浅析铁路视频监控系统
[摘要] 本文对铁路视频监控系统的业务需求进行了分析，提出了目前铁路综合视频监控系统的现状和不足，结合系统应用的一些特点及相关关键技术，探讨了视频监控系统的发展趋势及应用前景。
[关键词] 铁路视频监控现状发展前景
[Abstract] This paper analyzes the railway business needs of the railway video surveillance system, and prompts the current status and deficiencies of the railway video surveillance system, then investigate the video surveillance system development trends and application prospects combined with some features of this application system and related key technologies.
[Keywords] Railway Video Surveillance Status quo Prospect
1.概述
铁路部门是由多专业、多部门构成的一个有机整体，专业部门间各有分工，同时业务上又相互关联，如此庞大的铁路网以及如此众多的业务要求铁路视频监控系统是一个能够满足多业务、多部门、多工种、多用途需求的综合性视频监控系统。铁路视频监控系统基本覆盖了主要运输干线，沿线基站、桥梁、隧道、车站等铁路线路和咽喉区，为防范治安、行车指挥调度、业务监督、日常维修、辅助应急防灾等各应用单位提供先进的直观的决策手段，实现“架构合理、技术规范、有效运用、管理科学”。
铁路视频监控系统包括与行车、货运、客运、公安等有关的各类视频监控系统，采用数字化、网络化视频监控技术和IP地址分配传输方式，提供铁路各业务部门和信息系统所需的视频信息，实现网络和视频信息资源的共享。
2.系统业务需求分析
随着我国铁路建设的飞速发展，铁路视频监控系统对于保障铁路安全运营，提升服务质量具有重要作用。铁路视频监控系统的特点是跨度大、监控距离远、建设周期长、应用环境复杂，但是系统建成后带来的好处也非常大。铁路各行业各部门对视频监控系统的需要主要体现在以下几个方面：
3.视频监控系统的应用现状
由于业务需求，视频监控技术在铁路的应用由来已久，从传统模拟视频到数字视频监控，前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程中得到了广泛应用。后者是新近崛起的以计算机技术以及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分的弊端，但仍需进一步完善和发展。
大规模、系统化地视频监控系统是从客运专线的建设开始的。视频监控系统建设规划与铁道部要求相一致，与铁路局运输生产实际相衔接，与铁路局投入相匹配。铁路视频监控系统的建设原则为“根据线路重要程度，分线路整体建设，兼顾运输专业布局，并满足各个业务部门需求。具体线路建设先取重点，对重点部位进行监控，满足急需并预留发展条件，还应与投资规模匹配。”铁道部已组织出台了《铁路综合视频监控系统技术规范（试行）》、《关于加强铁路视频监控系统建设和运用的通知》、《铁路综合视频监控系统管理暂行办法》等一系列规范，为系统的大规模建设奠定了良好的基础。
目前，铁路视频监控发展虽然一片大好，但根据对已知系统的统计分析，铁路已建视频系统仍存在以下问题：
（1）标准规范不统一
各主要行业、部门均出台或正在酝酿出台各自的规范，结果导致了视频编解码标准的多样性。系统数据交换环节强有力规范的缺位，使得各厂家在目前国际编解码标准（比如H.264和MPEG-4、MJPEG）框架下，各自制定自身算法，图像编解码没有达到真正意义上的融合，花样繁多、标准不一、兼容性差、互通性差，不利于视频监控系统的长期稳定的发展及维护、扩容。
（2）分散建设、共享性差
众所周知，铁路视频监控系统涉及众多业务部门，比如车务段、机务段、客运段、货运段、公安、旅服系统等都有各自独特的视频监控需求，各专业的关联度较低，视频监控系统采取“谁建设、谁负责”的原则，因此在铁道部、铁路局及相关站段预留与铁路信息化应用系统的互联接口，加强对既有视频资源的整合，以发挥铁路综合视频监控系统更大的共享作用。
（3）智能化程度低
铁路运输旅客人数众多、情况比较复杂、监控点也很多，所以仅仅依靠人力很难对各种突发情况作出及时和正确的反应。智能视频分析技术的功能及应用要求都已明确写入《铁路综合视频监控系统技术规范》，通过智能视频分析技术可以对视频画面进行高速分析和理解，从而完成人流量统计、拥挤检测、人脸识别跟踪、自动报警、监控联动等功能，大大减少人员的工作量，同时将提高系统的准确性和及时性。但由于铁路系统的特点，如地形、天气条件复杂、干扰因素多，因此，铁路视频监控仍面临巨大挑战。
（4）维护不及时，无人值守站点多
铁路区间内有大量的电力机房和通信机房，这些机房基本上都为无人值守机房，需通过视频监控和报警系统检测是否有人入侵、现场的情况有无变化等。因此，铁路无人值守机房对视频监控的需求量非常大。
（5）存储传输问题突出
由于要节省大量的存储空间及传输宽带的限制，系统不得不对视频数据进行大量压缩，这样不仅造成了图像模糊不清，而且视频压缩时，固定压缩比的方式不够灵活，而不得不占用大量的存储空间及传输带宽。
4.视频监控系统的关键技术
4.1 编码压缩技术
视频编码压缩是网络视频监控的前提和基础，没有经过压缩的视频数据是海量的。目前代表着视频编码技术国际水平的是MPEG-4。MPEG-4标准采用的仍然是类似以前标准(H.261/3和MPEG-1/2)的基本编码框架，即典型的三步：预测编码、变换量化和熵编码。新的压缩编码标准都是基于优化的思想进行设计的，将先前标准中的某些技术加以改进。MPEG-4不仅可提供高压缩率，同时也可实现更好的多媒体内容互动性及全方位的存取性，它采用开放的编码系统，可随时加入新的编码算法模块，同时也可根据不同应用需求现场配置解码器，以支持多种多媒体应用。MPEG-4为各种多媒体应用提供一个灵活的框架和一套开放的编码工具，为不同的应用提供了相应的类别(Profile)和档次(Level)。
4.2 IP组播传输技术
在传统的网络传输中，大都采用点对点的传输方式，这种方式比较可靠，但对于一点向多点传输相同的数据的情况下，这种方式就不能充分利用带宽，使传输的路数有限。随着IP技术的日渐发展成熟，通过IP网络直接传输视频图像，轻松地实现监控的远程传输，进一步实现双向应用。IP组播就是为了解决这个棘手问题而开发出来的。IP组播采用了组地址的概念，把需要视频流数据的用户编入用户组，并利用一些高级的网络协议来确保最经济地利用带宽，把数据通过用户组传递给真正需要的用户。
4.3 集群存储技术
综合视频监控系统存储方式较多，归纳起来大体有两种建设模式：分布式及集中式。所谓集群存储是一种开放式的存储架构，采用分布式的操作系统，将多台物理存储设备中的存储空间聚合成一个能够给应用服务器提供统一访问接口和管理界面的存储池（也叫统一命名空间），应用可以通过该访问接口易于管理存储池后端物理存储设备上所有的磁盘，传输中断时图像不会丢失，传输带宽占用较少，充分发挥了存储设备的性能和磁盘利用率。数据将会按照一定的负载均衡策略，从多台存储设备上存储和读取，以获得更高的存储性能。
