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武广客专综合视频监控系统的应用与优化建议
来源：985论文网 添加时间：2020-05-19 14:06
摘 要
随着我国现代铁路的迅速发展，铁路的覆盖面也越来越大，列车的速度也在不断增加。负面影响是铁路交通事故的可能性大大增加。随着视频监控技术的发展，在铁路领域的集成视频监控应用越来越受到人们的关注。武广高速铁路是我国高速铁路之一。位于湖北、湖南、广东，于2005年6月23日在长沙开工，于2009年竣工。综合视频监控系统包括基站、信号中继站、电力牵引节点和沿线所有车站。铁路综合视频监控系统的出现标志着铁路视频监控系统的发展进入了一个新阶段。新的视频监控系统具有数字化、智能化、网络化的特点。它是高度开放的并且可以与以前的系统集成和互连。大大提高了系统的综合性能，可以由许多部门使用，大大提高了监控效果和质量。本文主要分析了武广客专综合视频监控系统的总体结构，分析了综合视频监控系统在武广客专中的应用，分析了武广客专综合视频监控系统存在的问题，提出了武广客专综合视频监控系统的优化建议。
关键词：武广客专；综合视频监控系统；视频采集
Abstract
With the rapid development of modern railways in China, the coverage of Railways is increasing, and the speed of trains is also increasing. The negative effect is that the possibility of railway traffic accidents is greatly increased. With the development of video surveillance technology, the application of integrated video surveillance in railway field has attracted more and more attention. Wuhan-Guangzhou high-speed railway is one of the high-speed railways in China. Located in Hubei, Hunan and Guangdong, construction started in Changsha on June 23, 2005 and completed in 2009. Integrated video surveillance system includes base station, signal relay station, electric traction node and all stations along the line. The emergence of railway integrated video surveillance system marks that the development of railway video surveillance system has entered a new stage. The new video surveillance system has the characteristics of digitalization, intellectualization and networking. It is highly open and can be integrated and interconnected with previous systems. It greatly improves the comprehensive performance of the system, can be used by many departments, and greatly improves the monitoring effect and quality. This paper mainly analyses the overall structure of the integrated video surveillance system of Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Company, analyses the application of the integrated video surveillance system in Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Company, analyses the problems existing in the integrated video surveillance system of Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Company, and puts forward some optimization suggestions for the integrated video surveillance.
Key words: Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated; Integrated Video Monitoring System; Video Acquisition
第一章 武广客专综合视频监控系统的总体结构
1.1系统概述
综合视频监控系统采用全数字网络视频技术，实现了对GSM-R基站、车站咽喉区、牵引变电所、开关变电站、区域变电站、配电站、立交桥、桥梁救援疏散通道、隧道入口、干线与联络线组合、通信/信号室及区域塔架检测的实时监控。节点在其子学科和子区域内实现对视频的远程监控。同时在车站设置前端编码设备，为客服视频监控系统预留接入条件,同时预留和通信电源及动力环境监控系统的接口。
1.2系统构成
该视频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。
图1 武广客专视频系统组成图
1.2.1视频区域节点
视频区节点是全球综合视频监控系统的管理中心，负责全线视频监控设备和网络的统一管理和调度。它具有系统管理、网络管理、事件视频管理、用户认证管理、监控和报警信息统计、报表生成等功能。视频区域节点还具有与其它相关应用系统的数据交互的功能。视频区域节点位于道路政治局势的位置。视频区域节点包括视频管理服务器、告警服务器、集中告警存储服务器、分发服务器、网络管理服务器、认证和授权单元(AA)、目录服务单元(DSU)、信令控制单元(SCU)、数据分发组成单元(DDU)、接入网关单元(AGU)、视频系统代理(SA)、存储设备和网络设备。
1.2.2视频接入节点
视频接入节点包括I类视频接入节点和II类视频接入节点。I类视频接入节点设置在站点中，负责从现场监控点的摄像头附近访问、处理和存储视频信息，并存储二级视频接入节点上传的视频信息。他们还接受视频区域节点的调度和控制。I类视频接入节点包括视频管理服务器、分发服务器、存储服务器、视频编码器、智能分析器、存储和网络设备、以及用于客户服务视频的替代编码器。II类视频接入节点布置在其它客运站、GSM-R基站、信号中继站、牵引变电所、在站、开关站、分区站、存储场和沿线的分配站。第二类视频接入节点负责访问和处理来自每个站点监测点的摄像机附近的视频信息。视频信息通过传输系统上传至第一类视频接入节点，传输系统可以接受视频区域节点的直接调度和控制。II类视频接入点根据视频访问的数量设置视频编码器、智能分析器和网络设备。
1.2.3视频采集点
视频采集点设备包括摄像机（含镜头），摄像机罩（室内外），平台（含解码器），光端机，避雷器，辅助光源，拾音器，室外控制箱等设备。室外采集点配备低照度和宽动态能力的摄像机，根据不同的监控距离选择不同的镜头尺寸。带加热冷却风机的全天候防护罩，防护等级符合IP66标准，对于照明条件不满足摄像机运行条件的监控点，可单独配置非红爆红外灯。新建摄像机采用交流供电设备供电，其中室外摄像机采用交流远程供电方式供电，UPS设备采用就近通信机房供电系统供电，满足2公里范围内摄像机供电。室外摄像机设有视频信号，控制信号和电源防雷器，保护设备不受雷击。室内摄像机通过吸顶或墙壁安装，室外摄像机通过杆安装。并配置视频光端机。公跨铁立桥的视频信息通过视频光端机就近接入通信机房。
1.2.4视频监控终端
用户终端包括视频管理终端、配置终端和监控终端。在视频区域节点/调度中提供视频管理终端和配置终端。视频管理终端负责对全线视频监控设备和网络进行统一管理和调度。视频配置终端负责平台参数配置信息的合成。监控终端分别设置在铁路调度站、通信段、车间和维护点。在视频区域节点的授权范围内，各监控终端可以实现对辖区内各个视频采集点的子特征和子区域的远程监控和实时图像调用。系统中没有设置客户端的视频监控终端设备。
1.3系统方案
1.3.1视频承载网络
视频监控系统基于MSTP传输系统和IP数据承载网进行组网。室内监控点均为CIF分辨率，室外监控点及客服系统监控点视频分辨率均为4CIF，每路CIF视频对网络的带宽需求为1Mbps，每路4CIF视频对网络的带宽需求为3Mbps。
1.3.2视频存储方案
视频存储集集中和分散的功能，即存储区域节点、I类视频访问节点和II类视频访问节点。下表显示了存储工作方式：
表1 视频存储原则表
节点环境 存储天数 存储分辨率 节点类型 备注
室内 3天 CIF 电力电牵节点电力机房及车站站房
CIF 区间基站、信号中继站及区间通信、信号机房
室外 3天 4CIF 场坪
15天 4CIF 车站咽喉区、公跨铁、重点区域治安复杂区,其中铁塔巡视摄像机每天的存储时间按照16个小时考虑
区域节点 30天 4CIF 中心告警存储
信息化专业视频采集点 4CIF 按照25%4CIF15天计算，75%4CIF7天计算
CIF分辨率视频按照1Mbps计算，4CIF分辨率视频按照2.5Mbps计算；视频区域节点按照20路30天4CIF分辨率计算集中告警存储容量。
1.3.1集中网管
在视频区域节点及I类视频接入节点设置网管系统，完成整个系统的设备配置和管理功能，包括故障管理和配置管理..故障管理包括当前警报记录/查询、警报级别和优先级管理、历史警报查询和检索。配置管理包括添加/删除摄像机、编码器和解码器设备、修改编解码器/解码器的IP地址、更改摄像机图像格式等。解析率、帧率设置；添加/删除PTZ，PTZ协议、波特率设置；录像方式和时间设置；用户权限配置；摄像机轮巡/组巡设置。铁路综合视频监控系统集中网络管理系统软件平台包括网络资源管理子系统、数据管理子系统和数据采集子系统。网络资源管理子系统对基础数据结构进行分析，建立各设备、网管系统等配置信息，并生成拓扑信息。数据管理子系统实现对视频监控系统中各种设备性能指标、告警等信息进行集中统计和分析，并根据需要生成相关报表。
1.3.4系统同步
通过数据网与同步和时钟分配系统相连，视频管理服务器作为NTP服务器的客户端，接收时间同步信号。同时管理服务器在视频系统中又作为NTP SERVER，系统内设备通过NTP的方式接收时间同步信息。
1.3.5与外部系统接口
综合视频监控系统能够从SCADA接收远程交换机的运行信息，电力设备的告警信息，安防（烟雾，入侵等）..门卫和每个机房的报警信息。相应的视频图像可以通过预设设置自动显示在监控终端上，并可以存储和记录在视频区域节点/调度中心。
第二章 综合视频监控系统在武广客专中的应用
本文将以武广客专线路为例，对线路中使用的视频监控系统的主要应用进行分析。
2.1系统的构成
由于铁路的特点，如广域、长线、多站等特点，在以编码器为中心的视频监控系统中，构建了完整的数字视频监控系统。系统主要部件为：分控中心、视频监控中心、前端设备、监测站等。视频图像由监控中心和监测站记录和管理。
2.1.1视频监控中心
视频监控中心位于调度中心。监控中心设备由数据库服务器、视频管理服务器、视频监控终端组成。视频监控终端可以管理通信信号和电源，监控站可以根据具体需要设置双显示器，从而可以在图形中显示地图和视频图像。监控中心主要使用系统管理软件对全线监控设备和网络进行管理和调度，并设置每个子控制中心的权限。监控中心具有大的矩阵功能，可在摄像机中设置PTZ，使摄像机具有群游、群显示等功能。
2.1.2分控中心
分管中心主要设在派出所、铁路值班室和沿线综合维修区，并根据需要确定食品监控终端设备的数量。工作站的主要任务是根据监控中心设置各职能部门的要求。最终目标是能够远程控制每个视频点、区域和其他图像调用。
2.1.3监控站
铁路监测站有两种类型，一种是车站监测站，另一种是区间监测站。监测站需要根据车辆的大小配置相应的服务器，如数据库服务器、网络设备、视频分析服务器、视频编码器等，并将其应用到综合视频监控系统中。在该铁路线沿线提供变电站、牵引变电所和GSM-R基站，以便将每个站的监测点的摄像机信息传送到监测站，以便由视频监控中心对其进行控制和管理。然后，将网络设备和视频编码器安装在监控中心，通过传输系统将信息上传到监控站，实现更好的管理。
2.2系统的主要功能
综合视频监控系统在铁路上的应用主要有以下几个主要功能：支持B/S或C/S接入。自动检测系统设备的运行状态。支持NTP时钟同步协议进行统一的时间校准。它具有电子地图地理信息系统的功能。对于每个操作符，权限管理函数可以在自己的权限范围内调用映像，并可以修改系统的相关参数。行为分析和运动检测。对于大跨度铁路部队和车站两侧，在目标形状检测的基础上，可以对目标进行跟踪和告警，以检测目标的运动和路线。利用PTZ控制功能，视频客户端可以控制平台的旋转方向，改变摄像机的大小，加热开关，变焦，聚焦等。
2.3联动功能
2.3.1与周围防范报警系统的联动
在AT变电所和变电所外围安装激光射击报警装置。报警干接触器将信号直接连接到视频编码器。通过控制开关量将信号输入到视频编码器，然后由集成视频监控系统对编码器的输出信号进行控制，从而启动现场声光报警。同时，摄像机还可以瞄准报警区域，在电视视频监控的基础上显示相关视频图像。
2.3.2与SCADA系统的联动
SCADA系统可以根据用户的实际需要为视频监控系统提供预警依据，并根据调度系统的相关要求制定正确的安全保护策略，以保证视频的集成。系统正式启动后，不会对调度系统的安全性产生负面影响。视频监控系统可以从SCADA接收相关信息，使用相机对准来确定焦点，然后显示相应的图像和区域的相应位置，以便在视频监视窗口中进行记录。
第三章 武广客专综合视频监控系统存在的问题
3.1清晰度不够
从监控画面效果来看，受南方气候影响，空气中水汽大，对光线散射损耗大，远距离区段(1 km以外)图像较模糊;在阴雨、雾霆等能见度低的气象条件下，监控效果将受到很大的影响;尤其在夜间视频效果更差。
3.2重点地带未全面覆盖
车站、公跨铁、人口密集区域、桥梁两端、隧道口等重要地点视频采集未全面覆盖，没有达到《中国铁路总公司关于加快铁路客站及线路重点地段视频监控系统建设的通知》(铁总公安电〔2014)81号)文件精神和武广客专公安要求高铁沿线每200米设置一处视频采集点的标准。
3.3未实现视频分析功能
视频监控中心和分中心未能实现视频分析功能。当面对着数以千、万计的监控图像时，调度员、值班员等相关工作岗位监控人员已经无法利用传统人工监控方式来准确、快速发现各类行车隐患，容易导致铁路行车的安全隐患。
3.4不能满足新增视频业务的需求
现有综合视频监控系统的视频汇集点通过区间接入层传输设备将视频信息实时上传至相应的工类//II类视频接入节点存储管理。随着本研究中视频监控采集点大量增加，对传输通道的需求越来越大，原有的视频承载方式已无法满足新增业务的需求。
3.5体系平台亟待升级
武广客专视频监控管理平台的版本原来较低，2011年底全线开通时仅为V 1.0版本，后于2014年底升级到V 2.0，现在还是无法满足数字高清摄像机的接入。亟待将现有的综合视频监控系统平台升级为V3.0版本，一并解决高清摄像机接入本系统以及本系统与其它业务系统的融合互通问题。
第四章 武广客专综合视频监控系统的优化建议
4.1系统优化建议方案
4.1.1视频采集及与汇集
（1）视频采集点
视频采集点前端设备包括高清摄像机、光电转换器(带网管功能)、摄像机安装支架等。视频采集点设置原则如下:
车站布点原则:在车站的安检门增设人脸识别、指纹识别、人流设定及安检员动作等信息采集的安检视频补强设备。在既有安检视频基础上新增1套安检视频补强设备(含2台1080P摄像机及1台专用DVR。安检视频补强设备由公安部门根据执勤任务安排自行实施，安检视频补强设备暂不接入综合视频监控系统，独立使用。基于车站监控区域集中和监控范围集中，宜设置1处或2处视频采集点。
线路布点原则:路基地段、桥梁区段、隧道区段按照每两百米设置一处采集点。路基和桥梁区段安装位置原则设置于接触网支柱距底座2._5米高度，摄像机监控对象为路基面、桥面的现场情况;3公里以上桥梁疏散通道、大桥及特大桥两端部位结合既有综合视频监控系统进行补强。隧道区段的摄像机宜安装在隧道壁3米高的位置，并结合隧道内联络通道既有视频采集点进行补充和优化布设。总之，武广客专线路区间采取单向接续覆盖方式设置视频采集点，以达到视频监控全线覆盖。
（2）视频汇集点
视频汇聚点设置于GSM-R基站。视频汇聚点能够对铁路沿线摄像机拍摄的视频信息进行接入和处理，并且实时上传到II类视频接入节点。视频汇聚点根据视频接入的数量设置网络设备和电力等设备。
（3）视频接入节点
根据新视频捕获点的数量，使用现有视频访问节点和视频访问节点的类型。数据流量和存储量，需扩容或新增管理、存储、转发、分析服务器及相关设备。
（4）视频区域节点
本研究暂不考虑广州客专调度所视频区域节点的扩容及改造，建议纳入广州铁路局专项工程改造项目统筹考虑。
4.1.2视频监控终端
在武广客专调度所、武汉网管中心和广州车间原有3套视频监控终端和大屏显示墙(3x4的46寸LED显示屏拼接)基础上，增设武汉公安处1套视频监控终端和大屏显示墙，同时在武广客专公司备用设备一套。本研究原则上利用既有视频监控终端，仅在本线7处警务区和5个车站综控室分别新增1套视频监控终端。
4.1.3承载网络
（1）以太网组网
鉴于以太网具有工业级设计、安全性好、组网方便，支持冗余环网、支持远距离传输、数据传输确定性好、网络管理能力强大等特点，本工程采用以太网交
换机组网的方式为综合视频系统提供承载网络，完成视频汇聚层和接入层网络的构建。
（2）组网方案
武广客专综合视频监控系统补强升级组网如图2所示。
图2 武广客专综合视频监控系统补强升级组网图
对上图说明:单纤环网在逻辑中是开环，在物理中是闭环。工业以太网交换机为主，在工作期间，数据传输需要利用主光路，当发生故障时，数据自动从反方向传输，实现自愈。考虑到每个自愈环最多支持的交换机数量不宜超过50台，可将12处区间视频汇集点与91处视频采集点共同构成3个自愈环。因此，该区间满足视频接入节点与视频汇集点，视频接入节点间的工业以太网组网总共需要6芯光纤。
（3）既有数据网扩容
本线既有AR接入路由器间互联链路带宽不足，本研究利用沿铁路缆槽新敷设48芯光缆中各2芯增加AR间互联2*GE(O)链路。AR接入路由器间通过2*GE(O链路与新增的综合视频汇聚交换机捆绑互联，并开启EBGP(外部边界网关)协议进行路由交互，并对既有接入层路由器进行扩容。
4.2视频分析方案的实施
视频分析的实施主要包含两部分:摄像机的安装调试优化和视频分析参数设置的优化。
4.2.1摄像机的安装调试优化
摄像机的安装位置和角度对视频分析的实际效果有很大的影响。首先，避免将相机指向光源，并禁用相机的自动光圈功能。第二，典型相机的快门速度在夜间会自动下降，因此这一功能也应该被禁用。相机的OSD(屏幕菜单调整)功能也应该被禁用，以避免不必要的误报。第三，如果相机本身具有抗抖动功能，则应打开它以减少因相机抖动而产生的假阳性。此外，最好在白天调整整个图像的清晰度，然后在夜间微调它，以实现白天和夜间视频分析的平衡。对于摄像机的视场(视场)，目标应尽可能垂直于相机镜头的光轴。光照条件对视频分析的性能也有很大的影响，因此我们应该避免在摄像机前面而在摄像机后面安装照明。此外，夜间照明应不少于5勒克斯。
4.2.2视频分析参数优化
视频分析性能优化的最重要步骤是视频分析参数的优化。首先，应对应用场景进行分类，如线路、车站、弯道、隧道、桥梁等。针对不同的视频场景，需要建立不同的视频分析参数模板。其次，为每个场景配置视频分析参数，从感兴趣区域的ROI C区域逐步改进滤波器的选择，从而得到每个场景。我们得到了视频参数的初始配置；然后我们将对每个典型场景进行一周的测试，包括阳性测试和假阳性测试，并对阳性测试进行手动模拟。通过这个阶段的反复调试和调优，我们可以得到每个特定场景的场景模板。最后，我们根据每个场景的特定模板测试所有场景。对场景视频分析的参数进行了优化，并对统计报表和假阳性的性能进行了仿真。根据测试结果调整每个场景的参数。在这个阶段，这个过程是一个连续的循环。经过这样一个优化过程，每个场景都可以获得相对稳定的配置参数，效果基本上是最好的。另外，根据实际情况，有些场景还需要两组参数，白天和黑夜，不同季节也需要不同的参数，这些都是视频分析实现中非常重要的细节。
总之，视频分析算法的鲁棒性和先进性是视频分析性能分析的基石。视频监控系统的早期设计是提高视频分析性能的前提，视频分析参数的优化过程是提高视频分析性能的最佳途径。只有三者紧密结合，视频分析的性能才能达到最佳水平。视频分析技术作为智能化监控技术的代表，通过图像分析、对象识别、动作预警、云台控制PTZ[Pan Tilt Zoom]、自动跟踪等技术完成了从人工预警过渡到系统自动预警。
第五章 结束语
随着铁道部颁布的"铁路综合视频监控技术规范"，视频监控系统将在确保铁路安全方面发挥重要作用。然而，构建铁路监控系统的任务是长期而艰巨的。需要详细的研究和演示，以确保铁路综合视频监控系统先进并满足监控要求。监控系统建设完成后，大量的监控系统运行，将产生大量的监测数据，迫切需要计算机在没有人参与的情况下完成视频图像处理，而不是一些人的工作来完成自动故障报警的任务。随着武广高速铁路2009年12月26日正式运营，武广高速铁路综合视频监控系统同时投入运营。根据MSTP和IP网络，采用先进的视频捕获、视频存储和视频分析技术，构建现代集成视频监控平台，为公共安全、公共事务、调度等业务领域提供高效可靠的视频信息。该系统已成为武广高铁安全防范系统的重要组成部分。
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