鐵路高清視頻監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

　　鐵路作為國家重要的運輸部門，其日常的穩(wěn)定運行決定了國民生產(chǎn)、生活的正常運轉(zhuǎn)。近幾年，我國鐵路建設(shè)進入了高速 發(fā)展時期，為了保障鐵路安全 運營，各種先進科學(xué)技術(shù)手段得到了大量應(yīng)用。高質(zhì)量的綜合視頻監(jiān)控 系統(tǒng)也由輔助安全管理手段逐漸轉(zhuǎn)變成為鐵路安全生產(chǎn)管理體系中的重要環(huán)節(jié)。

　　1 需求現(xiàn)狀

　　根據(jù)國務(wù)院頒布的《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃(2008年調(diào)整)》，到2020年，我國鐵路營業(yè)里程將達到12萬 km，其中，時速200 km及以上的高速鐵路建設(shè)里程超過1.6萬 km。高速鐵路建設(shè)也帶動了既有鐵路改造。作為原有或近期建設(shè)鐵路信息化 建設(shè)的一部分，視頻 監(jiān)控系統(tǒng)的投資將達數(shù)十億元，大大推動了安防視頻技術(shù)在鐵路工程建設(shè)、系統(tǒng)集成及運營管理的大規(guī)模應(yīng)用。目前，鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要為綜合視頻監(jiān)控、客運 視頻監(jiān)控、機房環(huán)境監(jiān)控和防災(zāi)安全監(jiān)控等幾個體系。綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為通信業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)，主要側(cè)重于車站、線路重點部位(包括區(qū)間公跨鐵區(qū)段，通信、信號機房，牽引供電、電力供電機房內(nèi)、外等)的監(jiān)控?？瓦\視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為旅客服務(wù)信息系統(tǒng)的子系統(tǒng)，實現(xiàn)車站候車室、售票廳、站臺、進站大廳、站前廣場、進站咽喉等處的監(jiān)視。機房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)包括動力環(huán)境監(jiān)控、門禁系統(tǒng)。防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)則對危及鐵路運輸安全的自然災(zāi)害(風(fēng)、雨、雪等)及異物侵入等突發(fā)危害進行監(jiān)測，為運營調(diào)度中心在工務(wù)施工、行車調(diào)度運行計劃調(diào)整、下達行車管制、搶險救援、維修等方面提供依據(jù)。

　　鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)已進入規(guī)范運營管理。隨著時間推移，系統(tǒng)應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題、不足逐步顯現(xiàn)出來成為運營管理部門需要迫切解決的問題。例如，在旅客服務(wù)方面，若站內(nèi)發(fā)生刑事案件則需要調(diào)取視頻監(jiān)控錄像，查看嫌疑人體貌特征，但基于原有模擬、標(biāo)清攝像機和存儲設(shè)備無法提供有效的圖像細(xì)節(jié);在鐵路沿線自然災(zāi)害易發(fā)生地區(qū)設(shè)置行為分析設(shè)備，模擬、標(biāo)清視頻源數(shù)據(jù)只能提供 “有沒有看到”的視頻效果，不能為行為分析設(shè)備提供高質(zhì)量的畫質(zhì)，引起誤報率過高、漏報等問題。由于模擬、標(biāo)清視頻及錄像數(shù)據(jù)受技術(shù)、設(shè)備性能和客觀條件因素的影響，無法在第一時間取得有效、直觀的視頻信息，“一定要看清楚”是管理部門提出的非常迫切需求。

　　2 技術(shù)趨勢

　　從2008年開始，我國網(wǎng)絡(luò)攝像機進入高速發(fā)展階段，高清(百萬像素)網(wǎng)絡(luò)攝像機在網(wǎng)絡(luò)攝像機中所占比重越來越大。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機快速發(fā)展的主要原因是市場對視頻監(jiān)控畫質(zhì)需求的提升。

　　2.1 圖像分辨率高質(zhì)量方面

　　標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機和傳統(tǒng)模擬攝像機基本都是3 0萬～40萬像素，有的甚至更低;高清網(wǎng)絡(luò)攝像機具備百萬像素甚至更高，分辨率可達1 280×960、1 920×1080及以上，可以滿足鐵路客運及相關(guān)條件較好的場所采集更多細(xì)節(jié)的圖像資源。

　　2.2 功能多樣化方面

　　網(wǎng)絡(luò)化：允許多用戶同時上網(wǎng)，不受時間、地點限制;語音和視頻數(shù)字化：畫質(zhì)清晰且壓縮比高，遠遠超越一般傳統(tǒng)模擬攝像機的畫面品質(zhì);監(jiān)控功能強大，可以集成辨識、搜索、追蹤等技術(shù);錄像文件管理及儲存容易，并可同時異地備份;實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、PoE供電及與3G手機結(jié)合，方便構(gòu)建移動遠程監(jiān)控系統(tǒng)。另外，對鐵路既有普速車站、高鐵車站，為高清系統(tǒng)升級提供施工安裝便利，降低了建設(shè)改造成本投入。

　　2.3 設(shè)備性能優(yōu)化方面

　　隨著新技術(shù)的發(fā)展，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機擁有前期所不具備的功能，如寬動態(tài)技術(shù)、智能化技術(shù)。寬動態(tài)技術(shù)是在光線非常強烈的對比下，讓攝像機清晰地“看到”影像而采用的一種技術(shù)，很好地解決了像傳感器 的動態(tài)范圍相對人眼窄的問題。當(dāng)在強光源(日光、燈光或反射光等)照射下，高亮度區(qū)域及陰影、逆光等相對亮度較低的區(qū)域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。攝像機在同一場景中對較亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)存在局限，這種局限就是通常所講的“動態(tài)范圍”。具有寬動態(tài)特殊性能的攝像機比傳統(tǒng)攝像機(具有3∶1)的動態(tài)范圍超出幾十倍，在黎明、黃昏或者陰天的輸出圖像都很清晰，因此該技術(shù)成為高清攝像機性能的重要指標(biāo)。在鐵路咽喉、車站進站口等受外界光線影響大的區(qū)域，使用寬動態(tài)技術(shù)可以有效地改善圖像效果。

　　同時，前端攝像機智能化具有極其重要的實用價值，如異常報警錄像。異常報警錄像就是將所監(jiān)控的視頻圖像經(jīng)過前端智能網(wǎng)絡(luò)攝像機的分析識別后，只將有異常的圖像傳輸?shù)胶蠖诉M行記錄與顯示，因而可大大減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，有效地節(jié)省帶寬資源。另一方面，在智能網(wǎng)絡(luò)攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)后端，只需集中對前端攝像機發(fā)送過來的目標(biāo)數(shù)據(jù)信息進行管理，而不需要對視頻信號進行處理與識別，所以后端系統(tǒng)不需要昂貴的設(shè)備也能完成高效的智能視頻分析。目前在高清網(wǎng)絡(luò)攝像機中，已經(jīng)實現(xiàn)或正在實現(xiàn)的智能分析功能包括視頻遮擋與視頻丟失偵測、視頻移動偵測、物品遺留識別、入侵識別、區(qū)域檢測等。 在鐵路沿線等無人值守的區(qū)域采用視頻智能化管理，可有效地降低人員工作強度。

　　2.4 高效網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓縮處理方面

　　高清圖像提供給人們清晰的視覺體驗的同時，也對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。如果720P實時視頻采用標(biāo)準(zhǔn)H.264 MainProfile壓縮算法，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機至少需要2 Mb/s才能獲得“高清”的視覺效果，而1080P全實時視頻則需4 Mb/s以上。

　　目前，在鐵路視頻監(jiān)控項目中，通常采用MSTP專業(yè)SDH業(yè)務(wù)平臺進行廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合既有局域網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)1 000 M帶寬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用業(yè)務(wù)管理。這種千兆帶寬資源，在前端安裝100路1080P全實時高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(即使按每路占用資源6 Mb/s計算)，占用總帶寬資源約60%;如果采用720P傳輸，帶寬還可以減少一半。這樣，完全可以有效支持高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的實際應(yīng)用。

　　鐵路行業(yè)在近幾年也提出了聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控需求。在《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范(試行)》文件中對鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)提出了三級聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機提供接入SDK接口，在具備傳輸網(wǎng)絡(luò)條件下無縫接入管理平臺，具備兼容性、開放性。

　　3 應(yīng)用分析

　　為進一步提高鐵路客運站 運輸安全，加強旅客進站安檢工作，2011年4月1日鐵道部下發(fā)《關(guān)于加強鐵路客運站安檢區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的通知》，決定對全路高速鐵路客運站和普速鐵路二等及以上客運站安檢區(qū)域加強視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，解決原有系統(tǒng)圖像不清楚、顯示不完整等實際問題。視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)要求采用高性能、高標(biāo)準(zhǔn)的視頻監(jiān)控設(shè)備。采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，與建設(shè)、使用單位聯(lián)合在多個車站現(xiàn)場進行實際應(yīng)用環(huán)境測試。采用百萬像素720P高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，搭配百萬像素高清鏡頭，提供了約90°的廣闊視角范圍，實時監(jiān)測監(jiān)控旅客進入安檢區(qū)域后，在安檢儀上放置行李，通過安全門檢查，進行人身檢查，在安檢儀上取走行李整個過程。

　　在安檢門設(shè)備區(qū)域，采用了200萬像素1080P高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，搭配200萬像素高清鏡頭，用于安檢過程中旅客正面面部特征特寫采集。以上前端高清設(shè)備采用CCD傳感器進行圖像采集處理，保障了圖像采集成像感光度一致性，整體大幅度提升了圖像畫質(zhì);對安檢區(qū)域光線不足及光照反差大的場景條件，采用背光補償技術(shù)，實現(xiàn)強光抑制功能，提高了視頻圖像亮度均衡性。后端搭配高清NVR存儲設(shè)備實現(xiàn)高清視頻數(shù)據(jù)的同步實時備份。現(xiàn)場實驗設(shè)備可以滿足監(jiān)控旅客行李物品特征及旅客面部特征的系統(tǒng)要求。

　　4 結(jié)束語

　　鐵路安全生產(chǎn)穩(wěn)定運營關(guān)系到國計民生。高清視頻監(jiān)控技術(shù)為鐵路安全防范體系提升了科學(xué)管理技術(shù)水平，提供了有利的技術(shù)保障，對廣大旅客的生命、財產(chǎn)安全等方面起到保駕護航的作用。

　　從標(biāo)清跨入高清是一個大進步，必須要有堅實的技術(shù)作支撐。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機雖然滿足了高質(zhì)量數(shù)據(jù)源的采集處理，然而數(shù)據(jù)源的“高清”不是視頻系統(tǒng)的高清，還需要在視頻信號壓縮傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、解碼顯示、智能分析管理等環(huán)節(jié)全面支持高清數(shù)據(jù)處理，不斷完善系統(tǒng)平臺的解決方案，使鐵路視頻系統(tǒng)向高清系統(tǒng)的發(fā)展更快更好。