铁路监控系统全数字全数字发展趋势

铁路监控系统全数字全数字发展趋势

1铁路综合视频监控系统现状随着我国高铁工业的快速发展，高铁列车的安全运行、高流量等级客运站的安全管理和重要设备的监控和维护给铁路部门的运营管理带来了新的课题。铁路综合视频监控系统作为铁路通信信息系统的重要组成部分,利用网络化、数字化的视频监控技术实现对事件的实时反馈和事后的可视化查询,为铁路的安全运营管理提供有效支持。目前,铁路综合视频监控系统普遍采用基于“模拟摄像机+视频编码器”的“数字”视频监控系统架构。随着铁路运营管理部门对视频监控需求的提高以及“3.1云南昆明火车站暴力恐怖案件”发生后铁路公安部门反恐防暴的需要,对车站视频监控的覆盖范围、视频分辨率和智能分析等提出了更高的要求,既有的基于模拟摄像机的视频监控系统方案已不能完全满足铁路相关使用部门对视频监控效果的需求。随着IP数字摄像机,特别是数字高清摄像机的技术趋于成熟和量产后的成本降低,铁路升级到“全数字”视频监控系统成为必然趋势。2视频采集系统基于数字摄像机的“全数字”视频监控系统由数字视频采集设备、传输线缆、网络设备、服务器、存储设备、监控终端和显示设备、电源设备等构成。系统在视频采集点利用数字摄像机完成视频采集和视频编码后,通过TCP/IP网络接入后台设备实现视频的显示、存储、管理和调用。本文对铁路客运车站数字视频监控系统的视频采集、传输、网络、存储及显示等方面的设计进行逐项分析并给出合理建议。2.1铁路车站的视频采集、应用分析和其他场所的配置2.1.1视频采集点的定义原则以250km/h客运专线常见的10000m2.1.2监控采集过程(1)安检区域:各安检仪设置2台720P枪式摄像机,分别对放、取行李的过程进行监控。各安检门横梁前后分别设置1台1080P半球摄像机,1台对进入安检门的旅客进行人脸摄像用于人脸识别,1台对车站安保人员手持金属探测仪的安检过程进行监控。(2)售票区域:售票室人工窗口一对一设置1台720P半球摄像机并具备语音采集功能,对购票人的相貌、售票和点钞的过程予以全程清晰记录。自动售票机区域设置枪式或半球摄像机对购票人员操作和排队情况进行监控。(3)进出站台区域:旅客进出站台的地道、天桥、楼扶梯上下口处分别设置枪式摄像机。长度较长的楼扶梯,中部位置补充设置枪式或半球摄像机。(4)旅客站台区域:目前的中小型车站旅客站台普遍采用有柱雨棚,为了避免雨棚柱对摄像机视线的遮挡,在雨棚柱的站台面两侧每间隔80m分别交错设置1台一体化快球摄像机,实现对站台候车区域的全覆盖监控。同时,在站台左右两端分别设置1台枪式摄像机用于车站股道咽喉区域监控。2.1.3摄像机及其选用数字摄像机内置的数字处理芯片使许多以往必须在后端服务器才能完成的数字图像处理过程在摄像机前端就可以实现且不再受传输时延及后台设备处理能力的限制。因而相比模拟摄像机,数字摄像机普遍具备更丰富的功能。在铁路客运车站的视频监控系统设计中合理选用具备不同功能的数字摄像机能够实现良好的使用效果。例如:具备可疑物遗留检测、入侵检测、逆行检测等智能分析功能的数字摄像机可设置在候车厅、客运站台和站前广场等区域,当发生相关情况时自动告警,便于车站管理人员及时关注和处理;180°摄像机和360全景摄像机等多镜头视频拼接类型的摄像机,适用于设置在车站候车区、交叉楼梯口、停车场等区域;500万及以上像素的数字超高清摄像机可用于监控大型车站站前广场区域,1台配备广角镜头的500万像素摄像机所采集的高分辨率图像可以同时截取其中需要关注的数个子区域并放大监控,以往需要8台以上模拟摄像机才能监控覆盖的大型车站站前广场现在仅需要2台500万像素数字超高清摄像机就可以实现覆盖并提供更清晰的监控效果。2.2数字摄像机传输方案数字摄像机可利用交换机POE供电,当数据传输距离小于90m时,仅需1根六类非屏蔽4对双绞线(UTP-21-6,低烟无卤阻燃型)即可实现数据和电力的传输。相比模拟摄像机需要敷设视频、控制和电源3根线缆,此时数字摄像机在施工复杂度和线缆、钢管、桥架的消耗方面具备明显优势。但是,由于受UTP-21-6线缆传输距离的限制,当距离超过90m时,数字摄像机数据传输需采用光缆并增设接入交换机、光纤收发器等设备,施工复杂度和工程投资会高于模拟摄像机。当数字摄像机的数据传输距离超过90m时,推荐以下几种数据传输解决方案,设计时可根据数字摄像机的设置情况灵活搭配使用。(1)当数字摄像机布点呈现区域聚集时,可优先考虑在汇集区域就近设置接入层交换机,摄像机通过UTP-21-6连接接入层交换机,利用光缆接入机房或楼层设备间内设置的汇聚层交换机。该方案的优点是网络架构稳定、故障率较低,缺点是交换机没有在机房内集中设置造成维护不便。此时需要重点注意现场交换机的设置地点应兼顾安全性和可维护性。(2)当数字摄像机设置地点分散且数量较少时,可选择采用配置有光口的数字摄像机和接入层交换机,利用光缆进行传输。该方案的优点是网络架构稳定、可维护性好、故障率低,可以网络远程监管到交换机端口和摄像机,缺点是投资较高。(3)当数字摄像机设置地点分散且数量较多时,可采用光纤收发器,成对设置在数字摄像机和接入交换机两端,利用光缆进行传输。该方案的优点是投资相对较低,缺点是增加光纤收发器这一常发故障点,并且由于光纤收发器无法网管,给系统故障定位带来困难。2.3数字高清摄像机对网络转发能力的要求制约数字高清视频监控系统广泛使用的瓶颈,除了前端摄像机成本,承载网络也是非常重要的因素。一路H.264格式编码,帧率25f/s,1080P分辨率的视频流平均流量即可达到8Mb/s(1)中型及以上规模客运车站的数字视频监控系统宜采用千兆局域网络。数字高清摄像机对核心层和汇聚层交换机的转发能力要求较高,核心层和汇聚层交换机应具备较高的背板带宽和端口吞吐能力。(2)接入交换机应避免多级级联,特别是室外现场接入交换机之间级联。接入交换机在条件允许时应优先选择星形接入机房内汇聚交换机:(1)可以避免单台接入交换机故障引起大面积摄像机掉线;(2)确保较高的网络转发性能和避免网络时延。(3)目前铁路视频监控系统通常采用8路或16路视频编码器,每台视频编码器占用1个IP地址。随着数字摄像机在全路大范围应用,每台摄像机都将占用1个IP地址,这对铁路系统有限的IP地址资源无疑是“奢侈”的浪费。笔者认为车站视频接入节点内的摄像机可以选择使用192或172网段的私有IP地址,通过分发/转发服务器或者在视频接入节点增设路由器来实现NAT转换以节省铁路IP地址资源。2.4摄像机的选用视频监控系统磁盘阵列的存储容量需根据摄像机的视频流量及存储时间来计算确定:1路H.264编码,25f/s的1080P视频如果按照X=8Mb/计算,存储1d约84.4GB,是同等条件下模拟摄像机D1分辨率视频数据存储的4倍。随着高清视频监控摄像机在全路的推广使用,所需的存储容量会成倍增长。因此笔者建议在客运车站数字视频监控系统中普遍采用720P摄像机,重点区域采用1080P摄像机,个别特殊区域可采用更高分辨率的摄像机,合理的摄像机搭配既能满足视频监控系统性能及清晰度要求,还能有效减少存储、网络及服务器等设备投资。监控显示设备是设计中常被忽视的环节,在使用中常常出现高清视频监控系统配置低分辨率显示屏或者采用BNC、VGA接口输出高清视频数据流的情况,成为数字视频监控系统的性能瓶颈,在设计中应注意避免。3视频采集系统基于数字摄像机的“全数字”视频监控系统与基于模拟