丁學軍，王輝麟，楊興磊

（1.京津城際鐵路有限責任公司，北京 100022；2.中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，北京100081）

隨著列車運營速度的提高，區(qū)間跨度的增大，危險因素也相應增多，保證行車和人民生命財產(chǎn)安全顯得尤為重要。目前由于鐵路運輸行業(yè)的特殊性，許多安全隱患依然存在，比如：（1）犯罪分子盜竊、破壞鐵路設施；（2）工作人員工作失誤或違章操作；（3）非法人員入侵和異物侵線等。所有上述安全隱患都存在共同的特點，可能是出事后原因找不到，或者是找到原因而沒有證據(jù)。另外，當發(fā)生事故或危險情況時很難被及時發(fā)現(xiàn)，往往不能在第1時間進行處理，甚至在隱患未排除的情況下照常運行，從而發(fā)生危險。由于傳統(tǒng)的鐵路系統(tǒng)安全保障還基本依靠工作人員沿線巡查的方式，其工作效率低；實時性差；巡查監(jiān)控的范圍非常有限；缺少追溯取證的手段不利于遠程指揮；同時消耗了大量人力和物力資源。因此，在信息化程度逐步加深的今天，需要建立一套高效、直觀和快捷的安全防災監(jiān)控系統(tǒng)，保證高速鐵路客運專線運營的安全性，確保國家和人民生命財產(chǎn)安全。

1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)結構如圖1。

圖1 京津城際客運專線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構

2 京津城際綜合視頻監(jiān)控沿線布點設計方案

京津城際高速客運專線作為全國第1條時速350 km規(guī)格的高速鐵路，客流量大，列車運行速度快，對鐵路環(huán)境要求高，因此不僅需要對車站及鐵路沿線的情況進行實時、準確和直觀的視頻監(jiān)控，更需要對視頻監(jiān)控的圖像進行分析，從而做出智能化預警監(jiān)控。為此，設計了綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)。目前京津全線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的布點位置包括：

（1）沿線高架橋地段28處維修梯處最后一層樓梯和進入正線入口處的全天候視頻監(jiān)視，采用的方案是在護欄上加裝低照度彩色攝像機和紅外燈進行全天候監(jiān)視；并通過視頻分析軟件對各類人員進入線路的情況產(chǎn)生告警；

（2）利用接觸網(wǎng)桿加裝低照度彩色攝像機和紅外燈對路基地段進行全天候監(jiān)視；

（3）在沿線GSM-R鐵塔上設置彩色長距攝像機對全線進行白天線路巡視；

（4）在橋墩或新設水泥桿上架設彩色定焦攝像機對GSM-R基站、信號集裝箱和箱變機房房門進行白天監(jiān)視。

系統(tǒng)監(jiān)控范圍還包括：全線通信、信號、GSMR基站、電力節(jié)點（通信部分）機房內(nèi)以及全線4個車站的客服視頻監(jiān)控系統(tǒng)。全線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺軟件。在各個車站調(diào)度指揮大廳設置監(jiān)控大屏和監(jiān)控終端用戶，并在北京南火車站和天津火車站派出所，亦莊、永樂和武清站警務區(qū)增加5個終端用戶。視頻信號根據(jù)距離遠近采用射頻同軸電纜和光纜傳輸，區(qū)間前端設備采用低壓遠供方式供電。

3 京津城際全線綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術方案

3.1 MPEG4視頻編碼解碼技術

本項目中使用MPEG4標準的編解碼設備完成視頻圖像的采集。MPEG-4是為在國際互聯(lián)網(wǎng)上或移動通信設備上實時傳輸音/視頻訊號而制定的，采用Object Based方式解壓縮，壓縮倍數(shù)為450倍（靜態(tài)圖像可達800倍），分辨率輸入可從320 ×240到1 280 ×1 024。MPEG4使用圖層（layer）方式，能夠智能化選擇影像的不同之處，可根據(jù)圖像內(nèi)容，將其中的對象（人物、物體、背景）分離出來分別進行壓縮，使圖文件容量大幅縮減，而加速音/視頻的傳輸，這不僅提高壓縮比，也使圖像探測的功能和準確性更充分地體現(xiàn)出來。

在網(wǎng)絡傳輸中可以設定MPEG4的碼流速率，清晰度也可在一定的范圍內(nèi)作相應的變化，便于用戶根據(jù)自己對錄像時間、傳輸路數(shù)和清晰度的不同要求進行不同的設置，提高系統(tǒng)使用時的適應性和靈活性。也可采用動態(tài)幀測技術，動態(tài)時快錄，靜態(tài)時慢錄，從而減少平均數(shù)據(jù)量，節(jié)省存儲空間。而且當傳輸有誤碼或丟包現(xiàn)象時，MPEG4受到的影響很小，并且能迅速恢復。

3.2 基于IP組播的視頻網(wǎng)絡傳輸和流媒體轉發(fā)技術

由于京津全線有上千路攝像頭，視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用流媒體轉發(fā)的目的是為解決帶寬瓶頸或者其他傳輸限制，同時對視頻監(jiān)控起可靠隔離作用，避免其他系統(tǒng)影響視頻監(jiān)控網(wǎng)絡通道。通過在監(jiān)控中心架設轉發(fā)服務器，充分利用監(jiān)控中心交換機的背板帶寬和包轉發(fā)能力，網(wǎng)絡上的監(jiān)控客戶端從轉發(fā)服務器獲取流媒體數(shù)據(jù)并實時解碼顯示。本系統(tǒng)流媒體轉發(fā)服務軟件采用多任務、多線程模式設計，能夠穩(wěn)定平滑地轉發(fā)多路流媒體信息。流媒體轉發(fā)軟件實現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)接收、復制分發(fā)及客戶端控制命令的統(tǒng)一調(diào)度轉發(fā)。軟件基于多線程、多任務工作模式，有效地解決了流媒體傳輸系統(tǒng)中出現(xiàn)熱點連接時局部帶寬不足問題。

3.3 視頻智能分析技術

視頻智能分析技術的定義為：利用現(xiàn)代計算機視覺的方法，在不需要人為干預的情況下，通過對攝像機拍攝的視頻序列進行實時自動分析，實現(xiàn)對視頻場景中所關注目標的定位、識別和跟蹤，并在此基礎上分析和判斷目標的行為，以偵測和應對某種事件模式。

目前在京津鐵路上應用比較多的是以下2種分析功能：

（1）入侵檢測：在復雜的天氣和光線環(huán)境中精確偵測和識別單個或多個目標的運動情況、運動方向、運動特征等。通過設置一定的安全規(guī)則定義報警的條件，一旦有運動目標侵入設定的保護區(qū)域，系統(tǒng)立即產(chǎn)生告警并在視頻畫面中標識目標。

（2）非法滯留：當目標進入設定的保護區(qū)域時，系統(tǒng)并不報警，僅僅跟蹤，只有目標在保護區(qū)域徘徊停留的時間過長（或超過了預定義的時間長度）才會觸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生報警。

4 視頻監(jiān)控攝像頭布點方案

為了解決路基的全天候監(jiān)視，在既有接觸網(wǎng)桿靠近線路外側距接觸網(wǎng)桿底部4.5 m高處，架設低照度彩轉黑變焦攝像機和無紅爆紅外燈，監(jiān)視范圍：白天10 m～150m；夜間10 m～100 m?？蓪崟r監(jiān)視線路及線路兩側路基的情況。

5 相對于其他視頻監(jiān)控平臺使用的一些新的技術

（1）視頻監(jiān)視傳輸帶寬現(xiàn)場與車站固定：在傳輸MSTP技術上將現(xiàn)場與車站的帶寬穩(wěn)定下來，多用戶調(diào)用及分發(fā)轉到車站來處理，便于傳輸網(wǎng)絡的規(guī)劃；

（2）管理核心服務器軟件及存儲服務器軟件冗余設置：對于核心的服務器軟件及存儲軟件，均采用熱備及N+1備份的方式，確保個別服務器或軟件出現(xiàn)故障時，不影響系統(tǒng)的正常運行；

（3）在監(jiān)控界面中實現(xiàn)遠程控制輸出繼電器信號，保證各類機房在觀看時可以觸發(fā)燈亮；

（4）在監(jiān)控界面中實現(xiàn)語音監(jiān)聽和語音輸出；

（5）與通信SCADA實現(xiàn)前端聯(lián)動，效率高，也與其它系統(tǒng)的接口實現(xiàn)聯(lián)動。

6 結束語

京津城際綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)較好地滿足現(xiàn)場監(jiān)控的實際需求，較為全面地在京津城際全線范圍內(nèi)進行監(jiān)控，其優(yōu)點如下：

（1）是運輸指揮的輔助工具，具有全面性和實時性；（2）安全防范的有效手段，在固物取證和作業(yè)防護等方面發(fā)揮作用；（3）減少人力物力，發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益。

[1] 王輝麟. 智能網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)在鐵路工程建設管理中的應用[J] . 鐵路計算機應用，2007，16（9）.

[2] 王輝麟. 火車站視頻監(jiān)控與防盜報警系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J] .鐵路計算機應用，2008，17（10）.

[3] 敖登高娃. 基于MPEG_4的數(shù)字監(jiān)視系統(tǒng)解碼器的設計[J] .電腦知識與技術，2005（10）.