铁路监控系统需求分析及设计

　　前言：

　　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，加之铁路系统部门众多、地点分散，现场环境复杂，成为日常维护工作的主要障碍。尤其是全国铁路第6次大提速之后，高速度、大密度的列车开行，对全国车、机、工、电、公安系统安全运营和生产管理工作提出了新的要求。铁路面临旅客数量多、流动性大、人员情况复杂，治安等一系列问题，如何为广大旅客提供一个安全的出行环境并有效的打击犯罪，亟需通过一定的技术手段来进行解决。随着运行体制的改革，使得铁路小站的运行人员逐步减少，需要以有限的人力、先进的技术手段全面掌握和控制铁路沿线的运行情况，及时发现问题并快速反应，有效制止恶性事件的发生。建立铁路公安、车、机、工、电一体化视频监控系统势在必行。

　　需求分析：

　　铁路视频监控系统首先需要建立满足公安、车、机、工、电系统一体化的监控平台，然后针对各系统的业务需求进行监控终端和监控点的配置接入。视频监控系统需结合公安系统的日常工作特点、办案中的难点、工作中的盲区等需求进行分析，全程、有重点的对铁路沿线进行实时视频监控，从而解决公安办案过程中的举证难、人力有限等问题。同时，为满足某某车务段公安、车、机、工、电一体化综合监控系统要求，在此系统中需考虑对车、机、工、电系统的接口预留，保证整个系统的可扩展性。具体需求共包括以下9个方面：

　　1、公安系统管理机构情况

　　视频监控系统应按照车务段公安系统行政管理级别为依据，分为三级监控结构：铁路局公安处监控中心为第一级，车务段公安机构为第二级，派出所为第三级（管辖区间沿线）。控制信息、巡检信息、报警信息和视频信息等，能够按照预先设定的流程在网络系统各级传输。

　　2、视频监控摄像机部署需求

　　24小时全天候，特别是夜间、刮风下雨等恶劣天气；全线有效覆盖监控，根据沿线桥梁、弯道、寒冬等地形地貌的特点，因地设置监控摄像头位置、数量和密度。 

　　3、视频监控系统画面需求

　　视频画面实时传输，具备录像功能，视频图像存储时间为个1个月，以提供犯罪现场的视频图像证据，对于特殊的地方可以考虑云台摄像机，系统可以控制前端云台的运动和镜头的变焦。系统能够依据授权将网络用户发出的控制命令传送到前端监控设备，实现监控中心及授权用户对前端任意一路监控图像的调用和控制。图像质量满足主观评价指标体系一和主观评价指标体系二的4级要求。

　　4、重点要害位置的监控需求

　　１）对于客运车站要有站场出入口、四周围墙、道岔群、运转室、机械室、地道出入口、车站四周出入口、售票处、广场的监控。

　　2）对于桥梁、隧道、涵洞、转弯处等重要场所，增加监控点的密度，满足公安、车、机、工、电等各个业务单位的监看要求，如果系统有冲突的情况下，可以考虑增加不同类型的摄像机，满足不同业务单位的需求。

　　5、行政管理需求

　　为保证联网监控系统的正常运行，应对系统用户进行分类，并综合考虑各种因素制定合理的权限管理策略，实现对用户访问的控制。

　　派出所、、车务段公安机构、公安处各个监控值班室要有摄像头，提供上级领导对其值班状态进行查看。系统可以实现上下级监控室之间的对讲功能。

　　6、公安系统各级使用、管理监控系统的需求

　　１）公安处监控中心可以随时通过监控系统调看系统中的任意摄像头，以满足突发、应急事件的指挥处理，日常行政管理可以调看派出所和警务区的值班室工作情况；

　　２）车务段公安机构可以随时通过监控系统调看系统中的任意摄像头，以满足突发、应急事件的指挥处理，日常行政管理可以调看派出所和警务区的值班室工作情况；

　　３）派出所可以随时通过监控系统调看所管辖警务区监控所有摄像头，以足突发、应急事件的指挥处理，日常行政管理可以调看到警务区值班室工作情况。

　　7、建设、维护需求

　　系统具有定时自动巡检和人工自动巡检两种方式进行远程设备巡查。人工自动巡检优先级别高于系统定时自动巡检，定时自动巡检功能和人工自动巡检功能由报警与监控系统各级监控中心实施。要求巡检结果和内容能够按机关管理要求以统计报表形式上报备案。通过系统平台能实时了解设备的运行状态和故障情况。

　　8、资源共享需求

　　在铁路局指挥中心预留车务、机务、工务的系统接口，满足其对视频监控、网络通信等资源的共享需求。

　　9、信息存储和备份需求

　　前端监控设备、各级监控中心，均应对巡检、报警、视音频、系统日志等信息予以存储。机关的相应部门应按照规定的格式，存储报警信息及与报警关联的视音频信息。存储和备份的报警、巡检等历史数据信息，可在网络系统中依据授权进行访问。 

　　系统总体结构设计：

　　1、系统整体结构分析：

　　从资源组合与整合的角度上可以分为四个组成部分：监控中心，传输网络平台，监控资源和用户群。监控资源是信息的提供者，用户群是信息的服务对象，公安监控中心是信息的管理者，是信息存储与共享的平台，传输网络提供了各种信息（数字的和模拟的）的传输通道，连接了以上三个部分。

　　其中最重要的监控中心可以分为公安监控中心和业务部门监控中心。

　　公安监控中心：

　　公安监控中心是指由公安部门管理和使用的，具有接处警能力的监控中心。公安部门已经建有大量的前端监控资源，公安监控中心是这些监控资源的存储和共享平台。

　　公安监控中心是监控报警联网系统的核心部分，汇接各种监控资源，将所需的视频、音频、数据信息进行编码和存储，并根据授权进行实时播放、检索和浏览，是实现互联、互通、互控和满足公安实战应用的共享平台，为各级公安机关、业务部门和各级领导决策、指挥调度、取证提供及时、可靠的报警和监控信息。

　　公安监控中心采用分级设置，依据管理权限的不同可以分为一级、二级、三级监控中心，系统可以根据本地区的行政区划、治安状况、城市地域范围、经济发展状况，合理选择适合本城市的公安监控中心的分级架构，例如可以建设一个级别、两个级别或者三个级别的监控中心。每一级的监控中心配有监控管理服务器，实现对本级监控中心客户端和所辖下级监控中心的管理和授权。

　　三级监控中心：指由派出所设立的报警与视频监控中心。派出所是监控报警联网系统的基层单位，对所辖区域负有直接责任，是视频监控资源整合共享、控制管理和应用的基础和源头。派出所在视频监控方面的技术力量较薄弱，因此三级监控中心的系统应该简单、方便、可靠。三级监控中心的监管服务器可以管理本辖区内前端设备和授权客户端，接受来自上级监控中心监管服务器的管理。

　　二级监控中心：指由管辖某机务段的公安分局或者其他公安业务部门设立的报警与视频监控中心。二级监控中心接收三级监控中心上传的图像，同时可以根据实际情况，拥有独立的前端监控资源，二级监控中心对所辖的三级监控系统具有管理权限，并且可以将本地监控设备进行统一管理，同时也接受一级监控中心的管理，这些管理都是通过设在二级监控中心的监管服务器进行的。

　　一级监控中心：指由负责铁路局治安管理的处级公安部门设立的报警与视频监控中心。处级监控中心的监控管理服务器在监控报警联网系统中具备最高的管理权限，各个公安分局（业务部门）和派出所的监控系统和前端监控资源都受到一级监控中心监管服务器的管理和控制。

　　业务部门监控中心：

　　业务部门监控中心是指其它业务部门的独立的业务监控中心，如机务、车务、电务业务的监控中心。有可能该监控中心并不是一个独立的机房，而是和其它业务的管理中心合并成为一个综合的监控中心，但是需要从公安局监控中心这个平台上调用图像资源，其权限受到公安局监控中心平台的控制。主要包括铁路局管理的总监控中心和其它业务部门，他们通过铁路系统的内部网络，从公安局一级监控中心获取经过授权的图像资料。 

　　2、系统拓扑图：

　　整个铁路综合监控平台系统采用模拟和数字混合的信息处理和传输方式，未来的趋势是全部实现高清化、数字化。目前来看总体上是“四级网络”和“四级监控平台”的结构。

　　3、系统平台软件功能设计：

　　铁路监控系统平台具备强大的功能，完全能满足铁路业务视频应用系统的所有功能。系统实现的主要功能如下：

　　1、跨区域远程图像监视控制功能

　　整个监控系统联网后，通过网络可以对权限范围内跨区域同时观看各个监控前端的图像。能对前端云台、镜头、雨刷、报警控制器等进行有效的远程控制。

　　2、设备心跳检测功能

　　整个监控系统通过中心联网管理服务器、视频转发服务器、WEB服务器、报警服务器、存储服务器、IP网络、监控前端主机来组建整个监控网络，整个监控联网后具有心跳检测功能。心跳检测可以分成两种：定期检测和故障检测。

　　3、统一的用户权限管理

　　在整个监控系统中采取了多级权限设定管理方案，每一级的用户只要在自己所属的共享平台开设帐号、分配权限即可。跨区域的调用通过共享平台之间的互连注册来实现，可以设立级联权限（可细分为图像浏览、控制、语音、流量控制等权限），具有级联权限的用户可以实现跨区域的业务联网动态视频监控资源共享。对每个用户名的不同权限有严格的区分。

　　4、系统级联联网管理功能

　　任一级有权限用户可以浏览所辖各级的治安动态视频监控系统的任一监控点的实时图像和历史图像。同级机关经上级核准可以浏览所辖其他同级机关的治安动态视频监控系统的任一监控点的实时图像和历史图像。有权限用户可以对浏览实时图像监控点的云台、镜头和相关矩阵进行控制。

　　5、带宽管理功能

　　支持大用户量的并发接入能力，用户可以根据具体网络环境状况设定传输图像的占用带宽上限及调整范围和路数上限，在有较大图像访问突发情况下，超过网络带宽工作极限临界阀值，系统自动采取流量带宽控制和传输图像格式转变以及设备功能抑制等措施，以保证系统正常运行和传输图像质量。 

　　6、报警联动功能

　　具有跨区域报警组态能力，在符合预设报警条件的情况发生时，可按一定的线路、区域设定报警方式和报警启动预设的联动动作，为警卫路线监控提供支撑，同时联动镜头转向报警地点、前端警铃响、灯光等预设反应，向中心服务器和授权范围内所有的在线用户发出报警。系统管理员可以远程进行布防，撤防。

　　7、时钟同步功能

　　通过中心联网管理服务器，通过校对时钟功能，可以保证不同前端主机上图像上的水印时间保持一致。

　　8、多级录像存储功能

　　整个联网系统除了在前端监控主机录像以外，也可以通过存储管理服务器在监控中心进行集中录像。可以根据需要进行定时录像、报警启动录像、移动侦测录像等多种录像策略，录像时间段可根据不同的需要进行增加、修改多个录像时间段。

　　用户可以输入摄像机的编号和时间段进行检索需要的录像并进行录像回放。对平台内的历史图像资料具有统一的存储管理能力，也可以实现分级存储。存储格式可以为AVI或Div X等标准格式。

　　9、电视墙功能

　　整个监控系统联网后，具有跨区域图像无缝组屏显示能力。可以通过屏幕墙服务器与电视墙进行连接，可以实现各监控点图像的循环切换，切换间隔可由用户指定。

　　10、具有GIS电子地图显示功能

　　可将报警模块的分布情况绘制成数据地图，点击相应报警模块可以显示当前模块的状态。

　　11、支持WEB远程浏览

　　采用B/S架构，用户通过通用的IE浏览器，即可登陆监控系统，远程查看实时图像和网络录像文件，随时随地使用无需安装客户端软件。

　　12、具有加密管理功能

　　所有数据在传输过程中都经过加密再传输，保证数据的安全性，可以根据用户要求的加密算法，来对数据进行加密工作。 

　　4、智能分析技术在铁路监控系统的应用：

　　智能视频监控（Intelligent Video Surveillance，简称IVS）是利用前沿的计算机视觉技术对监控现场的视频内容进行分析，识别各种异常情况并做出相关响应的新一代监控技术。在用户预设监控规则后，在不需要人工参与的情况下，系统能实时分析监控画面，发现异常情况并报警。相对于传统视频监控，智能视频监控具有以下优势：

　　1、全天时运行

　　智能视频监控系统可根据用户设定的规则，对监控画面进行7×24不间断的分析。

　　2、提高报警实时性

　　智能视频监控系统延迟很低，基本上可实时监控和分析画面。能在异常时间发生的第一时间报警，提示监控人员注意。在与其他安防设备和IT系统集成化的情况下，智能视频监控可实时调动其他系统做出联动响应，大幅度提高整个安防系统的反应时间。

　　3、提高报警精确度

　　智能视频分析系统内置各种智能算法，可全天时运行，有效降低误报和漏报。

　　4、可广泛扩展至其他用途

　　智能视频监控系统不但可用于安防目的，也可用于其他用途。例如基于智能视频分析的人数统计功能，可用于商业场所统计每天的人流量，这些数据具有一定的商业参考价值。

　　目前智能分析技术应用在铁路监控行业，主要包括以下几个方面：

　　1）物体移动监测：监测用户定义区域内的移动目标。可显示场景中移动物体的移动轨迹。

　　2）物体滞留监测：跟踪滞留在固定位置超过用户设定时间的车辆或其他目标。用于监测被遗弃的物体、违规停车等。

　　3）突然出现监测：监测突然闯入用户定义区域的任何目标。适用于室内场景和室外重点位置的监测。

　　4）移动路径监测：监测从一个区域进入另一个区域的移动物体。用于监测车辆违章转向、掉头或其他违规越境行为。

　　5）移走物体监测：监控目标物被移走或替代。用于贵重物品的防盗。

　　6）物体起动监测：监测场景目 标开始移动，用于车辆防盗，贵重设备或展品防盗等。

　　7）定向移动监测：监测行进方向错误的车辆或朝禁区边界移动的入侵者。

　　8）移动速度监测：监测场景中物体的移动速度。用于监测车辆超速等。

　　9）物体徘徊监测：监测场景中物体徘徊逗留的时间。用于监测敏感场所的可疑行迹。

　　10）人流统计：自动监测和统计摄像机下出入的人流，应用于商业中心、体育场等场所的人流统计。

　　11）车辆统计：实时监测和统计视频图像中的车辆，应用于道路车流、停车场等场所的车辆统计。

　　12）尾随监测：专门用来监测门禁控制口的尾随或违规逆行等非法进入的现象。适用于机场、港口、电厂、军械库及其他安全等级较高的场所。

　　13）PTZ跟踪：在视野内出现目标后，可控制PTZ跟踪目标运动。 

　　铁路监控系统未来趋势分析：

　　通过一系列市场调研与政策解读，中国的铁路建设会以民众出行便捷、安全为最高宗旨，为民服务将成为系统建设的指导原则。同时未来铁路监控技术势必会朝着智能化、网络化、便民化、安全化方向高速发展，尤其在十二五期间会迎来一个发展高峰期。

　　【作者单位 天津天地伟业数码科技有限公司 】