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视频监控技术在高速铁路系统中的应用

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：张燕兵

[导读] 摘要：国内铁路建设业当前属于高速发展状态，以视频监控科学技术为辅助为旅客和货主们生命、财产安全保驾护航，对铁路业实现持续性的发展起到助力作用，对和谐社会进步发展较为有利。

        中铁二十四局集团上海电务电化有限公司上海市 200071
        摘要：国内铁路建设业当前属于高速发展状态，以视频监控科学技术为辅助为旅客和货主们生命、财产安全保驾护航，对铁路业实现持续性的发展起到助力作用，对和谐社会进步发展较为有利。对此，本文主要采用文献资料检索方法，先检索国内外与高速铁路、视频监控等相关的研究报告、学术论文、图书杂志、文集文章等等，对相关研究成果进行系统化地梳理及总结分析，并围绕着高速铁路专项系统当中视频监控科学技术有效应用开展深入研究及探讨。本次课题研究可谓是横跨了金融、人工智能等各个领域，需运用到各种学科方法、基础理论及成果，并从整体入手综合研究本课题，以保证本次课题研究的客观性及精准性，期望可以为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。
        关键词：高速铁路；系统；视频监控；技术；应用
        前言：
        高速铁路专项系统，对高速铁路的运行安全及可靠性来说有着直接影响，以至于其对所用的科学技术有着极高要求及标准。视频监控科学技术，属于该系统设计应用期间较为核心的一项技术，可实现对高速铁路整个系统的实时化监控，更好地维护高速铁路的运行安全。因而，综合分析高速铁路专项系统当中视频监控科学技术有效应用，有着一定的现实意义和价值。
        1、系统应用意义阐述
        1.1 可满足于经济社会的建设发展根本需求
        铁路业属于国内一大重点行业，便于人们出行和货物运输。社会经济实际发展期间，极易有安全问题存在，铁路每日输送人群较多，规模持续扩大发展，施工安全需得到高度重视。那么，为更好地顺应于时代的发展需求，紧跟社会经济新时代背景下的发展脚步，务必注重安全科技进步发展，以便于更好地服务于铁路业，确保社会公共的安全服务整体技术含量得以提升[1]。
        1.2 可满足于高速铁路业建设发展需求
        伴随社会经济持续进步发展，高速铁路也持续提升运输速度。铁路建设实践中难免会有矛盾冲突产生，以至于衍生出运输安全层面问题。故为确保铁路部门能够与时俱进，便需对铁路运输的安全管理实施综合分析，注重高新科技有效运用，对高速铁路业实现飞速发展起着助力作用。铁路业处于新时代背景下，便需更为注重视频监控专项系统科学应用。
        1.3 可满足于刑事犯罪的斗争力增强需求
        因视频监控可提供极具清晰度图像，清晰记录好整个发生过程。故刑事防范、案件侦查等当中引入视频监控科学技术，突破了传统的侦破模式，动态条件之下，能够更为直接地发现相应犯罪嫌疑者，将侦查方向与范围确定下来，为侦查案件来提供较为客观的依据或者参考，技术打击各种犯罪行为，为高速铁路的沿线安全提供可靠性保证。
        2、设计思路
        2.1 监控平台
        一级平台位于铁路局内部车务调度监控中心，可调用、接入、管理全部模拟及数字化视频图像；二级为线路当中车站的业务部门所设视频的监视中心，接入及管辖区间的监控站模拟及数字化视频图像；三级则为哥哥区间的监控站，接入辖区模拟的全部视频，接入模拟的视频图像，数字编码装置转换成数字华视频图像，详见图1。

                             图1 监控平台系统架构
        2.2 在监控特点层面
        高速铁路内部视频监控专项系统，以铁路系统IP网络为基础，建立分布式、智能化、数字化网络视频的监控系统，以确保可满足于供电、车辆、电务、公务、机务、车务、调度、客运、案件及公安等所有业务部门、防灾监控、应急管理、救援抢险各层面需求，共享网络资源与信息资源。高速铁路内部视频监控专项系统其一般是以视频编码和分析技术为基础，低码流之下实现高清的视频图像实时化采集和编码处理、传输和录像、自动报警、转发等。指挥者与警务人员，其则借助自身工作区域电脑或者是大屏幕，细致了解该辖区及全线车站、机房、路基、桥梁、区间等这些重点区段及设备，实现突发事件的精准及快速处理[2]。
        2.2 在需求分析层面
        经对专业用户们细致调查，涉及到客运、货运、电务、运输、机务、安检所有用户，下列是详细分析：
        1）在客运层面
        客运业务一等站之上车站需安置视频监控，维护业务安全，出站检票口和进站安检口、所有站台、地下通道、转运通道、旅客天桥这些场地均需安置摄像头，所有客运段均需将监控终端设置好。
        2）在货运层面
        货场和咽喉区域安置摄像头，内含库存区、货场站台、办公区等，所有办公室需安置好监控终端装置，包含货场主任、货检和货运场地等。
        3）在电务层面
        所有通信机房、内部设备、维修作业、调车作业、机房门等常识，监控终端装置均需安置到所有电务段和通信段。
        4）在运输层面
        因铁路运输地方相对较多，故需安全监控格外重要，比如调车操作区域、区长室内、站长室内、区间站、大/小站等常识，视频监控的终端均需安置到车务段和直属站当中，为所有监控作业区域安全提供可靠性保证[3]。
        5）在机务层面
        给水所、牵引供电装置机房、变电所均需安置摄像机，以便于实时监控这些场所，维护高速铁路运行安全。
        6）在安检层面
        铁路局的安监室、事故救援列车与专用汽车上均需安置好摄像头，将应急救援的图像系统构建好，局值班室和值班主任能够实时调动摄像机的图像信息；公安系统（所有派出所需调用视频图像）、信息系统（所有车站信息的机房内部均需安置好摄像机，安排专人负责实时监控）、公务系统（如线路、隧道、桥梁施作业位置，终端装置均需安置到公务段）。
        2.2 在关键性技术层面
        1）在IP组播的传输技术层面
        伴随IP技术成熟化发展，借助IP网络可直接实施视频图像传输，经远程监控传输，双向应用即可实现。IP组播，其是以组地址为基本概念，将所需视频流信息数据用户合理编入至用户组，借助高级网络协议，实现最带宽的经济利用，借助用户组将数据传递至所需用户终端。
        2）在MPEG SERVER 4的编码技术层面
        所谓MPEG SERVER 4，为新一代以内容为主体多媒体信息数据的压缩编码一种国际标准，其相比较于传统视频编码的标准，差异性集中表现在首次提出以对象为基础视频编码的概念。以内容为主交互性，属于MPEG-4标准最为核心的思想，内含高压缩率，多媒体信息内容极具互动性、全方位存取性等，且其内部编码系统开放，随时可加入编码算法全新模块，可提供以内容为基础随机存取等方式，有限时间段内维持高分辨率状态，按照帧或者是任意的形状对象，随机存取某个音视频的序列[4]。同时，因前端摄像装置采集图像信息有较多数字数据量，传输期间所占用带宽及时间加大，依照着ITU-601标准和4：2：2的编码标准，其其比特流列式是（13.5×8＋6.75×8×2）Mbit/s＝216Mbit/s。每分钟的数字视频实际占用空间则是216Mbit/s×60s/8＝1620MB，数据庞大，故需压缩处理图像数据。
        3）在集群的存储技术层面
        在一定程度上，集群存储属于开放存储架构及分布操作系统，把物理存储多台装置当中存储空间科学聚合成为一个可给应用服务装置提供统一的访问接口、管理界面等存储池，可通过此访问接口，管理其存储池所在后端的物理存储装置上全部磁盘，发挥存储装置性能及其磁盘的利用率。信息数据会依照着特定负载均衡实施策略，从若干台存储装置上面存储及读取，便于获取极高存储性能。
        2.3 在系统功能模块层面
        系统功能模块，其内含数据信息的采集和处理、控制、设置、维护各个功能层，详细分析如下：一是，采集功能层。主要是实施摄像装置全段的监控点和声音采集，借助监控点处网络摄像装置实现有效采集。综合处理经监测所获取到数据信息，图像输出和输入均需经双绞线及时传送至MPEG SERVER4当中；二是，数据处理功能层。以无线形式通常难以传送经采集所获取图像和输入模拟语言，故需对带宽有着较宽要求，传输模拟信号的期间误差极易积累，达到了接收端后调节难度较大，需借助PEG SERVER4实施调节操作和数字化的压缩处理。经压缩处理后的信息数据，其原有信息并未失去，使用价值仍存在。接收到信息之后，能够完整恢复出其原始图像和语音，经压缩使用过后信息数据量要比模拟条件之下的小。姑无线宽带的狭窄条件之下，此处理手段实操可达到较为理想化处理效果；三是，控制功能层。摄像头的控制信号源自于MPEG SERVER4—RS-232串口当中485B的信号线，对线连接到了摄像头内部，经指挥中心将指令发出，并传送至MPEGSERVER当中，综合分析过后，经信号线及时传送之网络的摄像机当中，远程控制即可实现；四是，设置和维护功能层。该功能层是在设置和维护系统期间负责调用，结合不同调用，及时返回其不同处理结果，而后，重启并控制所选定车站服务装置，对车站服务装置实施关机控制，及时获取到硬盘录像装置各项参数、远程升级的硬盘录像装置、硬盘录像装置运行状态等，加设监控服务装置操作和维护功能；五是，接口和通信功能层，构建起综合管理的服务装置，权限信息和交互状态相关信息可实现有效交互，建立起和车站监控的服务装置TCP网络系统通信链接，获取车站监控的服务装置状态信息。因通信链路相对可靠、稳定，数据传输时效性得以保证。在超时现行或其余错误现行发生，通信链路所在终端极易自动重新连接。
        2.4 在管理结构层面
        建设高速铁路内部视频监控综合系统平台的管理系统，务必要和高速铁路整个系统管理模式、视频监控专项平台建设总结构相结合，内含铁道部的一铁路局和客专的调度所内部一站段的3级管理架构。现阶段因全路所有路局有较多下属站，视频监控专项系统并非只服务于单个部门，站级设定管理级别之后，会因管理点相对较多，且十分分散，对集中管理整个系统较为不利。故全路的视频监控专项系统平台，其基本管理功能需设定于铁道部、铁路局、客专调度所等位置，站段均需将管理终端设好。
        3、结语
        从总体上来说，高速铁路视频监控专项系统，可满足于经济社会的建设发展根本需求、可满足于高速铁路业建设发展需求、可满足于刑事犯罪的斗争力增强需求，能够沿途覆盖较多运输干线，为所有单位来提供终端，确保科学管理、合理架构、有效运用的一个目标得以实现。应用实践中，需着重考虑到既有视频监控综合系统实际运行情况，将扩充余量备好，且需着重考虑到现有的视频资料整合和使用，尽可能不对现有装置有效应用产生影响，确保建设成本得以减少。结合线路实际情况，做好整体布局，做好监控特点和需求分析，有效把握各项关键性技术，设定好系统功能模块，整体建设高速铁路的线路，以便于满足所有部门现实需求，确保其能够匹配于投资规模。
        参考文献：
        [1]蓝信雷. 综合视频监控系统升级与优化的研究和实现[D]. 北京邮电大学，2017，12（006）：124-125.
        [2]孟旻. 高速铁路高清视频监控系统解决方案[J]. 引文版：工程技术，2016，18（003）：133-134.
        [3]陈孟达. 视频监控系统在高铁通信中的应用分析[J]. 产城（上半月），2019，20（002）：101-102.
        [4]西刹子. 智能网络视频监控系统在高速铁路的应用[J]. A & S 安全 & 自动化，2019，33（011）：100-101.