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、生活的正常運轉。近幾年，我國鐵路建設進入了高速 發(fā)展時期，為了保障鐵路安全 運營，各種先進科學技術手段得到了大量應用。高質量的綜合視頻監(jiān)控 系統(tǒng)也由輔助安全管理手段逐漸轉變成為鐵路安全生產管理體系中的重要環(huán)節(jié)。

　　1 需求現(xiàn)狀

　　根據國務院頒布的《中長期鐵路網規(guī)劃(2008年調整)》，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里程超過1.6萬 km。高速鐵路建設也帶動了既有鐵路改造。作為原有或近期建設鐵路信息化 建設的一部分，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在鐵路工程建設、系統(tǒng)集成及運營管理的大規(guī)模應用。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)務的子系統(tǒng)，主要側重于車站、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、外等)的監(jiān)控?？瓦\視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為旅客服務信息系統(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)。防災安全監(jiān)控系統(tǒng)則對危及鐵路運輸安全的自然災害(風、雨、雪等)及異物侵入等突發(fā)危害進行監(jiān)測，為運營調度中心在工務施工、行車調度運行計劃調整、下達行車管制、搶險救援、維修等方面提供依據。

　　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，在旅客服務方面，若站內發(fā)生刑事案件則需要調取視頻監(jiān)控錄像，查看嫌疑人體貌特征，但基于原有模擬、標清攝像機和存儲設備無法提供有效的圖像細節(jié);在鐵路沿線自然災害易發(fā)生地區(qū)設置行為分析設備，模擬、標清視頻源數(shù)據只能提供 “有沒有看到”的視頻效果，不能為行為分析設備提供高質量的畫質，引起誤報率過高、漏報等問題。由于模擬、標清視頻及錄像數(shù)據受技術、設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 技術趨勢

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

　　2.1 圖像分辨率高質量方面

　　標清網絡攝像機和傳統(tǒng)模擬攝像機基本都是3 0萬～40萬像素，有的甚至更低;高清網絡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條件較好的場所采集更多細節(jié)的圖像資源。

　　2.2 功能多樣化方面

　　網絡化：允許多用戶同時上網，不受時間、地點限制;語音和視頻數(shù)字化：畫質清晰且壓縮比高，遠遠超越一般傳統(tǒng)模擬攝像機的畫面品質;監(jiān)控功能強大，可以集成辨識、搜索、追蹤等技術;錄像文件管理及儲存容易，并可同時異地備份;實現(xiàn)無線網絡傳輸、PoE供電及與3G手機結合，方便構建移動遠程監(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，降低了建設改造成本投入。

　　2.3 設備性能優(yōu)化方面

　　隨著新技術的發(fā)展，高清網絡攝像機擁有前期所不具備的功能，如寬動態(tài)技術、智能化技術。寬動態(tài)技術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，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，嚴重影響圖像質量。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，因此該技術成為高清攝像機性能的重要指標。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)控的視頻圖像經過前端智能網絡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，因而可大大減輕網絡負擔，有效地節(jié)省帶寬資源。另一方面，在智能網絡攝像機的監(jiān)控系統(tǒng)后端，只需集中對前端攝像機發(fā)送過來的目標數(shù)據信息進行管理，而不需要對視頻信號進行處理與識別，所以后端系統(tǒng)不需要昂貴的設備也能完成高效的智能視頻分析。目前在高清網絡攝像機中，已經實現(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 高效網絡數(shù)據壓縮處理方面

　　高清圖像提供給人們清晰的視覺體驗的同時，也對網絡帶寬提出了更高的要求。如果720P實時視頻采用標準H.264 MainProfile壓縮算法，高清網絡攝像機至少需要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)務平臺進行廣域網數(shù)據傳輸，結合既有局域網絡、光纖網絡實現(xiàn)1 000 M帶寬網絡應用業(yè)務管理。這種千兆帶寬資源，在前端安裝100路1080P全實時高清網絡攝像機(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絡攝像機的實際應用。

　　鐵路行業(yè)在近幾年也提出了聯(lián)網監(jiān)控需求。在《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術規(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)網標準。高清網絡攝像機提供接入SDK接口，在具備傳輸網絡條件下無縫接入管理平臺，具備兼容性、開放性。

　　3 應用分析

　　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)《關于加強鐵路客運站安檢區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設的通知》，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，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)建設要求采用高性能、高標準的視頻監(jiān)控設備。采用高清網絡攝像機，與建設、使用單位聯(lián)合在多個車站現(xiàn)場進行實際應用環(huán)境測試。采用百萬像素720P高清網絡攝像機，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。

　　在安檢門設備區(qū)域，采用了200萬像素1080P高清網絡攝像機，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;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，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存儲設備實現(xiàn)高清視頻數(shù)據的同步實時備份?，F(xiàn)場實驗設備可以滿足監(jiān)控旅客行李物品特征及旅客面部特征的系統(tǒng)要求。

　　4 結束語

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

　　從標清跨入高清是一個大進步，必須要有堅實的技術作支撐。高清網絡攝像機雖然滿足了高質量數(shù)據源的采集處理，然而數(shù)據源的“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。