浅议铁路综合视频监控平台的实现方案.doc

浅议铁路综合视频监控平台的实现方案2010-12-16 11:32:34 作者:罗志强 随 着技术的不断发展，基于宽带技术的网络图像应用在网络视频监控中逐步得到推广使用，使得电子监控已不仅仅局限于安全防范，而是已成为一种对各行各业都较为 行之有效的监督手段和管理资源。其应用领域和应用的灵活性也已经远远超出传统的安防监控所定义的范畴。互联网应用的蓬勃兴起，图像压缩编码与流媒体技术的 逐步演进，系统处理能力的大幅度提升，都使得数字信息技术作为一项领先的技术手段，在促进网络图像应用，降低产品成本，提高灵活性、可扩充性等方面提供了 强大的技术驱动力。受益于这些技术突破，网络图像业务的应用面得以大大扩展，正逐渐进入许多对网络图像业务有着极大需求的新兴行业市场。网络视频监控业务是一种基于宽带网络为用户提供图像 和各种报警信号远程采集、传输、储存、处理的一种全新业务。这是一个由前端、中间端、后端三部分组成的网络视频监控系统。前端由镜头、摄像机、云台、报警 开关、视频编解码设备、主机控制设备和监控软件组成；中间端是中心服务平台，中心服务平台具有业务平台的管理功能，并对传送过来的图像进行分发、存储、行 为分析、管理，对报警进行联动处理；在后端用户可在网络的任何一个接入点,无论是监控现场,监控中心,或者是远端,只要通过客户端软件,即可控制摄像机的角度、拉近拉远镜头、控制远端设备，并可接收报警信息。1 铁路行业对视频监控的需求(1)车/机务站段调度检护系统对视频监控的需求 监控重要平交道口的人流及车流情况，保证车辆安全通行； 监控行车室、接车亭等行车重要岗位的接发列车作业，监控调车作业； 监控站台、道岔咽喉区等影响列车运行安全的重要场所，检查咽喉区穿越正线的车辆的动态防溜等情况； 监控机车乘务室、机车动力室及牵引供电接触网的状况。（2）客运站旅客服务对视频监控的需求 满足对候车室、站前广场、售票厅、站台等场所人流、客流集中区域的监控；监控售票窗口，财务室，行包房，行包通道等涉及现金和物资的特殊场合；监控防护车站周界和特定场合，实现与入侵报警系统的联动；监控对进站口危险品的检查作业，在安检通道进行专门的录像和监控。（3）货场与编组站对视频监控的需求 编组站到达场和出发场的列车运行及货车装载状况情况，监控货场内装卸作业、外来人员及车辆出入等情况；监控编组场和货场的货物防盗状况。（4）铁路区间防灾安全对视频监控的需求 监控路段、护栏、滑坡区段、弯道的状况；监控全线每座公跨铁立交桥、特大桥梁、大型隧道内部、隧道口等的状况 对出现的紧急状况如泥石流、洪水、雨雪灾害和交通意外等启动报警预案，领导可及时做出反应并对现场进行指挥。 基于视频的应急救援指挥系统满足对事故现场或突发事件处理时现场图像实时传输的需要。 （5）铁路牵引电站、通号机房对视频监控的需求 通信信号机房监控：对各车站通信/信号机房、信号中继站、GSM-R基站等无人职守机房进行视频监控，进行同环境监控的视频联动。牵引供电系统监控：对铁路沿线各开闭所、牵引变电所、分区所、AT所等引供电系统无人职守场所进行视频远程监控，进行同环境监控的视频联动。 电力供电系统监控：配电所无人职守设备工作状态及场所的远程视频监控，进行同环境监控的视频联动。 2 系统基本原则2.1 设计原则1) 统一框架体系结构；2) 多层多级设计，每层功能又相对独立；3) 采用分布设计和统一管理相结合；4) 支持组件式服务接口，支持参数化配置；面向接口编程模式；5) 支持与外部系统信息交互；6) 支持不同厂商设备；2.2 建设原则1) 统一性 统一建设、统一管理，以确保整个系统的各种软件、硬件均符合相关的国际、国内及铁路相关标准，保证业务、功能、界面、内容的高度统一化和标准化，从而达到服务的规范化和管理的高效性。2) 先进性、成熟性采用国际最新的科技成果，从而保证整个系统在技术上 处于领先地位，系统在建成后一段时间内不会因技术落后而大规模调整，并能够通过升级保持系统的先进性，延长其生命周期，同时又要保证先进的技术是稳定的、 成熟的。要求系统具备监控领域新技术的应用：如行为分析技术，自动降帧动态调节等。3） 实用性充分考虑铁路的特色需求，实现对铁路客站、应急现场、铁路线路、生产作业管理、设备集中维护和重点区域的视频监视，满足公安、工务、客运、电务、货运、机务、车辆、运输调度工作及安全监视的需要，同时满足日常预警和应急指挥的需要，建成具有中国铁路特色的网络视频监控平台。4） 开放性和灵活性网络视频监控各地区平台要求节点功能灵活转换，满足平滑扩容的要求。网络视频监控系统与其他系统之间的通信接口，应符合开放系统互联标准和协议，以方便各级中心系统间的互联。5）可扩展性网络视频监控系统软件的设计应采用分层的模块化结构，以达到设置修改灵活，扩充方便，适应业务的发展变化。软、硬件平台应具有良好的可扩展能力，能够方便地进行系统升级和更新，以适应各种不同业务的不断发展。6）互联互通性 支持不同视频系统之间互联与视频共享，支持多级结构。7）安全性与可靠性网络视频监控系统的应用软件系统要能够连续长时间不间断工作。采用高可靠性的产品和技术，充分考虑整个系统运行的安全策略和机制。系统要具有较强的容错能力和良好的恢复能力，主要设备采用双机或镜像备份工作方式，保证系统稳定运行。3 系统结构3.1系统物理架构系统的总体框架如图 3.1 所示。主要包括视频前端、客户端以及视频中心服务平台，各部分均接入 IP 承载网。图 3.1 视频监控系统物理结构图3.1.1 视频前端视频前端设备主要包括摄像机和编码器（也可为IP摄像机），负责完成音视频信息采集、编码、发送；告警信息的采集、发送等功能，并可接受来自服务层的控制指令（音视频参数设置、编码器状态设置、TTL信息输出、PTZ指令等）。3.1.2 视频客户端视频客户端包括视频客户端软件、配置客户端软件、解码器及大屏（数字或模拟）。视频客户端软件负责为客户呈现系统所提供的服务，包括实时音视频解码播放（软解码/硬解码）、轮巡、分组调看、历史录像的解码播放和播放控制、告警信息实时提示和告警录像查看、视频上大屏等功能。配置客户端软件负责进行设备（编码器、摄像机、解码器、服务器等）管理，包括设备添加、删除、修改等，用户管理、权限配置管理等功能。3.1.3 中心服务平台中心服务平台由视频管理服务(VMS)、PTZ控制服务(PTZS)、视频存储服务(VSS)、流媒体分发服务(SDS)、告警管理服务(AMS)、接口服务(SIS)等几部分组成。视频管理服务，负责平台的视频管理。包括编码器、客户端、其他服务器的状态管理、信令转发（PTZ和告警除外）、数据更新、视频请求管理等；VMS的数据更新功能使得整体平台具有在线更新升级能力；管理服务器支持分布式应用。PTZ控制服务，负责将客户端PTZ指令转发到对应的前端编码器，达到控制云台运动的目的。PTZS同时负责对指令进行优先级别判断、锁定、解锁等功能。视频分发服务，负责音视频请求、接收、分发。并可实现多级级联；可实现分布式部署。 视频存储服务，负责视频存储、快速检索回放。系统支持计划存储、告警存储等多种灵活存储方式。告警服务，负责告警信息（视频分析告警、触发信息告警、其他系统告警等）获取、存储和转发。接口服务，接口服务负责和外部系统的交互，包括外部信息的接入和信息输出两部分。3.2 系统分层结构综合视频监控系统总体上分成3级。系统分层图如下图所示：图 3.2 综合视频系统分层结构图核心节点主要包括：VMS、PTZS、DB SERVER、VSS、AMS、SDS、SIS等，以及为主管领导和相关业务部门配备的监视终端(CU)。核心节点负责全部视频的综合调度，通过铁路视频专网接入下面各区域节点的视频业务。不同区域节点需要业务互通时，也需要将请求提交核心节点，由核心节点负责进行权限判断和连通。核心节点进行重要视频数据的存储和备份。区域节点负责本级所有视频业务的调度和管理，通过视频专网接入下面各站/段视频业务。区域节点对站段视频数据进行集中存储和备份。区域节点为整个铁路视频监控系统的核心平台，主要由VMS、PTZS、VSS、AMS、SDS、SIS 以及其他相关的配套设备组成。接入节点负责本站/段视频业务接入，并将现场视频信息上传给相应区域节点。站/段负责本地视频存储。现场前端子系统，主要实现音视频信息、报警信息的采集、网络传输以及辅助设备（如云台、矩阵等）的控制。它包括音频采集设备、视频采集设备、报警输入输出设备、云台设备、云台解码器设备及网络视频编码设备等。4 关键技术4.1 统一的编码器接入接口 在 实际的工程应用中，要求监控系统支持不同的编码器设备，而各编码器设备的外部开发接口千差万别，对监控系统的规范性、稳定性提出了严峻的挑战，铁路综合视 频监控平台通过统一的编码器接入接口，实现了平台功能与不同设备接口的有效隔离，保证了平台主要功能的设备无关性，接入新的编码器设备，只需要开发符合统 一接入接口规范的设备接口代理组件，就可以在基本不更改平台软件的情况下完成新设备的接入。其逻辑示意图如下：图 4.1 编码器接入接口逻辑示意图4.2流媒体数据块存储技术 视频图像的存储是海量存储，铁路综合视频监控平台采用了流媒体数据块存储技术以保证存储系统的长期稳定高效运行。 流媒体数据块存储技术将磁盘空间划分为固定大小的数据块空间，在存储视频图像时将流媒体数据写入预先分配的数据块空间，并根据存储覆盖策略进行数据块空间的回收再分配，从根本上避免了视频存储空间的磁盘碎片的产生，提高了存储性能，降低了磁盘损耗。4.3 自适应网络分发技术 综合视频监控平台采用了RTP/RTCP协议进行视频数据发送，通过统计丢包率，对分发帧率进行自动调整以适应网络状况。 丢包率是通过计算接收包数量和发送包数量的比率得到的，丢包率获得的整个流程是：发送方每间隔一定时间读取每个发送通道的发包数量和数据长度，组成一个此通道的RTCP报文发送给接收方，同时将发送数据包计数清零；接收方收到RTCP包后，读取接收通道接收到的包数量，并计算出丢包率，通过一个RTCP接收汇报包发送给发送方，同时对接收数据包计数清零。5 引用标准运基通信-【2008】-630号 铁路综合视频监视系统技术规范（试行）ITU-T G.711 音频信号的脉冲编码调制（PCM）ITU-T G.723.1 低速音频编码协议ITU-T G.729 采用共轭结构代数码激励线性预测的8Kbit/s 语音编码ITU-T H.264-2005 H系列：音视频和多媒体系统，音视频服务基础活动视频编码：通用音视频服务的先进视频编码ISO/IEC 14496-2:2004 信息技术视听对象编码第2部分：视频ISO/IEC 14496-2:2004/Amd.2:2005 信息技术视听对象编码第2部