基于高速铁路监控的安全需要，本文由Ge Security China技术服务经理李劲松介绍详细的铁路综合视频监控系统的设计。该设计实现了沿线控制，并在控制中心和分中心可实现对各视频采集终端的分专业、分区域，分优先级的远程监控。
高速铁路是指时速200公里以上,全封闭,全线无平交道,行车需要绝对安全的铁路系统。中国高速铁路博采众家之长，通过引进消化吸收再创新形成了具有完全自主知识产权的“中国品牌”。目前，中国铁路在高速动车组、高速铁路基础设施建造技术和既有线提速技术等方面都达到了世界先进水平。
高速列车由于速度快，安全问题显得尤为重要，高速铁路行车安全的特殊性，决定了高速铁路安全保障体系的特殊性[1]。根据高速铁路高速、高密度、高稳定性、高安全性的特点和“集中管理、分散控制、全面监控、安全联动”的要求，我们必须在满足对机车车辆、供电、线路以及通信信号设备有高性能的要求的同时对各种可能发生的灾害，如自然灾害(强风、暴雨、大雪、地震)、突发事故(坍方落石、异物侵限)、列车及设备故障、突发的大规模群体事件等实施全面监测[2]。基于以上需求，实现沿线监控是方便而又必要的。
数字
视频监控系统是以数字视频处理技术为核心，综合利用光电传感器、计算机网络、自动控制和人工智能等技术的一种
监控系统。数字
视频监控系统除了具有传统闭路电视监视系统的所有功能外，具有操控优先权，还具有远程视频传输与回放、自动异常检测与报警、结构化的视频数据存储等功能。特别在操控优先权方面，动态的操控优先权对于高速铁路是非常重要的：如有火灾报警时，动态调整消防控制中心的控制权限；铁路客运专线应急情况发生时，动态调整应急指挥中心的控制权限。
基于以上安全需求和视频监控系统的特点，本文设计了铁路综合视频监控系统的结构和该监控系统应当实现的系统功能以及满足的性能需求。
铁路综合视频监控系统
基于高速铁路的高安全性需求，对铁路沿线和沿线重点设施(含车站重点部位、区间重点区段、特大桥、隧道及通信、信号、牵引供电、电力供电机房等)实时监控，对异物侵入、设备严重破坏或丢失、人员上道等主动发出报警信息是必要的。
为了对各采集终端进行有效的管理，这里需要一个分级的管理系统对终端进行分层次，分优先级的控制。在这个系统中，各个采集终端将信息量反馈到各个车站，再到各个分中心，最后到达控制中心。在控制中心或分中心，可实现对各视频采集终端的分专业、分区域远程监控。下文将从系统结构、系统功能设计要求和系统实现手段出发作出设计。
1. 系统结构
铁路综合视频监控系统由视频节点
(视频核心节点、视频区域节点、视频接入节点)、视频采集点、视频网络和用户终端构成。系统应用结构见图1的铁路综合视频监控系统应用结构。
图1：铁路综合视频监控系统应用结构。
2. 核心节点
对监控系统做针对性的分布式结构设计，使铁路客运专线这样有着大量摄像机前端，多个车站的系统可以保证整个系统不因一两个设备的故障而导致瘫痪。每个编解码设备均有自行运行管理能力，系统可以通过一个中央管理设备进行统一管理，而这个中央管理设备又不是核心运行设备，即使关闭或故障，整个系统中的所有数字化设备也可以通过设备本地保存的配置信息来正常运转。
而每条高铁专线可能由不同的厂家承包，各个厂家提供的SDK并不完全相同。因此在这个中央管理设备上安装一个管理平台以提供对各个专线的统一管理调动是非常必要的。
3. 视频节点
视频节点包括视频核心节点、视频区域节点、视频接入节点。视频核心节点设在铁道部；视频区域节点宜设在铁路局和客专调度所；I类视频接入节点应根据采集点的数量选择大型客运站、编组站或段所在地，II类视频接入节点在采集点较集中且具有传输条件的点和沿线部分车站设置。
(1)视频采集点
根据安全、管理、防灾等要求，视频采集点一般分布在客运站、货运站、编组站辖区内及区间线路的重要地点和区域。视频采集点一般设置摄像机、编码器等前端设备。
(2) 视频网络
铁路综合视频监控系统的视频业务通过数据网承载，视频采集点的视频信息可通过SDH网、MSTP、有线(光缆、电缆)或无线等方式接入。
(3) 用户终端
用户终端包括铁道部、铁路局/客专调度所和站段级用户的监视/显示终端，各级用户按业务部门可分为调度、公安、安监、车务、机务、工务、电务、车辆、客运、货运、供电等。各类用户终端可以根据业务范围和使用权限对系统内的视频资源进行访问和控制操作。
4. 系统功能要求
铁路综合视频监控系统主要包括视频采集、视频监视、视频监控录像/存储及回放、PTZ及预置位操作、视频内容分析(可选)、告警联动、系统互联、系统安全和系统管理等功能。
(1) 视频采集功能
实现对线路、桥梁、隧道、车站、编组站、机房内/外及重要设备等不同区域的视频采集。
(2) 视频监视功能
·支持单画面和多种多画面模式的切换浏览，并在播放实时视频的同时应该能够根据需要进行画面放大、伸缩等操作。
·监视终端上应能够显示监视图像的时间、地点等信息。
·系统应支持多用户同时监视同一路实时视频的功能。
·组合功能：系统应该能够根据用户需求，按相关特性(如场所、业务种类等)对一组实时视频图像进行同步调用。
·轮巡功能：系统应能够根据用户需求，针对选定的视频图像制定调用分组、播放顺序和每组播放时间的计划，并根据计划执行。
·抓拍图像：系统应支持在进行实时视频播放或者回放录像时将瞬间的图像抓拍并以图片方式保存，用户可根据需要将抓拍图像存储到指定位置、并对存储的图片进行检索。
(3) 监控视频录像存储及回放
·系统应实现对实时视频信息的录像存储、事件触发存储和计划存储功能。
·应支持对重要视频图像信息的备份存储。
·系统应支持用户根据时间、地点、事件等多种条件进行检索和回放。
·系统应支持多用户同时调用检索视频图像。
·系统应支持下载到本地回放录像和远程直接回放录像的方式。
·系统应按不低于12帧/秒进行存储。
(4) PTZ及预置位操作
系统可支持对摄像机的
云台转动和镜头的变焦、聚焦、调节光圈及启闭雨刷等功能，且系统还应实现对预置位的设置操作，包括预置位的增加、删除、调用等操作。
(5)视频内容分析
系统可提供对视频图像内容的智能分析和图像告警功能，根据用户需求进行设置。系统应至少能够支持入侵检测、逗留(滞留)检测和逆行检测等基本检测模式。
(6)告警联动功能
系统可支持与动力环境监测、SCADA、防灾(探测器、落物检测)、信号微机监测等系统的告警信息进行联动的功能，对告警信息进行处理，以文字说明、图像显示、声音提示等形式显示，同时在系统中记录并发布告警信息。
(7)系统互联
系统可提供同外部系统(应急通信系统、GIS系统、TDCS、CTC等MIS系统、货运检测系统等)交互的接口，系统间互联通过网关实现，可以和互联系统进行相应的信息交互，达到信息共享、资源共享、事件共享等功能。
(8)系统安全
系统应具有安全管理功能，包括物理安全、通信和网络安全、运行安全及信息安全。
(9)系统管理
系统应包括用户管理、配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和日志管理等功能。支持对各种视频设备资源、设备的运行状态进行监视及维护、通过软件对系统设备参数进行配置、对系统用户的注册、认证、删除及权限分配进行管理等功能。系统应具有日志管理功能，能够通过操作日志对操作人员进入、退出系统的时间和主要操作情况进行记录，支持日志信息查询和报表制作等功能。
该模拟预算的使用设备：VisioWave，模拟配置位置：武广线。
表1：以武广线为例说明高铁安防监控系统的预算。
由以上配置可知，从保证高速铁路的高安全性到合适的预算，该铁路综合视频监控系统是可行的。
Visiowave数字编解码硬件平台
GE安防Visiowave数字编解码硬件平台是一套完整的基于网络的数字化视频监控平台，在高速铁路应用有明显的优势：
(1)产品基于MPEG4/H.264 SVC先进的可伸缩压缩编码方式，可以灵活实现时间和空间上的多码流传输，满足不同码流的需求；即对任何一路压缩图像数据，可根据需求在车站、路局/客专调度所及铁道部得到不同分辨率、不同帧率的多路码流；
(2)节约网络带宽，MPEG4/H.264-SVC是一种最新型的MPEG-4编码方式，比常见的MPEG-4SP/ASP编码方式可以节省大约25-50%的带宽，也就是说MPEG4/H.264-4SVC在1.5Mbps的码流状态下图像质量可以达到MPEG-4SP/ASP大约2-3Mbps的图像质量；
(3)Visiowave硬件设备可实现设备状态实时监测功能；Visiowave所提供的SNMP管理、报警捕捉、以及SDK维护函数能够获得如下的信息并触发报警：
·设备的温度、主板电压、网络连接状态、电源状态、机箱温度、视频状态等；
·RAID机箱的硬盘状态、电源状态、风扇状态、错误预测等，而且，在设备的前面板也有LED来显示上述的一部分信息。
在视频信号中断或者网络连接中断时，输出监视器上将会显示一副特定的图像已表明出现这种情况，并且会将此信息发送至CCS。
(4)功能强大的SDK开发包，包括超过400个功能函数，易于进行二次开发；SDK兼容所有visowave硬件，能满足深层次的开发需要；
(5)设备本身自带维护性智能视频分析功能，可实现黒帧检测、过度曝光检测、模糊探测、镜头遮挡检测摄像机视角核实、入侵探测等功能
(6)系统本身支持NTP服务，可保证系统的同步。
(7)Visiowave具有分布式智能管理功能；系统设备配置备份功能，所有设备的配置参数同时在中心服务器和设备本身存储，当服务器不能正常不能工作的时候，设备本身存储的配置参数使系统正常运行。
(8)Visiowave所有设备支持web直接访问。远程客户可以通过城域网进行访问，对设备进行调试和控制。
结束语
随着国民生活水平的提高，生活节奏的加快，高速铁路的发展越来越迅速。高速铁路由于速度的加快而对安全环境提出了更高的要求，当列车以350公里时速运行时，列车每秒位移接近100米，一个小小的异物就有可能造成毁灭性的灾难。因此，基于高速铁路监控的安全需要，采用合理的数字视频监控系统，对整个客运专线旅客服务、信号、牵引供电、电力供电、运营调度等系统提供专业视频监视是必要的。本文提出了一个铁路综合视频监控系统的结构设计和基于该系统的安全性功能和性能要求。通过对武广线的模拟配置并计算出预算可以证明该系统的可行性。
参考文献：
[1]高速铁路安全系统的研究 Study on Safety System of Express Railway 作者:崔丽红,刘鑫,魏庆朝, 期刊-核心期刊 中国安全科学学报CHINA SAFETY SCIENCE JOUR 2001年 第02期
[2] 浅析基于视频的高速铁路综合安全防灾系统 黄承韬
