既有铁路视频补强方案设计与应用

王 锐，路晓彤，焦晓辉，杨宏图

（1.中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063；2.中国国家铁路集团有限公司工管中心，北京 100844）

0 引 言

铁路综合视频监控系统作为铁路重要技防手段，不仅可以实时监控重点部位动态，发现安全隐患，便于及时采取应对措施，而且能辅助事故调查取证，防止类似事故再次发生。然而，随着铁路运营压力的加大，铁路综合视频监控系统也面临更高的要求[1]。一是需要扩大监控范围，减少监控盲区；二是需要提升视频质量，满足运营人员或是智能分析系统的识别要求；三是要延长视频的存储时间，四是要提高智能分析水平，五是要保障视频数据的安全性；六是要实现视频资源的统一调度指挥，资源调配；七是要保证系统的高可靠性稳定运行。满足这些新需求，是当前及未来铁路综合视频监控系统建设的新方向和新目标。

1 既有铁路视频补强的必要性

铁路综合视频监控系统作为重要的通信子系统之一，可以为各级调度指挥及生产人员提供直观的图像信息，是保证高铁行车组织和安全的重要手段，是任何其他手段所不能替代的。

由于各铁路项目建设时序不同，尤其伴随近年大数据、云计算等技术的飞速发展，铁路综合视频监控系统的建设方案与体系标准在不断发展、提升。因此，既有铁路，尤其是建设时间较早的铁路项目，其综合视频监控系统或多或少与现行视频监控系统标准存在差异。虽然既有铁路视频系统在一定范围内能初步解决相关业务部门需求，但与铁路安全生产的迫切需要相比，既有视频监控系统的局限性已经越来越明显。因此，为了进一步提高铁路运营的安全性和处理突发事件的及时性，开展既有铁路视频监控更新改造或补强工程是非常必要的。

2 既有铁路视频补强方案设计

2.1 视频采集点方案

关于视频采集点，近年陆续发布的《高铁和普铁主要干线视频补强工程实施方案》《铁路区间线路视频监控设置标准》和《铁路综合视频监控系统技术规范》（Q/CR 575—2017）[2]等规范或标准已做出相应规定和要求，本文不再赘述。针对既有线视频补强时，应尽量利用既有高清摄像机及光电缆资源；对于既有杆、塔增补摄像机时，应做好相应荷载检测工作，同时对线路侧摄像机做好防坠落措施。

2.2 视频接入节点方案

目前需要进行视频补强的既有线路，其综合视频监控系统通常采用Ⅰ、Ⅱ类视频接入节点方案，存储普遍采用存储区域网络（Storage Area Network，SAN）技术[3]。针对上述线路进行视频补强时，摄像机数量的增加和存储时间的延长都会引起视频接入节点的相应改造[4]。视频接入节点改造时，一方面需要尽量保证技术先进性和使用便捷性，另一方面还需要考虑充分利用既有设备设施，控制投资。对此，有以下几种改造方案可供比选。

2.2.1 方案一——扩容既有接入节点

扩容既有接入节点，是直接利用并扩容既有视频Ⅰ、Ⅱ类接入节点。各Ⅰ类、Ⅱ类视频接入节点根据增加视频前端设备的数量及存储时间调整，相应增设分转发服务器、存储服务器及磁盘阵列等，维持既有节点设置及技术方案不变。

该方案能做到最大化地利用既有设备设施，同时实施过程便捷，生产人员的使用和操作延续性好。但该方案未采用云计算、云存储等技术，不太适应视频系统未来发展及应用。

2.2.2 方案二——新设接入节点

与方案一相对应的是既有线全线统一新设视频接入节点，全线补强视频前端设备及既有视频前端设备全部接入新设视频接入节点[5]。视频接入节点按最新规范和标准要求相应配置管理服务器、云计算资源、云存储资源及相应网络安全设备。

该方案相当于全新建设视频接入节点，实施过程便捷；采用云计算、云存储等技术，符合视频系统未来发展趋势。但该方案对既有设备设施的利用程度较低。尤其是近年开通的铁路项目，需对刚刚投入运营的既有视频服务器及存储设备进行全部更换，总体投资较高。

2.2.3 方案三——部分视频纳入新设接入节点

相比方案一的利用既有和方案二的全新设方案，很容易延伸出一种折中方案，即既有视频仍然纳入既有视频接入节点，新增视频统一纳入新建视频接入节点。此方案既利用了既有设备设施，又部分新增了视频接入节点，更类似一种过渡方案，待后期既有视频接入节点需要更新改造时，再将全线视频纳入新建的视频接入节点。

该方案的不足也比较明显，全线视频平台由1个增加为2个，使用人员需要在不同终端上查看所需视频信息，既不利于视频平台的统一化趋势，也不利于统一运营管理。

针对使用人员的操作便捷性考虑，可以进一步延伸出一种改进方案，即全线旅服摄像机（含同类补强）均接入既有综合视频接入节点，按需调整或扩容；全线其他摄像机（含同类补强）均接入新建视频接入节点。由此带来的好处在于，不同岗位的运营管理人员均可以在同一终端上使用、操作视频信息，便于运营管理。但这样仍无法解决视频平台数量增加的问题，仍然处于视频系统演进的过渡状态。

2.2.4 方案四——改造既有服务器新设接入节点

相比于方案三，另一种可行的折中方案是新设小规模视频接入节点，将部分既有视频倒接至新设节点后，对相应既有视频接入节点服务器进行拆除，针对其中可利用的服务器进行改造，使其可以作为新设视频节点的服务器使用，而后将其纳入新设视频接入节点，进一步倒接剩余视频，直至全线视频全部接入新设视频节点，而既有视频节点中可利用服务器也全部完成改造纳入新设视频节点。

2.2.5 方案对比

既有铁路的视频补强不同于新建线路，首先需要考虑到云计算、云存储等技术可以为大数据的挖掘和计算提供更好的应用条件，为全方位智能分析奠定良好的基础；其次需要综合考虑既有设备设施现状和升级改造的可行性，尽可能充分利用既有设备设施；最后需要兼顾运营管理人员维护使用的便捷性。总体来说，上述四种方案均具备可行性，应用到具体线路时，应综合考虑方案优缺点，结合既有线现状，具体分析应用[6]。

2.3 视频存储方案

既有铁路的综合视频存储架构主要采用数字视频录像机（Digital Video Recorder，DVR）+直连附加存储（Direct Attached Storage，DAS）存储技术和服务器+SAN存储技术。随着摄像机布点增加、视频清晰度提升及存储时间增长，这种技术架构在系统性能和容量的扩展上已经难以满足整体需求的变化[7]。相对于传统的存储与独立服务器的方式，云存储具有较多特点。云存储与传统存储的对比如表1所示。

表1 传统存储与云存储对比表

云存储技术具备高可靠性、高可用性、高安全性、低成本等特征。同时，云存储技术对于实现视频内容智能分析，进行重要视频提取、标注和检索，降低存储成本都有着很好的支持。相比传统存储系统，云存储方式在系统性能、设备管理、容量管理、压力调整、下载速度、扩展性、可靠性、智能化应用等各方面都具有优势。

基于云存储的铁路视频监控平台能满足铁路视频监控系统摄像机布点日益增加、存储时间日益增长、图像分辨率由标清转为全数字高清发展趋势。因此，针对既有铁路综合视频补强时，应根据铁路综合视频监控存储容量现状及未来扩展需求，结合技术发展趋势，综合考虑项目类型、项目规模、项目投资以及机房、电源、数据网等外部因素，合理选择标准云存储方案；同时根据既有铁路视频监控系统遵循的标准，确定视频云平台与既有铁路视频监控系统平台的对接方案。

2.4 配套设施

确定视频采集点及接入节点的补强改造方案后，应根据现场实际情况，相应补强或调整既有铁路沿线光缆、供电电缆、UPS电源、视频交换机、传输或数据网等设备设施，还应重点关注沿线既有接地、接触网杆类型、既有机房面积、机柜布置、机房外供电源等是否需要相应改造。

3 结 语

既有线综合视频监控系统补强与新线建设存在一定差异，需要根据既有铁路设施现状，综合考虑对既有设备的利用和综合视频监控系统建设标准。本文针对既有线综合视频监控系统补强进行阐述，重点提出了视频接入节点改造的建设方案选择和建议，为既有铁路综合视频监控系统补强提供了一定的参考。