淺析高鐵網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

高速鐵路不同于一般的鐵路系統(tǒng)，高鐵本身即是一個(gè)系統(tǒng)化、集成化的大型工程，僅通信部門就涉及到10多個(gè)子系統(tǒng)，包括有線、數(shù)據(jù)、傳輸、調(diào)度、應(yīng)急通信、視頻監(jiān)控等等。高鐵與普通鐵路或地鐵區(qū)別很大，例如地鐵通常時(shí)速在60公里左右，列車間隔約在3分鐘，而高鐵時(shí)速可能達(dá)到300公里，但時(shí)間間隔可能與地鐵差不多，這就對(duì)高鐵的通信指揮系統(tǒng)提出了很高的要求，同時(shí)，作為一個(gè)重要的輔助設(shè)施，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也相應(yīng)的非常高。

1.高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)

高鐵的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，要求采用先進(jìn)的視頻監(jiān)控技術(shù)，基于鐵路系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建數(shù)字化、智能化、分布式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，滿足公安、安監(jiān)、客運(yùn)、調(diào)度、車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛、供電等業(yè)務(wù)部門及防災(zāi)監(jiān)控、救援搶險(xiǎn)和應(yīng)急管理等多種需求，實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源共享。高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)視頻的采集、編碼壓縮存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)及虛擬矩陣的功能。攝像機(jī)采集到視頻信號(hào)通過(guò)同軸電纜連接到DVR或編碼器，實(shí)現(xiàn)視頻的采集、編碼壓縮和傳輸，PTZ攝像機(jī)的控制信號(hào)通過(guò)RS485進(jìn)行傳輸；編碼器將視頻流通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到NVR進(jìn)行集中存儲(chǔ)備份；存儲(chǔ)服務(wù)器可以將DVR或NVR的視頻資料進(jìn)行重點(diǎn)備份；流媒體服務(wù)器可以在多個(gè)用戶訪問(wèn)時(shí)進(jìn)行集中視頻轉(zhuǎn)發(fā)而減少網(wǎng)絡(luò)及前端設(shè)備的壓力；解碼器與電視墻連接，實(shí)現(xiàn)視頻的集中大屏幕顯示還原。

2.視頻分析技術(shù)

高鐵的特點(diǎn)是系統(tǒng)跨度大、地理分布廣，視頻分析的環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)霜雨雪霧、攝像機(jī)抖動(dòng)、火車燈光、城市燈光、昆蟲、云影等現(xiàn)象均是視頻分析可能會(huì)遇到的問(wèn)題，良好的VCA系統(tǒng)應(yīng)該能夠很好地平衡漏報(bào)與誤報(bào)之間的問(wèn)題。鐵路不同于實(shí)驗(yàn)室，對(duì)攝像機(jī)的任何角度、焦距等調(diào)整均需要一定的人力、物力，視頻分析對(duì)場(chǎng)景(FOV)的要求很高，在日后的配置中需要不斷調(diào)整確。因此，不難理解多數(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻分析攝像機(jī)采用的也是PTZ攝像機(jī)而不是固定攝像機(jī)了。分析模式固定后，攝像機(jī)FOV調(diào)整好，需要進(jìn)入分析設(shè)置，通常，一路攝像機(jī)視頻只能進(jìn)行一個(gè)模式。在鐵路應(yīng)用中，主要有兩種VCA模式，一種是在重要區(qū)段及咽喉區(qū)設(shè)置入侵探測(cè)，用來(lái)識(shí)別人或動(dòng)物入侵到高鐵路軌(高鐵沿線多半封閉或柵欄保護(hù)等物理方式，但還是有可能有入侵進(jìn)入)；公跨鐵區(qū)域設(shè)置高空落物分析，防止高空落物對(duì)列車運(yùn)行產(chǎn)生影響。目前這兩個(gè)視頻分析應(yīng)用模式在鐵路視頻監(jiān)控中均有一定應(yīng)用并表現(xiàn)良好。

目前視頻分析技術(shù)主要有兩種架構(gòu)方式，一種是基于后端服務(wù)器的方式，另外一種是采用前端DSP方式(DVS或IPC)。DSP方式，即分布式智能分析架構(gòu)下，視頻分析單元一般位于視頻采集設(shè)備附近，這樣可以有選擇地設(shè)置系統(tǒng)，讓系統(tǒng)只有在報(bào)警發(fā)生的時(shí)候才傳輸視頻到控制中心或存儲(chǔ)中心，相對(duì)于服務(wù)器方式，可節(jié)省網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)及存儲(chǔ)空間。視頻分析是復(fù)雜的過(guò)程，需要占用大量的系統(tǒng)計(jì)算資源，因此服務(wù)器方式可以同時(shí)進(jìn)行視頻分析的路數(shù)非常有限。基于以上原因，目前市場(chǎng)上主流視頻分析技術(shù)多采用DSP方式，基于攝像機(jī)或編碼器。需要注意的是，基于前端DSP方式的視頻分析設(shè)備，一旦需要調(diào)整視頻分析點(diǎn)位，如增加或取消視頻分析功能，則通常需要更換DVS或IPC，而基于后端分析的模式則客運(yùn)直接在機(jī)房或控制中心調(diào)整完成，無(wú)需更換前端硬件。通常更換DVS或IPC方式，在鐵路項(xiàng)目中的成本非常高。

3.冗余技術(shù)(可靠性)

高鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要具有高可靠性，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同部門的運(yùn)營(yíng)、安全、維護(hù)等各個(gè)需求支持。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以采用不同的冗余方式來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性，從前端編碼器、傳輸網(wǎng)絡(luò)到轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、管理服務(wù)器及存儲(chǔ)系統(tǒng)，均可實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)。

·編碼器

編碼器可以采用雙電源、雙網(wǎng)卡方式增強(qiáng)穩(wěn)定性；或者采用“N+1”冗余方式增強(qiáng)可靠性，以保證單機(jī)故障或更換設(shè)備時(shí)系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行。

·NVR

NVR可采用“N+1”冗余增強(qiáng)可靠性，以保證單機(jī)故障或更換設(shè)備時(shí)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。

·CMS

CMS可以采用“雙機(jī)冗余熱備”方式增強(qiáng)穩(wěn)定性，以保證系統(tǒng)無(wú)停機(jī)運(yùn)行。

·存儲(chǔ)

存儲(chǔ)系統(tǒng)可以采用磁盤陣列的RAID技術(shù)實(shí)現(xiàn)高可靠數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

完全冗余的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)所示，從前端設(shè)備IPC、DVS、傳輸網(wǎng)絡(luò)、NVR、存儲(chǔ)設(shè)備NVR、核心管理平臺(tái)CMS都實(shí)現(xiàn)了冗余功能，保證了系統(tǒng)24小時(shí)高可靠運(yùn)行，減少了因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)、電源、硬件、存儲(chǔ)、軟件等故障而導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)或數(shù)據(jù)丟失。