新标准下的高速铁路综合视频监控系统设计研究

文章编号：1004 29 (2017 )09 0144 04

RAILWAY STANDARD DESIGN

铁道标准设计

Vol.61 No. 9

Sep. 2017

新标准下的高速铁路综合视频监控系统设计研究

蹇峡

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安710043)

摘要：随着铁路总公司视频监控新标准的发布，以大同至西安客运专线大荔至渭南北区间为例，分析研究采用新 标准后高速铁路视频监控系统的设计变化，包括摄像机性能的变化、存储容量的变化、接入节点视频设备的变化和 附属设施的变化，特别对区间视频传输方式的变化进行详细研究，通过技术经济比较，推荐出适宜的视频传输方 案。研究结果为其他高速铁路完善视频监控系统设计提供参考依据。关键词：综合视频监控；摄像机；存储容量；区间视频传输；工业以太网中图分类号:U238;U28

文献标识码:A

DOI ： 10. 13238/j. issn. 1004-29.2017. 09. 030

Research on the Design of High Speed Railway Integrated

Video Surveillance System under New Standard

JIAN Xia

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Xi’an 710043，China)

Abstract ：With the publication of the new standard for video surveillance of the Railway Corporation and with reference to the section between Weinan north and Dali on Datong to Xi’an Passenger Line, changes in the design of the high-speed railway video monitoring system based on new standard are analyzed in terms of camera performance，storage capacity，access node video equipment and ancillary facilities. The change of interval video transmission mode is studied in detail. By comparison of technology and economy， a suitable video transmission scheme is recommended. The research results provide some references to improve the design of video monitoring system of other high speed railways.

Key words ： Integrated video surveillance; Camera; Storage capacity; Range of video transmission； Industrial Ethernet

1概述

从早期的青藏铁路线路视频监控系统的开通运

(V1. 0)(

铁总运[2013]71号）》和《高速铁路设计规

范》（TB 10621—2014)等,实现了对车站咽喉区、隧道 洞口、车站重点区域、公跨铁立交桥、通信、信号、牵引 供电、电力机房内外等区域的实时监视[1 2]。

随着铁路总公司《关于发布设计时速200 km及以 上铁路区间线路视频监控设置有关补充标准的通知》 (铁总建设[2016]18号）（以下简称“18号文冶）的发 布，规范和加强了高速铁路的治安防范工作，综合视频 监控系统的设置标准发生了很大变化，主要表现在以 下3个方面。

(1)

行，到高速铁路综合视频监控系统的逐步运用,再到时

速200 km铁路视频监控的全面推广，铁路综合视频监 控系统已经成熟运用了十多年,视频监控在运输生产 和治安防范中所起的作用不断加强，铁路各部门对视 频监控的认识不断提高，需求也不断增加。

目前设计时速200 km及以上铁路的视频监控系 统设计依据主要包括《铁路图像通信设计规范》（TB

10085—2009)、《铁路综合视频监控系统技术规范

监视范围变化。增加了通信、信号机房外部、

收稿日期:2017 01 04;修回日期:2017 02 21作者简介:蹇峡（ 1977—），男，高级工程师，1999年毕业于兰州交通 大学通信工程专业，工学学士，主要从事铁路通信、信息专业技术工作, E-mail：jxtx@ 163. com。

调度局界口、桥梁救援疏散通道、区间线路区段的监

视，包括路基、路基和桥梁结合部、长度6 km以上桥梁等。

(2) 摄像机性能变化。

区间线路摄像机采用红外

第9期蹇峡一新标准下的高速铁路综合视频监控系统设计研究

145

激光和红外球形高清摄像机;其他摄像机均采用高清 摄像机，具备夜视功能;摄像机成像器件的有效像素不 应低于 1920x

1080。

(3)系统联动要求变化。对于设有周界人侵报警 系统的线路，区间线路视频监控应具备与周界人侵报 警系统联动接口，以及周界人侵行为分析功能[3]。

“18号文”的发布除了对视频采集点的具体设置 产生重大影响外,高清摄像机的运用使得存储设备容 量陡增,还极大地增加了区间视频信息的传输压力，视 频采集点的增加还可能使得区间征地数量和用电负荷 大幅增加。2

综合视频监控系统的变化研究

由于“18号文”针对铁路区间的线路视频监控提 出了很多新要求,选取设计时速250 km的大同至西安

客运专线的大荔至渭南北区间，分析执行“18号文”后

区间视频传输的具体变化。

大西客专综合视频监控系统是个层次分明的网 络，由骨干层、汇聚层、接人层构成，系统设备主要包括 摄像机、编码器、服务器、存储设备、解码器、显示设备、 管理设备、用户终端及传输网络等。大荔至渭南北区 间线路长度约53.2 km

，桥梁比例97%，路基比例为

3%，有7处无线基站、2处信号中继站、1处牵引变电 所、1处分区所、2处AT所、1处警务区[4]。

2. 1

摄像机数量的变化

未执行“18号文”时,区间线路的视频监控范围仅

考虑车站咽喉区、通信和信号机房内、牵引供电和电力 机房内外等处。室内摄像机以半球摄像机为主,不带内 容分析与夜视功能;室外摄像机多采用定焦和变焦式 摄像机，具有夜视功能。室外视频图像采用“光缆+传输 光端机”方式就近接人所属的视频汇集点，利用汇集点 的传输设备和视频交换机，实现视频采集点的视频接 人、汇聚上传[5]。该区段共设置视频采集点33处。

在执行“ 18号文”后，区间的视频摄像机增加了 2郾3倍,共增加77处。其中通信、信号机房外部增加 式摄像机9处，用于监视院落和机房门;桥梁救援疏 散通道增加式摄像机17处，带内容分析功能，用于 监视通道人口处的状况；区间线路视频采集点增加 17处，每处设置2台激光摄像机和1台红外球形摄像 机，激光摄像机用于监视铁塔两侧区间线路，红外球形 摄像机用于监视铁塔下区间线路的盲区。具体设置情 况如表1所示。2.2摄像机性能的变化

在未执行“ 18号文”时，本段区间所有摄像机的图

表1

大荔至渭南北区间的摄像机设置数量对比

旧标准下摄像机设新标准下摄序各节 置数量/(套/处）加数量/(套像/处机増

号摄像机设置地点点

数 ）量/处室

内室外室外激光长红外半球机机焦距球

机1咽喉区2127113无线基站4信号中继站2215牵引变电所133分AT区所1326所23278桥梁救援疏散通道171区间线路视频

1721摄像机数量合计

2310263417Mbps像分辨率均为4

CIF，每路视频流的平均带宽约为2

。在执行“18号文”后，所有摄像机的图像分辨

率均提升至高清1080P，采用H. 2等协议对视频数 据进行压缩后，每路视频流的平均带宽约为6 Mbps; 若采用H. 265协议进行压缩，每路视频流的传输带宽 可压缩至4 Mbps[6]。考虑到H. 265标准的编码复杂 度太大，高清视频的传输仍以H. 2标准为主，传输 带宽为6 Mbps。高清摄像机的使用，给视频信息的存

储、分发转发、传输及管理等带来了一系列问题。2. 3

存储容量的变化

在未执行“ 18号文”时，大荔站视频接人节点共接

人82路视频图像,每路视频存储1 的存储容量约为 bBd21. 1 M/s:= [2(Mb/s)/8] x24(h) x3 600/1 024 = 21. 1 (Mb/s)。根据视频信息的重要程度计算存储容

量，并预留一定的扩容空间汇总后，大荔站视频接人节 点视频存储总容量约为35 Tb/s

。

在执行“ 18号文”时,大荔站视频接人节点共接人 206路视频图像，其中包括大荔站上、下行区间增加的 79路视频和大荔站客服系统增加的45路视频。每路 视频存储1

xd的存储容量约为63.3 Mb/s: B = [6

(Mb/s)/8 ] 24 (h) x3 600/1 024 = 63. 3 ( Mb/s)[7 8]。

按照同样的标准计算汇总后，大荔站的视频存储总容 量增加了 6. 6倍，约为267 Tb/s

。2. 4

接入节点视频设备的变化

根据现行的设计规范和技术规范要求，执行

“ 18号文”后,摄像机数量大幅增加，图像分辨率也由

4

CIF变为1080P，使得视频接人节点的存储服务器、分

发转发服务器和分析服务器的设置数量和配置级别成 倍增加。“71号文”规定，对于1080P

的视频图像，单 台服务器能支持单路视频的复制路数不小于40路，并 发输人的视频流路数不小于40路，且并发输出的视频 流路数不小于60路。按此估算,在执行“ 18号文”后， 大荔车站视频存储服务器由1台变为2台，分发转发 服务器由1台变为3台,分析服务器由1台变为2台。

146

铁道标准设计第61卷

区间视频传输方式的变化，使通信机房还增加了以太 网交换机。所有监控终端也要达到至少支持4路1 080 P

图像的视频解码能力。2.5附属设施的变化

“18号文”的执行，给通信专业视频监控设计带来 重大变化，也给其他配合专业带来了一系列变化，其中 大m荔至渭南北区间新增铁塔10处、新增征地1 333

2(2亩）、外电配套改造8处、既有铁塔的安装加固

7处等，视频信息传输光缆及供电电缆也大幅增加。

车站通信机房设备数量的激增，加大了设备散热 量，配套的电源和空调容量、机柜数量也大幅增加。车 站通信机房的UPS容量由15 kVA增为30 kVA

，并且

至少增加1架设备机柜。由于视频设备增加，导致机 房设备散热量增加，相应增设1台制冷量21. 7 kW的

机房专用空调。3

区间视频传输的变化研究

大西客专视频监控系统的传输网络作为支撑整个 视频监控系统的信息通道，其核心是能够提供满足相 应要求的传输带宽，且具有路由冗余的能力。在系统 中传输的数据流主要有视频流和命令流，UDP

前者占据大

量带宽资源，采用协议封装传输;后者占用资源

少,可靠性要求高，采用

TCP协议进行传输。

大西客专的视频核心节点与区域节点间、区域节 点与接人节点间利用数据网提供视频信息的传送服 务。大荔至渭南北区间视频接人节点与区间视频汇集 点（设置在区间通信机房）间的视频信息是通过区间FE

传输网承载，通过区间接人层传输设备提供的通

道,接人邻近车站视频接人节点，构建逻辑点对点的视 频汇聚层网络。视频采集点至视频汇集点的信息传输 是采用视频线缆或光纤接人。在未执行“18号文”时, 本段区间视频采集点有33处，平均0郾6个/

km，视频

接人节点与区间视频汇集点间的传输带宽需求约为Mbs

40 Mbps，利用区间的两层SDH 622 /的传输网络

传送视频信息，即基站中继站接人层传输网和电牵接 人层传输网。

在执行“18号文”后,大荔至渭南北区间视频采集 点增加到110处，平均2郾1个/

km。由于图像分辨率

也提升为高清级别，导致区间的视频传输带宽大幅增 加。每路高清视频的传输带宽按6 Mbps计算,新标准

下的区间视频传输带宽需求约为330 Mbps，区间的传

输网络已无法提供足够的通道资源，不能满足视频图 像实时传送的需求，原有的视频传输方式必须改 变[9]。通行的解决方案有3种，即区间传输网升级、新 建工业以太网和利用

GPON技术组网。

(1) 区间传输网络升级到2郾5

Gb/s

大荔至渭南北区间有两层SDH 622 Mb/s的传输

网络，其中基站中继站接人层传输网有8处节电设备, 电牵接人层传输网有4处节点设备。区间传输网络主

要承载的有电话、

GSM-R、应急、动环及视频监控等专 用业务，以及CTC、微机监测、SCADA、管理信息

系统等相关业务。在未执行新标准时，传输网络的通 道利用率约为30%。新标准下的视频传输带宽需求 增至330

Mbps，原SDH 622 Mb/s的传输网络带宽已完

全不够，故将既有的两层SDH 622 Mb/s传输网络升级 到SDH 2郾5 Gb/s，能满足新标准下的区间视频传

输[10]。但是由于传输网络升级的费用成本增加约 2 ~3倍，且大西客专处于运营状态，对在用的传输设 备升级改造，会影响到如GSM-R、CTC等行车相关的

重要业务，实施难度非常大。

(2) 新建工业以太网

工业以太网是通过采用减轻以太网负荷、提高网络 速度、交换式以太网和全双工通信、流量控制及虚拟局 域网等技术来提高网络的实时响应速度,在技术上与商 用以太网兼容，但在产品材质、适用性、可靠性、可维护 性、抗干扰性和安全性等方面能满足工业现场的需要。

工业以太网交换机的特点很明显:采用工业级设 计，能适应铁路沿线各种恶劣环境;组网方便,支持冗 余环网;支持远距离传输;具有强大的网管能力。

以大荔至渭南北区间为例,在大荔和渭南北车站 视频接人节点设置三层工业以太网交换机，区间30处 视频汇集点均设置二层工业以太网交换机，视频汇集 点与视频接人节点工业以太网分别采用两条不同的光 纤通道连接，组成2个具备自愈功能的千兆工业以太 网环，双层工业以太网组网总共需要8芯光纤[|1 |3]。 详细的网络结构如图1所示。

基站信号中继站

信号中继站

图1采用工业以太网交换机组网的系统网络结构

光纤环网物理上是闭环，逻辑为开环，交换机不区 分主从关系，正常工作时，数据在单方向进行传输，当

第9期蹇峡一新标准下的高速铁路综合视频监控系统设计研究

147

发生故障时，数据自动从反方向传输，实现快速自愈。大荔至渭南北区间线路长度为53 线路长度最大传输距离20 双

GPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接

人网络,其在物理层采用了无源光网络技术，在链路层 使用以太网协议,利用无源光网络的拓扑结构实现了 以太网的接人。系统一般由局端设备、用

(3)利用

GPON技术组网

GPONOLT

户端设备

ONU和光分配网ODN组成。

GPON技术的特点是:相对成本低，维护简单，容 易扩展，易于升级;高带宽，可以提供1.25 Gb/s的双 向带宽，可升级到10 Gb/s;丰富的业务接口类型，满足

PON 口、双向组网的保护特点，本区段需设置4处

OLT，30处ONU设备。在大荔站、渭南北站、773信号 中继站和792信号中继站设置OLT设备,配置多PON 口，在视频汇集点的通信机房或设备箱内设置ONU设

备，通过以太网接口与相关设备连接。考虑到视频汇 集点的重要性较高,汇集了多处视频采集点图像，所有

km的技术要求，同时考虑

km，根据GPON

ONU均采用双PON 口单向链型组网，当某一光纤故障 或某PON 口故障时，系统会自动切换到另一光纤进行

GPON

语音、图像、数据等多业务接人的需要;带宽分配灵活，

服务有保证[|4]。

QoS

通信。分光器根据实际情况灵活布放，一般考虑设置在 干线光缆分歧头处。组网方式如图2所示。

基站

桥梁疏親道

桥梁疏麵道

光线路终端光网络单元念视频汇聚点二层交换机

图2利用GPON技术组网的系统网络结构

(4)技术经济比较

针对3种传输方式，在传输距离、组网方式、光纤

表2

数量、可靠性、扩展性、经济性等方面进行分析比较，具体的比较内容如表2所示。

区间视频传输方案技术经济对比

比较内容区间传输网升级 新建工业以太网 利用GPON技术组网

传输距离 臆80 km 臆100 km 臆20 km组网方式环形网 环形网 树型或级联方式光纤数量不独占光纤 8芯 4芯或8芯可靠性 自愈环网，抗单点失效，倒换时间为自愈环网，抗单点失效，倒换时间为一点到多点的分布式网络，抗多点失效，保护倒换时间为 可靠性 毫秒级 毫秒级 秒级扩展性 好，需要增加环网中的节点 好，需要增加环网中的节点 好，需要增加分光器经济性 高，15万元/端伊14端= 210万元 低，1. 5万元/套伊32套=48万元 中，15万元/套伊4套+0. 4万元/套伊30套=72万元综上所述,3种方案都可满足车站视频接人节点 与区间视频汇集点间的组网需求，各有优缺点和适用 范围，应根据实际情况选择合适的技术。区间传输网 升级的方案更适合区间光纤资源紧张的区间视频传 输,工业以太网方案更适合长大区间的区间视频传输，

GPON技术方案更适合短区间（20 km以内）、多采集

点的区间视频传输[15]。通过技术经济的比较分析，大 西客专的大荔至渭南北区间视频传输方案，推荐采用 新建工业以太网的技术方案。

(下转第151页）

第9期刘智平一高速铁路道岔偶发故障分析及处理

151

社,2009.[5] W'ang Ping，Chen Rong. Control Circuit Analysis and Conversion Cal­间短，使得落下又重新吸起，也会造成偶发的道

culation of Electric Switch Machine of High Speed Railway Turnout

岔中途停止转换。

[J]. Przeglad Elektrotechniczny，2012,88(1B):52 -56.[6] 董玉峰，谭丽.S700K转辙机控制电路故障智能分析与定位的研6处理建议

究[J].计算机测量与控制,2014(4):991 996.[7] 王晶.客运专线交流多机牵引道岔控制电路相关问题研究[J].铁 建议相关部门对多机牵引道岔加强供电检测，尤

路通信信号工程技术，2013(1):80 82.其是向供电侧的供电检测，在有偶发停转故障

[8] 韩国广.利用继电器模拟交流转辙机的电路分析[J].铁路通信信

时，调阅信号集中监测系统道岔曲线，并结合电源监测

号工程技术，2013(5):90 93.

曲线判断是否是输出断电或不良情况，并 [9] 田健.基于模糊神经网络的高速铁路道岔故障诊断方法研究 及时更换，消除故障隐患。另外，为防止出现 [D].北京:北京交通大学，2015.

[10] 刘小溪，旷文珍，何涛.提速道岔控制设备故障诊断仪转辙机模拟输出给线圈的电压不稳定的情况，可在

模块的设计[J].铁道标准设计，2015,59(12):105 110.上串接稳压二极管，保证可靠吸起，避免道岔中

[11] 王铁军，董昱，马彩霞等.基于BP神经网络的道岔智能故障诊断

途停转。

方法[J].铁道运营技术，2011(2):4 7.

参考文献：[12] 赵林海，陆桥.基于灰关联的道岔故障诊断方法[J].铁道学报， [1] 林海香，曾小清，沈拓，等.面向高速铁路的联锁技术发展研究 2014(2) ：69 74.

[J].中国铁路，2016(4):38 43.[13] 何攸旻.高速铁路道岔故障诊断方法研究[D].北京:北京交通大 [2] 中华人民共和国铁道部.铁运[2008]142号铁路信号维护规则技 学，2014.

术标准1[S].北京：中国铁道出版社，2008.[14] 程宇佳.基于核方法的高速铁路道岔故障诊断[D].北京:北京交 [3] 林海香，董昱.信号集中监测系统原理及工程应用[M].北京：中 通大学，2016.

国铁道出版社，2015.[15] 高利民，杨吉，杨树忠.五线制道岔控制电路故障诊断方法[J].中 [4] 林瑜筠.6502电气集中电路图册[M].北京：中国铁道出版国铁路，2014(5):39 42.

|.令|.令i+令|.令i.

(2)道岔转换过程中

BHJ

，DBQ输出断电，由于断电时

DBQ

DBQ

DBQ

BHJ

DBQDBQ

BHJ

BHJ

|.令|.令i+令i+令I.，

[3] 中国铁路总公司.铁总建设[2016]18号关于发布设计时速

200 km及以上铁路区间线路视频监控设置有关补充标准的通知

4结语[Z].北京：中国铁路总公司，2016.

[4] 中铁第一勘察设计院集团有限公司.新建铁路大同至西安客运专

铁路视频监控系统经过十多年的发展，经历了从 线运城至西安段通信施工图说明[Z].西安：中铁第一勘察设计 模拟视频监控、数字视频监控、网络视频监控到高清视 院集团有限公司，2013.

[5] 中国铁路总公司.铁总运[2013]71号铁路综合视频监控系统技 频监控的发展过程,从默默无闻的安防视频监控，发展

术规范（V1.0)[S].北京：中国铁路总公司，2013.到能满足客运、调度、车务、机务、工务、电务、车辆、供

[6] 谭正宇.高速公路1080P高清视频传输带宽计算及交换机选型

电、等业务部门及灾害监测、救援抢险和应急管理

[J].交通世界（运输.车辆），2015(6):20 25.

等多种需求的综合视频监控。[7] 江冕，牛中盈，张淑萍.视频监控存储系统的设计与实现[J].计算

随着中国铁路总公司视频监控新标准的发布，网 机工程与设计，2014(12):4195 4201.

[8] 王丽，赵艳辉.高速公路监控系统视频传输设计与实现[J].交通络高清视频监控技术将越来越多地应用在高速铁路沿

标准化，2014(4):135 140.线，这种技术非常适合高速铁路视频监控点多线长、设

[9] 黄凯奇，陈晓棠，康运锋，谭铁牛.智能视频监控技术综述[J].计

备分散、调看频繁的特点。高速铁路在采用新标准后，

算机学报，2015(6):1093 1118.

拓展了监控范围,保障了运输生产安全和治安防范;提 [10] 中国铁路总公司.铁总建设[2014]62号铁路通信线路、传输及 高了摄像机性能,长距离高画质图像满足了维护部门 接入网设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2014.

[11] 王皓.城市轨道交通综合监控系统集成视频监视系统研究[J].中 的运营维护管理需要;实现了视频监控与周界人侵报

国铁路，2015(5)：96 99.警系统的联动和周界人侵行为分析功能。随着视频监

[12] 孔令鑫.高速铁路高清视频监控系统解决方案[J].中国铁路，

控技术的不断发展，综合视频监控系统将成为高速铁

2014(1) ：79 83.

路智能化维护的巨大亮点。[13] 葛瑞钧.铁路综合视频监控系统运用维护需求及解决方案[J].中 参考文献：国铁路，2014(7)：92 93.[1] 国家铁路局.TB10621—2014高速铁路设计规范[S].北京：中国 [14] 白帆.基于EPON技术的铁路视频监控系统设计[J].铁道标准设

铁道出版社，2015.计，2015(11) ：117 121.[2] 中华人民共和国铁道部.TB10085—2009铁路图像通信设计规 [15] 冯涛.视频监控系统的高清标清对比与发展[J].中国交通信息

范[S].北京：中国铁道出版社，2009.化，2015(7)：111 116.

(上接第147页）