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    铁路综合视频监控系统解决方案
 

一、概述

铁路安防主要利用铁路网络,以分散各个站点的视频采集设备为依托,实现如下的功能:

1. 路基、路口、桥梁、隧道、公跨铁、咽喉区的监视,保证火车安全运行;

2. 车站、货场、站台、候车大厅等区域安全监视,了解旅客情况;

3. 无人值守变电站和照明等重要配电设备集中监控,及时了解设备运行情况;

4. 对出现的紧急状况如暴风雪、泥石流、洪水、交通意外等远程监控及时做出反应。

铁路安防具有如下主要特点:全程跨度大、环境复杂、用户众多、建设周期长、施工难度大、建设成本高、站点数量少、站点间距大、稳定性和安全性要求高等特点。

 

二、铁路综合视频监控系统的网络架构

视频监控系统专用网络变电所 机车检查库入口 岔道口 机车车辆段视频监控系统机车修车库车厢视频监控系统 操作键盘硬盘录像机网络接入交换机驾驶室 车厢 车厢 …... 车载DVR 驾驶室监视器无线路由器路局运营指挥中心视频监控系统网络核心交换机视频解码器操作键盘拼接屏控制器拼接屏电视墙流媒体服务器存储服务器视频服务器调度员操作站互联网防火墙操作键盘拼接屏控制器拼接屏电视墙防火墙安全网关公安专网网络接入交换机网络接入交换机视频解码器(铁路)公安局视频监控系统监控电视墙(铁路)派出所视频监控系统视频解码器视频矩阵铁路站段视频监控系统GIS服务器操作键盘站台 闸机 售票 安检 进出口 变电所 高压柜 设备机房 站厅 电/扶梯车站值班员防灾值班员公安值班员硬盘录像机 网络接入交换机 监控电视墙操作键盘视频矩阵其它视频解码器

根据铁路图像通信设计规范(行业规范),铁路综合视频监视系统由视频核心节点、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组成。铁路综合视频监视系统的网络拓扑结构设计为三级树型拓扑结构,一级节点为中国铁路总公司,二级节点为中国铁路总公司下属的18个铁路局(路局/客专调度所),三级节点为铁路局下属的车务段(站段)。

三级节点为站段监控站(含中间站),设备分布广,主要负责视频的前端采集、编码等。信息采集点位置的设置,原则上以行车室、站台、道岔区为主,并充分结合利用防火、防盗、远红外监控、入侵检测等其他联防设备。视频核心节点具有节点内节点内的用户管理、设备配置管理、 故障性能配置管理、 故障性能配置管理、 故障性能配置管理、 故障性能安全管理和日志等功能 ,具有对本节点和视频区域节点存储的管理信息的备份功能。

二级节点主要为铁路局,其存在大量的用户,对本区段的视频资源进行调用、回放、PTZ控制等。通常在路局节点,一般设置多个客户端工作站、存储阵列、存储服务器、流媒体服务器、解码器、电视墙等终端,是系统真正的主干,也是应用的核心。同时,设立管理服务器,可以避免将其设在各前端监控站而带来的不必要的设备投资,便于认证系统的集中管理。视频区域节点具有辖区内的用户管理、设备配置管理、 故障性能配置管理、 故障性能配置管理、 故障性能安全管理和日志等 功能及输出功能,具有辖区内管理信息的存储。

一级节点主要是中国铁路总公司监控中心,相当于平安城市的城市公安局总指挥中心。其连接各个铁路系统,并根据需要有选择地调用、控制、回放各个铁路的视频资源,一般设置工作站、目录数据服务器、重要录像资料的备份服务器等。视频接入节点具有辖区内辖区内设备状态、参数和告警信息设备状态、参数和告警信息 设备状态、参数和告警信息的浏览功能 ,经授权可处,经授权可处理设备告警;接收并存储视频区域节点下发的本管理信息。

 

三、铁路综合视频监视系统的传输线路及网络拓扑

铁路系统沿线直接铺设专线的单模光缆,一级节点到二级节点使用光纤通信,二级节点下分2~33级节点,并增加1~3条专用线路,三级节点共用1条专用线路,再用网桥桥接组成100M以上的以太网环,整个网络通过各级服务器、核心交换机、汇聚交换机、接入交换机进行管理,这样充分保证了整个网络通信的可靠性。

网络拓扑图如下:

 

四、铁路综合视频监视系统功能

1.前端信息采集摄像机

设备的置位和监视范围应符合调度、公安、安监、车务、机务、工务、电务、车辆、客运、货运、供电等部门的业务需求。

铁路视频采集设备,通常机房、客运等场所一般为室内环境,根据情况选择;而室外环境包括大桥、隧道、铁路等,通常环境非常恶劣,风霜雨雪等,防雷、防震、夜视、加热、雨刷等均是主要应用需求,因此系统稳定性是第一要素,系统的不稳定将会给后期维护带来巨大的压力。另外,设备还需要具有远程维护能力,如远程升级、远程备份、远程启动等。所以摄像机必须采用知名品牌安防产品,不然可能造成系统维护成本的剧增,前端摄像机应具有以下重要功能:

1)     长距离变焦和高清晰度。绵延的铁路,是长距摄像机的绝对用武之地。摄像机的高清晰度,长距离变焦

后,是保证图像质量的重要指标;

2)     感红外双滤光片切换的日夜转换,以及夜晚模式下的低照度,这是旷野中黑夜下图像清晰的重要保证;

3)     根据监视现场环境照度变化情况,选择适合的宽动态范围的摄像机。监视目标的照度变化范围大或必须

逆光摄像时,宜选用具有自动电子快门的摄像机。

4)     长距离变焦后的防抖动以及微步调整功能。是准确定位远处微小目标的重要保证,这就需要球型机及后

端的控制设备具有多变速的调整控制旋转功能;

5)     通常支持足够调用的预置位的数量不是问题。实际中预置位的精度是考察PTZ摄像机的重要指标,报警

联动及客户调用后的预置位准确定位是实际中的关键;

6)     在夜间,数码降噪可为后端的存储设备降低码流。

2.系统存储

铁路系统网络复杂跨度大,网络资源有限,因此对编码压缩设备很高要求,具体表现在,编码设备的稳定性,嵌入式编码器和嵌入式录像服务器是首选;另外网络编码延时、控制延时、转发延时;地码流下清晰度、双码流、对音频支持双向、干接点输入输出数量等都是重点指标。

系统存储采用MPEG-4H.264编码技术,采用帧内压缩与帧间压缩相结合的方法去掉视频信息的时间和空间上的冗余信息。系统有足够多的报警输入及继电器输出实现报警联动功能;双向语音对讲功能;远程升级;存储的部署的灵活性,报警触发存储、时间表存储、手动存储等;长录像和报警录像的分置;录像的检索与回放的灵活性,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;支持多用户同时调用检索;支持下载本地回放和远程直接回放方式。

系统存储的部署是灵活的,可以选择报警触发存储、预置时间表存储、手动启停存储等;存储的架构应该是主流架构如DASNASSAN 等,一般采用RAID5 冗余方式。存储的需求一般是正常录像和报警录像分开并设置不同周期,例如正常录像7 天,报警录像30 天。存储系统的规划设计应该根据项目需求情况、网络情况进行部署。具体功能如下:

1)     应支持对视频图像信息的手动备份存储;

2)     视频信息的录像存储、事件触发存储和计划存储功能;

3)     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;

4)     系统应支持多用户同时调用检索视频图像;

5)     DVRNVR 可以工作在多种存储归档模式下;

6)     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。

3.铁路综合视频监控系统中的平台软件

系统软件平台包括核心数据部分和客户端工作站,核心数据服务器包含系统数据库及核心软件,而工作站系统包括用户管理、权限管理、配置管理、故障管理、日志管理等功能。平台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。具体功能如下:

1)     数据管理:全线所有设备的类型、版本、数量、编号的集中“登记注册”于数据库;

2)     监视功能:对全线所有监控网点可通过网络进行实时图像调用,为领导应急指挥和决策调度时显示提供参考;

3)     网管功能:对全线所有监控系统的网元设备运行情况进行监控和管理,实时显示各种设备的运行数据和告

警信息;

4)     告警管理:记录并显示设备、系统和通信部分的告警,并记录告警的处理情况,可以导出

5)     控制功能:对全线所有监控网点的PTZ 控制和及继电器输出节点控制;

6)     语音对讲:对前端安装有语音设备的监控点,可实现实时语音对讲,或单向“喊话”功能;

7)     数据存储:支持视频的本地存储和中心备份,具有多种自动、手动存储方式。

4.系统联动

视频监控系统需要与防灾系统、动力、环境检测等系统进行必要的联动集成功能,其他系统可以以无源接点或API 接口的方式,实现与视频监控系统的集成报警联动。报警发生后, 视频监控系统接收报警信号,按照预先设置好的联动程序,可以自动启动录像、改变录像帧率或分辨率、画面自动弹出、PTZ 预置位调出、触发继电器输出驱动灯光、警铃等设备。编码器干接点联动报警功能示意图如下所示:

5.系统配置及选型

基于以上制约因素,推荐使用我公司出品的基于LG核心技术的中铁品牌监控产品。主要是制造厂家综合实力强,其产品功能强大,品质稳定,售后服务完善以及超高的性价比。

LG高度智能化XDI芯片的研发及应用,使得前端摄像机具有:更广的色温范围为1700~11000;超低照度(达到0.0001lux);高清晰度最低540线(彩色),570线(黑白);3D-DNR数码降噪技术,实现了超低照度下的更加完美画面,对DVR来说,在夜间可以降低码流,提供大于60dB的超级宽动态以及无缝自动曝光技术,可以根据环境变化,自动适应各种效果以及超强光抑制功能(HS+BLC)功能等。

全新中铁品牌嵌入式网络高清录像管理服务器ZVR9032实现对摄像机、整个系统的有效管理,因为该系统以嵌入式结构设计,所以保证了行业最高级别的系统稳定性。符合铁路监控稳定至上的特殊需求。一体化的整合设计使得ZVR9032可以容纳8块硬盘,实现对摄像机3个月之久的录像。再结合超强的视频输出能力,可以直接通过最先进的HDMI接口连接监视器,实现对系统的监视、控制及回放。

 

五、智能视频分析技术在铁路综合视频监控系统中的应用

随着经济水平的发展和科学技术的进步,人们对安防的需求不断增长,要求也越来越高。利用高科技提升安防系统的安全水平,已经是业内共识,智能视频分析技术的应用,必将对整个安防产业的发展产生积极影响。铁路沿线监控面临的主要问题:防盗、防破坏、反恐,铁路是全封闭的铁路,如何防止护栏被破坏,如何在护栏被破坏之前或者以后报警,如何防止护栏被破坏以后有人或者其它物体在铁路线上遗留或逡巡,成为铁路智能视频分析的主要需求。

视频分析,即Intelligent Video Surveillance,简称IVS,是近年来新兴的一个技术,其核心思想是利用计算机系统智能识别技术将值班人员从长期的“盯屏幕”监控状态解脱出来,为视频监控系统增加智能识别、预告警及智能检索功能。视频分析技术在在铁路建设上已经有一定的成功实施案例,具体分析模式集中在入侵探测、(滞留)检测和逆行检测及摄像机自身维护(如聚焦模糊、信号丢失、视频遮挡等)。

1IVS 技术应用难点

高铁的特点是系统跨度大、地理分布广,视频分析的环境复杂,风霜雨雪雾、摄像机抖动、火车灯光、城市灯光、昆虫、云影等现象均是视频分析可能会遇到的问题,良好的IVS 系统应该能够很好的平衡漏报与误报之间的问题。不同的具体项目,摄像机的场景FOVFieldOf View)不同,有的线缆上当列车经过时,会充斥整个画面,而有线路上,列车经过,充斥一部分画面而已,因此需要根据不同场景选择策略、调整参数甚至底层算法微调。另外,在长焦距情况下,远端很小的目标应该能够探测到(考察IVS 产品最小识别像素);在大风环境下,

抖动的摄像机不应该误报(比如抖动范围在10 个像素内);多预置位分析功能,如在多个不同预置位下设置分析,然后可以自动调用预置位并快速进入分析模式;应该具有各种自然气候条件下的过滤及补偿程序。

2IVS 应用的模式

铁路不是实验室,对摄像机的任何角度、焦距等调整均需要一定人力物力,视频分析对场景(FOV)的要求很高,在日后的配置中需要不断调整,因此,不难理解多数视频监控系统的视频分析摄像机采用的也是PTZ 摄像机而不是固定摄像机了。分析模式固定后,摄像机FOV 调整好,需要进入分析设置,通常,一路摄像机视频只能进行一个模式。在铁路应用中,主要有两种IVS 模式,一种是在重要区段及咽喉区设置入侵探测,用来识别人或动物入侵到高铁路轨(高铁沿线多半封闭或栅栏保护等物理方式,但是还有可能有入侵进入);公跨铁区域设置高空落物分析,防止高空落物对列车运行产生影响。目前这两个视频分析应用模式在铁路视频监控中均有一定应用并表现良好。

3IVS 系统设计

由于IVS 是新技术,新产品,因此大多用户对此并不是很了解,需要站在用户角度进行设计,帮助用户做好项目前期调研分析,弄清楚客户的需求和期望;同时,也有必要让客户清楚IVS 是有限的智能而并非万能,IVS 到底能做什么,不能做什么等。在系统设计阶段,需要与摄像机安装进行协同设计,明确摄像机的设备参数要求、及摄像机安装角度方位问题,以最大限度发挥其功能。

4IVS 系统调试

对于铁路这样的大型户外项目,IVS 系统调试阶段工作量比较大,首先施工单位根据现场情况及经验进行粗调,然后派人现场模拟,然后再调试。从调试到试运行,可能需要不止一次的现场模拟,其目的是改进视频分析探测效果。视频分析调试不是一步完成的,一般分测试调试、初步、深度调试等。由于系统在户外应用,风霜雨雪雾、夜晚、白云、车灯、蚊虫、崎岖的地形等都给视频分析带来挑战。因此需要多次深化调整参数,并且需要根据不同典型现场进行模拟测试,从不同角度,不同距离模拟入侵,然后根据测试结果反馈调整参数。

5IVS 系统架构

目前视频分析技术主要有两种架构方式,一种是集中后端服务器方式,另外一种采用前端DSP 方式,目前,越来越多的人倾向前端DSP 方式,即分布式智能分析,主要表现在:DSP 方式可以使得视频分析技术采用分布式的架构方式,在此架构下,视频分析单元一般位于视频采集设备附近,这样,你可以有选择的设置系统,让系统只有当报警发生的时候才传输视频到控

制中心或存储中心,相对于服务器方式,大大节省的网络负担及存储空间。另外,此方式可以使得视频分析单元直接对原始或最接近原始的图象进行分析,而后端服务器方式,服务器得到的图象经过网络编码传输后已经丢失了部分信息,因此精确度难免下降。视频分析是复杂的过程,需要占用大量的系统计算资源,因此服务器方式可以同时进行分析的视频路数非常有限,而DSP 方式没有此限制。

我公司基于目前市场上主流视频分析技术均采用DSP 方式,基于摄像机或编码器。

6.实现功能

1)入侵检测功能

自动检测侵入监控防区的入侵者(人和交通工具),能够自动区分入侵者的种类、大小、速度、移动方向等特征,并发出报警并触发其他动作(如自动PTZ跟踪等) ,如下图。如果有人或其它大型物体试图靠近护栏(禁区),则系统会发出警报。系统分析物体的大小可达到10*10像素。

2)遗弃物检测和非法停留检测

遗弃物检测能够自动检测出监控防区内的可疑行李或者遗弃物,并发出报警并触发其他动作,对于划定区域内物体的非法停留,系统也会进行侦测,发出警报。这项功能能够防止护栏被破坏以后有人或者其它物体在铁路线上遗留或逡巡。

3)非法穿越检测

如果有人或者物体试图穿越铁路,系统会发出警报。

4)突然出现监测

监测突然闯入用户定义区域的任何目标。适用于室内场景和室外重点位置的监测。