铁路高清视频监控技术应用

　　铁路作为国家重要的运输部门，其日常的稳定运行决定了国民生产、生活的正常运转。近几年，我国铁路建设进入了高速 发展时期，为了保障铁路安全 运营，各种先进科学技术手段得到了大量应用。高质量的综合视频监控 系统也由辅助安全管理手段逐渐转变成为铁路安全生产管理体系中的重要环节。

　　1 需求现状

　　根据国务院颁布的《中长期铁路网规划(2008年调整)》，到2020年，我国铁路营业里程将达到12万 km，其中，时速200 km及以上的高速铁路建设里程超过1.6万 km。高速铁路建设也带动了既有铁路改造。作为原有或近期建设铁路信息化 建设的一部分，视频 监控系统的投资将达数十亿元，大大推动了安防视频技术在铁路工程建设、系统集成及运营管理的大规模应用。目前，铁路视频监控系统主要为综合视频监控、客运 视频监控、机房环境监控和防灾安全监控等几个体系。综合视频监控系统作为通信业务的子系统，主要侧重于车站、线路重点部位(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。客运视频监控系统作为旅客服务信息系统的子系统，实现车站候车室、售票厅、站台、进站大厅、站前广场、进站咽喉等处的监视。机房环境监控系统包括动力环境监控、门禁系统。防灾安全监控系统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，为运营调度中心在工务施工、行车调度运行计划调整、下达行车管制、抢险救援、维修等方面提供依据。

　　铁路视频监控系统已进入规范运营管理。随着时间推移，系统应用过程中出现的问题、不足逐步显现出来成为运营管理部门需要迫切解决的问题。例如，在旅客服务方面，若站内发生刑事案件则需要调取视频监控录像，查看嫌疑人体貌特征，但基于原有模拟、标清摄像机和存储设备无法提供有效的图像细节;在铁路沿线自然灾害易发生地区设置行为分析设备，模拟、标清视频源数据只能提供 “有没有看到”的视频效果，不能为行为分析设备提供高质量的画质，引起误报率过高、漏报等问题。由于模拟、标清视频及录像数据受技术、设备性能和客观条件因素的影响，无法在第一时间取得有效、直观的视频信息，“一定要看清楚”是管理部门提出的非常迫切需求。

　　2 技术趋势

　　从2008年开始，我国网络摄像机进入高速发展阶段，高清(百万像素)网络摄像机在网络摄像机中所占比重越来越大。高清网络摄像机快速发展的主要原因是市场对视频监控画质需求的提升。

　　2.1 图像分辨率高质量方面

　　标清网络摄像机和传统模拟摄像机基本都是3 0万～40万像素，有的甚至更低;高清网络摄像机具备百万像素甚至更高，分辨率可达1 280×960、1 920×1080及以上，可以满足铁路客运及相关条件较好的场所采集更多细节的图像资源。

　　2.2 功能多样化方面

　　网络化：允许多用户同时上网，不受时间、地点限制;语音和视频数字化：画质清晰且压缩比高，远远超越一般传统模拟摄像机的画面品质;监控功能强大，可以集成辨识、搜索、追踪等技术;录像文件管理及储存容易，并可同时异地备份;实现无线网络传输、PoE供电及与3G手机结合，方便构建移动远程监控系统。另外，对铁路既有普速车站、高铁车站，为高清系统升级提供施工安装便利，降低了建设改造成本投入。

　　2.3 设备性能优化方面

　　随着新技术的发展，高清网络摄像机拥有前期所不具备的功能，如宽动态技术、智能化技术。宽动态技术是在光线非常强烈的对比下，让摄像机清晰地“看到”影像而采用的一种技术，很好地解决了像传感器 的动态范围相对人眼窄的问题。当在强光源(日光、灯光或反射光等)照射下，高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对较亮区域及较暗区域的表现存在局限，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。具有宽动态特殊性能的摄像机比传统摄像机(具有3∶1)的动态范围超出几十倍，在黎明、黄昏或者阴天的输出图像都很清晰，因此该技术成为高清摄像机性能的重要指标。在铁路咽喉、车站进站口等受外界光线影响大的区域，使用宽动态技术可以有效地改善图像效果。

　　同时，前端摄像机智能化具有极其重要的实用价值，如异常报警录像。异常报警录像就是将所监控的视频图像经过前端智能网络摄像机的分析识别后，只将有异常的图像传输到后端进行记录与显示，因而可大大减轻网络负担，有效地节省带宽资源。另一方面，在智能网络摄像机的监控系统后端，只需集中对前端摄像机发送过来的目标数据信息进行管理，而不需要对视频信号进行处理与识别，所以后端系统不需要昂贵的设备也能完成高效的智能视频分析。目前在高清网络摄像机中，已经实现或正在实现的智能分析功能包括视频遮挡与视频丢失侦测、视频移动侦测、物品遗留识别、入侵识别、区域检测等。 在铁路沿线等无人值守的区域采用视频智能化管理，可有效地降低人员工作强度。

　　2.4 高效网络数据压缩处理方面

　　高清图像提供给人们清晰的视觉体验的同时，也对网络带宽提出了更高的要求。如果720P实时视频采用标准H.264 MainProfile压缩算法，高清网络摄像机至少需要2 Mb/s才能获得“高清”的视觉效果，而1080P全实时视频则需4 Mb/s以上。

　　目前，在铁路视频监控项目中，通常采用MSTP专业SDH业务平台进行广域网数据传输，结合既有局域网络、光纤网络实现1 000 M带宽网络应用业务管理。这种千兆带宽资源，在前端安装100路1080P全实时高清网络摄像机(即使按每路占用资源6 Mb/s计算)，占用总带宽资源约60%;如果采用720P传输，带宽还可以减少一半。这样，完全可以有效支持高清网络摄像机的实际应用。

　　铁路行业在近几年也提出了联网监控需求。在《铁路综合视频监控系统技术规范(试行)》文件中对铁路综合视频监控系统提出了三级联网标准。高清网络摄像机提供接入SDK接口，在具备传输网络条件下无缝接入管理平台，具备兼容性、开放性。

　　3 应用分析

　　为进一步提高铁路客运站 运输安全，加强旅客进站安检工作，2011年4月1日铁道部下发《关于加强铁路客运站安检区域视频监控系统建设的通知》，决定对全路高速铁路客运站和普速铁路二等及以上客运站安检区域加强视频监控系统的建设，解决原有系统图像不清楚、显示不完整等实际问题。视频监控系统建设要求采用高性能、高标准的视频监控设备。采用高清网络摄像机，与建设、使用单位联合在多个车站现场进行实际应用环境测试。采用百万像素720P高清网络摄像机，搭配百万像素高清镜头，提供了约90°的广阔视角范围，实时监测监控旅客进入安检区域后，在安检仪上放置行李，通过安全门检查，进行人身检查，在安检仪上取走行李整个过程。

　　在安检门设备区域，采用了200万像素1080P高清网络摄像机，搭配200万像素高清镜头，用于安检过程中旅客正面面部特征特写采集。以上前端高清设备采用CCD传感器进行图像采集处理，保障了图像采集成像感光度一致性，整体大幅度提升了图像画质;对安检区域光线不足及光照反差大的场景条件，采用背光补偿技术，实现强光抑制功能，提高了视频图像亮度均衡性。后端搭配高清NVR存储设备实现高清视频数据的同步实时备份。现场实验设备可以满足监控旅客行李物品特征及旅客面部特征的系统要求。

　　4 结束语

　　铁路安全生产稳定运营关系到国计民生。高清视频监控技术为铁路安全防范体系提升了科学管理技术水平，提供了有利的技术保障，对广大旅客的生命、财产安全等方面起到保驾护航的作用。

　　从标清跨入高清是一个大进步，必须要有坚实的技术作支撑。高清网络摄像机虽然满足了高质量数据源的采集处理，然而数据源的“高清”不是视频系统的高清，还需要在视频信号压缩传输、转发、存储、解码显示、智能分析管理等环节全面支持高清数据处理，不断完善系统平台的解决方案，使铁路视频系统向高清系统的发展更快更好。