視頻監(jiān)控是鐵路系統(tǒng)信息化的重要組成部分,為行車調度、指揮、防災等提供直觀先進的輔助決策手段。08年的冰雪災害暴露了鐵路系統(tǒng)“信息孤島”的弊端,鐵路系統(tǒng)多級聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控已成為未來鐵路安防系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文就鐵路系統(tǒng)多級監(jiān)控中心無線傳輸和架設異構網(wǎng)實現(xiàn)信息互傳和共享與您一起分享,希望對您有所裨益。
文/劉建新
項目概述
隨著鐵路系統(tǒng)信息化改革的不斷深入,網(wǎng)絡技術已經(jīng)廣泛的應用在鐵路系統(tǒng)日常生產(chǎn)和管理之中。鐵路系統(tǒng)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。2008年1月份,我國南方地區(qū)遭受了大面積的冰雪凝凍災害,對電力供應和鐵路運輸系統(tǒng)造成了嚴重破壞。鐵路系統(tǒng)由于部門眾多、地點分散、現(xiàn)場環(huán)境復雜等因素,使得維護工作困難。
視頻監(jiān)控作為鐵路系統(tǒng)信息化的組成部分,可以為行車調度、救援指揮、防災安全、客運服務調度等提供直觀先進的輔助決策手段,對于保障鐵路線的安全運營,提升服務質量具有重要作用。工作人員和各部門領導可利用鐵路系統(tǒng)現(xiàn)有的計算機網(wǎng)絡,在調度中心或者當?shù)貦C務段,實現(xiàn)對全部監(jiān)控現(xiàn)場或者當?shù)氐牡揽凇④囌竞丸F路沿線環(huán)境的監(jiān)控,大大減輕日常人員巡視的工作量,便于及時發(fā)現(xiàn)危險隱患,保障安全生產(chǎn)。
廣元市位于四川省北部,歷史上就是川、陜、甘重要的陸路交通要沖。廣元鐵路局處在成都鐵路局與西安鐵路局分界口,行車組織壓力較大,加之該地區(qū)多山,鐵路沿線環(huán)境比較復雜,通過建設現(xiàn)代化的視頻監(jiān)控系統(tǒng),對確保分界口交通安全暢通,具有重要的意義。
本項目將實現(xiàn)廣元鐵路局對下屬各個單位的視頻監(jiān)控,一個客運站、一個貨運站、沿線三個分站(試點站)的視頻信息通過鐵路專線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。其中客運站已經(jīng)建有一個視頻監(jiān)控系統(tǒng),將對其進行改造,接入統(tǒng)一的視頻監(jiān)控中心管理平臺,其他各站均為新建系統(tǒng)。
設計原則
1、標準化
本方案采用的產(chǎn)品均嚴格遵循國際通用編解碼算法和網(wǎng)絡傳輸標準協(xié)議,可實現(xiàn)在網(wǎng)絡系統(tǒng)上的圖像傳輸和共享。系統(tǒng)所使用的視音頻編解碼標準采用符合大規(guī)模拓撲網(wǎng)絡的傳輸需要的、低比特率的、交互式的、先進通用的國際標準。按照廣元鐵路局的實際要求,實現(xiàn)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)高度共享。
2、穩(wěn)定性
本方案采用的核心設備均采用嵌入式操作系統(tǒng),具有任務單一、響應實時的特點,主要設備均采用了硬件看門狗設置,并具備遠程重起功能,保證了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。
3、安全性
系統(tǒng)應用軟件具有高級用戶權限管理模式,避免了超越權限范圍的監(jiān)看、控制、設置,有效避免了非法操作。
4、可擴展性
本方案采用積木式設計,可以提供更靈活的系統(tǒng)組合,用戶可根據(jù)需求靈活配置硬件數(shù)量。當本系統(tǒng)需要變更監(jiān)控點位、網(wǎng)絡客戶端數(shù)量時,只需增加相應獨立的設備即可融入現(xiàn)有系統(tǒng)。
5、先進性
相關技術上具有前瞻性,系統(tǒng)采用的技術與產(chǎn)品處于先進水平,在技術方案上考慮保護用戶投資。
6、兼容性
可與前期安裝的設備(DVR等)全面兼容,保護了客戶的投資。系統(tǒng)各層次的網(wǎng)絡互連應優(yōu)先使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源。
系統(tǒng)設計
廣元鐵路局的視頻監(jiān)控項目,主要是實現(xiàn)鐵路局到各個站點的兩級視頻監(jiān)控。從前端的視頻采集到中心的視頻處理全部使用數(shù)字化處理和網(wǎng)絡化傳輸。前端攝像機通過網(wǎng)絡視頻服務器直接接入到網(wǎng)絡中,易于系統(tǒng)擴展和管理。各個站點監(jiān)控中心提供上連接口,可以很方便的接入到廣元鐵路局,更好的保證系統(tǒng)的完整性。同時,系統(tǒng)提供異構網(wǎng)(其他廠家的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡)接入,整合已有的監(jiān)控資源,與新建監(jiān)控點統(tǒng)一管理,保護用戶的前期投資。
各個分站的視頻監(jiān)控點,采用無線方式接入到前端的監(jiān)控中心,再通過分站的有線網(wǎng)傳輸?shù)綇V元鐵路局監(jiān)控中心。分站監(jiān)控點隨著鐵路沿線的改造,位置很可能會發(fā)生變化;加之地形復雜,重要道口或易受災害影響的鐵路線,架設有線傳輸網(wǎng)比較困難,因此采用無線傳輸是最合適的一種解決方案。
鐵路局監(jiān)控中心
鐵路局監(jiān)控中心,作為整個地區(qū)鐵路線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的中心樞紐,對各個下屬單位的重要監(jiān)控場所實施監(jiān)管,可以隨時調看任意一個點的視頻圖像,并通過控制攝像機云臺實現(xiàn)場景的全方位查看,在突發(fā)事件中,監(jiān)控中心能起到應急指揮中心的作用。項目總的系統(tǒng)框圖如圖1所示。
·本系統(tǒng)采用兩級架構,在廣元鐵路局設置總控中心,在客運站、貨運站、走馬嶺、昭化、白田壩設置分控中心;
·分控中心和總控中心之間的通信線路采用鐵路局域網(wǎng),以節(jié)約投資;
·系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控,分布式存儲;各級分控中心實現(xiàn)對本級下面所有監(jiān)控點的實時監(jiān)控,實時存儲,總控中心可以對下級所有監(jiān)控點實施有選擇的監(jiān)控和存儲,以及對下級錄像的遠程調用;
·在鐵路網(wǎng)內,可安裝多個副控,只要能與鐵路局域網(wǎng)連通,均可通過授權方式瀏覽圖像,方便上級領導監(jiān)控所發(fā)生的情況;
·整個系統(tǒng)的傳輸采用有線與無線相結合,在不方便鋪設線路的地方,采用無線傳輸方式,以便于系統(tǒng)的實施。鐵路管理局監(jiān)控中心的系統(tǒng)框圖如圖2 所示;
·通過鐵路IP專網(wǎng)接收下級節(jié)點來的圖像數(shù)據(jù);
·設置一臺流媒體服務器,安裝總控中心管理軟件,實現(xiàn)對下級分控中心的管理維護、實時存儲、實時轉發(fā);
·設置兩臺高性能計算機,安裝監(jiān)控終端軟件,實現(xiàn)對下級監(jiān)控點的實時監(jiān)控,錄像調用。支持同時觀看9路D1圖像,采用輪詢監(jiān)控方式觀看;
·設置視頻服務器解碼端,將數(shù)字化圖像模擬化,顯示在大屏幕顯示設備上。如果只設置一臺視頻服務器解碼端,可以通過輪詢方式,顯示所有監(jiān)控圖像。
客運站監(jiān)控子系統(tǒng)
由于歷史的原因,安防領域在視頻監(jiān)控方面沒有統(tǒng)一的標準,各個廠家的視頻監(jiān)控產(chǎn)品互不兼容,監(jiān)控項目規(guī)模小影響還不大,當規(guī)模擴大到一定程度的時候,問題就變得非常突出。如何整合眾多標準不同的產(chǎn)品,是新建系統(tǒng)首先要考慮的問題。
網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用分級的設計,除了實現(xiàn)廣元鐵路局總控中心向下接入各個站點分控中心的功能以外,還提供一個標準的接口,向上可以接入到以后的上級監(jiān)控中心,并自動接受其管理。各個分控中心都設計有異網(wǎng)接口,可以接入第三方的視頻監(jiān)控系統(tǒng),達到資源整合的目的。異構網(wǎng)接入如圖3所示。
客運站視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個已建系統(tǒng),前端攝像機點位有45個,采用數(shù)字硬盤錄像機DVR的解決方案。在本項目中,采用三零凱天的視頻監(jiān)控管理平臺,支持異構網(wǎng)的接入,通過二次開發(fā)將DVR系統(tǒng)接入到基于IP網(wǎng)絡的視頻監(jiān)控管理平臺上,在鐵路管理局采用單一系統(tǒng)實現(xiàn)全網(wǎng)的監(jiān)控資源整合。異構網(wǎng)接入模型如圖4所示。
系統(tǒng)設計中,在客運站的監(jiān)控中心設置一臺流媒體服務器,各個DVR通過網(wǎng)絡與服務器聯(lián)網(wǎng)。在服務器中安裝流媒體轉發(fā)軟件和異構網(wǎng)代理模塊,通過異構網(wǎng)代理模塊,將原有DVR系統(tǒng)的視頻流按照我們的平臺處理方式封裝,作為一個虛擬設備接入,實現(xiàn)單一平臺對異構網(wǎng)的整合。
貨運站監(jiān)控子系統(tǒng)
貨運站作為新建系統(tǒng),建立32個監(jiān)控點,根據(jù)要求和實際環(huán)境,選擇前端攝像機以及是否需要配置云臺。設置三臺服務器,安裝分控中心管理軟件,實現(xiàn)對該級監(jiān)控點的實時存儲,實時轉發(fā)。設置兩臺高性能計算機,安裝監(jiān)控終端軟件,實現(xiàn)對該級監(jiān)控點的實時監(jiān)控,錄像調用。支持同時觀看9路D1圖像,采用輪詢監(jiān)控方式觀看。通過視頻服務器解碼端,將數(shù)字化圖像模擬化,顯示在大屏幕顯示設備上。通過鐵路專線與上級連接,將本級數(shù)據(jù)上傳,實現(xiàn)廣元鐵路局總控中心對分控中心監(jiān)控點的實時監(jiān)控,錄像調用等功能。系統(tǒng)框圖如圖5所示。
分站監(jiān)控子系統(tǒng)
本項目目前包含三個試點分站:走馬嶺、昭化、白田壩??瓦\站和貨運站監(jiān)控點位區(qū)域范圍不大,屬于集中監(jiān)控;分站監(jiān)控是對鐵路沿線眾多的分站實施監(jiān)控,具有典型的分布式監(jiān)控的特點。
鐵路交通具有全線運輸、各站調度的特點,保證鐵路網(wǎng)每時每刻健康運行,有著十分重要的意義。分站是鐵路系統(tǒng)中最多的下級單位,地處比較偏遠的地方,對所管轄范圍內的鐵路線實施日常維護,并維持鐵路交通次序。各種災害對鐵路系統(tǒng)的破壞,有80%發(fā)生在遠離大中城市的分站地區(qū),因此,如何對分站實施有效的監(jiān)控與管理,是本項目重點解決的問題。
在分站視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計上,我們采用有線和無線相結合的方式。考慮到鐵路沿線的改造,以及布線成本,盡可能多的采用無線監(jiān)控的方式;在每個分站都建立監(jiān)控中心,將無線或有線視頻匯聚,通過現(xiàn)有的鐵路專線,將視頻傳輸給上一級單位。分站視頻監(jiān)控框圖如圖6所示。
目前,試點的三個分站監(jiān)控點位不多,對分站監(jiān)控中心的平臺處理能力要求不是很高,存儲模塊和管理模塊可以放在一個服務器上,系統(tǒng)擴容后,可以將這兩個業(yè)務分開,部署在兩臺服務器上。
無線傳輸單元采用Motorola公司的Canopy設備:點對多點中心站5700AP和點對多點用戶站5700SM。
該點對多點設備能夠提供10Mbps數(shù)據(jù)傳輸速率,能夠有效傳輸用戶數(shù)據(jù)。速率穩(wěn)定,沒有數(shù)據(jù)速率回退現(xiàn)象??垢蓴_能力強,C/I比值很低,有效抗外界干擾,采用GPS同步技術或設備自身產(chǎn)生同步時鐘,從而根本解決系統(tǒng)內部自干擾問題,提供比802.11更可靠的信號質量。傳輸距離遠,遠距離通信距離可達到16公里。Canopy系統(tǒng)支持業(yè)務傳輸優(yōu)先級,當開啟Canopy設備的高優(yōu)先級信道(High Priority Channel)功能后,語音、視頻圖像等低延時的數(shù)據(jù)包將優(yōu)先傳輸。
分站的視頻監(jiān)控場景主要是室外目標,視頻服務器、攝像機、云臺、護罩和無線傳輸設備都需采用室外設備,視頻服務器、電源模塊等模塊安裝在設備箱中,設備箱具備溫度和濕度調節(jié)能力。攝像機采用彩轉黑、低照度的型號,護罩具備防塵、雨刷、除霜等功能。在重要的地段,例如隧道口、事故易發(fā)地,通過視頻服務器提供雙向語音功能,可作為緊急事件的指揮和調度工具。
系統(tǒng)功能與特點
系統(tǒng)功能
本項目中,視頻監(jiān)控中心包括一級總監(jiān)控中心(廣元鐵路局監(jiān)控中心)、二級分監(jiān)控中心(客運站、貨運站和各個分站監(jiān)控中心)。一級總監(jiān)控中心以權限管理的方式管理各監(jiān)控分中心,總監(jiān)控中心的功能和各監(jiān)控分中心的功能基本相同。
·實時圖像監(jiān)控:授權客戶可實時監(jiān)視各重要部位的所有圖像,完成圖像的實時顯示、監(jiān)控、存儲等功能;
·輪巡:系統(tǒng)具備視頻自動巡視功能,可設定間隔時間,對所有監(jiān)控點進行圖像輪巡,參與輪巡的監(jiān)控點可以任意設定;
·遠程控制:授權客戶可以遠程控制監(jiān)控設備(包括云臺、鏡頭等);高優(yōu)先級的用戶根據(jù)等級優(yōu)先的原則,可無條件獲得低優(yōu)先級用戶的控制權,同級別用戶根據(jù)時間優(yōu)先的原則獲得控制權;控制權的等級可設定;
·圖像管理:授權客戶可遠程回放錄像文件;回放方式有逐幀、慢放、常速、快速以及放大/縮小等多種方式。錄像存儲采用分布式存儲,統(tǒng)一管理的方式;錄像文件可以在授權客戶端存儲。支持手動錄像、定時錄像、報警觸發(fā)錄像、畫面異動檢測錄像等;
·權限與日志管理:系統(tǒng)實行操作權限管理,按實際的管理架構對每個用戶賦予不同權限等級;系統(tǒng)登錄、操作都需要進行權限查驗;系統(tǒng)所有重要操作,如登錄、控制、退出、報警確認等,均有操作記錄,系統(tǒng)可對操作記錄進行查詢和統(tǒng)計,所有操作記錄不可非法刪除和更改;
·網(wǎng)絡瀏覽:系統(tǒng)支持圖像WEB服務,WEB服務器設在監(jiān)控中心,授權用戶可通過IE瀏覽器查看實時圖像和錄像文件;
·系統(tǒng)容錯能力:當圖像編碼器掉電后,管理中心也能自動探測它們的狀態(tài),并且讓它們恢復到掉電前的狀態(tài)。網(wǎng)絡擁塞或中斷不會導致系統(tǒng)崩潰,一旦網(wǎng)絡重新恢復,系統(tǒng)馬上可以使用;
·語音功能:系統(tǒng)與視頻服務器支持實時的語音對講及語音廣播功能。
系統(tǒng)特點
鐵路線視頻監(jiān)控系統(tǒng),作為鐵路信息化系統(tǒng)的一部分,對鐵路安全運輸起到了非常大的促進作用。由于地域范圍廣闊、環(huán)境變化很大等因素,此類項目不同于一般的視頻監(jiān)控項目,主要有以下幾個特點:
·系統(tǒng)包括集中式監(jiān)控、分布式監(jiān)控兩種體制,一般集中監(jiān)控用在客運站或貨運站,監(jiān)控對象比較集中;分布式監(jiān)控主要用在對鐵路路段的監(jiān)控,監(jiān)控對象比較分散;
·鐵路線視頻監(jiān)控項目中,一般都會包括對客運站和貨運站的監(jiān)控,往往是已經(jīng)建好的系統(tǒng),對鐵路路段的監(jiān)控是項目的新建部分??瓦\站和貨運站監(jiān)控屬于集中式監(jiān)控,大多采用了數(shù)字硬盤錄像機的解決方案;鐵路路段監(jiān)控屬于分布式監(jiān)控,一般采用視頻服務器的解決方案。作為管理方的鐵路局,希望使用單一系統(tǒng)來整合已建和新建的視頻資源,因此具備異構網(wǎng)接入與整合的視頻監(jiān)控系統(tǒng)才能完全滿足用戶的需求;
·鐵路線視頻監(jiān)控項目中,信道將采用有線與無線相結合的方式,對鐵路路段的監(jiān)控中,將大量使用新的無線傳輸體制。
結語
災害性天氣對鐵路系統(tǒng)的影響是大范圍的,需要多個鐵路局之間相互協(xié)調,共同處理應急事件,這樣對鐵路安防系統(tǒng),尤其是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通提出了很高的要求。網(wǎng)絡視頻監(jiān)控的平臺化特點,較好的處理了互聯(lián)互通的問題,通過視頻網(wǎng)關技術,能夠將不同廠家的系統(tǒng)能夠連接在一起,建立起一個規(guī)模龐大的視頻監(jiān)控網(wǎng),同時,新建系統(tǒng)還能整合已建系統(tǒng)的視頻資源,保護用戶投資。
鐵路線視頻監(jiān)控,對保障鐵路安全運輸與處理應急事件,起到了非常大的作用,尤其是2008年1月份我國南方地區(qū)的冰雪凝凍天氣,對鐵路的正常運輸造成了極大的破壞,加強對鐵路安全運輸?shù)谋O(jiān)控,具有十分重要的意義。
我們相信,鐵路安防監(jiān)控系統(tǒng),即將類似“平安城市”項目那樣,進入大聯(lián)網(wǎng)時代,由集中監(jiān)控向分布式監(jiān)控發(fā)展,由單級監(jiān)控網(wǎng)向多級監(jiān)控網(wǎng)發(fā)展,市場發(fā)展前景非常廣闊。