浅谈视频监控系统在铁路系统中的应用.pdf

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1、 通 信收稿日期2 2浅 谈 视 频 监 控 系 统 在 铁 路 系 统 中 的 应 用侯晓俊(中铁建电气化局集团有限公司 北京 100043)摘 要 根据铁路视频监控需求,从系统构成、功能要求、网络结构等方面研究铁路综合视频监控系统设计。重点要把握好摄像机类型选择、焦距和通信带宽的计算、存储容量的选择以及联动功能的实现。关键词 视频监控系统 编码器 解码器 PTZ控制中图分类号 U225.5 文献标识码 B 文章编号 100924539(2009)0320092204The App lication of D ig ital Video M on itor ing System in Ra

2、ilwayHou Xiao jun(China Rail wayConstruction Electrification Gr oup Co.Ltd.,Beijing 100043,China)Ab stractThe researches are done on the design of railway in tegral digital video monitoring system from the areasof systemcomponent,function requirement and network structure accord ing to the requireme

3、nt of d igital video monitoring system forrailway.Themain things for design of railway digital video monitoring syste m are to choose camera model and storage ca2pacity,calculate f ocus and communication bandwidth and realize linkage function.Key wordsdigital video monitoring system;encoder;decoder;

4、PTZ contr ol1 引言随着铁路运输业的迅猛发展,高速客运专线的建设对铁路运输的安全与高效提出了更高的要求。视频监控作为最有效的安防手段,为实现铁路运输的安全与高效提供了保障。铁路运输管理部门通过视频监控系统可以更加有效地保证运营安全,防患于未然,提高管理效率。铁路视频监控系统,涵盖铁路车站、变配电所、线路、区间站房等沿线重要场所,系统以视频图像的传输为核心,包括视频采集、视频传输和视频处理过程。视频监控技术的发展经历了从模拟到数字系统的过程,而正是由于图像压缩技术的发展和数字视频系统的出现,才让视频监控这种先进的技术手段在铁路上的广泛应用成为可能。2 视频监控系统的发展历程2.1 模

5、拟视频监控系统模拟视频监控系统的主要特征是前端摄像机输出模拟视频信号,经同轴电缆或光缆直接传输到视频矩阵或监视器。模拟监控系统的主要缺点有:(1)视频信号经过多级传输后容易产生衰耗、畸变,且易受干扰;(2)视频信号的存储耗费大量的存储介质,查询取证烦琐;(3)占用带宽大,处理和信息发布受到限制;(4)系统的扩展能力差;(5)无法形成有效的报警联动。铁路视频监控系统在物理上呈线状分布,模拟视频监控系统占用的大量通信带宽和存储资源,无法实现铁路线上大规模实施。2.2 数字视频监控系统数字视频监控系统分为两种,一种以硬盘录像机为核心,一种以视频编解码器为核心。2.2.1 以硬盘录像机为核心的数字视频

6、系统前端摄像机的模拟视频经硬盘录像机集中数字化后,送上数据网络。主要缺点如下铁道建筑技术 RI LWYONSTRUT I ON TNOLO GY(3):2009 02 20:29AACCECH2009 通 信(1)硬盘录像机一般采用工业控制用计算机,稳定性不高,磁盘间无错误校验、无备份,数据安全性差;(2)硬盘录像机同时实现视频图像的数模转换、压缩编码和存储功能,磁盘容量有限,扩容不便;(3)发生故障后,影响面较大。一般1台硬盘录像机连接8台、16台甚至32台摄像机,由于硬盘录像机本身故障率较高,一旦发生故障,影响的覆盖面较广。2.2.2 以编解码器为核心的系统前端摄像机的模拟视频信号经编码器

7、数字化和压缩后,送上数据网络进行处理。监控前端主要由摄像机及相关附件、编码器等主要设备组成。视频采集点的视频信息,经编码器进行数模转换、压缩编码后,通过基于以太网的数据网络送到视频监控中心。视频监控中心是视频监控系统的管理中心,负责系统中视频监控设备及网络的统一管理和调度,具有系统管理、网络管理、事件录像管理、视频流组播/分配管理、用户鉴权管理、监控及报警信息统计、报表生成等功能,同时实现和其他相关应用系统进行数据交互功能。以编解码器为核心的系统有如下特点:(1)可采用磁盘阵列集中存储,保证了数据的安全性;(2)视频图像数模转换、压缩编码和数据存储分离,扩容方便;(3)系统管理方便,通过视频服

8、务器、数据库服务器等实现;(4)用户的访问和权限管理;(5)可充分利用铁路通信系统的通信传输通道,压缩后的视频流数据占用带宽可根据需要和实际情况进行调整,保证了对通信资源的有效利用。3 在在胶济客运专线中的应用以胶济铁路线综合视频监控系统为例,介绍铁路综合视频监控系统的构成。3.1 系统构成考虑到铁路点多、面广、线长的应用特点,铁路综合视频监控系统采用以编码器为核心的全数字视频监控系统,由视频监控指挥中心、车站分控中心、前端监控设备构成,视频图像的管理、记录和处理采用监控指挥中心和分控中心2级分布式处理结构。见图1。图 胶济线铁路视频监控系统规划3铁道建筑技术 RI LWYONSTRUTI O

9、N TNOLO GY(3)19AACCECH2009 通 信图2 胶济线铁路视频监控系统一期项目示意 鉴于系统的可扩展性与组网的便捷性,系统采用数字视频的设计思路,即视频图像经编码器压缩后直接接入宽带互联网,视频浏览人员可根据各自的权限级别进行远程视频监视。本系统由3个子系统组成:监控指挥中心子系统;监控指挥分中心子系统;视频前端子系统。本系统中选择的摄像机视野范围达1 km,能实现缩放、变倍、聚焦、灰度调整等全天候的实时监控操作,能对视频数据进行定制录像,能实现铁路限界内入侵报警等。由于夜晚线路中无灯光,照度较低,鉴于红外灯可能对列车运行造成影响,因此最好采用激光摄像机。3.1.1 视频监控

10、中心监控中心系统通过各个架设在不同路段的摄像机,将现场的视频集中传送到监控室,监督人员不用亲临现场,在监控室中就能同时对多处铁路沿途现场实时监督和管理,大大提高了监督效率,及时发现施工过程中存在的违规现象,及时纠正,降低发生重大安全事故可能性。可以减少现场的巡查人员,降低支出成本;提高铁路现场的文明和安防状况,增加铁路维护工人员的责任心。现场远程监控的设置,在很大程度上提高了施工人员的责任心和工作积极性。提高管理效率,便于调查和明确责任:由于施工过程录像被存储备份,即使发生了一些不可预测的事件,也便于事故发生以后第一时间内明确事故责任,找出事故发生的原因,避免今后类似事件的重演。3.1.2 监

11、控分中心在胶济铁路沿线济南、淄博、青州、潍坊、高密和青岛设置监控分中心,一方面监控本站及所辖管段的铁路运行情况,另一方面和中心联网,实现信息共享。分中心操作权限低于一级中心,根据权限设置,可监控全部或管辖内的视频点,每个分中心配备一台图形工作站和图像显示设备(如液晶电视机、投影仪或I DB设备)。3.1.3 前段监控系统前端监控点主要分为两类:一类是重点桥、隧、立交道等重点部位的视频监控,并可选择在大桥视频点安装水位仪和水位标尺等设备,实时监测河流水位情况,为防洪防汛实时提供监测数据;一类是在重点部位监控不到的其他地段安装监控点,通过增补监控点,逐步实现全线无缝隙监控。(1)摄像机根据项目全局

12、规划,在设计中优先选择设置在铁道延线的事故多发地段、重要道口、路形变化较大的路段等,按连续可视原则布设摄像机。为了实现24 h监控,必须考虑到夜晚光源问题,由于红外灯正视时显示红色,容易让机车司机误以为是信号红灯,发生停车事故,因此应采用激光高倍光学变焦摄像机,利用激光灯解决摄像机的照明问题,可实现夜晚1 k m,白天2 k m内的物体准确定位。另外根据选择性配置,还可为摄像机外加雨刷、加热板、降温风扇等,摄像机内必须嵌防雷模块,以增加设备的安全性与可靠性。对于大桥下的监控,可采用一体化球机实现360监控。(2)供配电系统监控点位置在通信机械室附近时,电源取电可通过铁路沿线的通信机械室和GS

13、M-R基站,铁路通信机械室能提供双电源来确保电源的可靠性,监铁道建筑技术 RI LWYONSTRUT I ON TNOLO GY(3)49AACCECH2009 通 信控点设备配电系统的电源可就近引出220 VAC专用电;配电电缆采用VV22铠装电缆以直埋方式敷设;过构造物时加穿镀锌钢管保护;在距离设备基础5 m范围内设置电力手孔,敷设电缆在路由转角处均设电力手孔以作调整。如果离通信机械室较远,由双方共同协商解决取电问题。(3)水位仪铁路沿途重要桥梁处将设置水位仪处理现场的水位数据,并有效地和视频结合,指挥人员可以在观看图像数据的同时看到实时的现场数字水位监测信息。采用国内高性能专业水位计,稳

14、定可靠。利用IP专网通信,实时性好,保证数据传输不受天气影响。水位数据的实时显示为防洪防汛指挥提供依据。(4)立杆摄像机安装位置:可利用沿线既有建筑物,如GS M-R铁塔等,无可利用建筑物时需架设12 m水泥杆,并做好接地与防雷处理。3.1.4 网络传输视频信号传输通道利用沿线敷设光缆解决,可通过通信机械室或GS M-R基站的传输设备解决传输通道。如安装位置不具备敷设光缆的条件,考虑采用5.8 Gbit无线传输解决。3.2 系统主要功能(1)支持B/S或者C/S系统访问方式。(2)方便的权限管理功能,各操作员可以在自己权限内调用图像和修改系统设置。(3)自动检测系统设备的工作状态。(4)分组同

15、步切换功能,可动态地设置和任意组合摄像机及监视器的显示关系,将任意摄像机的视频信号切换到任意显示器上显示。(5)行为分析和移动侦测功能。对公跨铁立交桥和车站两端咽喉处实现基于物体外形检测的对象跟踪、运动检测等告警功能。(6)TZ控制功能。视频客户端可根据权限控制云台的旋转角度,摄像机的光圈大小、聚焦程度、加热开关、雨刷开关、变倍程度、照明开关等。4 结论(1)铁路综合数字视频的设计工作,重点是摄像机类型选择、焦距和通信带宽的计算、存储容量的选择以及联动功能的实现。(2)摄像机类型选择要充分了解用户的需求,根据用途和环境确定。(3)镜头焦距根据监视的范围和安装位置,按照焦距计算公式进行简算,最后

16、结合产品进行归类。(4)通信带宽根据数字视频的压缩格式和分辨率进行估算,以此 进行设备的选型和带宽的分配。(5)存储设备在系统安全运行中占有重要地位,要确保视频监控录像的实时保存和重要数据的长期保存,需要重点控制。因此应根据实际录像存储时间、视频监控点数、录像质量等需求,在满足规范要求的条件下估算出存储容量,避免造成资源浪费或不足。(6)联动功能的实现,需要详细了解其他专业的需求和技术实现可能性,结合实际情况进行研究。总之,铁路综合数字视频系统的设计要求设计人员具备综合专业知识,对设计人员的技术水平要求较高。设计人员在设计中,应具有系统和全局的观念,特别是在前期需求不明确、标准和规范还不完善的情况下,更应该对技术有更深层次的把握,充分了解需求和实际情况,设计出适用的系统方案。参考文献1 卢秋波.视频监控技术简介与发展趋势 J.安防科技,2007(5)2 罗世伟.视频监控系统原理及维护M.北京:电子工业出版社,20073GB 5 3 安全防范工程技术规范S5铁道建筑技术 RI LWYONSTRUTI ON TNOLO GY(3)P0 48-20049AACCECH2009