簡析軌道交通車載CCTV技術

鈕佩華

（中國鐵路通信信號上海工程集團有限公司，上海 200436）

既有的軌道交通運營CCTV系統在一定程度上滿足地鐵車站、控制中心的安全防范，為各車站、控制中心列車司機等提供有關列車運行、防災、救災、乘客疏導等方面的視覺信息，并用于地鐵公安分局監控室對全線各車站公共區域的安全監視。各車站主要監視本站與行車安全、客流量有關的現場，控制中心監視全線各車站客流量、行車安全和防火救災相關的場面。

但是以上設備只解決了地鐵車站的安全防范，對移動的列車和列車上的乘客而言還是一個空白。為解決地鐵全方位的安防和信息發布需求，軌道交通車載可采用千兆骨干交換網、車地無線雙向傳輸系統、車載CCTV系統和電源等設備有機結合的方式，解決地鐵列車的安防和信息發布需求，實現高清晰數字視頻在地鐵運行車輛的實時播出，車站值班員、控制中心調度員、車輛段車務人員對駕駛人員和列車車廂內的實時圖像監控，列車駕駛員對前方車站旅客候車情況的實時監控。

目前CCTV系統正從模擬系統向模數結合演變，隨著計算機技術進一步發展與應用，CCTV系統將向全數字化方向發展，采用數字化技術，可以充分發掘數字系統的優點，使大型網絡化電視監控系統的設計更為合理，并為智能CCTV系統的應用提供較有利的條件。

網絡化技術的引進，打破了模擬CCTV系統相對封閉的形式，解決了與其他系統連接較為困難的問題。從理論上說，只要網絡可以到達的地方，就可接收電視監控的信號，并可進行相應的控制，因此對運行的列車進行實時監控成為可能。

1 車載CCTV系統組成

每節車廂內外設若干臺攝像機（建議攝像機分別安裝于列車的各車廂和首尾，形成一個獨立的實時圖像監控系統，外部攝像頭安裝在列車的兩端，提供軌道和隧道內的圖像）；對應每臺攝像機設1臺數字編碼器；每節車廂內設1臺以太網交換機，各節車廂的以太網交換機以環接方式構成1個自愈局域網；每輛車兩端各設置1套車載服務控制器和1套車載網絡錄像機，分別管理、存貯車載圖像信息，保證系統的可使用性，并能控制攝像機圖像從車載系統向軌旁設備的傳輸(支持同時傳輸1～14個攝像機的圖像至控制中心)。其中列車兩端的2套視頻服務器互為備份（熱備方式），2套網絡錄像機則為冗余備份。車載CCTV系統結構如圖1所示。

2 車載CCTV系統功能

車載CCTV必須能夠可靠有效地監控列車內部情況，將相關情況以圖像方式進行錄像，并通過車地之間的無線網絡按照調度員的要求實時傳輸到OCC，還必須實現與車載其他系統的聯動等功能。具體來說，本方案能夠實現如下功能。

（1）車廂內攝像機，安裝在合適位置，可以有效覆蓋車輛兩側的車門、緊急對講點，做到整個車廂無盲點視頻監控。

（2）車頭車尾攝像機，監視車輛兩端的逃生門及駕駛操作臺，具備高靈敏度，可以在車輛高速行駛時有效辨別車輛外部指示燈的形狀及顏色。

（3）車載視頻監控系統的每個圖像都可以通過車載視頻編碼器的內置字符功能疊加車體號及攝像機號，并標注經同步后的時間戳和日期信息。

（4）車載CCTV系統可以通過車載視頻編碼器直接發送低碼流速率的視頻流，跨越車地無線網到達OCC。如果車地無線網不具備路由功能，車載視頻編碼器發送出來的低碼流速率視頻流可以通過車載視頻服務器轉發到OCC，無論哪種方式都可以最高限度保證圖像實時性。

（5）車載視頻編碼器采用先進的編碼技術，具備良好的壓縮比及抗誤碼性。由于無線通道（尤其在車輛高速行駛時）的高誤碼率特點，視頻編碼器必須采用最有效的編碼技術，他具備對不同包長的支持、對TCP傳輸方式的支持、亂序重組等功能，能夠在誤碼率相對高的無線網絡上最大限度保證實時圖像質量。

（6）車載視頻錄像機可以在列車啟動后自動開始錄像，在車輛進入停車場后自動停止錄像。車載視頻編碼器直接發送高碼流速率的視頻流到車頭車尾的視頻錄像機，錄像存儲時間可以達到100 h。

（7）車載錄像可以在車輛運行時通過車地無線網實現遠程調用（需占用車地無線系統帶寬），也可以在車輛非運營時通過實地更換內置的錄像硬盤而實現。

（8）車載CCTV系統可以通過車載服務器與車載TMS系統進行聯動，如調用車頭車尾的圖像時可以將相關互動信息發送給車載服務器，由服務器轉發給TMS系統并打開相關電燈。車載TMS同時可以將一些命令通過車載服務器轉發給車載CCTV系統，如視頻切換、設置、傳輸甚至緊急剎車觸發的TMS命令，并可以同時觸發車載CCTV系統以便將覆蓋相關區域的圖像實時發送到OCC。

（9）車載CCTV系統基于車載工業級以太環網，以太環網具備環網自愈功能，能夠在傳輸介質發生斷裂時自動恢復，不影響整體系統的任何功能。

（10）車載CCTV系統采用雙視頻服務器和錄像機結構，兩端的視頻服務器和錄像機對所有圖像進行同時錄像，實現圖像的備份。但是對OCC實時圖像的調用采用一主一熱備的工作方式，如果無線系統支持路由功能，兩端的視頻服務器和錄像機可以同時工作，同時支持OCC對車載圖像的實時調用。

（11）車載CCTV系統具備全部設備的自檢及日志功能，所有設備的自檢信息同時發送給兩端的視頻服務器，兩端的視頻服務器將此信息和自身的自檢信息發送給TISCS服務器，也將相關日志發送給其他子系統。

（12）車載CCTV系統還具備實時報警功能，發生任何故障都可以實時將CCTV系統信息通過車載服務器主動匯報給TMS。

（13）車載圖像一旦到達OCC后，會通過數字視頻編碼轉換器在數字領域無損轉換為符合要求的編碼格式，最大限度上保證實時調用的車載圖像質量。

（14）車載CCTV系統符合上海軌道交通上層網《指導意見》所規定的協議規范，只需要通過數字視頻編碼轉換器轉換其視頻編碼格式就可被本線和上層網所有節點調用。

（15）OCC通過改變車載視頻編碼器與視頻編碼轉換器的對應關系實現對車載圖像的實時調用。

（16）車載圖像的共享全部在OCC通過數字視頻編碼轉換器實現。

（17）能夠通過與OCC所獲得的無線網絡帶寬容量信息及目前調用的車載圖像路數進行動態互動，最大限度地利用無線網的帶寬資源為監控中心提供高質量的圖像。

（18）能夠保證視頻流和控制命令在傳輸、存儲、交換過程中的機密性、完整性和正確性。車載視頻系統及視頻服務器要求能夠提供多種方式以確保視頻監控系統的安全，如所有控制及設置命令具備確認功能，防止誤操作，如果出現錯誤指令，不會導致系統運行中斷或出現黑屏；具備完善的人員管理機制，確保移動介質在非授權狀況下不可植入系統；數字視頻傳輸及控制系統中所有的控制命令可以通過加密方式在傳輸系統內進行傳輸，確保控制命令的完整性；網絡控制器、視頻管理臺、視頻編解碼器在建立連接時使用權限及身份認證機制，具備完全的握手協議，防止連接盜用；視頻編碼器可以發送經過加密的數字視頻流，使其無法篡改或模仿；所有的用戶名和密碼經過加密后存貯在系統中，防止非授權的盜用；具備將系統全部信息自動備份功能，能夠在最短時間內使系統恢復到正常運行狀態。

（19）車載圖像通過無線方式傳輸，并接入傳輸系統后轉換成MPEG 2，由OCC的視頻解碼器還原并顯示在監視器或大屏上。車載的視頻編碼器采用一體化H.264視頻編碼器，每個編碼器通過同軸電纜與攝像機連接一一對應。每個編碼器通過其自身獨立的10/100 M以太網口與傳輸設備上的100 M以太網端口一一連接。

（20）車載數字視頻監控系統作為無線網絡帶寬的最大用戶，必須具備網絡風暴的防止及抑制機制。車載視頻編碼器及視頻管理臺能夠提供多種方式對網絡風暴進行防止及抑制，如果發現視頻編碼器無法與對應的視頻解碼器進行通訊，則停止發送數字視頻流。一旦網絡或視頻解碼器恢復正常狀態，視頻編碼器自動重新啟動數字視頻流的發送。這種機制確保車載視頻能夠最安全地使用車地之間的無線通道。

3 結論

總之，CCTV系統為地鐵運營管理者提供一個直觀、實時、真實的現場圖像畫面，是地鐵運營管理中一種極為有效的安全防范工具，也是公安部門在治安防范中事前預防、事中發現、事后處置的有效手段。對達到有效組織、指揮列車運營、提高軌道交通運營能力、保障運營安全和加強車站治安管理都具有重要意義。根據國際、國內相關技術的發展和有關設計規范，可以明確以下幾點。

（1）城市軌道交通重要部位安全技術防范的要求和標準越來越高。

（2）車載CCTV系統在地鐵運營管理中所起作用越來越大。

（3）網絡安全性是CCTV系統永恒考慮的課題。

（4）基于IP技術的網絡必須具備網絡風暴的防止及抑制機制，以免影響相關業務。

[1] 涂杰， 郭曉輝， 盤細平，等．MPEG-4在數字視頻遠程監控系統中的應用[J]. 計算機應用與軟件，2004(2)：22-23.

[2] 姜敏，施健．基于嵌入式WEB服務器的遠程視頻監控系統[J]. 計算機時代，2001(7)：32-33.

[3] 鐘玉琢．流媒體和視頻服務器[M]．北京:清華大學出版社，2003.

[4] 楊磊，李峰，田艷聲．閉路電視監控系統[M]．北京：機械工業出版社，2004(2).