，对网络带宽和后台服务器的资料占用较小。基于视频承载网络的现状，结合铁路视频的视频分析需求，合蚌视频系统选择采用前端视频分析技术。

2.4 互联互通技术

铁路综合视频监控系统的建设目标就是要通过统一的规划和技术标准，实现各类视频信息的充分共享和系统间的互联互通。其关键技术是协议和标准的统一，也就是要求各视频系统所对应的TCP/IP协议栈应用层的信令协议必须统一。目前用于网络视频监控的信令协议主要包括HTTP（超文本传输协议）、RTSP（实时流协议）和SIP（会话初始协议）。其中HTTP属于应用层面的面向对象的协议，适用于分布式超媒体信息系统，不适合大规模网络视频监控系统需求；SIP和RTSP是基于文本的应用层控制协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方媒体会话，这两种协议各有利弊，但是SIP协议灵活性好，扩展性强，代表了未来的方向。因此，合蚌视频系统按照《铁路综合视频监控系统技术规范》的要求，以SIP协议为基础建设了用于互联互通的功能单元，主要有目录服务单元（DSU）、数据分发单元（DDU）、系统代理（SA）。

3 系统应用情况

合蚌视频系统的终端用户主要有调度、客运、电务、公安、工务、供电等。其提供的车站、线路视频图像在设置之初就综合考虑了监控地点、位置、数量等方面的因素，不仅能满足运输生产对合蚌客专动车组运行情况实时监控的要求，并可满足夜间对重点位置监控的要求，机房内外的监控图像也基本满足业务部门对设备安全的监控要求，同时还为车站、公安部门准确掌握线路、车站安全状况发挥了重要作用，同时统一的监控平台还满足了路局内相关用户对图像共享的需求。

（1）调度。在路局调度中心为行车调度、助理调度配置了用户监视终端，对车站行车室、车站两端咽喉区、全线公跨铁立交桥等监控点进行实时监控，对异物或人员侵入等主动发出报警信息，防止安全事故的发生。

（2）客运。在沿线各车站行车室设置用户监视终端，满足客运部门对车站咽喉区列车到发及停靠站情况、车站、站台、检票口、候车室等进行实时监视和图像调用。

（3）电务。根据设备维护管界在相关电务段、通信段设置用户监视终端，对通信/信号机房、信号中继站和正线线路巡视等进行实时监视和图像调用。

（4）工务。根据设备维护管界在相关工务段设置用户监视终端，对正线线路、隧道口、车站咽喉区、救援疏散通道等进行实时监视和图像调用，还可为工务部门提供公跨铁立交桥提供实时监视落物情况。

（5）牵引供电和电力。在路局电调台及沿线电力维护部门设置用户监视终端，对各电牵/电力节点、正线线路、隧道口、车站咽喉区、公跨铁立交桥等进行实时监视和图像调用。

（6）公安。为沿线公安派出所设置了用户监视终端，可对全线各监控点进行实时监视和图像调用。

4 系统存在问题及解决方法

虽然合蚌视频系统在系统组网、技术选择、用户设置等方面充分吸取了已建视频系统的经验和教训，编码、存储、分析技术也都日趋成熟，但是在现场的运用中仍然存在一些问题需要不断改进和完善。

4.1 网络带宽不足

网络带宽是影响视频监控系统的瓶颈之一，合蚌视频系统中沿线采集点至接入节点的传输通道多由MSTP传输设备提供，受限于传输网络的可用资源，目前均按照每幅图像分配2 M带宽的设置方案，各监视终端目前的接入带宽是按照最大同时调取4幅图像，也就是4×2 M的方案进行配置。这就造成远程调用多幅视频图像的时候会偶尔出现马赛克或者画面停顿的现象，而且随着视频监控产品图像清晰度的不断优化，监控系统传输视频流所需的带宽环境也越来越严格，图像越清晰，传输视频流所需的带宽条件（也就越高。要解决此问题，最行之有效的办法就是采用光纤传输技术，光纤传输可以不受带宽约束，使带宽达到数G以上，但是光纤传输价格昂贵，维护费用也高，所以，比较适中的办法就是适当补强视频接入点的传输网络资源，给视频传输提供相对多的带宽资源。当然，随着编解码技术的发展，更好的编解码技术也能解决网络带宽瓶颈问题。

4.2 区间采集点设置不完善

受限于投资成本，合蚌视频系统在隧道口、公跨铁立交桥、车站咽喉区等位置设置了视频采集点，在正线线路中只在GSM-R铁塔上设置了视频采集点，受制于GSM-R铁塔的位置，目前正线中各摄像采集点的间隔在3 km左右，还无法实现线路监控的视频全覆盖。针对这一问题，一方面应做好前期调查工作，尽可能地完善前端采集点的设置方案，比如可在线路的弯道处增加采集点；另一方面可适当的选用高性能的摄像机以弥补监视距离过长的问题。

4.3 终端用户权限的划分不清晰

综合视频系统的建设目的就是尽可能做到信息共享，各终端用户对视频资源的获取需求必然会存在交集区，尤其在现场发生异常状况的时候，会造成多用户同时访问同一视频资源。由于目前的用户监视终端较多，控制权限不等且分散，就造成不同用户争抢控制权，降低了系统的稳定性和可操作性。要解决这一问题，必须根据各用户的实际需求，合理规划出不同用户的权限等级，才能有效避免用户争抢控制权。