地鐵與國鐵視頻監控系統對比分析

摘 要：本文主要從地鐵及國鐵視頻監控系統的傳輸方式，系統硬件組成和系統的功能等方面分析了兩者的不同點，為相關鐵路的的設計提供了參考價值。

關鍵詞：視頻監控系統 傳輸網絡 視頻壓縮

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0020-03

隨著城市軌道交通的應用和鐵路運輸向高速、重載方向的發展，地鐵與國鐵調度管理實現全面自動化成為必然的發展方向。目前，地鐵和國鐵都安裝了視頻監控系統，它利用計算機多媒體、通信、圖像處理技術，把字符、文字、聲音、圖像等信息的傳播與計算機的計算、文本的處理、控制相結合起來，從而構成了靈活多樣的人機接口形式。視頻監控系統的應用，大大增強了電調中心人員對遠程現場監控的直觀性，為實現無人值守創造了條件。但是，由于地鐵和國鐵的運行環境和系統功能要求的不同也導致各自的視頻監控系統也不盡相同。

1 系統組成

視頻監控系統由遠程現場、傳輸網絡、監控中心三部分構成，其中傳輸網絡是關鍵，遠程現場和監控中心的配置由它而定。不同的傳輸方式決定了不同系統構成。下圖（圖1）就是一個典型的遠程視頻監控系統構成。

1.1 系統傳輸通道

遠程傳輸通道的關鍵在于將視頻信號、音頻信號和數據信號經過壓縮編碼，形成符合通信的標準，然后送入光端機傳輸，在另一端可以將傳輸的數據流分解出來，形成獨立的視頻、音頻和數據。

目前在國鐵上視頻傳輸網絡大多都是2M帶寬的專用傳輸網絡。而地鐵則多半采用100M帶寬的獨享專用傳輸網絡。從網絡的傳輸帶寬上看地鐵明顯優于國鐵。

1.2 系統硬件設備

（1）視頻信號的傳輸。

國鐵的視頻信號傳輸模式如下。

在遠程現場，攝像機輸出的PAL制彩色圖象信號送往畫面分割器處理，處理之后將信號送往視頻編碼器。視頻壓縮編碼采用幀間預測/DCT變換的混合編碼方式進行處理。按照H.261標準經過復雜壓縮編碼的視頻流與聲音、數據疊加成一路信號，然后再通過光電轉換器傳到信道上。經過在光纖內的傳輸，經過視頻解碼器，再按照H.261標準進行解編碼、解壓縮，形成音頻、視頻和數據三個獨立的數據流。視頻信號一方79b7c5be428f8d8c5abc40887da81b33面可接入彩色監視器，也可進入高質量的圖象采集模塊，經過監控軟件的變換，被顯示在顯示器上。

地鐵的視頻信號傳輸模式如下。

在遠程監控現場，攝像機輸出的PAL制彩色圖象信號送往數字視頻編解碼器轉換為數字信號通過傳輸網絡傳送到網絡視頻服務器。數字視頻編解碼器將視頻信號同時編制MPEG-2/4雙碼流數字壓縮編碼技術。MPEG-2的格式用于實時視頻傳輸，MPEG-4的格式用于錄像存儲。圖像傳輸采用全部數字編碼方案，即對每個車站的攝像機的視頻信號全部進行壓縮編碼，數字圖像根據需要上傳到中心或存儲。

（2）關于控制信號的傳輸。

國鐵視頻控制信號傳輸如下。

遠程現場通過分控鍵盤發出控制信號，送到云臺解碼器，解碼器自動識別信號的類別、編碼等，從而對選定的攝象機可進行控制。電調中心在界面選定攝像機，控制信號通過RS-485通訊口從計算機傳到編解碼器，經過與音頻、視頻的合成變成數據流，送上通道。到達遠程現場，再經過編解碼碼器分離出控制信號，送到云臺控制器上，由其解釋命令，來進行控制。

地鐵視頻控制信號傳輸如下。

遠程現場控制人員通過設置在本站的控制鍵盤或綜合監控系統終端遙控本站攝像機，以各種程序進行循環顯示或手動選擇在監視器上顯示單畫面或4畫面。中心的控制人員通過控制鍵盤及監視器，遙控全線攝像機。所有云臺攝像機的預置位以圖形方式設置，并可編寫和修改。控制指令的傳輸可采用以太網的通道，傳輸延時應小于50 ms。

（3）關于報警信號的傳輸。

國鐵：如果遠程現場的報警傳感器動作后，使其對應的繼電器動作，然后進入報警處理器內，轉換成RS-485的通信數據傳送給解編碼器，經與音頻、視頻的合成變成數據流，然后送到通道，到達中心，經過編解碼器分離出報警信號，送到工控機內的數據處理模塊，最后在顯示器的電子地圖上顯示其動作，同時也可啟動撥號報警器。

地鐵：視頻監控系統設置網管系統，可對視頻監控系統的模擬視頻矩陣、攝像機、模擬鍵盤、編解碼器、畫面分割器、存儲設備、視頻字符疊加及分配器等設備進行參數設置、編程及故障告警等綜合管理。對系統設備的運行情況進行綜合的監視與管理，能對系統數據及配置作及時的修改。此外，網管具有前端攝像機及云臺檢測的功能，根據設置手動或自動檢測各攝像機及云臺的狀態，提供攝像機及云臺狀態的報表，便于維護人員及時了解各攝像機及云臺的狀態。

1.3 系統軟件

在視頻監控系統中，軟件系統必須完成圖像、聲音及控制信息的傳送，實現圖像的顯示、存儲及回放，實現報警系列動作，實現對報警圖像的事后增強、放大和去噪處理，實現對云臺、攝象機的遠程控制，實現易于操作的接口界面。為了實現復雜的控制和傳輸功能，同時提供人性化、可操作性強的控制界面。

（1）操作系統：國鐵上大多采用中文WINDOWS或NT ，操作系統為搶先多任務操作系統，提供豐富的圖形界面接口（GUI）和控制接口，足以保證實時監控和顯示。地鐵上多數采用Windows 2003， Linux，Novell NetWare 6.5，SCO OpenServer 6.0.0，SCO等操作系統。

（2）數據及圖象的管理功能：一旦有報警信號傳入，自動啟動硬盤錄象功能，所存的圖象可回放，并能進行增強、放大和去噪處理。

（3）擴展功能：可擴展的數據庫結構提供了對新增設備的數據管理能力，從而為擴展其它遠程現場成為可能。

除了以上特點外，地鐵的視頻監控系統軟件還具有網絡管理功能，能實時監視系統內部設備的工作狀態。

2 系統實現的功能

2.1 國鐵視頻監控系統功能

國鐵的視頻監控系統集成性能優越、穩定可靠的硬件配置和界面優雅、操作簡單、功能齊全的軟件設計，可輕松完成如下功能。

（1）實現遠端及本地攝像機和云臺的自由轉動。

（2）實現對多個地點、多路圖象的自由切換。在計算機多媒體界面上用鼠標操作設定，能夠實現視頻圖像的時序切換、分組切換、關聯切換、報警自動切換。

（3）實現對圖象的顯示、凍結和縮放。

（4）實現對圖象的自由存放（硬盤錄像）、回放及逐幀搜索畫面。

（5）強大的報警聯動功能。

（6）實現視頻報警功能：在探測范圍內出現移動目標時，發出報警信號。

（7）具有防盜的功能：在變電所及開閉所入口、主控室入口、高壓室入口安裝門禁傳感器；在主控室的窗戶上安裝防碎傳感器。

（8）具有防火、防煙、防潮功能：在主控室安裝溫度、煙感、濕度傳感器；在高壓室安裝溫度、煙感傳感器。

（9）具有對設備運行監視的功能：在主控室內的控制盤前，安裝全方位的CCD攝像機和云臺；在高壓室內，為了對一次側進線和二次側饋線斷路器的電動隔開進行監視，可安裝全天候黑白攝像機；在主控室內，計量表前安裝CCD攝像機，達到用攝像機自動抄表的功能。

（10）視頻防破壞報警功能：視頻報警布防后的攝像機被遮擋時，能夠產生無視頻報警信號。

（11）報警信息存儲、檢索及處理功能：多媒體監視主機能對報警相關的視頻、聲音、報警時間進行有組織的存儲，并能方便的分析、檢索及增強、放大。

（12）多媒體技術：界面顯示多層集成控制報警布防圖，單畫面/多畫面分割圖像；可同時顯示九路實時視頻圖像；顯示順序切換的報警狀態，用鼠標操作設置切換時間、順序、報警布防、撤防、報警輸出、云臺、鏡頭位置預置。

2.2 地鐵視頻監控系統功能

2.2.1 監視功能

（1）車站值班員可監視本車站內情況，可以進行循環顯示或手動選擇顯示單畫面或4畫面。

（2）中心調度員可監視全線各車站情況。可對各個車站所有攝像機攝取的畫面進行選擇多程序循環監視。

（3）上、下行站臺設置的攝像機圖像信號經視頻分配器分出1路送入設置在站臺兩側停車位的各1臺42″監視器。供列車司機監視站臺旅客上下車情況。

2.2.2 圖像選擇及控制功能

（1）中心調度員可以通過控制鍵盤遙控全線攝像機。還能以各種程序進行九畫面顯示、循環顯示或手動選擇在彩色監視器、大屏上顯示任意一個畫面。

（2）在中心未占用時，各車站值班員可以通過設置在本站的控制鍵盤或綜合監控系統終端遙控本站攝像機，還能以各種程序進行循環顯示或手動選擇在監視器上顯示單畫面或4畫面。

（3）車站監視器能顯示攝像機被占用的情況。車站方只有在高級優先控制釋放本站攝像機后，才可對該攝像機進行操作。

2.2.3 錄像功能

（1）具備進行實時動態錄像存儲功能。

（2）數字監控錄像存儲設備具有接收統一時間校準的功能。

（3）各車站配置的本地網絡視頻存儲設備提供2個千兆網絡接口，存儲容量、IO性能能滿足本站全部視頻存儲15天（按24個小時/天）以上的能力。

（4）支持在線的對損壞磁盤的更換，支持硬盤容量的擴展功能。可依據事先的報警處理配置，自動實現事件全程的存儲記錄，支持離線DVD-R/W圖像刻錄和網絡轉存。

（5）存儲的圖像可在控制中心經進行網絡回放、刻錄，能按錄像的時間、日期范圍、站名和攝像機位置進行分類圖像檢索，回放速度可調。

2.2.4 字符疊加及視頻分配功能

每臺攝像機的圖像都在疊加漢字后進入視頻矩陣。字符的內容包括車站站名、攝像機位置等。

2.2.5 遠程電源控制功能

中心各調度員能控制各車站的攝像機、監視器的電源，列車停運后關閉，開始運營前開啟，以延長設備的使用時間。

2.2.6 數字編解碼功能

（1）在每個車站設編碼器，采用視頻同時編制MPEG-2/4雙碼流數字壓縮編碼技術。MPEG-2的格式用于實時視頻傳輸，MPEG-4的格式用于錄像存儲。

（2）數字圖像能實現廣播級的圖像傳輸，能夠根據不同的圖像質量需求進行設置。

（3）具有視頻全交叉切換功能，控制中心任意一路解碼器的視頻輸出可顯示全線的任意一個攝像機的圖像。

2.2.7 系統網絡管理功能

網管系統可對監控系統的所有設備進行參數設置、編程及故障告警等綜合管理。對系統設備的運行情況進行綜合的監視與管理，能修改系配置。

2.2.8 優先級設置功能

地鐵視頻監控系統可以設置控制優先級。當第一級操作員針對某一個快球云臺進行操作時，第二級以及權限次之的其它操作員則無法與其搶控云臺。只有待高一級的操作員自動釋放了控制權限，低一級的操作員方可控制。

如果車站出現緊急情況，最高控制權限也可以在特定情況下進行快速調整。

由以上系統功能對比可以看出地鐵的視頻監控系統比國鐵的視頻監控系統要功能復雜的多，要求也相應高出許多。地鐵的視頻監控系統滿足現代化地鐵運營的需求。

3 系統配置

系統配置主要按地點不同分為兩部分：一是監控中心的配置；二是遠程現場的配置。

3.1 監控中心的配置

（1）國鐵監控中心配置。

在監控中心內部從光端機接口傳出的數據流到監控中心的計算機的通道應優先考慮同軸電纜傳輸，還可以用帶屏蔽的雙絞線電纜連接。在監控中心設有一臺真彩色顯示器，用來對遠端開閉所視頻信號進行監視。在監控中心內設有工業控制主機一臺，用來處理視頻信號、音頻信號和數據信號。彩色顯示器監視一個由計算機控制切換。該中心可以設有報警裝置，用來對遠端的報警信號進行處理。同時還設有視頻、音頻和數據信號解碼器，用來處理從接口出來的數據流，以達到視頻、音頻和數據三個通道的獨立傳輸。

（2）地鐵監控中心配置。

地鐵監控中心主要設備：網管設備、數字視頻服務器、解碼板、數字視頻控制設備、彩色監視器、畫面處理器、控制終端、錄像回放終端等。

監控中心數字視頻服務器接收中心對所需監視視頻信號的需求，對各個車站接入本地傳輸設備的視頻信號進行選擇；被選中的圖像信號經中心數字視頻解碼器解碼后，輸出至各調度員處設置的視頻顯示終端設備及錄像設備，組成一個兩級控制的電視監視網絡。

3.2 遠程現場的配置

（1）國鐵遠程現場配置。

從光端機接口傳出的數據流到遠程現場的計算機的通道應優先考慮光纖傳輸，這樣可以減少損失并增強抗干擾能力。也可以用帶屏蔽的通訊電纜或同軸電纜連接。在遠程現場可對角設多個攝像頭，每個攝像頭分別對準要監視的重點區域。其次，在遠程現場出入門處設門禁傳感器，在窗戶上設玻璃破碎傳感器和在上方設煙感離子報警器。在遠程現場內設畫面圖像分割器和視頻編碼器，用以完成對室內視頻信號、音頻信號和數據信號的處理。

（2）地鐵遠程現場配置。

車站主要設備：固定攝像機、云臺攝像機、隔離地變壓器、字符發生器、視頻分配放大器、切換矩陣、視頻編碼器、錄像存儲設備、畫面分割器、彩色監視器、控制鍵盤等。

在上、下行站臺列車駕駛室停車位置的一端各設置1臺42″彩色液晶監視器，接收本側站臺攝像機的圖像供司機觀看。

在車站通信設備室設置錄像存儲設備，對每個攝像機的圖像進行實時錄像，全實時每天按24小時計算至少保存15天，錄像資料便于日后檢索及查詢，控制中心可通過錄像回放設備進行錄像調看。

可以看出地鐵視頻監控的配置比國鐵要復雜的多，完成的功能也多。這與地鐵的運營環境和國鐵不同有關。

4 結語

變電站視頻監控系統是一個集多媒體信息的綜合性、計算機的交互性、通信的分布性和監控的實時性等技術于一體的綜合系統，它的實施為實現變電站實現少人或無人值守創造了條件，也為推動鐵路的管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發展提供有力的技術保障，雖然由于運行環境的不同，國鐵和地鐵兩種運行模式應用視頻監控系統的側重點不盡相同，但是相信隨著信息的發展及變電站自動化運行水平要求的提高，兩種運行模式應用此技術的交互性、借鑒性也越來越高，從而為推動視頻監控系統的發展創造更加有利的條件。

參考文獻

[1]劉江林.高級TCP/IP編程[M].中國電力出版社，2001.

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