高速铁路综合视频监控系统构成及技术方案分析

贾希虎

（中铁十四局集团电气化工程有限公司，济南250014）

1 引言

高速铁路运营过程中需要多专业、多部门进行协调配合，不同专业、部门间会存在不同的分工，而各自的业务范围又存在相应关联，工作空间存在交叉、耦合，需要一个综合性的视频监控系统满足多工种、多部门、多场所、多业务的要求，才能更好地提升高速铁路运行安全性、舒适性。高速铁路综合视频监控系统需要覆盖沿线区段、车站、机房等，形成大规模的系统化网络，具有点位多、覆盖面广、需全天候在线的特点，必须充分了解高速铁路综合视频监控系统构成，合理选择技术方案。

2 高速铁路综合视频监控系统构成分析

2.1 高速铁路综合视频监控系统的概念及功能

高速铁路综合视频监控系统采用数字化、网络化监控网络技术形成高清视频监控网络体系，为高速铁路不同部门、系统间提供所需的视频监控信息，实现网络和视频信息资源的有效共享。高速铁路综合视频监控系统应支持多用户同时实时监视、调阅监视区域视频、图像，并具备远程控制和分级存储功能[1]。

2.2 高速铁路综合视频监控系统建设存在的困难

高速铁路综合视频监控点位分散、跨度大，基本都在几百甚至上千公里范围，前端视频监控摄像机需要保持长期户外（部分在室内）在线，现场工作环境较为恶劣；不少监控点的安装位置为室外杆塔或钢架，整体施工难度较大；各类采集、编解码、存储等设备需要分散布置在无人职守机房，整体的安装调试成本较高；而且需要满足多用户同时访问需求，并配备高效的权限管理、视频流并发访问及转发能力支持；在系统使用过程中，需要面对较为复杂的外部环境，如风霜雨雾、外部震动、光源干扰等因素，并尽量降低误报警的概率。在高速铁路综合视频监控系统构建过程中，需要结合高速铁路线路特征及环境情况进行合理的系统设计及方案选择。

2.3 高速铁路综合视频监控系统的主要构成

高速铁路综合视频监控系统主要是由采集点、汇聚点、视频节点、网络、终端几个部分共同构成，各部分具体情况如图1所示。

图1 高速铁路综合视频监控系统结构网图

2.3.1 采集点

根据高速铁路运营过程中的安全、管理、防灾等要求，高速铁路综合视频监控系统的采集点设置在铁路车站、区段线路及沿线重点区域、场所，然后，通过监控设备对监控对象进行实时监管，采集点所生成的各类视频、图像可以通过现场原始模拟图像进行编解码，或者通过网络系统将其传输至汇聚点再传送至视频接入节点进行编解码。

2.3.2 汇聚点

因前端采集点多且较分散，为节约资源，一般会设置汇聚点，将小区域内的采集点进行汇聚后再上传至视频节点。汇聚点一般设光端机、交换机、视频编解码器、供电系统等，对各采集点传送来的数据进行汇聚（有的可进行编码）后传送至视频节点，并对区域内采集点进行集中供电。

2.3.3 视频节点

高速铁路综合视频监控系统的视频节点包括核心节点、区域节点、接入节点3 种类型。核心节点设在总部，具有视频分发、存储、管理、认证、授权、控制、服务的功能，同时，还能实现与其他系统进行相互连通。区域节点设置在调度所，是系统的主要管理机构，能够进行视频分发/转发、存储、管理、认证、授权、控制、服务的功能，同时，还能实现与其他系统进行相互连通。接入节点又可分为Ⅰ、Ⅱ类节点，I 类视频节点服务于大型客运站、编组站，具有视频接入、分发/转发、存储、分析、管理、认证、授权、控制、服务的功能，同时，还能实现与其他系统进行相互连通；Ⅱ类视频节点服务于汇聚点（部分采集点）集中且能够进行传输的节点，具有各采集点视频汇总、上传、存储、调用等功能[2]。

2.3.4 网络

高速铁路综合视频监控系统的网络需要提供视频接入、传输的功能，主要完成视频信号从采集点汇聚后传至视频节点、监视终端的功能，这其中包含多个等级的传输体系，目前，铁路系统主要以有线网络为主，包括光纤网络、SDH 网、MSTP、数据网等网络系统进行视频传输。一般来说，采集点数据会经过专用光纤汇聚至汇聚点，各汇聚点交换机采用专用光纤组网连接至Ⅱ类接入节点，各Ⅱ类接入节点经过骨干网（如数据网）组网至Ⅰ类接入节点，Ⅰ类接入节点再接入至区域节点，并可纳入核心节点管理，形成一个完整的视频传输网络。

2.3.5 终端

高速铁路综合视频监控系统的终端包括总部、调度所、站段级用户的监控及显示终端，不同层级的用户根据自身业务要求及工作范围可以分为公安、安监、调度、车务、电务、机务、工务、客运、货运、车辆、供电等多个子系统，不同类型的用户终端可以根据业务范围及现场使用权限要求对系统内视频资源进行控制、访问、管理。

3 高速铁路综合视频监控系统技术方案的选择要求

3.1 技术方案包含内容

高速铁路综合视频监控系统以视频信息为基础进行信息管理，技术方案当中需要包含以下逻辑子系统：摄像及补光子系统、网络传输子系统、视频显示子系统、视频存储子系统、视频管理与服务子系统。

摄像及补光子系统作为高速铁路综合视频监控系统的“眼睛”，将监视内容转变成图像，传送到控制监视器，摄像部分的质量会影响整个系统的质量，一般情况下选择分辨率720P（P 指逐行扫描）或摘要P 的前端摄像系统，以便在同样的显示环境下为用户提供高清图像，这种方式解决了之前传统监视系统图像闪烁、运动等问题，图像细节非常清晰、流畅[3]。同时，摄像机的固定位置及支架也应充分考虑，必须有较高的稳定性及强度，防止图像抖动现象的发生。高清摄像机对环境照度要求相对较高，需要添加相应的补光灯系统，可以使用阵列式不可见红外补光灯，保证补光均匀、强度高、功耗小、寿命长的要求。对于长焦远距摄像机可采用激光补光系统，随着技术的成熟，星光级摄像机也逐渐推广应用。高清网络监控系统还需要高质量的传输网络予以支持，在高速铁路综合视频监控系统方案选择时要充分考虑网络资源，并留有一定余量，以便后续扩展、维护。视频存储需要根据采集点的数量、编码方式、图像分辨率、存储时间等参数进行计算，选择合适的磁盘阵列进行视频存储。

3.2 视频编解码技术

视频编解码技术作为高速铁路综合视频监控系统中的关键技术，决定了视频监控中的图像质量、存储和网络传输宽带需求，目前技术市场中主要有AVS、MPEG-4、H.264、MPEG-2、H.263、MPEG-1、H.261 等相关编解码技术。高速铁路综合视频采集点非常多，并且有高清、实时、长时间存储、低带宽等要求，因H.264 和MPEG-4 技术具有灵活性高和压缩效率高等优点，且能满足铁路视频特点要求，在视频监控系统中应用最为广泛。H.264 编解码技术经过多年发展，在视频清晰度、编码效率、存储占用、传输带宽、整体性能等方面提升显著，并能够实现实时图像的多级转发和分发等功能，逐渐成为高速铁路综合视频编解码技术的主流选择。

3.3 构建较为灵活的系统结构

高速铁路综合视频监控系统需要具有强大的网络功能及丰富的接口，以便优化自身系统结构，不需要单独的视频编码器或DVR 设备，前端摄像机可利用已有光纤网、公安专网、微波传输、4G/5G 网络进行接入，将前端视频、控制、报警信号通过摄像机网口传输至监控中心，同时不会影响其他区域，能够适应多种复杂的环境及功能要求。

3.4 选择功能较强的配套服务平台

高速铁路综合视频监控系统需要相应的管理平台提供服务，可以采用全网络、全数字化架构，高度集成化的功能使得前端高清网络摄像机只需要考虑网络接入就可以，不需要再为视频线、控制线等烦杂的工序头疼，减少故障节点。而且减少了干扰的可能性，强大的网络功能更方便设备安装、调试，使整个系统的可实施性、可靠性和稳定性大为提高[4]。

4 结语

高速铁路作为我国经济、社会发展的重要命脉，综合视频监控系统的应用正在促进整个高铁系统管理水平的提升。随着综合视频监控系统中各类新型技术的应用越来越广泛，综合视频监控系统的作用正在发生根本性的转变，逐渐从安全管理向系统管控延伸。各项技术的成熟与发展使综合视频监控系统形成全网络化、全数字化架构，为接下来的智能化分析、管控提供了良好的支持，解决了“看不到、看不清”的痛点，保证了综合视频监控系统的应用更加快捷、稳健、有保障，更好地服务于高铁系统管理。