随着京津城际铁路、武广高速铁路运营，到京沪高速铁路开通建设，中国已经迅速跨入引领世界的“高速铁路时代”。按照我国近期高速铁路规划，到2012年，我国将建成客运专线42条，总里程1.3万公里，全国将形成“四横四纵”的初步格局。在高速铁路建设不断向前推进时，其安全运营管理也受到人们的关注。如何使用先进的科技手段保障铁路运营的安全，在事故发生时可以进行事件追溯，成为高速铁路领域迫切需要解决的问题。本文主要分析高速铁路的视频监控系统需求，并介绍H3C iVS IP智能监控解决方案的组成、特点及其在高速铁路安全运营监控中的应用。
视频监控系统是高速铁路安全运营的重要组成部分，在通信指挥调度、安全防灾、事故处理及预防等方面发挥着重要的作用，也是事后稽查突发事件的重要依据。随着高速铁路建设的迅速发展和监控规模的增加，高速铁路监控的建设需面临以下几个挑战：
●可管性：应对监控规模的增加，需要快速方便的对所有监控设备进行管理；支持分级分域管理，满足不同级别用户的不同权限级别，不同用户角色管理的监控需求；
●可靠性：应对突发事件时，需要保证
监控系统可靠、快速方便的调阅历史和实时图像；
●可扩展性：随着新建设点的增加，系统能够进行方便的扩充以及应对用户增多带来的挑战；
●开放性：为满足新建项目和已有监控系统的兼容，与其他应用系统的互通联动，整个系统必须保证充分的开放性。
●针对性：监控系统需要满足铁路行业的特定需求，如实时性，低带宽，多用户。
为了应对高速铁路
视频监控系统需求和一系列挑战，
H3C提供了铁路行业的整体解决方案，系统架构图如下：图1：铁路行业解决方案图。
该方案满足《铁路综合视频监控系统规范
(试行)》要求，遵循“统一领导，统一规划，统一标准，统一管理，统一资源”的原则，监控范围自上而下覆盖到铁道部、车务局、车站、站内及区间并预留其他业务部门、系统接入条件。整个方案由位于铁道部的视频核心节点，路局/客专调度所的视频区域节点，站点及沿线的I、II类视频接入点组成。整体架构分为三层结构，各层设备关注不同的功能实现，整网实现统一化管理。
该方案系统包含H3C的以下监控产品：
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产品名
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型号
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视频管理服务器
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Video Manager
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数据管理服务器
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Data Manager
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媒体交换服务器
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Media Switch
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设备代理服务器
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Device Agent
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IPSAN盘阵及扩展柜
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VX1500
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编码器
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EC2016,EC2004,EC1501,EC1102,EC1801,EC1101
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解码器
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DC1801,DC2004
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客户端软件
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Video Client VC
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表1 相关设备说明。
在视频核心节点、区域接入点、I类视频接入点部署VM视频管理服务器、DM数据管理服务器、MS媒体交换服务器、IPSAN磁盘整列、VC客户端软件和DC系列解码器。根据前端设备的情况，在I类视频接入点部署DA代理服务器接入第三方前端设备。在II视频接入点仅需部署VC客户端软件和DC解码器。在视频采集点布置EC系列编码器。
华三方案设计的几个优点
(1) 可管性：方案基于IP技术构建，管理灵活便利是IP的天然优势，VM(视频管理服务器)和DM(数据管理服务器)共同构成IP监控方案的管理核心，可实现对所有监控设备及监控业务的智能化管理。
该方案支持分级分域的管理、自动的设备批量配置、全网设备的统一拓扑视图、拓扑自动发现管理、全网设备状态管理、故障自动告警及GIS定位管理，可以方便的实现编解码、存储、网络传输和业务软件(服务器)四大平台的统一网管和维护，实现统一故障定位和设备管理。所有设备包括软件客户端支持远程统一升级，极大的提高了可维护性。
图2：全网设备的统一拓扑视图。
系统针对不同的路段中心、区域中心可以采用域管理、用户管理和
云台控制冲突管理等多种权限管理模式。不同的路段中心、区域中心可以根据指定的权限对监控系统进行操作。这种分级分域的多种管理模式非常适合高速铁路监控系统应用，降低监控的维护成本。
同时针对高速铁路，监控路数多，存储数量大，存储分散难于管理的难题，该方案视频数据存储采用集中部署或者分布式部署的方式。
存储设备的部署在物理上可以是分布式，但在逻辑上却能集中管理，这样，既可以因地制宜的进行存储设备的部署，简化了部署的复杂性，同时管理人员又可以在中心对所有存储设备、存储空间和存储数据进行逻辑上的集中管理，极大的减轻了维护人员的工作量。
图3：存储设备的部署在物理上可以是分布式，但在逻辑上却能集中管理。
(2) 可靠性
方案平台各部件可通过双机进行热备，也可采用负载均衡设计，实现电信级的高可靠性保证，满足高速铁路领域应用对可靠性的要求。
所有设备采用和
H3C交换机、路由器一样的电信级制造器件和制造工艺，平均无故障间隔时间(MTBF)>500,000小时。它具有业界领先的环境适应能力，工作温度范围广(-40～＋75℃)，防雷等级达到正负4KV，冲击电流达到1KA，抗静电能力达到正负8KV的要求。
编码器能够抗震动，防风沙，非常适合铁路领域户外温差大，条件恶劣的环境。同时可通过编码器上双网口支持环网连接，极大提高系统的可靠性。将信令与业务承载码流相分离，网络承载实时、存储和回放业务码流，无流媒体服务器处理瓶颈，如下图所示：
图4：网络承载实时、存储和回放业务码流，无流媒体服务器处理瓶颈。
采用这种结构的好处是核心信令管理服务器出现故障，已设定的存储流和视频流不中断，不受影响。当故障排除后，只需将其重新接入网络，系统便可恢复正常控制。
(3) 可扩展性
可扩展性包含两个方面，一个方面是自身系统规模的扩容性，另一是随着其他应用增加，业务的扩展性。
在自身系统规模扩容方面，方案以IP技术为基础，采用虚拟的数字交换改进了以前模拟系统扩容需要增加物理设备的限制。只要IP可达，监控便可达，而且没有物理空间的限制，理论上可以做到无限扩容。
在视频监控中非常重要的数据存储部分，方案中可采用分散存储，统一管理的模型，可以方便的进行存储扩容。当有新的监控需求时，如果中心有冗余空间，只需要前端增加摄像头、编码设备即可，无需再增加单独的存储资源。当一台设备的有效存储空间不够时，可以进行在线平滑扩容，能够满足一些重要数据的长时间保存和动态扩容的需求。
在业务扩展方面，iVS方案提供平台级开发接口，包括符合SOA架构的SIP+XML协议、SDK开发包等各种方式，让合作伙伴专注与业务开发，快速可靠的向最终用户提供各种业务需求的解决方案。通过H3C的OAA合作伙伴计划，目前已经能够提供包含视频会议、专业报警、门禁、智能分析、SCADA等业务增值方案。
(4) 开放性
系统充分整合了IP网络、视频、存储、信令等领域的技术，采用开放的NGN架构，标准的技术实现。系统将信令控制与媒体流交换分离的先进理念引入视频监控系统。满足进行高速铁路监控建设时，不会局限于一个厂家，扩容方便，保护用户投资。例如，在图1中，通过DA代理服务器软件，便可实现和第三方DVR或系统的互联互通互控。
同时，我们看到，高速铁路监控所涉及的每个子领域的技术都处在快速的发展中，如监控接入层中的各种无线技术，包括WLAN、GPRS、3G等；网络承载层中的IPv6、高性能以太网等；控制层的模块化软件技术、中间件技术等；业务应用层的IP SAN、图像识别、人工智能等。iVS方案采用这种标准、开放的架构，有利于每个层次技术的独立发展及平滑演进，保护用户的投资。
(5) 针对性
在高速铁路领域，对监控系统的响应时间也有苛刻的要求，本方案整个系统延时低于300ms，适合大规模实时监控的需求。系统采用iSCSI存储，能够精确的实现秒级存储，秒级回放，提高实时处理紧急事务的能力。同时采用iSCSI的直存技术，效率高，没有文件瓶颈，可以支持各种文件系统，查询快，容量可以管理，可以运营，支持大系统，数据随存随看，不存在时间差，并且提高了存储系统的可靠性，当存储故障发生时，能精确锁定事故发生前一秒的图像内容。
随着高速铁路监控领域的发展，监控规模的扩大，受制于以前监控系统网络的带宽和面临大规模区域联网监控数据量剧增的难题。如何充分利用并发挥有限的带宽，响应多及不同用户监控的需求，是
安防监控厂商面临的重大难题。
iVS解决方案采取了编码器/媒体交换服务器单播和组播的模式，解决了这一难题。数据流图如图1所示。
方案中编码器支持单播和组播，当编码器某一通道单播数超过一定数量，在本级内的视频将也可由MS媒体交换服务器分发，满足用户需求。当用户跨域调阅视频图像的时候，如从核心节点调阅I类视频接入点摄像头图像的时候，将由区域视频节点和I类视频接入节点的MS媒体交换服务器进行域间两级单播转发，如果核心节点有多个用户调阅该路视频，将由核心节点MS媒体交换服务器负责分发。其原理如下图所示：
图5: 如果核心节点有多个用户调阅该路视频，将由核心节点MS媒体交换服务器负责分发。
在上图中，PU代表编码器一个通道，CU A/B/C代表三个不同的用户终端，系统设定PU编码器的最大的直连数为三，当连接该通道的用户数大于或等于这个阈值后，系统将启用MS媒体交换服务器进行分发。在下图中，系统代表为铁道监控系统中典型的三级域，在这三个域中，可以实现全组播、全单播、混播域的组合，而这些设置由媒体分发服务器根据网络实际情况动态配置，无需人工操作。
值得一提的是，方案中的编码器支持双流编码，存储和视频码流可单独设置带宽，极大的降低了带宽需求，并可以根据实际情况：在一些人流少的地方进行高码流查看/低码流存储，减少存储容量的需求。
本文总结
总之，H3C针对铁路行业的iVS IP智能监控解决方案很好地解决了目前高速铁路综合视频监控系统大规模监控所面临的高密度广范围接入问题、海量集中存储问题和全网统一管理的控制管理问题，并成功降低了大规模监控建设的综合投资，非常适合于高速铁路的监控规模应用。
