高铁网络视频监控系统中的关键技术分析

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。

1.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。

2.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，相对于服务器方式，可节省网络负担及存储空间。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视频分析的路数非常有限。基于以上原因，目前市场上主流视频分析技术多采用DSP方式，基于摄像机或编码器。需要注意的是，基于前端DSP方式的视频分析设备，一旦需要调整视频分析点位，如增加或取消视频分析功能，则通常需要更换DVS或IPC，而基于后端分析的模式则客运直接在机房或控制中心调整完成，无需更换前端硬件。通常更换DVS或IPC方式，在铁路项目中的成本非常高。

3.冗余技术(可靠性)

高铁视频监控系统需要具有高可靠性，以实现对不同部门的运营、安全、维护等各个需求支持。对于网络视频监控系统，可以采用不同的冗余方式来增强稳定性，从前端编码器、传输网络到转发服务器、管理服务器及存储系统，均可实现冗余技术。

·编码器

编码器可以采用双电源、双网卡方式增强稳定性；或者采用“N+1”冗余方式增强可靠性，以保证单机故障或更换设备时系统可以连续运行。

·NVR

NVR可采用“N+1”冗余增强可靠性，以保证单机故障或更换设备时系统连续运行。

·CMS

CMS可以采用“双机冗余热备”方式增强稳定性，以保证系统无停机运行。

·存储

存储系统可以采用磁盘阵列的RAID技术实现高可靠数据存储。

完全冗余的网络视频监控系统架构所示，从前端设备IPC、DVS、传输网络、NVR、存储设备NVR、核心管理平台CMS都实现了冗余功能，保证了系统24小时高可靠运行，减少了因为网络、电源、硬件、存储、软件等故障而导致的系统停机或数据丢失。

IPC是单体设备，提高稳定性的办法是在网络短暂中断时进行本地存储；对于大路数DVS，可以采用“N+1”方式进行冗余，