高清监控助力构建“和谐铁路”

文 | 罗宇

　　铁路作为国家重要的运输部门，其日常的稳定运行决定了国民生产、生活的正常运转。近几年，我国铁路建设进入了高速发展时期，为了保障铁路安全运营，各种先进科学技术手段得到了大量应用。在数字化监控潮流的影响下，对图像清晰度的追求已成为视频监控—个重要的发展趋势，高清监控系统正逐渐被铁路行业所重视。

铁路监控系统建设需求

　　目前，铁路视频监控系统主要包括综合视频监控、客运视频监控和防灾安全监控等多个子系统。综合视频监控系统作为通信业务的子系统，主要侧重于车站、线路重点部位（包括区间公跨铁区段，通信、信号机房，牵引供电、电力供电机房等）的监控。客运视频监控系统作为旅客服务信息系统的子系统，实现车站候车室、售票厅、站台、进站大厅、站前广场、进站咽喉等处的监控。防灾安全监控系统则对危及铁路运输安全的自然灾害及异物侵入等突发危害进行监测，为运营调度中心的工务施工、行车调度运行计划调整、下达行车管制、抢险救援、维修等方面提供依据。

　　目前铁路视频监控系统已进入规范运营管理阶段。随着时间推移，系统应用过程中出现的问题、逐步显现出来的不足成为运营管理部门需要迫切解决的问题。例如，在旅客服务方面，若站内发生刑事案件需要调取视频监控录像，查看嫌疑人体貌特征，但基于原有模拟、标清摄像机和存储设备无法提供有效的图像细节；在铁路沿线自然灾害发生地区设置行为分析设备，模拟、标清视频源数据只能提供“有没有看到”的视频效果，不能为体育行为分析设备提供所需的高质量画质，引起误报率过高、漏报等问题。由于模拟、标清视频及录像数据受技术、设备性能和客观条件因素的影响，无法在第一时间取得有效、直观的视频信息，“一定要看清楚”是管理部门提出的非常迫切的需求。

高清是什么？

　　近来高清这个词被越来越频繁地提起，但究竟什么是高清？应用高清技术的摄像机的本质是什么？而最终的高清监控系统又是如何定义的？高清是指以国际HDTV 为标准，支持720P、1080i、1080P，分辨率画幅16：9；采用H.264帧间压缩方式，实时全帧率。针对目前国内对高清网络摄像机的需求，高清网络摄像机的定义为“录像视频分辨率达到或超过720P(1280×720，25fps)，水平解析度达到或超过700 线的网络摄像机”, 其它更高分辨率的网络摄像机亦可称为百万像素网络摄像机——IPC。而高清监控系统的定义是指其传输的每一路图像都能达到高清分辨率，且视频采集、编码、传输、浏览、录像、回放等每一个环节均支持高清的监控系统。

NGN 架构及组播技术完善铁路高清监控系统

　　在铁路行业，高清监控系统带来的不仅是更清晰的图像和更好的效果，同时也带来了更大的系统性能需求、远距离传输带宽和海量存储等问题。怎样的高清系统才能适应铁路行业多级调阅、远距离传输、监控规模大的行业特点？

　　宇视科技公司提出的iVS 监控系统是目前比较先进的一种视频监控解决方案，它基于电信领域比较成熟的软交换架构——NGN 架构。NGN 架构的核心思想——交换与控制分离，从而规避了流媒体转发服务器的瓶颈问题。在路局部署的管理服务器仅负责处理设备管理、信令分发、会话的建立，并不参与到实时的业务流之中( 实时流和存储流)。各站上传的存储流和实时流均是通过网络直接传输到磁盘阵列、解码器或监控客户端，解决了各站与路局之间的服务性能和可靠性瓶颈问题。

　　当有多个用户同时调阅同一路实时图像时，则通过网络组播提供支持，此时前端IPC 输出组播流，由网络中的交换机提供类似码流复制的功能，避免大规模同时调阅对前端IPC 带来性能冲击和带宽压力问题。这种解决方案在高清系统中带来了较多的优点：

1．铁路各车站的监控点规模和服务器数量不存在强相关性，路局及车站视频管理服务器仅参与会话的建立过程，而不参与视频流的分发，因此系统不存在通信瓶颈问题。

2．由于采用了先进的软交换NGN( 业务流和控制流相分离)架构，管理服务器发生故障不会中断监控实时流，存储流也不受影响，保障了监控数据仍然正常的记录，从架构上极大地保证了系统的高可靠性，整个系统无局部故障点。

3．前端高清IPC 通过输出双码流( 存储流和实时流)，两路视频流可以单独设置码流大小，在最大限度地发挥高清监控带来的高清晰效果同时，又能显著降低存储的代价保障用户的投资。

4．当出现突发事件或事故、出现多个热点区域的时候，大规模突发的流量通过组播技术由交换机来进行复制、分发，从而轻松解决大规模多用户热点访问的问题，满足了铁路管理方在紧急情况下对高可靠性调度的要求。

高清视频在铁路中的应用

　　铁路管理部门日渐重视体育的管理模式，其中体育视频监控系统则是重要环节之一。要实现对监控信息的体育管理，视频图像分析系统是其中的重要系统。而体育分析的准确与否与图像的质量有直接的关系，为了保证视频体育分析的准确性，高清晰度的前端视频图像必不可少。高清系统应用在铁路货场、车站、岔道口、交叉路口等区域，为分析系统提供数据基础。

高清视频应用于货场列车编号识别

　　货运列车车体较长，每节车体上方的编号对于货车管理非常重要，每节车体点数耗时巨大，而且容易产生误读，造成重复工作。怎么才能快速、准确的进行车体编号点数呢？高清视频体育识别解决了这个问题。货场列车在高速行进的过程中，采用高清摄像机进行抓拍，图片分辨率可达到500W 像素甚至更高，再通过后端体育分析系统对高清图片进行分析识别，可快速、准确的对车体编号进行识别。

高清视频应用于岔道口

　　前端高清IPC 摄像机采集高清视频图像，体育分析终端根据高清图像进行区域侦测，主要是防止在特定时间段可疑人进入道岔保护区域。一旦有人进入，系统就会产生报警，及时提醒值班人员进行处理。同时分析终端又可以进行遗留物体侦测，主要是检测岔道口轨道上可疑的遗留物体，对意外情况进行及时的报警，防止意外事故的发生。

高清视频应用于车站

　　火车站作为人流量大、人流密集的场所，对移动人群进行实时控制报警，是监控系统的重要工作。采用高清监控系统可实现对大面积人群、少数人聚集的特征分析、自动探测出满足预警条件的人群，在发现异常状况时，系统自动发出报警，弹出报警画面，产生报警信息。

　　对于在车站重点区域的徘徊人员，系统可实现对探测区域中徘徊目标的高清视频进行特征分析，自动探测出满足预警条件的徘徊目标。系统自动发出报警，锁定徘徊目标，自动弹出报警画面，记录报警信息并画出徘徊目标的轨迹。

高清视频应用于交叉路口

　　铁路交叉路口是人员活动相对较多的地方，不排除有人故意放置可疑的遗留物于轨道上，高清图像行为分析预警系统能对可疑遗留物体进行分析、报警。

　　对于高速铁路，无论在什么情况下，都不允许有人靠近。为了提高其安全系数，需采用大面积的区域侦测，从而能更快侦测到各种可疑情况，避免造成重大损失。而大面积的区域侦测首先要求图像分辨率达到720P 以上，才能保证侦测的准确率，故在交叉路口采用高清视频是极为有效的。

结束语

高清视频在铁路监控系统中应用广泛，为管理部门实现体育管理提供了有效信息基础。铁路监控系统，必将通过更清晰的图像质量、更开放的系统结构，构建成更体育化、实用化的监控系统。