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1、安天下网址：西刹子博客地址：智能网络视频监控系统在高速铁路的应用智能网络视频监控系统在高速铁路的应用文文/ /西刹子西刹子高速铁路介绍首先看看关于“高铁”的定义，国际通常将高速铁路定义在时速 200 公里以上，而中国高铁，即 CRH（China Railway High-speed）的时速也定义在 200 公里以上，另外，我国又增加了“客运专线”的等级，客运专线是以客运为主的快速铁路，时速 200 至 350km/h 的铁路统称为客运专线。京津城际是我国第一条具有世界一流水平的高速铁路，最高运营时速设计为 350 公里，于去年 8 月开通运营；石太客专线设计速度目标值为 200 公里小时，预留
2、至 250 公里小时，于今年 4 月 1 日开通运营；合武线最高时速为 250 公里，于今年 4 月 1 日开通运营；武广客运专线即将在今年年底开通，京沪高铁目前顺利进行，将于 2010 年正式投入运行。可以看出，我国铁路建设进入了“高速运行、高速发展”的“高铁”时期。高速铁路不同于一般的铁路系统，高铁本身即是一个系统化集成化的大型工程，仅仅通信部门就涉及到 10 多个子系统，包括有线、数据、传输、调度、应急通信、视频监控等等。 高铁与铁路或地铁区别很大，例如地铁通常时速在 60 公里左右，列车间隔在 3 分钟左右，而高铁时速可能达到 300 公里，但时间间隔可能与地铁差不多，这就对高铁的通信
3、指挥系统提供提出了很高的要求，同时，作为一个重要的辅助设施，视频监控系统的要求也相应的非常高。高铁视频监控系统特点京津高铁视频监控系统自建成以来，运行良好，为京津高速铁路的列车运营提供了重要的安全措施。该系统采用先进的视频编码及视频分析技术，实现低码流下高清晰视频图像采集、编码、传输、录像、转发及自动报警功能。指挥人员和警务人员通过自己工作区域内的大屏幕或电脑工作站可清楚了解辖区和全线车站、区间、桥梁、路基、机房口重点区段和设备的情况，并迅速准确处置突发事件。而伴随着石台线和合武线的开通运营，其智能网络视频监控系统也必将为高铁的良好运营提供保驾护航。高铁的视频监控系统，要求采用先进的视频监控技
4、术，基于铁路系统的 IP 网络，构建数字化、智能化、分布式的网络视频监控系统，满足公安、安监、客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供电等业务部门及防灾监控、救援抢险和应急管理等多种需求，实现视频网络资源和信息资源共享。高铁视频监控主要需求：路基、路口、桥梁、隧道、公跨铁、咽喉区的视频监视，保证车辆安全运行车站广场、站台、候车大厅、旅客通道等人流密集区域视频监视，了解旅客情况安天下网址：西刹子博客地址：无人值守变电站和照明等重要配电设备集中监控，及时了解设备运行情况对出现的紧急状况如暴风雪、泥石流、洪水、交通意外等远程了解及时做出反应应急指挥监控：对突发紧急事件进行无线视频传输到控制中心高
5、铁视频监控应用的具体设备包括摄像机（多数是室外 PTZ 云台摄像机及室内快球一体摄像机）、编码器、硬盘录像机（DVR）、网络录像机（NVR）、中央管理平台(CMS)、视频分析设备（IVS）及存储设备。对高铁视频监控系统的总体要求是：安全、可靠、开放、可扩充等特点，做到技术先进、经济合理、实用可靠。高铁视频监控系统的建设难点：视频监控点位通常比较分散、跨度比较大，通常几百甚至上千公里视频监控摄像机户外工作，环境通常比较恶劣监控点多为室外高杆或钢架上安装，施工难度比较大视频采集设备、编解码及部分存储设备分散地分布在无人职守机房，安装调试成本高系统中用户数量众多，系统需要有良好权限管理、视频流并发访
6、问及转发能力支持视频分析环境复杂，风霜雨雪雾、摄像机抖动、灯光等众多干扰因素可能导致误报警高铁视频监控系统层次结构高铁视频监控系统的特点决定了数字网络视频监控系统是最好的选择。通常，高铁视频监控系统分成三级节点，核心节点在铁道部，有视频监控调用、汇总的需求；二级节点在各个路局/客专调度，主要为分散分布的网络录像机（NVR）、硬盘录像机（DVR）、存储设备，同时也有大屏集中监控、网管、流媒体转发等需求；三级节点为各个车段/站，负责视频的前端采集、编码等。高铁视频监控系统层次结构如图：安天下网址：西刹子博客地址：设备接入视频采集接入设备主要是指各类摄像机，通常机房、客运等场所一般为室内环境，可根据
7、情况选择安装一体球型摄像机或固定摄像机；而室外环境包括大桥、隧道、铁路沿线等，通常室外环境非常恶劣，自然气候风、霜、雨、雪及高速列车带来的巨大震动等因素，都给摄像机质量、工艺、安装方式提出了严格的要求。三级节点在各个站点，车辆段，安装部署编码器、硬盘录像机，实现视频的编码压缩和部分本地存储。由于前端设备分布广，因此系统稳定性是第一要素，系统的不稳定将会给后期维护带来巨大的压力。另外，设备需要具有远程维护能力，如远程升级，远程备份，远程启动等。对于变电机房、目前一般部署 PTZ 摄像机，联动温感、烟感、水淹、门磁等探测器，对机房实施保护，因此，编码器或 DVR 的输入输出节点数目、联动功能都是需
8、要考虑的。二级节点二级节点主要为铁路局，在二级节点，不同于三级节点单独的视频采集和简单观看功能，二级节点存在大量的用户，对本区段的视频资源进行调用、回放、PTZ 控制等。通常，在路局节点，一般设置多个客户端工作站、存储阵列、存储服务器、流媒体服务器、解码器、电视墙等终端，是系统真正的主干，也是应用的核心。二级节点是存储和流转发的核心，因此，通常采用大规模的存储设备，如 SAN 和 DAS 等，流媒体服务器采集三级节点的视频并向上转发。核心节点一级节点主要是铁道部监控中心（或路局中心），相当于平安城市的城市公安局总指挥中心。一级节点会连接各个铁路系统，并根据需要，有选择的调用、控制、回放各个铁路
9、的视频资源，一般设置工作站、目录数据服务器、重要录像资料的备份服务器等。高铁视频监控系统拓扑结构高铁视频监控系统拓扑结构如图所示，整个系统基于网络架构，实现视频的采集、编码压缩存储、转发及虚拟矩阵的功能。摄像机采集到视频信号通过同轴电缆连接到 DVR 或编码器，实现视频的采集、编码压缩和传输，PTZ 摄像机的控制信号通过 RS485 进行传输；编码器将视频流通过网络发送到 NVR 进行集中存储备份；存储服务器可以将 DVR 或 NVR 的视频资料进行重点备份；流媒体服务器可以在多个用户访问时进行集中视频转发而减少网络及前端设备的压力；解码器与电视墙连接，实现视频的集中大屏幕显示还原。安天下网址
10、：西刹子博客地址：联动功能介绍视频监控系统需要与防灾系统、动力、环境检测等系统进行必要的联动集成功能，其他系统可以以干接点或 API 接口的方式，实现与视频监控系统的集成报警联动。报警发生后，视频监控系统接收报警信号，按照预先设置好的联动程序，可以自动启动录像、改变录像帧率或分辨率、画面自动弹出、PTZ 预置位调出、触发继电器输出驱动灯光、警铃等设备。编码器干接点联动报警功能示意图如下所示：高铁视频监控系统要考虑的因素在架构铁路视频监控系统时，需要根据其线路应用特征和环境的特殊性，要考虑到各种常规监控应用系统以外的特殊因素，例如以下的几个方面。风雨雷电等自然现象风、雨、雷、电给室外摄像机带来很
11、大的考验，雨雪、高温、低温、雷击、大风、每个破坏环节都可能造成系统维护成本的剧增，而铁路项目的特点是跨度大，常常是山高路远，有时还要高空作业，并且系统一旦开通运行再申请作业会遇到很多限制，造成成本增加。因此，室外摄像机的选型、安装、接线及摄像机本身的高质量尤其重要。安天下网址：西刹子博客地址：长距摄像问题高铁监控，按照点位主要分为室内机房、室内候车厅、售票处及室外广场、站台等，这些位置的摄像机部署没有特别特殊的地方，但是另外一个点位较多的应用就是铁路沿线，绵延的铁路，是长距摄像机的绝对用武之地，长距摄像机可能需要监控几十米、几百米甚至几公里，那么，意味着长距摄像机可能需要有及公里的瞭望效果。瞭
12、望摄像机并非简单的摄像机加长焦距镜头。简单说，当焦距拉到一定长度时，手动键盘的操控很难去定位一个很远处的目标物，也就是说，摄像机的微步控制功能很重要。另外，高空瞭望摄像机，抗抖动、夜视照明问题等都需要重点考虑。预置位精度高铁监控中，为了快速定位场景或响应报警，通常客户会设置多个预置位供将来快速调用应用，预置位的数量通常不是问题，目前多数摄像机支持 128 甚至 256 个预置位，而实际项目上也不会用到这么多，但是预置位的精度是考察 PTZ 摄像机的重要指标，例如，当用户设置好一个预置位后，通常日后调用，有的摄像机预置位会出现偏移，这样不得不再次进行手动微调，失去了预置位本身的意义，影响使用。编
13、码器及 DVR 的选型高铁项目中，编码器及 DVR 通常分散部署在各个站点机房内，因此，编码器及 DVR 需要具有超稳定的性能（嵌入式编码器和嵌入式 DVR 是首选），良好的联网能力、远程管理及升级能力。由于网络系统架构复杂、跨度大、路由多，因此需要编码器设备能够具有本地缓存功能，在网络暂时终端情况下不至于丢失视频，一旦网络恢复能够将视频补充给 NVR 存储。另外，图像清晰度、双码流支持、双向音频支持、报警输入输出数量等都是需要考虑的指标。编码标准目前，铁路项目中主要采用的是 MPEG-4 编码技术及 H.264 编码技术，将来可能部署 AVS编码，采用帧内压缩与帧间压缩相结合的方法去掉视频信
14、息的时间和空间上的冗余信息。编码设备时延应不大于 300ms，每一级转发时延应不大于 500ms，解码设备时延应不大于 300ms，PTZ 响应时延应不大于 500ms，系统前端采集设备到用户监视终端时延应不大于 3s。视频分析技术在高铁监控的应用视频分析，即 Intelligent Video Surveillance，简称 IVS，是近年来新兴的一个技术，其核心思想是利用计算机系统智能识别技术将值班人员从长期的“盯屏幕”监控状态解脱出来，为视频监控系统增加智能识别、预告警及智能检索功能。视频分析技术在在铁路建设上已经有一定的成功实施案例，具体分析模式集中在入侵探测、（滞留）检测和逆行检测及
15、摄像机自身维护（如聚焦模糊、信号丢失、视频遮挡等）。IVS 技术应用难点安天下网址：西刹子博客地址：高铁的特点是系统跨度大、地理分布广，视频分析的环境复杂，风霜雨雪雾、摄像机抖动、火车灯光、城市灯光、昆虫、云影等现象均是视频分析可能会遇到的问题，良好的 IVS 系统应该能够很好的平衡漏报与误报之间的问题。不同的具体项目，摄像机的场景 FOV（FieldOf View）不同，有的线缆上当列车经过时，会充斥整个画面，而有线路上，列车经过，充斥一部分画面而已，因此需要根据不同场景选择策略、调整参数甚至底层算法微调。另外，在长焦距情况下，远端很小的目标应该能够探测到（考察 IVS 产品最小识别像素）；
16、在大风环境下，抖动的摄像机不应该误报（比如抖动范围在 10 个像素内）；多预置位分析功能，如在多个不同预置位下设置分析，然后可以自动调用预置位并快速进入分析模式；应该具有各种自然气候条件下的过滤及补偿程序。IVS 应用的模式铁路不是实验室，对摄像机的任何角度、焦距等调整均需要一定人力物力，视频分析对场景（FOV）的要求很高，在日后的配置中需要不断调整，因此，不难理解多数视频监控系统的视频分析摄像机采用的也是 PTZ 摄像机而不是固定摄像机了。分析模式固定后，摄像机 FOV 调整好，需要进入分析设置，通常，一路摄像机视频只能进行一个模式。在铁路应用中，主要有两种 IVS 模式，一种是在重要区段及咽喉区设置入侵探测，用来识别人或动物入侵
