鐵路作為國家重要的運(yùn)輸部門，其日常的穩(wěn)定運(yùn)行決定了國民生產(chǎn)、生活的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。近幾年，我國鐵路建設(shè)進(jìn)入了高速 發(fā)展時期，為了保障鐵路安全 運(yùn)營，各種先進(jìn)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(dá)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(dá)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(yùn)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(yùn) 視頻監(jiān)控、機(jī)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(diǎn)部位(包括區(qū)間公跨鐵區(qū)段，通信、信號機(jī)房，牽引供電、電力供電機(jī)房內(nèi)、外等)的監(jiān)控。客運(yùn)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(shí)現(xiàn)車站候車室、售票廳、站臺、進(jìn)站大廳、站前廣場、進(jìn)站咽喉等處的監(jiān)視。機(jī)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(yùn)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(jìn)行監(jiān)測，為運(yùn)營調(diào)度中心在工務(wù)施工、行車調(diào)度運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整、下達(dá)行車管制、搶險(xiǎn)救援、維修等方面提供依據(jù)。

　　鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)已進(jìn)入規(guī)范運(yùn)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(yùn)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(jī)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(bào)率過高、漏報(bào)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(jī)進(jìn)入高速發(fā)展階段，高清(百萬像素)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中所占比重越來越大。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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(jī)和傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)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(jī)具備百萬像素甚至更高，分辨率可達(dá)1 280×960、1 920×1080及以上，可以滿足鐵路客運(yùn)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(diǎn)限制;語音和視頻數(shù)字化：畫質(zhì)清晰且壓縮比高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越一般傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)的畫面品質(zhì);監(jiān)控功能強(qiáng)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(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸、PoE供電及與3G手機(jī)結(jié)合，方便構(gòu)建移動遠(yuǎn)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(jī)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(qiáng)烈的對比下，讓攝像機(jī)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)比傳統(tǒng)攝像機(jī)(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(jī)性能的重要指標(biāo)。在鐵路咽喉、車站進(jìn)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(jī)智能化具有極其重要的實(shí)用價值，如異常報(bào)警錄像。異常報(bào)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(jī)的分析識別后，只將有異常的圖像傳輸?shù)胶蠖诉M(jìn)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(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)后端，只需集中對前端攝像機(jī)發(fā)送過來的目標(biāo)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，而不需要對視頻信號進(jìn)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(jī)中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或正在實(shí)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(qiáng)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(yàn)的同時，也對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求。如果720P實(shí)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(jī)至少需要2 Mb/s才能獲得“高清”的視覺效果，而1080P全實(shí)時視頻則需4 Mb/s以上。

　　目前，在鐵路視頻監(jiān)控項(xiàng)目中，通常采用MSTP專業(yè)SDH業(yè)務(wù)平臺進(jìn)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(shí)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(shí)時高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(即使按每路占用資源6 Mb/s計(jì)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(jī)的實(shí)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(jī)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(jìn)一步提高鐵路客運(yùn)站 運(yùn)輸安全，加強(qiáng)旅客進(jìn)站安檢工作，2011年4月1日鐵道部下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)鐵路客運(yùn)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(yùn)站和普速鐵路二等及以上客運(yùn)站安檢區(qū)域加強(qiáng)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(shí)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(jī)，與建設(shè)、使用單位聯(lián)合在多個車站現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)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(jī)，搭配百萬像素高清鏡頭，提供了約90°的廣闊視角范圍，實(shí)時監(jiān)測監(jiān)控旅客進(jìn)入安檢區(qū)域后，在安檢儀上放置行李，通過安全門檢查，進(jìn)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(jī)，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(jìn)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(bǔ)償技術(shù)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)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(shí)現(xiàn)高清視頻數(shù)據(jù)的同步實(shí)時備份。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)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(yùn)營關(guān)系到國計(jì)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(cái)產(chǎn)安全等方面起到保駕護(hù)航的作用。

　　從標(biāo)清跨入高清是一個大進(jìn)步，必須要有堅(jiān)實(shí)的技術(shù)作支撐。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)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。