城市軌道交通視頻監控系統組網模式應用

鮑淑紅

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

隨著前端視頻采集技術、網絡通訊技術、視頻壓縮編碼技術和圖像處理技術的迅猛發展，視頻監控設備研發和生產商家的多樣化，導致視頻監控系統的構成模式各異，而且各個構成模式都有其優劣[1]，此次研究的目的是通過對現有的國內軌道交通監控模式的比較選擇，分析軌道交通視頻監控系統發展的趨勢。

1 軌道交通視頻監控系統組網模式應用[2-3]

（1）模擬視頻監視系統組網模式（模式一）

架構概述：在車站，從標清模擬攝像機采集的視頻信號通過視頻電纜輸入到車站視頻矩陣實現本地監控，同時從車站視頻矩陣輸出視頻信號，經過非壓縮數字光端機和光纜傳到控制中心視頻矩陣以實現控制中心的遠程監控。

應用情況：廣州、北京、上海、南京等城市一些早期線路的公安或運營視頻監控系統應用該組網模式。

示意圖：組網模式構成示意圖如圖1所示。

（2）模數結合的視頻監視系統組網模式

模數結合的視頻監視系統組網模式又因數字化程度的不同主要分為以下三種。

①二級視頻矩陣＋數字傳輸通道組網模式（模式二）

架構概述：該組網模式數字化程度較低，與模擬視頻監視系統組網模式差別主要在車站至控制中心的視頻信號采用數字編解碼技術壓縮處理后進行傳輸。

圖1 模擬視頻監控系統組網模式

應用情況：北京4 號線等一些早期線路采用該組網模式。

示意圖：該組網模式構成示意圖如圖2所示。

圖2 二級視頻矩陣＋數字傳輸通道組網模式

②一級視頻矩陣＋中心數字化設備＋數字傳輸通道組網模式（模式三）

架構概述：該模式車站級本地監視與模擬視頻監視系統相同，控制中心遠程監視的實現方式則為：先將車站矩陣輸出圖像通過編碼設備轉換成數字信號，再通過傳輸網絡傳至控制中心的交換機，控制中心調度員通過中心數字視頻控制交換設備，選擇所需要的圖像進行監視。

應用情況：廣州地鐵4號線、5號線，北京地鐵八通線、5號線，西安地鐵2號線一期等。

示意圖：該組網模式構成示意圖如圖3所示。

圖3 一級視頻矩陣＋中心數字化設備＋數字傳輸通道組網模式

③模擬采集前端＋車站、中心數字化設備組網模式（模式四）

架構概述：車站模式攝像機采集的視頻圖像經過視頻編碼和控制設備編碼后接入本站以太網交換機，控制中心調度員、車站值班員處的監視終端、視頻及存儲服務器與本地交換相接，實現對圖像的監視和控制。

應用情況：蘇州地鐵1 號線、杭州地鐵1 號線、無錫地鐵1、2 號線等多條近期開通或即將開通的線路采用該方案。

示意圖：該組網模式構成示意圖如圖4所示。

（2）全數字視頻監視系統組網模式

由于前端視頻采集設備的不同主要有以下兩種方案。

①高清IP 攝像機全數字組網模式（模式五）

架構概述：該模式前端攝像機為直接輸出數字信號的高清網絡攝像機，通過光纜或網線直接接入交換機，通過服務器和傳輸網絡實現本地及遠程的靈活存儲及調用。

應用情況：武漢地鐵4 號線、南京地鐵3 號線、機場線等已運營或施工建設中的線路采用該模式。

示意圖：該組網模式構成示意圖如圖5 所示。

②HD-SDI攝像機全數字組網模式（模式六）

架構概述：該模式前端攝像機為直接輸出非壓縮數字信號的HD-SDI 數字高清攝像機，通過同軸電纜接入本地數字矩陣，并且同時壓縮編解碼后進行存儲和實現遠程傳輸調用。

應用情況：昆明地鐵6號線采用該模式。

示意圖：該組網模式構成示意圖如圖6所示。

2 系統組網模式應用分析

圖4 模擬采集前端＋車站、中心數字化設備組網模式

圖5 IP攝像機全數字組網模式

圖6 HD-SDI攝像機全數字組網模式

模擬視頻監視系統組網模式（模式一）是在20世紀80年代至90年代較盛行。該組網方案從簡單的單點前端到單點終端，到現在的大型聯網系統，模擬傳輸通道組網模式技術發展已經非常成熟；未經視頻壓縮技術處理，視頻信號清晰、無延時，系統性能穩定，目前在小型視頻監控系統中應用還是較為廣泛的。當系統較大時，結構復雜，無法對各處設置的光端機進行有效的網絡管理，不便于集中管理維護，每站占用光纖芯，資源利用率太低；點對點傳輸圖像，車站與中心之間通道無保護；系統一旦設定，擴容非常困難；定向傳輸圖像，只能滿足一個中心的監控；中心矩陣龐大，維護不便。廣州地鐵1 號線、廣州地鐵2 號線、南京地鐵1、2 號線及北京、上海地鐵早期項目有采用此方案，現已很少使用。

隨著網絡技術和圖像處理技術的迅猛發展，模數結合的視頻監視系統組網模式應運而生，該模式憑借MPEG2/MPEG4/H.264壓縮技術標準，采用數字傳輸通道實現視頻信號的高效傳輸和靈活調用。與模式一相比：其充分利用地鐵傳輸系統的網絡資源，節約光纖，光端機等模擬傳輸設備；享有地鐵網絡傳輸通道的復用保護機制，安全性提高；系統網絡化，便于系統管理和維護；符合當前視頻監控技術網絡化，數字化的發展趨勢。但與模擬視頻傳輸相比，數字視頻傳輸有一定的延時。一般而言，延時300 ms 以內，操作人員對視頻延時不敏感；延時500 ms 以內，操作人員對視頻延時有一定感覺，但在習慣后，可正常操作監控前端設備；延時大于800 ms 時，操作人員將很難正確操作監控前端設備。因此，對于數字視頻監控系統而言，延時是十分重要的指標。通常，對于一個視頻編解碼系統而言，其延時主要由3 部分組成，編碼延時、傳輸延時、解碼延時；編解碼會降低圖像的信噪比，使圖像的質量有所下降；降低影響的辦法：在編解碼設備的選型上，在功能保障的前提下，要盡量選擇延時小，高清晰的視頻編解碼設備，另外傳輸帶寬應足夠大。

模擬視頻監視系統組網模式與模數結合的視頻監視系統組網模式的前端都采用標清的模擬攝像機，城市軌道交通大部分深埋地下，環境相對封閉、空間狹窄、人流密集度大，視頻監控系統在地鐵日常運營、防災調度發揮著重要的作用，并且做為公安、消防、國家安全局等部門維持社會秩序強有力的技術工具，傳統的標清圖像質量已難以滿足相關部門需求，全數字的高清監控技術開始應用，提高了圖像分辨率，令圖像細節更加清晰，表現的信息更加豐富，不用過多的圖像切換就可以表達大量內容，同等環境基礎上，能獲得比標清監控更大的視界，從而解決了以前為了獲得良好圖像質量而大幅度增加攝像機點位進行彌補的缺點，簡化了系統建設架構。在如今這個對圖像質量需求日益增高的社會，傳統的模擬攝像機的質量已難以滿足要求，并且高清產品逐漸普及，高清設備的價格日趨接近標清產品，目前個別近期運營和在建線路已采用全高清全數字組網模式。

前面介紹了全數字視頻監控系統組網模式有模式五（高清IP攝像機全數字組網模式）和模式六（HD-SDI 攝像機全數字組網模式）。模式五前端采用高清IP攝像機，高清IP攝像機編碼芯片內置于攝像機內部，從攝像機輸出即為IP化的高清視頻流，編碼格式一般為H.264。該方案系統架構簡單，車站值班員及中心調度員利用網絡及相應的切換、控制及管理設備，實現圖像的監視、存儲和管理。模式六前端采用高清HD-SDI 攝像機，高清HD-SDI 攝像機編碼芯片內置于攝像機內部，從攝像機輸出即為HD-SDI 格式的高清視頻流，單路圖像傳輸速率高達1.485 Gb/s。該方案需要在車站設置視頻切換矩陣，通過切換矩陣及配套光電纜設施將各處攝像機接入系統中。車站值班員利用切換矩陣及相應的控制管理設備，實現圖像的監視、存儲和管理；為滿足中心調度員的圖像監視需求，車站上傳控制中心的視頻圖像還需進行網絡化編碼，以便利用傳輸系統提供的以太網通道傳遞監控圖像，編碼格式一般也采用H.264，該方案系統架構相對復雜。

3 結束語

隨著軌道交通的發展及運營管理要求的不斷提高，對視頻監視的畫質、互聯互通及資源共享方面的要求也日益提高。目前高清全數字視頻監視系統發展非常迅速，價格逐年下降，現階段已作為新技術應用逐步引入新建軌道交通建設中，高清的全數字視頻監視系統組網模式是軌道交通監控技術發展的必然趨勢。

從技術成熟性分析，模式五和模式六兩種組網模式均能滿足軌道視頻監視系統的使用要求?？紤]到城市軌道交通線網都存在多線換乘、多線共享控制中心的情況，采用高清IP攝像機組網模式，能通過IP網實現不同線路視頻監視系統的互聯互通及資源共享，方便視頻分析、視頻聯動等功能的實現。

［1］蒲豫園.城市軌道交通數字視頻監控系統的發展前景［J］.鐵道通信信號，2006，42（4）：57-58.

［2］于鑫，孔文龍，康進赟.城軌交通閉路電視監視系統［J］.鐵道通信信號，2008，44（1）：53-55.

［3］王之峰.軌道交通閉路電視監視系統的應用及發展［J］.城市軌道交通研究，2005，8（3）：68-71.