基于網(wǎng)絡(luò)和軟件技術(shù)實現(xiàn)軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1 引言

當(dāng)前，在各大中城市總體規(guī)劃中，城市軌道交通逐漸成為城市交通設(shè)施建設(shè)的主導(dǎo)方向，未來幾年，我國的軌道交通建設(shè)將迎來快速建設(shè)和發(fā)展的時期。信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備制造技術(shù)不斷發(fā)展及模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化與開放性的設(shè)計理念在地鐵領(lǐng)域的結(jié)合與應(yīng)用，使得軌道交通各系統(tǒng)的集成日益多樣、不斷完善和更加的靈活。

作為區(qū)域安全防范系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)的重要組成部分，閉路電視（close circuit television）監(jiān)控系統(tǒng)主要通過視頻圖像的顯示直觀的實現(xiàn)對相關(guān)區(qū)域、關(guān)鍵部位的管理，是地鐵運(yùn)營實時掌握各車站（列車）及重點(diǎn)區(qū)域人員、物資、車輛的流動情況的重要手段，也是軌道公安監(jiān)管部門事前預(yù)防、事中發(fā)現(xiàn)、事后處置的重要工具。

圖1 車站/停車場閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

2 軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)集成方案

軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，需要以地鐵專用傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及無線系統(tǒng)的資源，利用各種先進(jìn)技術(shù)手段，建設(shè)符合軌道交通監(jiān)控中心及其他上級監(jiān)控中心互動及統(tǒng)一的圖像監(jiān)控系統(tǒng)。通過全網(wǎng)統(tǒng)一授權(quán)，可遠(yuǎn)程調(diào)閱、查詢有關(guān)圖像資料，實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互控、接口開放、平臺資源共享的功能。

除了應(yīng)實現(xiàn)視頻圖像的控制與監(jiān)控的基本功能外，軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)還應(yīng)使系統(tǒng)操作盡可能的簡單，維護(hù)盡可能方便，通過系統(tǒng)軟件和專用軟件可靈活的實現(xiàn)相關(guān)功能的編輯、修改以及與外部系統(tǒng)及接口的互聯(lián)、互通與開放。

因此，軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的集成與應(yīng)用應(yīng)考慮如下幾個方面：

（1）系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分考慮軌道交通分布式多級網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)特點(diǎn)，技術(shù)上遵循先進(jìn)、實用與成熟可靠并重的原則，在充分了解傳輸系統(tǒng)所采用的技術(shù)設(shè)備的基礎(chǔ)上，形成一整套功能齊全的整體解決方案。

（2）系統(tǒng)軟硬件設(shè)計應(yīng)兼容、接入及控制車站級、車輛段與控制中心的諸如錄像機(jī)、數(shù)字編碼器、視頻視頻控制器、控制鍵盤、攝像機(jī)等監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)無縫連接，并具備可擴(kuò)充性。

（3）系統(tǒng)應(yīng)具備靈活豐富的設(shè)備控制權(quán)限設(shè)定，可根據(jù)用戶實際需要配置接入單位的監(jiān)控權(quán)限，實現(xiàn)多級分布式管理功能。

（4）為適應(yīng)系統(tǒng)擴(kuò)展及多級網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控需求，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)支持單播、多點(diǎn)單播及組播等網(wǎng)絡(luò)通信功能，并與通信傳輸子系統(tǒng)的傳輸設(shè)備實現(xiàn)平滑無縫運(yùn)行。

（5）系統(tǒng)應(yīng)采用分布式智能機(jī)制，消除系統(tǒng)的單點(diǎn)故障，確保多個（冗余）視頻服務(wù)器及控制鍵盤能夠同時工作，并且相互獨(dú)立，互不干擾。

（6）系統(tǒng)應(yīng)具備在線檢測各運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的能力，方便用戶故障定位及排除，并具備相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)及記錄自動備份和手動還原的功能。

2.1 車站/停車場視頻監(jiān)控系統(tǒng)

車站/停車場電視閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)由前端視頻采集設(shè)備、通信機(jī)房傳輸與控制設(shè)備、客服中心/消防室/警務(wù)室終端顯示與操控設(shè)備等組成。系統(tǒng)配置如圖1所示：

各車站/停車場根據(jù)需要在站廳層、站臺層、出入口、電梯內(nèi)、變電所等處設(shè)置固定式攝像機(jī)及一體化攝像機(jī)。

所有視頻圖像通過雙屏蔽視頻同軸電纜傳送至通信機(jī)械室，通過字符疊加與視頻均衡設(shè)備對經(jīng)過長距離傳輸?shù)囊曨l信號進(jìn)行信號補(bǔ)償與字符疊加，經(jīng)疊加字符的圖像包含有車站名（或站號）、區(qū)域號（或攝像機(jī)號）、日期、時間等信息。各路視頻信號經(jīng)視頻分配設(shè)備一路輸入至視頻編碼設(shè)備進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以數(shù)字化的形式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸；一路輸入至車站錄像設(shè)備進(jìn)行本地視頻存儲及遠(yuǎn)程錄像調(diào)閱；一路輸入至畫面合成設(shè)備進(jìn)行4/9畫面合成后進(jìn)行再分配。

各車站/停車場設(shè)置的數(shù)字硬盤錄像機(jī)，對所有視頻圖像進(jìn)行24小時不間斷錄像，所有存儲錄像資料可利用光盤進(jìn)行備份。同時，數(shù)字硬盤錄像機(jī)自動循環(huán)覆蓋過時的錄像文件。

視頻控制器（服務(wù)器）是車站/停車場監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要包括判別車站、控制中心不同用戶訪問視頻資源的控制、選擇權(quán)限、視頻網(wǎng)絡(luò)管理及時間同步等。同時，當(dāng)電梯對講終端的呼叫鍵、各車站票務(wù)室告警開關(guān)、走廊內(nèi)各入口門禁裝置觸發(fā)開關(guān)被按下時，它們將向視頻控制器送出一個持久的開關(guān)量信號以進(jìn)行聯(lián)動，該開關(guān)量信號將驅(qū)動車站客服中心控制鍵盤鳴叫，并在視頻監(jiān)視器上顯示相應(yīng)區(qū)域的圖像。

車站/停車場客服中心、消防設(shè)備室、警務(wù)室分別設(shè)置彩色監(jiān)視器與專用控制鍵盤，值班人員可通過控制鍵盤切換本站任一路視頻圖像在彩色監(jiān)視器上并對一體化攝像機(jī)進(jìn)行控制。通過將4/9畫面處理器合成后的圖像切換到監(jiān)視器上，可達(dá)到同時察看車站所有視頻圖像的功能。同時，車站值班員也可按預(yù)先設(shè)定將一個組內(nèi)的所有監(jiān)控圖像在設(shè)定的時間間隔內(nèi)按編制的順序在一個監(jiān)視器上輪詢顯示。

系統(tǒng)可對各操作端的控制權(quán)限進(jìn)行靈活設(shè)置，可以按時間先后次序進(jìn)行設(shè)置，即當(dāng)某路圖像正在被控制，后來的其它操作終端無法對該攝像機(jī)進(jìn)行控制，僅能被動的觀看圖像資源畫面，只有在原控制終端停止控制時，它才能控制該視頻資源。

當(dāng)車站視頻控制器同時接收到運(yùn)營值班操作臺和公安操作臺發(fā)出的操作指令后，按照運(yùn)營和公安優(yōu)先級別不同設(shè)置，進(jìn)行控制權(quán)限比較，公安操作員對公安優(yōu)先的攝像機(jī)有較高的權(quán)限級別，運(yùn)營操作員則對運(yùn)營優(yōu)先的攝像機(jī)有較高的權(quán)限級別。

通過設(shè)置于警務(wù)室的錄像回放終端可對本站所有前端視頻資源進(jìn)行回放。所有錄制的圖像可根據(jù)需要設(shè)置不同的權(quán)限供本地（車站/停車場）及遠(yuǎn)程（控制中心）實時調(diào)閱，在回放的同時不影響正常錄制?；胤艌D像疊加有視頻的時間、地點(diǎn)等信息，存儲的圖像能導(dǎo)入其它硬盤、光盤等外接存儲設(shè)備。

2.2 列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成

與車站視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了要具備對列車內(nèi)部的視頻監(jiān)控的基本功能外，其對車載設(shè)備硬件的設(shè)計與安裝、車載設(shè)備性能（如：抗震、防火、電磁兼容（emc）、耐沖擊、平均無故障工作時間等）、列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成都提出了更高的要求。

車載監(jiān)控采用基于ip的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由車載攝像機(jī)、視頻編碼器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、車載視頻服務(wù)器、車載網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)等設(shè)備組成。

列車每節(jié)車廂及司機(jī)室根據(jù)需要設(shè)置的固定式攝像機(jī)用于監(jiān)視車廂內(nèi)部和隧道內(nèi)的圖像，編碼器通過同軸電纜與攝像機(jī)一一對應(yīng)，并通過其百兆以太網(wǎng)口與車載交換機(jī)連接。為了增加可靠性，車載以太網(wǎng)交換機(jī)通過光纖連接形成環(huán)網(wǎng)。視頻編碼器采用小體積，低功耗及強(qiáng)抗震性的設(shè)備。

在列車車頭和車尾分別設(shè)置冗余熱備的車載視頻服務(wù)器及車載錄像機(jī)。車載視頻服務(wù)器完成車站視頻系統(tǒng)管理和維護(hù)功能，負(fù)責(zé)監(jiān)控列車視頻設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及控制中心對車載圖像的調(diào)閱，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時向控制中心發(fā)送報警信息。車載網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)通過以太網(wǎng)端口與車載網(wǎng)絡(luò)連接，對本列車所有的模擬視頻經(jīng)視頻編碼后進(jìn)行錄像存儲。車載錄像機(jī)采用固態(tài)盤作為存儲介質(zhì)，具備極強(qiáng)的防震性能。

圖2列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組成如圖2所示。

2.3 控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成

控制中心也是軌道交通各專業(yè)的監(jiān)控中心，管理著整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、信息資源。

控制中心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻解碼器（組）、視頻分配器、（調(diào)度臺）視頻監(jiān)視器、（調(diào)度臺）控制鍵盤、錄像回放工作站、視頻服務(wù)器（雙機(jī)熱備）、網(wǎng)管服務(wù)器、維護(hù)工作站、交換機(jī)（含車地?zé)o線系統(tǒng)接入點(diǎn)）等設(shè)備組成，如圖3所示。

圖3控制中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖

控制中心的各調(diào)度臺利用控制鍵盤，可選擇任意車站單/多路圖像進(jìn)行監(jiān)視，對任意圖像進(jìn)行切換并按權(quán)限實現(xiàn)對一體化攝像機(jī)的控制，也可以將各站的圖像任意地切換到調(diào)度大廳的大屏上。

與車站級操作員一樣，控制中心的各調(diào)度席可按預(yù)先設(shè)定將相當(dāng)數(shù)量監(jiān)控圖像在設(shè)定的時間間隔內(nèi)按編制的順序進(jìn)行輪訓(xùn)切換。其可以在一個監(jiān)視器上輪訓(xùn)顯示單車站或不同車站的部分?jǐn)z像機(jī)圖像，也可根據(jù)需要將相關(guān)圖像通過4/9畫面合成顯示，并投影到大屏幕上。各調(diào)度席可以通過不同的操作終端任意選擇不同站點(diǎn)的圖像，也可以顯示同一站的同一路圖像，所有操作均相互獨(dú)立、互不干擾。

控制中心可對各操作端的控制權(quán)限進(jìn)行靈活設(shè)置，并通過設(shè)置于網(wǎng)管室的錄像回放終端對全線車站所有前端視頻資源進(jìn)行回放。

2.4 與外部系統(tǒng)的接口與拓展

全線各站通過增設(shè)視頻分配及編解碼設(shè)備可與既有、在建的其它軌道交通車站實現(xiàn)視頻信源互監(jiān)、互控等資源共享?？刂浦行奶峁┡c上層網(wǎng)/公安中心的通信接口，通過此接口向上層網(wǎng)/公安中心提供業(yè)務(wù)或從上層網(wǎng)/公安中心獲取資源。

上層網(wǎng)/公安中心通過本地視頻控制終端向視頻服務(wù)器發(fā)出切換和控制的指令，該指令經(jīng)控制中心視頻服務(wù)器解析、優(yōu)先級判別和目的地址判別后，由車站級視頻服務(wù)器選擇和控制相應(yīng)圖像，并經(jīng)傳輸系統(tǒng)將圖像傳送至上層網(wǎng)/公安中心的解碼器和監(jiān)視器的指定輸出端?？刂浦行呐c上層網(wǎng)/公安中心的接入示意圖如圖4所示。

圖4控制中心與上層網(wǎng)/公安中心的接入示意圖

上層網(wǎng)/公安中心可通過同一臺遠(yuǎn)程錄像回放工作站（圖4上層網(wǎng)/公安中心視頻管理服務(wù)器）以軟解的方式對所有硬盤錄像機(jī)進(jìn)行錄像回放?；胤艌D像能顯示時間、地點(diǎn)等信息，并可根據(jù)時間、地點(diǎn)等信息進(jìn)行錄像搜索。

上層網(wǎng)/公安中心視頻用戶的身份認(rèn)證，采用設(shè)備認(rèn)證和操作員身份認(rèn)證相結(jié)合的形式。 上層網(wǎng)/公安中心用戶對本線進(jìn)行資源使用時，首先對用戶的權(quán)限進(jìn)行核實，僅在具備相應(yīng)權(quán)限時，才能允許操作。在對同一資源存在多個互相沖突的操作請求時，采用權(quán)限比較方法對不同的操作發(fā)起者進(jìn)行權(quán)限比較和鑒定。

3 結(jié)語

通過與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的集成和應(yīng)用為全線各級監(jiān)控部門和領(lǐng)導(dǎo)決策、指揮調(diào)度、調(diào)查取證等多種后臺應(yīng)用提供及時、可靠的監(jiān)控圖像信息。另外，通過采用數(shù)字圖像處理技術(shù)，軌道交通閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)還可實現(xiàn)視頻監(jiān)控的智能化，實現(xiàn)入侵檢測、報警聯(lián)動等功能，從而為軌道交通的正常運(yùn)營、突發(fā)性重大事件的處置、反恐怖事件的快速反應(yīng)能力提供更加堅實的技術(shù)保障。

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