基于网络和软件技术实现轨道交通闭路电视监控系统的设计

1 引言

当前，在各大中城市总体规划中，城市轨道交通逐渐成为城市交通设施建设的主导方向，未来几年，我国的轨道交通建设将迎来快速建设和发展的时期。信息技术、网络技术、先进的设备制造技术不断发展及模块化、标准化与开放性的设计理念在地铁领域的结合与应用，使得轨道交通各系统的集成日益多样、不断完善和更加的灵活。

作为区域安全防范系统和生产管理系统的重要组成部分，闭路电视（close circuit television）监控系统主要通过视频图像的显示直观的实现对相关区域、关键部位的管理，是地铁运营实时掌握各车站（列车）及重点区域人员、物资、车辆的流动情况的重要手段，也是轨道公安监管部门事前预防、事中发现、事后处置的重要工具。

图1 车站/停车场闭路电视监控系统示意图

2 轨道交通闭路电视监控系统集成方案

轨道交通闭路电视监控系统的建设，需要以地铁专用传输网络系统及无线系统的资源，利用各种先进技术手段，建设符合轨道交通监控中心及其他上级监控中心互动及统一的图像监控系统。通过全网统一授权，可远程调阅、查询有关图像资料，实现互联、互通、互控、接口开放、平台资源共享的功能。

除了应实现视频图像的控制与监控的基本功能外，轨道交通闭路电视监控系统的建设还应使系统操作尽可能的简单，维护尽可能方便，通过系统软件和专用软件可灵活的实现相关功能的编辑、修改以及与外部系统及接口的互联、互通与开放。

因此，轨道交通闭路电视监控系统的集成与应用应考虑如下几个方面：

（1）系统设计应充分考虑轨道交通分布式多级网络的系统特点，技术上遵循先进、实用与成熟可靠并重的原则，在充分了解传输系统所采用的技术设备的基础上，形成一整套功能齐全的整体解决方案。

（2）系统软硬件设计应兼容、接入及控制车站级、车辆段与控制中心的诸如录像机、数字编码器、视频视频控制器、控制键盘、摄像机等监控设备，实现无缝连接，并具备可扩充性。

（3）系统应具备灵活丰富的设备控制权限设定，可根据用户实际需要配置接入单位的监控权限，实现多级分布式管理功能。

（4）为适应系统扩展及多级网络图像监控需求，系统网络设备应支持单播、多点单播及组播等网络通信功能，并与通信传输子系统的传输设备实现平滑无缝运行。

（5）系统应采用分布式智能机制，消除系统的单点故障，确保多个（冗余）视频服务器及控制键盘能够同时工作，并且相互独立，互不干扰。

（6）系统应具备在线检测各运行设备状态的能力，方便用户故障定位及排除，并具备相关系统参数及记录自动备份和手动还原的功能。

2.1 车站/停车场视频监控系统

车站/停车场电视闭路电视监控系统由前端视频采集设备、通信机房传输与控制设备、客服中心/消防室/警务室终端显示与操控设备等组成。系统配置如图1所示：

各车站/停车场根据需要在站厅层、站台层、出入口、电梯内、变电所等处设置固定式摄像机及一体化摄像机。

所有视频图像通过双屏蔽视频同轴电缆传送至通信机械室，通过字符叠加与视频均衡设备对经过长距离传输的视频信号进行信号补偿与字符叠加，经叠加字符的图像包含有车站名（或站号）、区域号（或摄像机号）、日期、时间等信息。各路视频信号经视频分配设备一路输入至视频编码设备进行模数转换以数字化的形式在网络上传输；一路输入至车站录像设备进行本地视频存储及远程录像调阅；一路输入至画面合成设备进行4/9画面合成后进行再分配。

各车站/停车场设置的数字硬盘录像机，对所有视频图像进行24小时不间断录像，所有存储录像资料可利用光盘进行备份。同时，数字硬盘录像机自动循环覆盖过时的录像文件。

视频控制器（服务器）是车站/停车场监控系统的核心设备，其主要包括判别车站、控制中心不同用户访问视频资源的控制、选择权限、视频网络管理及时间同步等。同时，当电梯对讲终端的呼叫键、各车站票务室告警开关、走廊内各入口门禁装置触发开关被按下时，它们将向视频控制器送出一个持久的开关量信号以进行联动，该开关量信号将驱动车站客服中心控制键盘鸣叫，并在视频监视器上显示相应区域的图像。

车站/停车场客服中心、消防设备室、警务室分别设置彩色监视器与专用控制键盘，值班人员可通过控制键盘切换本站任一路视频图像在彩色监视器上并对一体化摄像机进行控制。通过将4/9画面处理器合成后的图像切换到监视器上，可达到同时察看车站所有视频图像的功能。同时，车站值班员也可按预先设定将一个组内的所有监控图像在设定的时间间隔内按编制的顺序在一个监视器上轮询显示。

系统可对各操作端的控制权限进行灵活设置，可以按时间先后次序进行设置，即当某路图像正在被控制，后来的其它操作终端无法对该摄像机进行控制，仅能被动的观看图像资源画面，只有在原控制终端停止控制时，它才能控制该视频资源。

当车站视频控制器同时接收到运营值班操作台和公安操作台发出的操作指令后，按照运营和公安优先级别不同设置，进行控制权限比较，公安操作员对公安优先的摄像机有较高的权限级别，运营操作员则对运营优先的摄像机有较高的权限级别。

通过设置于警务室的录像回放终端可对本站所有前端视频资源进行回放。所有录制的图像可根据需要设置不同的权限供本地（车站/停车场）及远程（控制中心）实时调阅，在回放的同时不影响正常录制。回放图像叠加有视频的时间、地点等信息，存储的图像能导入其它硬盘、光盘等外接存储设备。

2.2 列车视频监控系统集成

与车站视频监控系统相比，列车视频监控系统除了要具备对列车内部的视频监控的基本功能外，其对车载设备硬件的设计与安装、车载设备性能（如：抗震、防火、电磁兼容（emc）、耐冲击、平均无故障工作时间等）、列车视频监控系统的网络构成都提出了更高的要求。

车载监控采用基于ip的数字视频监控系统，由车载摄像机、视频编码器、工业以太网交换机、车载视频服务器、车载网络录像机等设备组成。

列车每节车厢及司机室根据需要设置的固定式摄像机用于监视车厢内部和隧道内的图像，编码器通过同轴电缆与摄像机一一对应，并通过其百兆以太网口与车载交换机连接。为了增加可靠性，车载以太网交换机通过光纤连接形成环网。视频编码器采用小体积，低功耗及强抗震性的设备。

在列车车头和车尾分别设置冗余热备的车载视频服务器及车载录像机。车载视频服务器完成车站视频系统管理和维护功能，负责监控列车视频设备的运行状态及控制中心对车载图像的调阅，当设备出现异常时向控制中心发送报警信息。车载网络录像机通过以太网端口与车载网络连接，对本列车所有的模拟视频经视频编码后进行录像存储。车载录像机采用固态盘作为存储介质，具备极强的防震性能。

图2列车视频监控系统示意图

列车视频监控系统的组成如图2所示。

2.3 控制中心视频监控系统集成

控制中心也是轨道交通各专业的监控中心，管理着整个系统的网络、信息资源。

控制中心的视频监控系统由视频解码器（组）、视频分配器、（调度台）视频监视器、（调度台）控制键盘、录像回放工作站、视频服务器（双机热备）、网管服务器、维护工作站、交换机（含车地无线系统接入点）等设备组成，如图3所示。

图3控制中心视频监控系统组成示意图

控制中心的各调度台利用控制键盘，可选择任意车站单/多路图像进行监视，对任意图像进行切换并按权限实现对一体化摄像机的控制，也可以将各站的图像任意地切换到调度大厅的大屏上。

与车站级操作员一样，控制中心的各调度席可按预先设定将相当数量监控图像在设定的时间间隔内按编制的顺序进行轮训切换。其可以在一个监视器上轮训显示单车站或不同车站的部分摄像机图像，也可根据需要将相关图像通过4/9画面合成显示，并投影到大屏幕上。各调度席可以通过不同的操作终端任意选择不同站点的图像，也可以显示同一站的同一路图像，所有操作均相互独立、互不干扰。

控制中心可对各操作端的控制权限进行灵活设置，并通过设置于网管室的录像回放终端对全线车站所有前端视频资源进行回放。

2.4 与外部系统的接口与拓展

全线各站通过增设视频分配及编解码设备可与既有、在建的其它轨道交通车站实现视频信源互监、互控等资源共享。控制中心提供与上层网/公安中心的通信接口，通过此接口向上层网/公安中心提供业务或从上层网/公安中心获取资源。

上层网/公安中心通过本地视频控制终端向视频服务器发出切换和控制的指令，该指令经控制中心视频服务器解析、优先级判别和目的地址判别后，由车站级视频服务器选择和控制相应图像，并经传输系统将图像传送至上层网/公安中心的解码器和监视器的指定输出端。控制中心与上层网/公安中心的接入示意图如图4所示。

图4控制中心与上层网/公安中心的接入示意图

上层网/公安中心可通过同一台远程录像回放工作站（图4上层网/公安中心视频管理服务器）以软解的方式对所有硬盘录像机进行录像回放。回放图像能显示时间、地点等信息，并可根据时间、地点等信息进行录像搜索。

上层网/公安中心视频用户的身份认证，采用设备认证和操作员身份认证相结合的形式。 上层网/公安中心用户对本线进行资源使用时，首先对用户的权限进行核实，仅在具备相应权限时，才能允许操作。在对同一资源存在多个互相冲突的操作请求时，采用权限比较方法对不同的操作发起者进行权限比较和鉴定。

3 结语

通过与网络技术、软件技术的有机结合，轨道交通闭路电视监控系统的集成和应用为全线各级监控部门和领导决策、指挥调度、调查取证等多种后台应用提供及时、可靠的监控图像信息。另外，通过采用数字图像处理技术，轨道交通闭路电视监控系统还可实现视频监控的智能化，实现入侵检测、报警联动等功能，从而为轨道交通的正常运营、突发性重大事件的处置、反恐怖事件的快速反应能力提供更加坚实的技术保障。

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