专利名称：一种铁路综合视频监控系统的制作方法
技术领域：
本发明属于视频管理与传输技术领域，尤其涉及一种铁路综合视频监控 系统。
背景技术：
铁路是国民经济的大动脉，伴随着中国铁路的快速发展和列车的不断提 速，特别是近年来铁道部已规划、建设了多条客运专线、高速铁路，为了确保 铁路运输的高效、安全运行，对铁路系统可靠性提出更高的要求，安全问题成 为铁路建设中的重中之重。由于视频监控具有的直观性和可视性，可作为铁路 防火、防灾、防盗、事故救援、调度指挥等提供重要的辅助手段，它可以使调 度指挥人员不在现场就有如身临其境的效果，为铁路运输系统的指挥、管理提 供极大帮助，对提高铁路运输能力，保障客运安全和列车正常运行具有重要意 义。
随着铁路系统的提速和高速列车的规划建设，也带来了新的问题
1、 列车的安全、正点、事故预防等提到了前所未有的高度，怎样保证列 车正点、安全运行、减故压延、事故预防等新的课题需要铁路工作者解决。
2、 路局直管站段体制改革，精简机构，减员增效，提高工作效率，实行 扁平化管理，扩大了段的管辖范围和职责等，但管理模式需要改变，管理者不 可能像以前那样经常下到车站或区间了解情况，需要新技术和设备来辅助完成 管理工作，以延伸管理者的视野，节约故障处理时间。
3、 铁路各业务部门也都在着手规划、建设视频监控系统，但是存在着重 复投资，而且各业务体系部门之间没有直接沟通，不便于信息的传递和共享。
4、目前的视频系统功能、设备参差不齐，无法统一管理。 随着当前网络化、信息化以及视频编解码技术的不断发展，铁路各业务
部门需要规划设计统一的信息平台和接入平台，实现视频资源在铁路全线各
部门的完全共享，以提高运营管理效率和故障处理速度。
同时，目前的铁路系统中的视频监控系统还存在以下问题
1、 各业务部门，比如电务部门、车务部门、公安部门等都建立各自的视 频监控系统，但是各系统相互独立，形成"信息孤岛"。存在重复投资的问题， 有些关键地点可能安装多个摄像机；
2、 未建立统一的网络平台，的各业务部门之间也没有沟通机制，不符合
铁道部信息化、网络化的要求，也不便于各部门联合解决处理现场故障；
3、 现有的视频编码算法种类繁多，有MPEG-4， JPEG以及H. 264等等，不 便于视频系统的互联，而且编码的效率、图像的质量、网络传输性能各不相同；
4、 传统的监控系统只是实现的图像的釆集和显示，未能满足远程监控和 多级监控的要求，也未实现跟铁路具体应用业务结合，实现行车指挥调度和集 中管理的功能。
发明内容
本发明的目的在于，针对铁路中的视频监控系统当前存在的问题，建立一 个集生产作业指挥、行车安全视频监视、重点区域视频监视、应急事故处理于 一体的统一的综合视频监控系统，规范视频编码格式和传输控制协议，采用开 放的技术协议和接口 ，合理分配和管理视频设备使用权限。
本发明的技术方案是， 一种应用于铁路系统中的综合视频监控系统，包括 骨干层、汇聚层和接入层，其特征是，
所述骨干层运行在铁路局监控中心，包括存储服务器、转发服务器、数据 库服务器、管理服务器、认证服务器、网管服务器、传输设备、总控制中心的
控制台、显示大屏幕以及浏览终端；
所述汇聚层运行在段级监控中心，包括存储服务器、转发服务器、数据库 服务器、管理服务器、认证服务器、网管服务器、传输设备、控制台、显示大 屏幕以及浏览终端；
所述接入层运行在车站和铁路沿线的接入点，包括视频监控设备、传输设 备以及前端处理设备。
所述接入层的视频数据信息经过汇聚层以及骨干层的服务器转发后，传输
到总控制中心的控制台，各层通过光纤、宽带或者VPN方式连接。
所述视频监控设备接入到前端处理设备的接入方式为视频-控制-电源线 缆接入、光纤+光端机接入、无线通道接入。
所述骨干层的认证服务器对登录系统的用户进行身份验证和视频监控设
备使用权限的解析；权限划分为管理权限、控制权限、浏览接入权限、回放权 限，且级别设置分为0-255级；权限不同的用户同时控制同一视频监控设备时， 采用强制剥夺的机制，低权限用户被高权限用户剥夺；如果两个用户的权限一 样，则采用协商机制。
所述视频监控设备和前端处理设备安装具有视频分析功能的硬件模块，骨 干层总控制中心的控制台和汇聚层控制台安装具有视频分析功能的支撑软件， 使整个系统具有行为分析及模式识别功能。
所述骨干层和汇聚层提供标准的TCP/IP接入协议，实现业务报警系统的 接入，并且提供视频方式对报警故障进行复核。
所述视频监控设备采用工控式数字视频录像机、嵌入式数字视频录像机、 网络视频服务器和IP摄像机。
所述视频监控设备的视频压縮格式采用MPEG-4/H. 264，视频实时码流比特 率为32kbps-4Mbps;音频压縮格式采用G.711/G. 723/G. 729，音频实时码流比 特率为8-128kbps。
所述视频监控设备的物理接口采用10/100M自适应以太网网络接口， l路
或多路音、视频接口， RS232/485接口， 1路或多路报警输入/输出口 。
所述视频监控设备的视频监控传输控制协议采用国际组织互联网工程任
务组规定的实时流协议族，包括实时流协议RTSP、实时流传输协议/实时流传
输控制协议RTP/RTCP、资源预留协议RSVP。
本发明的效果在于，通过在铁路系统中建立综合视频监控系统，使铁路资
源得到统一规划和共享，同一视频设备提供给各个部门调用，避免了重复投资
和浪费；对视频监控设备的权限管理，协调了个部门对视频监控设备的使用；
开放的技术协议和接口，以及规范视频编码格式和传输控制协议，便于与其它
系统进行整合及数据共享。
图1是铁路综合视频监控系统架构图。
图2是视频数据流向示意图。
图3是综合视频监控系统权限控制示意图。
图4是综合视频监控系统与其它系统接入示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅 仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
根据铁路业务的实际需求和铁道部信息化建设的总体规划，通过构建覆盖 全线的、统一的视频监控系统，整合各视频监控子系统的视频资源，实现全网 各业务部门的视频信息的实时共享。
图1是铁路综合视频监控系统架构图，图1中，为了符合路局直管站段体 制的行政划分，路局的综合视频监控体系架构按照骨干层101、汇聚层102、
接入层103进行3层设置，本系统可根据需要进行纵向或横向扩展。骨干层101 包括监控指挥中心、 一级监控中心；可以设在运输处、客运处、机务处、 电务处、工务处、车辆处、安监室等部门。汇聚层102包括二级监控中心、 铁通通信段、各段级单位，比如电务段、工务段、机务段、车务段、供电段等。 二级中心是管理的主体，也是主要视频信息备份的主体和媒体流转发的主体。 接入层103包括车站(室内、室外)、区间、牵引变电所、分区所/开闭所。 车站是铁路生产作业、行车安全保障、设备检修故障修复的主体，所以综合视 频监控系统的存储、显示主体也放在车站。在铁道部设置客户端。
骨干层是指路局/铁道部等监控中心，主要包括各服务器，比如存储服务 器、转发服务器、数据库服务器、管理服务器、认证服务器、网管服务器、传 输设备、总控制中心的控制台、显示大屏幕以及各浏览终端等。骨干层是整个 综合视频监控系统能够的调度和管理中枢，主要完成的功能包括实时浏览视频 流、用户及鉴权管理、网络设备的管理、报警信息统计、重要历史资料存储、 报表生成等。
汇聚层是指段级的监控分中心，主要包括各服务器(参照骨干层配置)及 浏览终端。汇聚层可实现对管辖区内的各类视频采集终端的分专业、分区域远 程监控及实时图像调用。在各业务相关部门可以设置分中心，比如综合维修部 门、电务段控制室、电力及牵引供电所等。
接入层是指各车站或铁路沿线各接入点，该层主要包括各种类型的摄像机、 报警设备、视频采集设备(含带视频分析功能)以及传输设备等。接入层能对 车站各机房、公共场所以及沿线铁路设施等进行实时监控，支持自动监视和人 工监视模式，可与环动安防报警系统进行联动，可实现告警功能，告警时可实 现跟摄像机的切换、预置位跳转、录像及抓拍等功能。
图2是视频数据流向示意图。图2中，视频监控设备201将采集到的视频 数据信息传到网络视频服务器(NVS) 202进行处理，之后通过接入层交换机
203和接入层路由器204进入接入层与汇聚层连接的网络206;接入层中，接 入层终端205可以监视视频内容。视频信息进入汇聚层后，通过汇聚层与接入 层连接的路由器207，到达汇聚层交换机208，此时视频信息可以被送达汇聚 层各设备进行处理；汇聚层终端210可以监视和调用视频的内容，汇聚层服务 器211存储并转发视频信息，经过交换机208和汇聚层与骨干层连接的路由器 209，进入汇聚层和骨干层传输网络212。骨干层路由器213，通过骨干层交换 机214，将视频信息传输给骨干层各设备中；骨干层服务器215负责存储并管 理视频信息，而骨干层终端216可以调用和监看各视频设备监控的信息。每层 中以服务器为核心进行数据的转发和分发，接入层的视频数据信息经过汇聚层 以及骨干层的各级服务器转发后回传到总控制中心的控制台。
综合视频监控系统网络主要由骨干传输网络和接入网络组成。骨干传输网 络为视频信息的远程传输提供可靠的通道。各车站/基站通过IP数据网与监控 中心互联。接入网络指前端视频采集设备就近接入监控局端的通道。接入方式 有多种
1) 采用视频-控制-电源线缆接入；
2) 采用光纤+光端机的方式接入；
3) 通过无线通道接入。
这里，对综合视频监控系统的设计需要满足以下要求
第一、将整个铁路系统所需的视频采集点进行统一规划和管理，以满足各 业务部门(比如工务、车务、电务、公安、供电等部门)的应用需求；视频监 控设备安装的位置包括
1)信号机械室内的组合架、分线盘、门口、窗户等，微机连锁室，电源 屏室等设置视频采集点以满足电务部门内信号设备的日常维护、检修，重要信 号设备的运行工作状态，指导信号工处理设备故障，达到预防为主、减故压延
的目的，为保障列车的行车安全提供有效的辅助手段，符合路局直管站段的思 路。
2) 对车站上、下行咽喉区、区间等设置视频采集点以满足信号工日常维 护、检修信号设备之监督，信号设备故障处理之零距离指挥，咽喉区施工监视。
3) 桥梁、隧道、事故多发地段、区间施工区、上下行咽喉施工区设置视 频采集点以满足工务等部门对异物侵入、设备严重破坏或丢失、人员上道等主
动发出报警信息，并将视频信息传送到监控中心；实时监视事故多发地段，及
时发现洪水、泥石流、大雪等自然灾害以及人为破坏造成的安全隐患，将报警 信息和视频信息同时发送到监控中心，并将报警信息和现场图片发送到值班员 和有关领导的手机上，为列车安全运行提供保障。
4) 在车站站台、候车厅等处设置视频采集点以满足车务等部门监视乘客 上下车情况，监督站台值班员是否按照规范工作，以保障运输安全。
5) 在机务段机调室、区间施工区等设置视频采集点以满足机务等部门监 视机务段机调员调度作业的规范性；监督区间施工进度、质量、指导。
6) 在牵引供电机房、分区所/开闭所的室内及周边，区间施工现场等设置 视频采集点以满足供电部门等监视牵引变电所工作人员、电调室值班员的工作 是否符合规范；监视牵引供电机房、分区所/开闭所的设备运行状态以及其周 边的安全；监督区间施工进度、质量，并进行指导。
7) 在车站进站口、出站口、候车室、售票大厅、行包房等设置视频采集 点以满足客运服务等部门对车站客运服务人员的作业规范性进行监督，提高服 务水平。
8) 在客运站站前广场、车站货场、编组站、区段站等重点治安区域设置 视频采集点以满足公安部门等监视治安状况，打击违法犯罪分子，维护治安。
9) 在列车车库、股道两端等区域设置视频采集点以满足车辆部门等监视 人员流动、安全等情况。
第二、制定合理的权限管理机制。通过上面的视频采集点的规划可以看到， 同一个视频点可能多个业务部门都要关注，因此就涉及到系统中各用户的权限 进行统一规划的问题，同一个监视点需要给不同的部门分配不同的权限，合理 分配，避免发生冲突。
用户的权限对节点内及本节点下属节点的用户进行创建、删除、授权变更 等。用户授权管理按照分角色管理、级别管理和范围管理的立体矩阵式管理。 分角色管理是把用户能够执行的功能和操作分类，每一类称为一个角色。 一个 用户至少承担一个角色，并可承担多个角色。分级别管理是把同一类角色分级 管理，在具有同一角色的用户进行相同有冲突的操作时，采用级别来仲裁冲突， 级别高的用户会抢先级别低的用户。范围管理是定义一个用户权限的有效范 围，是在本节点还是包括本节点的下属节点。用户的权限采用MYSQL数据库 进行认证管理，每个用户的权限实际上是一组具有权限等级摄像机的组合。用 户登录的身份认证采用用户名/密码方式认证方式，只要认证通过，所具有权限 的摄像机就会显示出来。
1) 本系统的权限划分为管理权限、控制权限、浏览接入权限、回放权限
等，且级别设置分为0-255级；
2) 权限设置可细化到摄像头；
3) 权限不同的用户同时控制某一摄像机时，采用强制剥夺的机制，低权 限用户被高权限用户剥夺，并提示"有较高权限用户在控制该图像"；如果两 个用户的权限一样，则会通过协商的方式，决定对摄像机的控制。图3是综合 视频监控系统权限控制示意图。图3中，用户301和用户302权限一致，当用户 302欲使用用户301正在使用的摄像机时，系统向用户302发出"用户甲正在控 制中"的提示信息303，并询问"是否需用协商"，如果选择"需要协商"，
则在用户301的界面上会出现"用户乙跟您协商要控制该图像"，并发出请求 控制信息304，如果同意，则用户乙302获得控制权限；如果不同意，则用户乙
302不能控制该摄像机。
第三、视频分析。规划综合视频监控系统后，整个系统的监控规模将会达
到几百上千个，大规模的普通视频监控将会造成一些问题
(1) 传统监控系统的局限性增加了事故发生的风险也蒙蔽了监控人员的
眼睛。有数据统计，人眼一直盯着监控画面20分钟后，将会对图像的变化没 有任何反应；
(2) 现今的视频监控系统是事故发生后的被动反应工具，而不是先发制 人的预警工具，所有的安全隐患都无法被提前识别和判断；
(3) 目前视频监控系统存在低效的探测功能，频繁的误报警等。
为有效解决上述问题，提高铁路各业务部门的工作效率，提高安全保障的 能力，在本系统中规划设计行为分析及模式识别功能模块，该模块是通过具有
视频分析功能的硬件模块和后台支撑软件来实现。具体的实现方式通过软件
平台的客户端软件来配置各种规则，比如划定某个区域禁止人员进入，某个方 向的伴线等，然后通过网络下载的前端的硬件模块，并启用生效。当有人进
入该禁止区域时，控制中心就会报警；当某人违反设定的伴线规则时也就会报 警。系统也可以进行人数统计，系统可以通过行为分析软件模型识别出"人型"， 因此就可以对"人型"进行计数，也就是人数的统计。
主要实现如下功能
1) 自动"监视"视频并对潜在风险的事件进行自动报警；
2) 可实现目前监控系统的投资效益最大化，提高系统的智能化水平，提 高安全保障的能力；3) 对于某区域轨道，重点信号设备区域等，对人员的进入，离开以及异 物入侵(物体的大小等可以根据需要设定)该特定区域等进行自动监测并报警;
4) 对于在设定区域内的目标被遗留或取走报警；
5) 对于客运站的某一区域(比如重要的出入口处等)进行人数统计等， 便于行车指挥和公安管理；
6) 对重点区域的目标活动进行跟踪监视；
7) 根据不同报警区域内发生的异常情况，能够自动进行模式匹配，同时 产生不同的报警信息；报警可以上传控制中心，并可以多种形式提示；也可 以在现场通过灯光或报警器等进行报警。
第四、统一开放的系统。本系统为统一的开放系统，可与铁路既有的各业 务进行无缝接入，比如微机监测系统、防灾监测系统、应急通信系统、调度通 信系统以及其它报警系统等。图4是综合视频监控系统与其它系统接入示意图。 图4中，综合视频监控系统与其它系统的结合点是报警信息，将第三方的系统 报警数据通过TCP/IP协议实时接入到综合视频监控系统，然后实现报警的视频 确认和复核。该系统具有专门针对第三方系统的接入服务模块，通过协议的转 换，在后台进行数据的交换(根据各系统的不同，该系统可以是接收第三方系 统广播数据包，亦或是采用一问一答的方式去主动索取)。
1) 本系统作为开放式的系统，可通过标准的TCP/IP协议进行互联；
2) 各业务报警系统可以接入到本系统，并且通过视频的方式对故障进行 复核。
第五、采用的视频监控设备要符合标准化的规范。视频采集设备主要实现 音视频信息、报警信息的采集、网络传输以及辅助设备、云台、视频矩阵等的 控制。根据要求将摄像机采集到的图像信息、麦克风采集到的声音信号、报警 设备采集到的报警信息等经过编码后，将压縮后的流媒体文件通过网络发送到
中心服务平台中，供用户实时观看或保存在存储设备中；同时将中心服务平台 传来的控制信令抽取出来，进行命令格式分析，按照命令内容执行相应的操作， 控制矩阵切换器的切换、云台转动以及摄像机镜头的控制等。
目前的视频采集设备型号众多，图像质量参差不齐，接口方式也不尽相同， 为确保系统内设备的互联互通，必须规范对视频编码设备的接入要求，通过规 范设备数据流请求响应消息和业务控制命令消息达到设备接入与中心平台的 无关性。对于新建系统，可以要求视频编码设备满足技术规范要求。对于改造
系统， 一方面可以考虑升级既有的视频编码设备以满足要求；其次，如果既有
设备不能满足设计要求可以考虑部分或全部替换不能满足要求的设备。对于视
频编码设备的技术要求如下所示
1) 视频采集设备的种类工控式DVR、嵌入式DVR、 DVS、 IP摄像机；
2) 视频压縮格式MPEG-4/H. 264，视频实时码流比特率32kbps-4Mbps;
3) 音频压縮格式G.711/G.723/G.729，音频实时码流比特率8-128kbps;
4) 物理接口支持10/100M自适应以太网网络接口， 1路或多路音、视 频接口， RS232/485接口，支持1路或多路报警输入/输出口 ；
5) 视频监控的传输控制协议采用国际组织互联网工程任务组规定的实 时流协议族，包括实时流协议(RTSP)、实时流传输协议/实时流传输控制协议
(RTP/RTCP)、资源预留协i义(RSVP)等。
6) 设备网管功能支持S丽P协议，系统的软件远程代码升级功能，支持 设备录像状态的查询和主动上报，支持远程设置时钟，提供WEBSERVER管理功 能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可 轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明
的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1、一种铁路综合视频监控系统，包括骨干层、汇聚层和接入层，其特征是，所述骨干层运行在铁路局监控中心，包括存储服务器、转发服务器、数据库服务器、管理服务器、认证服务器、网管服务器、传输设备、总控制中心的控制台、显示大屏幕以及浏览终端；所述汇聚层运行在段级监控中心，包括存储服务器、转发服务器、数据库服务器、管理服务器、认证服务器、网管服务器、传输设备、控制台、显示大屏幕以及浏览终端；所述接入层运行在车站和铁路沿线的接入点，包括视频监控设备、传输设备以及前端处理设备。所述接入层的视频数据信息经过汇聚层以及骨干层的服务器转发后，传输到总控制中心的控制台，各层通过光纤、宽带或者VPN方式连接。
2、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述视频 监控设备接入到前端处理设备的接入方式为视频-控制-电源线缆接入、光纤+光 端机接入、无线通道接入。
3、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述骨干 层的认证服务器对登录系统的用户进行身份验证和视频监控设备使用权限的解 析；权限划分为管理权限、控制权限、浏览接入权限、回放权限，且级别设置分 为0-255级；权限不同的用户同时控制同一视频监控设备时，采用强制剥夺的机 制，低权限用户被高权限用户剥夺；如果两个用户的权限一样，则采用协商机制。
4、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述视频 监控设备和前端处理设备安装具有视频分析功能的硬件模块，骨干层总控制中心 的控制台和汇聚层控制台安装具有视频分析功能的支撑软件，使整个系统具有行 为分析及模式识别功能。
5、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述骨干 层和汇聚层提供标准的TCP/IP接入协议，实现业务报警系统的接入，并且提供 视频方式对报警故障进行复核。
6、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述视频 监控设备采用工控式数字视频录像机、嵌入式数字视频录像机、网络视频服务器 和IP摄像机。
7、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述视频 监控设备的视频压縮格式采用MPEG-4/H. 264 ，视频实时码流比特率为 32kbps-4Mbps;音频压縮格式采用G. 711/G.723/G. 729，音频实时码流比特率为 8-128kbps。
8、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述视频 监控设备的物理接口采用10/100M自适应以太网网络接口， l路或多路音、视频 接口， RS232/485接口， 1路或多路报警输入/输出口 。
9、 根据权利要求1所述的一种铁路综合视频监控系统，其特征是所述视频 监控设备的视频监控传输控制协议采用国际组织互联网工程任务组规定的实时 流协议族，包括实时流协议RTSP、实时流传输协议/实时流传输控制协议 RTP/RTCP、资源预留协议RSVP。
全文摘要
本发明公开了视频管理与传输技术领域中一种铁路综合视频监控系统。技术方案是，该系统包括骨干层、汇聚层和接入层；骨干层包括各种服务器、传输设备、总控制中心的控制台、显示大屏幕以及各浏览终端；汇聚层包括各种服务器、传输设备、控制台、显示大屏幕以及浏览终端；接入层包括各种视频监控设备、传输设备以及前端处理设备；各层通过光纤、宽带或者VPN方式连接。系统能够对视频监控设备进行权限管理和控制；具有行为分析及模式识别功能；采用标准协议为其它系统提供接入接口。本发明使铁路资源得到统一规划和共享，避免了重复投资和浪费；便于与其它系统进行整合及数据共享。
文档编号H04L29/08GK101394549SQ20081022507
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年10月28日
发明者张利军 申请人:北京佳讯飞鸿电气股份有限公司