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（中鐵十四局集團電氣化工程有限公司，濟南250014）

1 引言

高速鐵路運營過程中需要多專業(yè)、多部門進行協(xié)調(diào)配合，不同專業(yè)、部門間會存在不同的分工，而各自的業(yè)務(wù)范圍又存在相應(yīng)關(guān)聯(lián)，工作空間存在交叉、耦合，需要一個綜合性的視頻監(jiān)控系統(tǒng)滿足多工種、多部門、多場所、多業(yè)務(wù)的要求，才能更好地提升高速鐵路運行安全性、舒適性。高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要覆蓋沿線區(qū)段、車站、機房等，形成大規(guī)模的系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)，具有點位多、覆蓋面廣、需全天候在線的特點，必須充分了解高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，合理選擇技術(shù)方案。

2 高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成分析

2.1 高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的概念及功能

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成高清視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系，為高速鐵路不同部門、系統(tǒng)間提供所需的視頻監(jiān)控信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和視頻信息資源的有效共享。高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)支持多用戶同時實時監(jiān)視、調(diào)閱監(jiān)視區(qū)域視頻、圖像，并具備遠(yuǎn)程控制和分級存儲功能[1]。

2.2 高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)存在的困難

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控點位分散、跨度大，基本都在幾百甚至上千公里范圍，前端視頻監(jiān)控攝像機需要保持長期戶外（部分在室內(nèi)）在線，現(xiàn)場工作環(huán)境較為惡劣；不少監(jiān)控點的安裝位置為室外桿塔或鋼架，整體施工難度較大；各類采集、編解碼、存儲等設(shè)備需要分散布置在無人職守機房，整體的安裝調(diào)試成本較高；而且需要滿足多用戶同時訪問需求，并配備高效的權(quán)限管理、視頻流并發(fā)訪問及轉(zhuǎn)發(fā)能力支持；在系統(tǒng)使用過程中，需要面對較為復(fù)雜的外部環(huán)境，如風(fēng)霜雨霧、外部震動、光源干擾等因素，并盡量降低誤報警的概率。在高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建過程中，需要結(jié)合高速鐵路線路特征及環(huán)境情況進行合理的系統(tǒng)設(shè)計及方案選擇。

2.3 高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要構(gòu)成

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是由采集點、匯聚點、視頻節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)、終端幾個部分共同構(gòu)成，各部分具體情況如圖1所示。

圖1 高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)圖

2.3.1 采集點

根據(jù)高速鐵路運營過程中的安全、管理、防災(zāi)等要求，高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的采集點設(shè)置在鐵路車站、區(qū)段線路及沿線重點區(qū)域、場所，然后，通過監(jiān)控設(shè)備對監(jiān)控對象進行實時監(jiān)管，采集點所生成的各類視頻、圖像可以通過現(xiàn)場原始模擬圖像進行編解碼，或者通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將其傳輸至匯聚點再傳送至視頻接入節(jié)點進行編解碼。

2.3.2 匯聚點

因前端采集點多且較分散，為節(jié)約資源，一般會設(shè)置匯聚點，將小區(qū)域內(nèi)的采集點進行匯聚后再上傳至視頻節(jié)點。匯聚點一般設(shè)光端機、交換機、視頻編解碼器、供電系統(tǒng)等，對各采集點傳送來的數(shù)據(jù)進行匯聚（有的可進行編碼）后傳送至視頻節(jié)點，并對區(qū)域內(nèi)采集點進行集中供電。

2.3.3 視頻節(jié)點

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻節(jié)點包括核心節(jié)點、區(qū)域節(jié)點、接入節(jié)點3 種類型。核心節(jié)點設(shè)在總部，具有視頻分發(fā)、存儲、管理、認(rèn)證、授權(quán)、控制、服務(wù)的功能，同時，還能實現(xiàn)與其他系統(tǒng)進行相互連通。區(qū)域節(jié)點設(shè)置在調(diào)度所，是系統(tǒng)的主要管理機構(gòu)，能夠進行視頻分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、管理、認(rèn)證、授權(quán)、控制、服務(wù)的功能，同時，還能實現(xiàn)與其他系統(tǒng)進行相互連通。接入節(jié)點又可分為Ⅰ、Ⅱ類節(jié)點，I 類視頻節(jié)點服務(wù)于大型客運站、編組站，具有視頻接入、分發(fā)/轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、分析、管理、認(rèn)證、授權(quán)、控制、服務(wù)的功能，同時，還能實現(xiàn)與其他系統(tǒng)進行相互連通；Ⅱ類視頻節(jié)點服務(wù)于匯聚點（部分采集點）集中且能夠進行傳輸?shù)墓?jié)點，具有各采集點視頻匯總、上傳、存儲、調(diào)用等功能[2]。

2.3.4 網(wǎng)絡(luò)

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)需要提供視頻接入、傳輸?shù)墓δ?，主要完成視頻信號從采集點匯聚后傳至視頻節(jié)點、監(jiān)視終端的功能，這其中包含多個等級的傳輸體系，目前，鐵路系統(tǒng)主要以有線網(wǎng)絡(luò)為主，包括光纖網(wǎng)絡(luò)、SDH 網(wǎng)、MSTP、數(shù)據(jù)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行視頻傳輸。一般來說，采集點數(shù)據(jù)會經(jīng)過專用光纖匯聚至匯聚點，各匯聚點交換機采用專用光纖組網(wǎng)連接至Ⅱ類接入節(jié)點，各Ⅱ類接入節(jié)點經(jīng)過骨干網(wǎng)（如數(shù)據(jù)網(wǎng)）組網(wǎng)至Ⅰ類接入節(jié)點，Ⅰ類接入節(jié)點再接入至區(qū)域節(jié)點，并可納入核心節(jié)點管理，形成一個完整的視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)。

2.3.5 終端

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端包括總部、調(diào)度所、站段級用戶的監(jiān)控及顯示終端，不同層級的用戶根據(jù)自身業(yè)務(wù)要求及工作范圍可以分為公安、安監(jiān)、調(diào)度、車務(wù)、電務(wù)、機務(wù)、工務(wù)、客運、貨運、車輛、供電等多個子系統(tǒng)，不同類型的用戶終端可以根據(jù)業(yè)務(wù)范圍及現(xiàn)場使用權(quán)限要求對系統(tǒng)內(nèi)視頻資源進行控制、訪問、管理。

3 高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案的選擇要求

3.1 技術(shù)方案包含內(nèi)容

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)以視頻信息為基礎(chǔ)進行信息管理，技術(shù)方案當(dāng)中需要包含以下邏輯子系統(tǒng)：攝像及補光子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、視頻顯示子系統(tǒng)、視頻存儲子系統(tǒng)、視頻管理與服務(wù)子系統(tǒng)。

攝像及補光子系統(tǒng)作為高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的“眼睛”，將監(jiān)視內(nèi)容轉(zhuǎn)變成圖像，傳送到控制監(jiān)視器，攝像部分的質(zhì)量會影響整個系統(tǒng)的質(zhì)量，一般情況下選擇分辨率720P（P 指逐行掃描）或摘要P 的前端攝像系統(tǒng)，以便在同樣的顯示環(huán)境下為用戶提供高清圖像，這種方式解決了之前傳統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)圖像閃爍、運動等問題，圖像細(xì)節(jié)非常清晰、流暢[3]。同時，攝像機的固定位置及支架也應(yīng)充分考慮，必須有較高的穩(wěn)定性及強度，防止圖像抖動現(xiàn)象的發(fā)生。高清攝像機對環(huán)境照度要求相對較高，需要添加相應(yīng)的補光燈系統(tǒng)，可以使用陣列式不可見紅外補光燈，保證補光均勻、強度高、功耗小、壽命長的要求。對于長焦遠(yuǎn)距攝像機可采用激光補光系統(tǒng)，隨著技術(shù)的成熟，星光級攝像機也逐漸推廣應(yīng)用。高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)還需要高質(zhì)量的傳輸網(wǎng)絡(luò)予以支持，在高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案選擇時要充分考慮網(wǎng)絡(luò)資源，并留有一定余量，以便后續(xù)擴展、維護。視頻存儲需要根據(jù)采集點的數(shù)量、編碼方式、圖像分辨率、存儲時間等參數(shù)進行計算，選擇合適的磁盤陣列進行視頻存儲。

3.2 視頻編解碼技術(shù)

視頻編解碼技術(shù)作為高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，決定了視頻監(jiān)控中的圖像質(zhì)量、存儲和網(wǎng)絡(luò)傳輸寬帶需求，目前技術(shù)市場中主要有AVS、MPEG-4、H.264、MPEG-2、H.263、MPEG-1、H.261 等相關(guān)編解碼技術(shù)。高速鐵路綜合視頻采集點非常多，并且有高清、實時、長時間存儲、低帶寬等要求，因H.264 和MPEG-4 技術(shù)具有靈活性高和壓縮效率高等優(yōu)點，且能滿足鐵路視頻特點要求，在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。H.264 編解碼技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展，在視頻清晰度、編碼效率、存儲占用、傳輸帶寬、整體性能等方面提升顯著，并能夠?qū)崿F(xiàn)實時圖像的多級轉(zhuǎn)發(fā)和分發(fā)等功能，逐漸成為高速鐵路綜合視頻編解碼技術(shù)的主流選擇。

3.3 構(gòu)建較為靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能及豐富的接口，以便優(yōu)化自身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，不需要單獨的視頻編碼器或DVR 設(shè)備，前端攝像機可利用已有光纖網(wǎng)、公安專網(wǎng)、微波傳輸、4G/5G 網(wǎng)絡(luò)進行接入，將前端視頻、控制、報警信號通過攝像機網(wǎng)口傳輸至監(jiān)控中心，同時不會影響其他區(qū)域，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜的環(huán)境及功能要求。

3.4 選擇功能較強的配套服務(wù)平臺

高速鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要相應(yīng)的管理平臺提供服務(wù)，可以采用全網(wǎng)絡(luò)、全數(shù)字化架構(gòu)，高度集成化的功能使得前端高清網(wǎng)絡(luò)攝像機只需要考慮網(wǎng)絡(luò)接入就可以，不需要再為視頻線、控制線等煩雜的工序頭疼，減少故障節(jié)點。而且減少了干擾的可能性，強大的網(wǎng)絡(luò)功能更方便設(shè)備安裝、調(diào)試，使整個系統(tǒng)的可實施性、可靠性和穩(wěn)定性大為提高[4]。

4 結(jié)語

高速鐵路作為我國經(jīng)濟、社會發(fā)展的重要命脈，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用正在促進整個高鐵系統(tǒng)管理水平的提升。隨著綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中各類新型技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的作用正在發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變，逐漸從安全管理向系統(tǒng)管控延伸。各項技術(shù)的成熟與發(fā)展使綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)形成全網(wǎng)絡(luò)化、全數(shù)字化架構(gòu)，為接下來的智能化分析、管控提供了良好的支持，解決了“看不到、看不清”的痛點，保證了綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用更加快捷、穩(wěn)健、有保障，更好地服務(wù)于高鐵系統(tǒng)管理。