高速铁路视频监控系统区间数据传输的设计和实现方法

陈郑超

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；

2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

高速铁路视频监控系统区间数据传输的设计和实现方法

陈郑超1，2

(1．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；

2．北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

高速铁路实现高清视频全覆盖，结合杭黄高速铁路工程，介绍区间数据传输采用GPON技术以及工业以太网技术的设计和实现方法。

高速铁路；视频监控；GPON；工业以太网

随着《中国铁路总公司关于发布设计时速200 km及以上铁路区间线路视频监控设置有关补充标准的通知》（铁总建设[2016]18号）的发布与落实，所有设计时速200 km高速铁路区间的隧道口、公跨铁立交桥、桥梁救援疏散通道、沿线设备机房内外、调度局界口、车站咽喉区、区间路基、路基和桥梁结合部、6 km以上桥梁都需实现高清视频监控的无缝覆盖。

目前铁路视频监控系统组网，采用集中存储与实时调看相结合的模式，视频监控前端设备与视频节点间存在着恒定的视频存储数据流，通过区间传输系统提供透明通道进行传输。随着高速铁路高清视频监控系统的实施，通道带宽已远远不能满足高清视频监控系统数据的传输需求。下面结合杭黄铁路工程，介绍区间视频监控系统采用PON以及工业以太网技术来实现高清视频信号传输的一种新思路。

1 工程实例

杭黄铁路位于皖南及浙西地区，线路运营长度287.530 km，正线桥梁167座91.887 km，隧道88 座139.448 km，全线桥隧总长231.335 km（左线、含杭长代建长度），桥隧比87.4%。最长桥梁为浦阳江特大桥，全长6.216 km。最长隧道为天目山隧道，全长12.013 km，位于皖浙交界处。

目前杭黄铁路视频监控系统方案如下：在通信、信号、牵引供电及电力供电区间机房内、院落、GSM－R基站铁塔（线路巡视）、桥梁救援疏散通道、公跨铁立交桥、隧道口、车站咽喉区、联络线与正线连接点处设置视频前端采集设备。本工程在通信基站、信号中继站、电力电气化节点通信机房设置采集点后端设备，实现视频采集点设备的接入、视频图像压缩编码和视频分析。

全线采用数据网和MSTP传输系统进行组网。车站、段所的视频业务通过本线IP数据网进行承载，对于区间没有数据网设备的节点，利用传输系统的1～3个VC-3时隙通道进行透明传输，带宽34 Mbit/s，考虑到封装效率及通道开销，通常一路VC3时隙可用带宽为34×0.8=27.2 Mbit/s。而一路高清视频信号1080P（200万像素）压缩完最小带宽需求为4 Mbit/s,即目前区间传输系统最多只能支持18-21路高清视频信号的存储传输需求。

按照18号文要求，目前杭黄铁路区间内最多需布置100路高清摄像头（最大50 km站距，按单区间内最多8个节点估算），同时考虑极端情况下的集中调看情况，区间视频监控系统传送带宽应至少能支持150路高清视频信号的传输，即网络带宽应不低600 Mbit/s，考虑到网络开销，网络带宽应不低于600×1.2=720 Mbit/s。

2 方案介绍

鉴于杭黄铁路的情况，可以采用以下2种方案实现区间高清视频信号的传送。

方案一：GPON方式

在沿线车站通信机房设置GPON OLT，在区间通信机房设置ONU，前端摄像机采用IP摄像机或编码器方式完成视频信号的编码，接入ONU。

具体方案见图1所示。

图1 GPON区间视频组网方案

为保证视频信息传输的安全性，ONU至OLT间可采用GPON的TYPE-B或手拉手保护方式实现业务保护。

GPON系统上下行带宽分别达到1.25 Gbit/s，2.49 Gbit/s，对于目前的高清视频信号，主要考察上行的视频存储及调用带宽，GPON技术采用GEM封装方式综合传输效率在93%左右，则一路PON接口可用带宽为1 250×0.9=1 125 Mbit/s，即一路GPON接口最多可以支持280路高清视频信号的传输。

方案二：工业交换机组环方式

在沿线区间通信机房设置工业以太网交换机，利用铁路两侧的各2芯光纤组成区间工业以太网环，在车站接入数据通信网接入节点。

具体方案见图2所示。

图2 工业以太网视频组网方案

工业以太网采用私有协议方式保证环网的快速倒换，可以实现单点故障下的50 ms倒换。

采用以太网方式封装数据，单环节点双向传输带宽均为1 Gbit/s，并支持对多条链路的捆绑以扩展带宽。在单环场景下，传输效率在80%左右，即一个区间单环最大可以支持200路高清视频信号的传输。

3 方案比选

以上两个方案各有优劣。采用GPON方式组网，系统网络带宽达到1.25 Gbit/s，在采用TYPE B或手拉手方式组网下，可以实现最快50ms的故障倒换。同时由于GPON作为无源系统，主要的配置及维护工作如设备注册入网等都在网管侧完成，现场ONU配置维护的工作量很小，非常适合于高铁这种维护天窗很短的应用场景。

GPON系统最大支持60 km逻辑距离，在多级分光场景下最少支持20 km的中继距离，但在目前杭黄铁路部分站间距达到50 km，可能无法满足站间直接中继距离要求，这就需要在部分区间站点增加中继OLT，带来了建设成本与组网的复杂性。

采用工业以太网方式组网，系统网络带宽1.25 Gbit/s，支持带宽灵活扩展。工业以太网采用自愈环方式组网，可以提供50 ms内的故障倒换。设备的配置及管理主要也都在网管侧进行，但部分情况下需要在现场进行交换机的配置及维护，对现场人员的技术要求较高。

工业以太网光模块目前最大可以达到80 km，同时可以采用跳站方式实现区间中继，组网方式较为灵活。

考虑目前GPON系统的主要设备成本在OLT侧，而杭黄铁路的站间距目前有4个区间超过40 km，如采用GPON方式，就需要增加8个区间环的中继PON设备，大大增加了系统建设成本。因此，建议在杭黄铁路区间视频组网仍然采用工业以太网方式。

4 结束语

随着高速铁路推进高清视频监控的全覆盖，区间接入网络的宽带化是一种必然趋势，且优点突出，值得我们对采取的技术路线进行深入探讨。

在具体的工程应用中，应结合工程实际情况，综合考虑系统性能、建设成本、运营维护成本的平衡，选择不同技术路线的产品来满足工程应用的实际需要。

For setting high-defi nition video along the whole high-speed railway line, the paper introduces the design and implementation methods of using GPON technology and industrial Ethernet technology to transmit data in Hangzhou-Huangshan high-speed railway project.

high-speed railway; video monitoring; GPON; Ethernet

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.06.008

2016-09-22）

中国铁路总公司科技研究开发计划重点课题课题项目（J2016Z020）