高铁、铁路、轨道远程视频监控系统

统设计方案
设计单位：深圳亿成安科技有限公司
设计工程师：潘金鹏
设计时间：2013年12月4日
目录
一.系统设计的背景 (3)
二.系统设计的特点 (6)
三.系统设计的难点 (7)
四.系统设计的特殊需求 (9)
系统设计原理 (11)
2、系统组成 (12)
2.2上级铁路局监控中心或公安部门的监控中心 (12)
2.3通信线路 (13)
3、系统结构拓扑图 (14)
4.4流媒体分发功能 (15)
六.系统的主要特性 (16)
1、先进性 (16)
4、稳定性 (16)
6、扩展性 (17)
七.结束语 (17)
一.系统设计背景
随着我国改革开放的深入，市场经济迅速发展，人口城市化进程加速，在交通运输上，发展高速铁路客运系统的已经成为了当前重要的建设项目，我国高速铁路建设正以前所未有的规模和速度发展。

目前已经建成通车的是京津高速铁
路，即将通车的是石太高速铁路，已经正在开工建设的京沪、武广等等。

目前，我国正在掀起大范围高速铁路建设热潮。

由于高速铁路平均时速超过200公里，而且要求平稳，在这样一个快速运行的环境中，如何才能做好安全防范？高铁安防的特点是系统跨度大、地理分布广，视频分析的环境复杂，因此对网络化、数字化、集成化要求很高。

高铁运行的视频监控系统，由哪些方面构成，能实现什么样的功效？
从管理上讲，铁路系统作为国家重要的运输管理部门，其日常的稳定运行决定了国民生产、生活的正常运转，加之，铁路系统部门众多、地点分散，现场环境复杂，成为日常工作的主要障碍。

作为辅助管理手段之一的视频监控系统，也能看出当前铁路系统在安全管理方面的一些问题。

笔者认为尽管当前铁路系统中已经安装了数量不少的视频监控设备，但是还是存在一些问题的，主要表现在两个方面，一是原来的视频监控设备都是以车站为单位规划和设计的，因为每个车站都是相对独立的单位，每个车站只负责自己管辖范围内的事件，这就导致铁路系统不能形成一个集中监控、集中管理、统一调度的安全防范体系；二是铁路建设速度在逐年增长，新情况不断出现，原有的视频监控系统很难适应不断发展的形势，尤其是当前的高速铁路建设。

因此建设一个先进的、有效的视频监控系统提上了日程，一些专业的视频监控厂商陆续推出了针对铁路系统的远程化、网络化的数字视频监控解决方案。

能够根据高速铁路的特殊需求，提供现代化网络化视频监控解决方案，实现先进的远程联网视频监控；可根据铁路部门的特点，实现从铁路沿线到车站监控室、再到铁路局监控指挥中心，最后到铁道部的全国指挥中心等多级别、大规模的、完整可靠的解决方案。

铁路各级管理部门可随时掌握实时的安全运行情况，做出正确的管理决策。

真正达到预防事故、侦察破案、安全管理、统一指挥的目的。

根据铁道部最新调整的中长期铁路网建设规划，预计到2020年，中国铁路营业里程将达到12万公里。

其中，200公里及以上时速的高速铁路建设里程超过1.8万公里，将占世界高速铁路总里程的一半以上，而近三年我国将迎来高铁建设高峰期。

蓬勃发展的高铁市场势必对安防行业产生积极影响。

据相关资料显示，按2012年中国高铁项目总里程为1.3万公里计算，近三年高铁对视频监控系统的投
资就将达26亿元。

如包括门禁、周界防范等安防子系统投资在内，安防系统的市场规模将达30亿元左右。

显然，在高速铁路建设的热潮下，催生了大量监控、门禁、报警等产品，以及工程建设、系统集成、管理服务等项目，必将带来巨大的安防商机，高铁安防势必成为安防企业角逐的新战场。

随着中国高铁事业的迅速发展，关注高铁领域的安防企业越来越多，竞争也将愈演愈烈。

高铁安防市场监控前景固然美好，但也是门槛较高的领域之一。

就视频监控来说，要求采用先进的视频监控技术，基于铁路系统的IP网络，构建数字化、智能化、分布式的网络视频监控系统，以满足公安、安监、客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供电等业务部门及防灾监控、救援抢险和应急管理等多种需求，实现视频网络资源和信息资源共享。

高铁监控可以分为四个方面：即综合视频监控系统、CCTV监控系统、机房监控系统和防灾安全监控系统。

综合视频监控系统作为通信系统内通信业务网的一个子系统，负责车站重点部位，包括区间公跨铁区段、通信、信号机房、牵引供电、电力供电机房内、外等的监控；CCTV监控系统作为信息系统内旅客服务系统的一个子系统，实现车站内候车室、站台、进站大厅、站前广场、进站咽喉等处图像监视。

虽然两者分开建设，但紧密相关。

CCTV监控系统仅配置前端设备，后端显示设备，视频服务器、视频存储设备、视频管理等设备由综合视频监控系统统一考虑。

机房监控主要包括动力环境监控、安全监控，会用到感温、感热探测器及门禁系统。

防灾安全监控则对危及铁路运输安全的自然灾害(风、雨、雪等)及异物侵入等突发危害进行监测，为运营调度中心运行计划调整、下达行车管制、抢险救援、维修提供依据。

二.系统设计的特点
高速铁路不同于一般的铁路系统，高铁本身即是一个系统化、集成化的大型工程，仅通信部门就涉及到10多个子系统，包括有线、数据、传输、调度、应急通信、视频监控等等。

高铁与普通铁路或地铁区别很大，例如地铁通常时速在60公里左右，列车间隔约在3分钟，而高铁时速可能达到300公里，但时间间
隔可能与地铁差不多，这就对高铁的通信指挥系统提出了很高的要求，同时，作为一个重要的辅助设施，视频监控系统的要求也相应的非常高。

首先，高铁视频监控系统特点高铁的视频监控系统，要求采用先进的视频监控技术，基于铁路系统的IP网络，构建数字化、智能化、分布式的网络视频监控系统，满足公安、安监、客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供电等业务部门及防灾监控、救援抢险和应急管理等多种需求，实现视频网络资源和信息资源共享。

高铁视频监控系统一般基于网络架构，实现视频的采集、编码压缩存储、转发及虚拟矩阵的功能。

摄像机采集到视频信号通过同轴电缆连接到DVR或编码器，实现视频的采集、编码压缩和传输，PTZ摄像机的控制信号通过RS485进行传输;编码器将视频流通过网络发送到NVR进行集中存储备份;存储服务器可以将DVR或NVR的视频资料进行重点备份;流媒体服务器可以在多个用户访问时进行集中视频转发而减少网络及前端设备的压力;解码器与电视墙连接，实现视频的集中大屏幕显示还原。

其次，视频分析技术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VCA系统应该能够很好地平衡漏报与误报之间的问题。

铁路不同于实验室，对摄像机的任何角度、焦距等调整均需要一定的人力、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确。

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VCA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，但还是有可能有入侵进入);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。

目前视频分析技术主要有两种架构方式，一种是基于后端服务器的方式，另外一种是采用前端DSP方式(DVS或IPC)。

DSP方式，即分布式智能分析架构下，视频分析单元一般位于视频采集设备附近，这样可以有选择地设置系统，让系统只有在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。

三.系统设计的难点
高铁视频监控系统不同于一般的视频监控系统，所以它的设计存在一些比较困难的问题，总结起来有如下几点：
·视频监控点位通常比较分散、跨度比较大，通常是几百公里甚至上千公里;
·视频监控摄像机户外工作，环境通常比较恶劣;
·监控点多为室外高杆或钢架上安装，施工难度比较大;
·视频采集设备、编解码及部分存储设备分散地分布在无人职守机房，安装调试成本高;
·系统中用户数量众多，系统需要有良好权限管理、视频流并发访问及转发能力支持;
·视频分析环境复杂，风霜雨雪雾、摄像机抖动、灯光等众多干扰因素可能导致误报警。

因此，在架构铁路视频监控系统时，需要根据其线路应用特征和环境的特殊性，结合各种常规监控应用系统以外的特殊因素进行分析，例如以下几个方面：风雨雷电等自然现象
风、雨、雷、电给室外摄像机带来很大的考验，雨雪、高温、低温、雷击、大风等，每个破坏环节都可能造成系统维护成本的剧增，而铁路项目的特点是跨度大，常常是山高路远，有时还要高空作业，并且系统一旦开通运行再申请作业会遇到很多限制，造成成本增加。

因此，室外摄像机的选型、安装、接线及摄像机本身的高质量尤其重要。

长距离摄像问题
高铁监控，按照点位主要分为室内机房、室内候车厅、售票处及室外广场、站台等，这些位置的摄像机部署没有特别特殊的地方，但是另外一个点位较多的应用就是铁路沿线。

绵延的铁路，是长距摄像机的绝对用武之地，长距摄像机可能需要监控几十米、几百米甚至几公里，那么，意味着长距摄像机可能需要有几公里的远望效果。

远望摄像机并非简单的摄像机加长焦距镜头。

通常，当焦距拉到一定长度时，手动键盘的操控很难去定位一个很远处的目标物，也就是说，摄像机的微步控制功能很重要。

另外，高空远望摄像机，抗抖动、夜视照明问题等
都需要重点考虑。

无人值守场站居多
为了减少小站的设置，高铁领域很多场站都实行无人值守。

另外，铁路每隔数百米会有电力机房和通信机房，这些机房基本上都需要无人职守，并用到视频监控和报警系统，以检测是否有人入侵、现场的情况有无变化等。

因此，高铁无人值守机房对视频监控的需求量非常大。

智能视频分析需求激增
IVS智能视频分析技术的功能及应用要求被明确写进了《铁路综合视频监控系统技术规范》。

正是因为有了明文规定，几乎所有中国的高速铁路都会用到视频分析技术。

随着智能视频分析技术被写进标准，未来IVS在铁路领域的应用将越来越多。

目前开通的多条高铁线路中，都部署了上百路的视频分析通道，主要做入侵探测分析模式，并且实现效果良好，但由于铁路系统的特点，如地形、天气条件复杂、干扰源多，因此IVS技术还需要较大提升。

四.系统设计的特殊需求
一、从监督监控的主体上来看，有这样一些不同的单位：
首先，是本车站内管理单位，包括站长等高管和值班人员等基础人员，还有车站内部的不同级别科室，有严格的级别权限的要求。

职责就是日常管理本车站正常运转
第二，是上级铁路局等管理单位，包括逐级的铁路局，最高到铁道部等单位，他们的职责是监督管理铁路线和下级车站的安全运作。

第三，当地的公安部门，包括派出所、公安分局等单位，负责车站及周边的治安。

技术难点体现在如何实现这些不同单位、不同部门的实时监控、共享监控的目标。

二、从传输线路上来看，视频监控的跨度非常大，如何实现远距离的视频监控，是难度很大的一个问题。

有这样几类监控点，一类是分布在站台、出入口，候车室、售票室、广场等
地点，距离监控室一般在几百米到2千米以内。

另一类分布在铁路沿线上的监控点，距离车站监控室可以达到几十公里。

根据这些实际情况，最实用、最经济的传输方式就是宽带网络，在车站内用局域网，在车站外使用铁通宽带专线网络，这种方式传输的带宽大，图像质量好，可以实现共享的远程视频监控的需求，同时费用也很低，施工布线也简便。

三、监视目标的差别，当前的高速铁路与之前的铁路监控是有区别的，列车运行速度更快，要求摄像机在性能上要能拍摄到高速前进的列车;铁路沿线设施更加高档，更加复杂，高速铁路线有更多的高架桥梁，有更多的、更高科技的设备设施。

四、对于视频监控安全范围的基本需求，主要包括实时视频图像的监控、云镜控制、录像资料回放、现场语音监控、报警联动等功能。

面对高速铁路的特殊性，深圳亿成安科技有限公司的高铁远程网络视频监控系统能够为高铁行业提供现代化网络化视频监控解决方案，实现先进的远程联网视频监控;可根据高铁行业的特点，实现多级别、大规模的、完整可靠的解决方案。

亿成安开发的"网视星"远程网络视频监控系统能够有效的监视安全运行的同时，可将防范区域内突发事故的过程收入镜头，为预防事故、安全监管、统一指挥提供有效的图像证据。

各级管理部门可随时掌握实时的安全情况，便于做出正确的判断。

产品的选择
目前，高速铁路全线都有设置视频监控系统，设置点位比较多的是区间和站点、特大桥、隧道、公跨铁、区间基站、变电所等。

就高铁对安防品牌的选择来说，无论是前端监控摄像机还是后端编码器、存储设备，大多数还都以高端品牌为主，但随着近年来国内品牌的崛起及市场推广力度的加大，一些一线国产品牌也开始受到高铁领域的关注。

对于安防企业来说，最重要的是在关注高铁市场的同时，应结合高铁安防市场的需求特征，掌握先进的技术，提供最适合、最完整的解决方案，持续创新，不断进步，这样才能在高铁安防市场占有一席之地。

据了解，在设备的选择上，《铁路综合视频监控系统技术规范》对前端摄像机、云台、视频编码解设备、存储设备等都有明确的技术规范。

如，室外摄像机
应具有强光抑制功能以及逆光补偿功能;彩色枪型摄像机分辨率室内不小于480TVL，室外不小于540TVL;昼/夜转换型摄像机的分辨率：黑白不小于530TVL，彩色不小于480TVL。

而编解码设备，要求音视频编码器应支持MPEG-4、H.264视频编解码标准，在技术成熟后逐步引入AVS视频编解码标准。

在进行项目招标时，只有符合技术规范的品牌才有资格入围。

结合当前高铁视频监控应用现状，有集成商指出，总体来看安防监控产品基本上能满足铁路行业的需求，但方案还是不太理想。

比如，铁路监控要求前端摄像机能全天候监控(24小时连续监控及空间的全覆盖)，但目前很多产品都是市面上普通的产品。

“我们倾向于选择比较高端的设备。

否则如果一旦设备出现问题，铁路领域的设备维护成本太高，所以我们不会考虑低端产品，而是选择行业里最高端的品牌。

五、系统设计原理
深圳亿成安科技有限公司推出的高铁全数字化远程网络视频监控解决方案，该解决方案有多个创新技术亮点，完全能够满足了建筑行业诸多的特殊需求。

1、方案原理
安装在前端各地点的摄像机采集现场的图像视频信号，经网络视频服务器H.264技术视频压缩成数字网络视频信号，接入宽带网络，把视频信号传输到网络上，然后在各单位的电脑上，安装相应的监控软件作为监控工作站，就实现了
远程视频监控，根据相应的权限分配，就可以实现各种功能控制操作。

如下图所示：
远程网络视频监控系统将信息流(包括视频、音频、控制等)数字化网络化，从根本上改变视频监控系统信息采集、数据处理、传输与转储、系统控制等过程的方式和结构形式。

它采用以网络为传输媒介，基于TCP/IP协议，以计算机技术为核心的数字视频图像监视系统。

其特点是“全数字、网络化”的系统，现场将摄像机的模拟视频信号及控制信号转换为数字信号发送、接收、控制、存储与显示，在统一的管理平台上管理和控制，从而达到网络化、多级别的管理目的。

1.1亿成安方案特点介绍
A：采用全数字化、网络化技术，很好的实现了视频监控系统的远程传输，同时网络化视频监控有着很好的共享性，可以支持同时有多个的监控工作站登陆监控系统，实现实时的现场监控。

B：在视频数字化压缩上采用国际上最先进的H.264的技术，可以实现低码流、高画面质量的效果。

H.264压缩技术具有数据小、画质佳的优点，同时采用流媒体技术，增强了网络传输功能。

2、系统组成
从监控管理层面上分为三个层面的监控主体，一个层面是本车站监控，第二个层面是上级的铁路局监控或者当地的公安部门的监控、第三个层面就是普通远程客户端监控。

从系统架构上主要由五部分组成，车站监控室，上级监控室、通信线路网络，前端图像采集部分、远程监控管理终端。

下面主要从系统架构上进行说明：
2.1车站监控室
车站监控室硬件设备主要由服务器、电脑、监视器(电视墙)等构成，软件采用"网视星"的配套视频软件，进行本地监控系统的指挥、监控、管理、安全及图像历史资料调看等作用。

2.2上级铁路局监控中心或公安部门的监控中心
硬件设备主要由服务器、电脑、监视器(电视墙)等构成，软件采用"网视星"管理平台软件，进行整个系统的指挥、调度、授权、集中录像、图像查询、检索以及分控用户授权分组、分区监控及图像历史资料调看等系统管理方面的高级功能
2.3通信线路
A：有线传输
通信线路上，主要利用铁通公司已经建好的网络线路，或车站内自建的局域网线路，这样可以减少单独新建网络线路的成本投资，也可以避免重复投资建设。

B：无线传输
针对部分地段的铁路沿线的特殊情况，部分监控点是采用的无线微波传输方式，具体的实现是这样的：摄像机视频信号用同轴电缆到微波发射器，然后在最近的车站架设微波接收器，用来接收视频信号。

一般情况下，一个车站规划不超过10个点的无线微波装置，基本能满足需要。

车站接收到所有的无线视频信号后，再通过网络视频服务器转换成数字信号后，接入到监控室网络中。

2.4前端图像采集部分
这一部分承担图像采集、视频监控的作用，是系统中最重要的部分之一。

监控点分布在：
A、对售票大厅、车站广场、候车大厅及旅客通道等人员稠密处监控，同时监控现场的安全情况;
B、对车站站台的监控;
C、对沿线重要的道口、路口的人流、车流情况的监控，特别是无人职守的路口监控，保证车辆安全通过和运行;
2.5远程客户端
远程客户端访问，主要是指各级领导及各级管理人员可以随时通过办公电脑监控现场图像。

局领导、站领导和相关各级科室都可利用现有的办公微机建立分
控终端。

利用IE浏览器或客户端软件就可实现监控。

3、系统结构拓扑图
4、系统实现功能
4.1系统管理功能
A：设备管理功能，实现对系统内各种设备的管理，包括前端的网络摄像机、后端的服务器等。

B：用户管理功能，包括登陆密码更改;可加入、编辑和删除用户;可进行权限分配，系统管理员级，可所看到的监控点进行控制。

操作员级，可对部分监控点进行控制。

浏览用户级，仅可进行视频观看，不能对设备进行任何操作和设置。

4.2图像浏览与控制功能
A：软件运行，系统自动加载用户所拥有的所有监控点，显示所有监控点信息，对所显示的图像可以通过界面控制按钮进行控制;
B：用户可以选择1、4、9、16、25等显示方式;
C：可方便地实现远程PTZ控制
4.3录像及资料回放功能
A：可以设置多种录像方式、如定时、报警录像、手动录像等;
B：可以在本地录像，也可以在上级监控中心录像;
C：录像硬盘空间检测;
D：可以从录像服务器中检索、播放、下载录像资料。

4.4流媒体分发功能
实现音视频数据流的分发作用，以满足多用户同时监视的需求。

4.5完善的报警功能
报警处理策略包括：报警后声音和灯光启动;报警录像和预录功能;报警自动切换图像;报警自动调出电子地图等功能
4.6电视墙显示
A：可以把数字图像解码成模拟图像选定的监视器上显示;
B：支持数字矩阵切换功能，在监视器上轮巡多个监控点图像，每一个监控点图像停留时间任选;
4.7电子地图设置
A：每个监控点和报警点都在地图上生成特定的图标;可以快速定位。

B：双击图标可显示相应的监控点图像
5、主要设备的选配
前端部分：根据现场情况可以选用：
半球摄像机――应用在室内固定监视的场所;
红外枪机――应用在需要全天候、晚上光线微弱的场所;
高速球摄像机-应用在需要大范围监控的场所;
每个摄像机配合使用一台网络视频服务器，转换成数字信号，传上网络;
管理软件选用‘网视星’管理平台;
服务器和电脑可以由用户自行选择。

六.系统的主要特性
1、先进性
采用国际上最先进H.264压缩算法的设备，数字图像编码压缩是去除图像内容的相关性，同时尽量保持图像的视觉效果。

由于采用H.264压缩技术的网络产品采集的文件占用空间小，带宽占用小，大大节省了网络费用，H.264的最高分辨率可达720×576，接近DVD画面效果，因此对运动物体可保证良好的清晰度。

2、灵活性
支持基于B/S、C/S方式的网络浏览功能，可灵活进行系统软件升级，避免对系统产生多大的影响。

只须通过以太网即可直接实现远程监控，不但可多人同时监控多个点，无距离限制及时传输图像信息。

可根据当前的应用环境，自行设定显示画面的大小、解析度等各项图像参数。

远程多级联网监控系统的部署，不受地理距离的限制，依托现在发达的网络系统可以部署到任何地方，便于跨区域、大范围组网。

3、保密性
独有的IP地址，可设置不同等级的使用权限。

如需使用，使用者必须通过权限及口令的设定，方可有使用权，不同的使用者可获得的监控信息也不一样。

4、稳定性
网络产品均为嵌入式系统，在嵌入式实时操作系统基础上通过内置的高效压缩芯片对采集到的模拟视频信号进行数字化压缩，并打包成帧，其稳定性大大高于DVR及同类的CCTV设备。

5、完善性
可实现联动报警，包括周边防护、数据采集、灯光控制等，可根据需要设定，当警报触发前后时联动录像，便于事后检索查看。