城市軌道交通聯網視頻監控系統規劃研究*

王 健 尹 嶸 張 寧

(1.南京地鐵建設有限責任公司，210024，南京;2.北京全路通信信號研究設計院有限公司，100073，北京;3.東南大學智能運輸系統研究中心，210018，南京//第一作者，教授級高級工程師)

視頻監控系統是城市軌道交通工程通信系統中的主要子系統，能夠為控制中心的調度員、各車站值班員、司機提供列車運行、防災救災、旅客疏導以及社會治安等方面的有關視覺信息，還能為軌道交通的其他系統(如電力監控系統、機電設備監控系統、自動售檢票系統等)提供設備管理監視信息。

隨著對地鐵運營安全的重視，目前地鐵視頻監控系統的重要性日益提升，運營需求越來越多，建設標準越來越高。而國內外視頻監控產品眾多、視頻標準不統一、協議互聯互通性差，對于存在多家建設主體的南京地鐵，這些均是制約其實現聯網視頻監控的重要因素。若不統一建設標準，日后視頻監控全網調看時會在設備改造、軟件開發和接入實施等方面存在很大難度，甚至需要整體替換原有各線視頻監控平臺。

面對南京大規模、快節奏的地鐵建設，適時開展相關規劃研究工作有利于統一線網視頻監控系統的建設標準和組網方案，有利于南京地鐵上層網視頻信息平臺的有效建設。

1 聯網視頻監控系統的功能需求分析

1.1 線路層需求

(1)監視范圍:各車站值班員監視本站站臺、站廳、自動扶梯、垂直電梯、出入口、自動售票機、自動檢票閘機、電力供電專業的變電站開關設備;列車司機監視站臺和旅客上下車情況。中心調度員可在顯示終端或大屏幕上通過軟件或硬件任意調看全線各車站、各列車任意攝像機的實時圖像。

(2)錄像:各車站/車輛段/停車場對本地所有攝像機攝取的視頻信號進行實時不間斷錄像，保存時間≥7 d;控制中心調度員可根據時間、地點等信息對全線各車站任何一路圖像信號進行檢索及查詢，并進行本地錄像，錄像資料應便于日后檢索及查詢。

(3)攝像范圍控制:各車站/車輛段/停車場值班員能夠在本地控制鏡頭焦距和云臺攝像機，并可設定優先級;控制中心各調度員能夠遠程控制各車站/車輛段/停車場云臺攝像機，并可設定優先級。預留公安視頻監控及其它共享視頻信息的優先級設置，并保證優先級隨時可調，且對不同的云臺可設置不同的優先級。優先級順序暫定為:中心防災值班員、車站防災值班員、中心行車值班員、中心電力調度員、車站行車值班員。

(4)字符疊加:系統應能將攝像機的號碼及位置、云臺當前控制使用者ID、攝像日期和時間等信息進行疊加，以便在監視器上顯示，且能隨時調整改動。

(5)圖像分析:關鍵部位攝像機應具有異常圖像分析功能，一旦發生異常情況，系統能自動切斷正常顯示在屏幕上的圖像，直接彈出異常畫面并伴隨聲光報警，包括(但不限于)非法闖入報警、可疑物品遺留報警、人員長期滯留報警、人員擁擠自動報警、自動客流統計等功能。

(6)系統聯動:應能與FAS(防災報警系統)聯動，發生火災報警時，系統應直接彈出異常位置畫面并伴隨聲光報警。

(7)遠程電源控制:控制中心各調度員在需要的情況下，應能控制各車站攝像機、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。

(8)系統網絡管理:能對視頻監控系統進行綜合監視與管理，必要時對系統數據及配置作及時的修改。

(9)圖像分辨率需求:對于實時圖像，圖像分辨率要求至少為D1(720 dpi ×480 dpi)，對于錄像圖像，分辨率要求至少為CIF(352 dpi×288 dpi)。

(10)圖像實時性需求:對于單線工程內圖像，端到端(圖像采集編碼經數字傳輸后解碼還原)延時≤500 ms。

1.2 線網層需求

線網層視頻監控系統主要由TCC(軌道交通指揮中心)負責建設，因此線網層運營需求取決于TCC 系統的建設需求。根據TCC 規劃，TCC 建設時將統一建設上層網視頻監控平臺，通過上層傳輸網提供的1 000 Mbit/s 以太網通道，與各線視頻監控系統互聯互通。具體需求如下:

(1)上層網視頻監控平臺需要從各線獲取實時視頻圖像，因此要求各線實時圖像的編解碼技術和視頻傳輸封裝協議必須通用、開放、可修改，能讓上層網視頻監控平臺實時解碼各線圖像。

(2)上層網視頻監控平臺應能選擇各線的任意圖像以及對云臺攝像機的PTZ(Pan/Tilt/Zoom)控制操作，因此要求各線視頻監控系統的控制協議必須通用、開放、可修改。

(3)上層網視頻監控平臺應能從各線錄像系統中實時調用所需錄像數據，因此要求各線視頻錄像系統的存儲協議和調用協議必須通用、開放、可修改。

2 技術選型分析

目前，我國城市軌道交通視頻監控系統的制式主要為“本地模擬+數字傳輸”，全模擬制式已逐漸退出行業，隨著全數字制式的成熟和產品性價比的提高，全數字制式已逐漸得到推廣。其中，實時視頻和錄像存儲的編、解碼方式一般采用MJPEG、MPEG-2、MPEG-4 或 H.264，承載帶寬綜合考慮編解碼算法差異、圖像清晰度要求、傳輸及視頻系統設備能力等諸多因素，一般設定為2～16 Mbit/s 不等;視頻錄像存儲一般采用DVR(數字硬盤錄像機)存儲、NVR(網絡視頻錄像機)存儲、數據塊直存、服務器流媒體轉存等幾種方式;視頻監視系統數字傳輸承載網絡多采用OTN(光傳送網)、MSTP(基于SDH 的多業務傳送平臺)、RPR(彈性分組環)等設備產品，模擬視頻傳輸方式一般采用多路模擬光端機。通過全面詳細的分析比較，筆者認為:

(1)H.264 視頻編解碼技術作為目前視頻監控行業的主流技術，在編碼算法、圖像還原性、帶寬占用、兼容性上都很有優勢。

(2)隨著高清圖像技術優勢日益凸顯，以及產品應用的日益擴展和產品價格競爭的日益充分，高清圖像技術的應用案例已逐步增加。推薦南京地鐵新建工程視頻監控系統考慮高清圖像技術。

(3)隨著視頻技術和IP 技術的不斷融合，應用案例已很普遍，利用IP 技術［1］的優勢可提高視頻技術的互聯互通性。

(4)隨著視頻監控需求的不斷提高及智能視頻分析技術的日益發展，建議在應用環境成熟時，在視頻監控系統中適時增加智能視頻分析技術，提高視頻監控系統的功效。

(5)南京地鐵將進行TCC 建設，上層網視頻監控平臺隨之建設，選擇通用性好、兼容性強、擴展性好的平臺是上層網視頻監控系統成敗的關鍵。

3 規劃方案

3.1 總體規劃方案

根據南京地鐵的總體線網規劃，視頻監控系統應從全網角度統一考慮。筆者建議各線路視頻監控系統和TCC 上層網視頻監控系統均按如下統一標準進行建設。

(1)可見光通信技術(VLC)視頻統一平臺。基于國際通用的視頻平臺［2］對視頻主設備進行兼容性開發。推薦南京地鐵TCC 上層網視頻監控平臺和各新建線路視頻監控系統均采用統一的VLC 視頻解碼平臺，系統內的主要視頻設備的主要編解碼協議、控制協議等均應遵循VLC 平臺，去除各設備廠商的私有協議，實現上層網視頻監控平臺與各線路視頻監控平臺的互聯互控。

(2)H.264 高清視頻技術。H.264 能夠在較低帶寬上提供高質量的圖像傳輸，該優點非常適合用戶量大、接入網/骨干網帶寬相對有限的狀況。在同等的畫質下，H.264 比上一代編碼標準MPEG-2 平均節約64%的傳輸碼流，而比MPEG4 ASP 平均節約39%的傳輸碼流。推薦南京地鐵新建工程實時圖像和錄像存儲均采用H.264 視頻編解碼技術。

(3)全數字組網方案。推薦南京地鐵新建工程視頻監控系統采用全數字視頻組網方案。利用上層傳輸網絡提供的IP 通道，通過標準協議的開放，TCC 可調用各條線路中的任意實時視頻圖像。對云臺攝像機進行PTZ 控制，可調用任意視頻錄像，同時還可對實時瀏覽的各路圖像進行保存和回放。全數字高清視頻組網方案如圖1所示。

圖1 全數字高清視頻組網方案

高清IPC(網絡監控攝像頭)實現前端高清視頻傳感/編碼/網絡傳輸，攝像機可同時輸出數字視頻信號和模擬視頻信號［3］。其中，數字視頻信號可滿足專網視頻上傳、本地調看及存儲的要求;模擬視頻接口可連接至公安視頻系統，滿足公安視頻監控采用模擬視頻解決方案的需要。

各線路按照統一技術要求，完成本線路視頻監控系統的建設及與TCC 視頻監控平臺的接口建設。TCC 上層網視頻監控平臺的建設在TCC 的建設中完成。各線(含既有線)需經過各方充分論證后，適時增加智能視頻分析功能。基于上述總體規劃，應重點考慮目前已建設好的線路對視頻監控平臺的接入及相應改造方案;對于新建設線路，在設計階段應充分考慮上層網的接入方法，對各線路進行統一規劃。

3.2 技術標準要求

(1)統一配置要求。南京地鐵各線路視頻監控系統的用戶控制接口(即人機界面)應友好、靈活、易用，能接受用戶指令并反饋系統消息，能滿足用戶的使用習慣;應對控制鍵盤、終端控制、顯示界面統一制定配置要求。

(2)基礎的網管功能。網管必須包括:對上層網節點控制終端數量的設置;用戶密碼和控制優先級的設置;對操作系統的備份;對系統操作的記錄(工作日志);對上層網節點控制功能的設置和診斷;對系統故障的監視及告警等。系統網絡(含上層網和各線網)中任意節點的視頻設備發生故障時，只有與該節點相關的功能喪失，而不得影響其它節點設備的正常運行。當上層網節點視頻監控發生故障時，不得影響下層各線視頻監控系統的正常運行;同樣，下層某線視頻監控系統發生故障時，也不得影響其它線及上層網的視頻監控的正常運行。

(3)組播地址統一分配。單線路新線建設中，采用交換機三層組播方式進行視頻流組播。各條線向TCC 上層網傳輸組播視頻流。各條線內使用的組播地址與向上層網傳送視頻的組播地址應進行統一分配。

(4)統一視頻控制協議。單線路的控制中心視頻服務器必須響應并遵守TCC 上層網的統一控制協議。協議應包含用戶登錄與退出、心跳、視頻請求、視頻停止、球機PTZ 控制、球機占用情況、數據更新等內容。

(5)系統邏輯的動態配置。隨著業務的發展和新線路的加入，系統邏輯(含管理邏輯和業務邏輯)會隨之發生變化，系統應實現所有邏輯的動態配置和統一管理。

(6)用戶權限的統一管理。應采取主從機(TCC/OCC(運營控制中心))多點熱備份的方式實現用戶身份驗證和權限管理。TCC 用戶管理服務器節點和OCC 用戶管理服務器節點之間實現用戶數據的實時備份。根據登錄用戶權限的不同，系統可動態配置當前管理節點和業務節點的邏輯。

(7)軟件體系平臺化。南京地鐵整個視頻監控系統應實現平臺化，即各條線的應用系統通過平臺來實現接口的標準化和應用模塊的重用。各線視頻監控系統集成商必須按平臺結構要求進行線路視頻監控平臺的搭建:采用統一的管理平臺(TCC/各線路OCC/分站三級管理)實現組播地址分配、網絡管理、視頻控制等管理功能;采用統一業務平臺實現實時監控、錄像查詢、報警聯動等業務功能。

4 建設中需注意的問題

本系統規劃、建設、實施將按南京地鐵視頻監控系統的統一技術標準，由各線路嚴格分期分步實施。由于南京地鐵目前存在多個建設公司，對于視頻監控系統的建設實施，應著重考慮以下三個方面:

(1)全網視頻協議兼容。主要是視頻圖像調用控制編碼協議和視頻圖像編解碼協議。由于這些協議的兼容或開放可能涉及產品供貨商的技術保護和壁壘，因此需在建設過程中按照本規劃提出的統一技術標準，向系統總包商及產品供貨商提出明確的用戶需求。

(2)與公安視頻監控系統的接口統一。南京地鐵單線路專網視頻監控系統方案的最終確定離不開與公安視頻監控系統的接口確定，公安視頻監控系統在各線與地鐵專網視頻監控系統共享資源的方式直接影響地鐵專網視頻監控系統的組網方案，因此，建議南京地鐵全網與公安視頻監控系統的接口內容要統一。

(3)視頻監控系統最新技術的跟蹤。目前，國內各行業視頻監控需求強烈，視頻監控行業產值逐年攀升，研發投入也逐年遞增，因此視頻監控系統技術發展日新月異。建議緊跟視頻監控系統最新技術的發展，以便在新技術應用時機成熟、對既有建設投資基本不浪費且系統技術方案兼容的前提下，提出更好的、更適合南京地鐵上層視頻網的解決方案。

5 結語

聯網視頻監控系統對城市軌道交通的運營安全起著至關重要的作用。目前視頻監控技術發展很快，如何在單線建設模式下逐步形成聯網監控平臺，滿足全線網視頻監控要求，已成為南京地鐵建設的一個關注重點。本文從南京地鐵工程建設實際出發，討論了聯網視頻監控的功能需求，對關鍵技術進行了對比分析，提出南京地鐵聯網視頻監控系統的總體規劃方案，供南京地鐵建設參考。

［1］劉燕平.地鐵高清視頻監控系統網絡規劃設計［J］.中國公共安全，2013(5):202.

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［3］鮑淑紅.城市軌道交通視頻監控系統組網模式應用［J］.機電工程技術，2013，42(6):179.

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