軌道交通高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入方案的應(yīng)用研究

張 媛

（中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是保障城市軌道交通行車組織和安全的重要手段，主要為運(yùn)營(yíng)、公安兩個(gè)部門的各級(jí)管理人員提供有關(guān)列車運(yùn)行、防災(zāi)救災(zāi)、旅客疏導(dǎo)以及社會(huì)治安等方面的音視頻信息。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的飛速發(fā)展，基于IP網(wǎng)絡(luò)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為軌道交通行業(yè)的主流配置。系統(tǒng)的可靠性會(huì)給運(yùn)營(yíng)管理造成巨大的風(fēng)險(xiǎn)，影響對(duì)事故的及時(shí)處置和案件的快速偵破。系統(tǒng)可采用全I(xiàn)P軟交換、云監(jiān)控、云存儲(chǔ)等先進(jìn)技術(shù)，提升在管理、控制、存儲(chǔ)方面的可靠性，與此同時(shí)，接入方案的技術(shù)選型會(huì)直接決定工程的實(shí)施復(fù)雜度和可維護(hù)性，最終影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

1 典型應(yīng)用環(huán)境

地鐵典型地下車站普遍為兩層結(jié)構(gòu)，設(shè)置4個(gè)出入口。車站管轄范圍按功能分區(qū)可分為：站廳、站臺(tái)、出入口通道、設(shè)備區(qū)、區(qū)間5個(gè)區(qū)域。車站設(shè)備室常設(shè)置于設(shè)備區(qū)一側(cè)，從設(shè)備室到車站前端攝像機(jī)的線纜長(zhǎng)度在20～400 m之間，其中90%以上的線纜長(zhǎng)度超過100 m。車站站廳、站臺(tái)、出入口通道設(shè)置裝修吊頂和離壁墻。站內(nèi)攝像機(jī)設(shè)置數(shù)量一般不少于120臺(tái)，普遍采用吊掛式安裝。

2 方案選型要點(diǎn)

接入方案的選型需適應(yīng)攝像機(jī)密度高、線纜長(zhǎng)度大的現(xiàn)狀，在可靠性、安裝調(diào)試便利性、可維護(hù)性、投資方面進(jìn)行綜合評(píng)估。

1）可靠性：應(yīng)采用冗余架構(gòu)，降低單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。從前端攝像機(jī)到機(jī)房側(cè)平臺(tái)設(shè)備的任何硬件出現(xiàn)故障，不影響其他攝像機(jī)正常接入，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2）安裝調(diào)試便利性：應(yīng)采用信息集中引入、電源集中供給的方案。引入機(jī)房的主干線纜應(yīng)盡可能少，便于施工，同時(shí)，預(yù)留足夠的線纜資源用于應(yīng)對(duì)攝像機(jī)數(shù)量的增加。

3）可維護(hù)性：應(yīng)避免在吊頂以上設(shè)置需要經(jīng)常性維護(hù)的設(shè)備，在源頭上減少登高作業(yè)維護(hù)的需求。

4）投資：應(yīng)選用通用型產(chǎn)品，避免選用定制化產(chǎn)品和非標(biāo)產(chǎn)品。

3 接入設(shè)備對(duì)比

系統(tǒng)采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IP Camera，IPC）作為前端設(shè)備。IPC是基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)字化設(shè)備，所采集的高清視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包，與控制信號(hào)數(shù)據(jù)包一并通過相應(yīng)的接入設(shè)備接入本地局域網(wǎng)。主流的IPC均支持以太網(wǎng)電口或SFP光口，匹配接口類型的接入設(shè)備主要分為：光纖收發(fā)器、以太網(wǎng)光端機(jī)、無源光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)、企業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)（固定端口）、企業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)（模塊化）。接入設(shè)備對(duì)比如表1所示。

4 接入方案分析

1）采用光纖收發(fā)器

前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)電口，利用非屏蔽雙絞線連接至臨近的光纖收發(fā)器。現(xiàn)場(chǎng)光纖收發(fā)器與光纜終端盒、電源適配器等一并安裝在與攝像機(jī)同吊桿安裝的控制箱內(nèi)，機(jī)房側(cè)光纖收發(fā)器采用機(jī)架式安裝，并與機(jī)房側(cè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用雙絞線連接。光纖收發(fā)器與攝像機(jī)按1：1數(shù)量配置，配套的光電纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式引接至機(jī)房側(cè)設(shè)備。

此方案的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)距離采用光纖傳輸，單個(gè)傳輸鏈路或電源線路的故障僅影響單個(gè)攝像機(jī)，且結(jié)構(gòu)清晰，缺點(diǎn)是大量設(shè)備安裝在吊頂之上，且線纜

表1 接入設(shè)備對(duì)比表Tab.1 Comparison among access equipment

用量龐大，給維護(hù)工作帶來困難，后期遇到增加監(jiān)控點(diǎn)位，仍需要從機(jī)房敷設(shè)至前端攝像機(jī)處的線纜，實(shí)施難度大。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2）采用以太網(wǎng)光端機(jī)

前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)電口，利用非屏蔽雙絞線連接至臨近的以太網(wǎng)光端機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)以太網(wǎng)光端機(jī)與光纜終端盒、電源適配器等一并安裝在與部分?jǐn)z像機(jī)同吊桿安裝的控制箱內(nèi)，機(jī)房側(cè)以太網(wǎng)光端機(jī)采用機(jī)架式安裝，并與機(jī)房側(cè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用雙絞線連接。以太網(wǎng)光端機(jī)與攝像機(jī)按1：N（3≤N≤7）數(shù)量配置，配套的光電纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式引接至機(jī)房側(cè)設(shè)備。此方案相對(duì)于采用光纖收發(fā)器方案，能有效減少現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和線纜用量，維護(hù)量較小，但存在區(qū)域性單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，光端機(jī)對(duì)應(yīng)的傳輸鏈路或電源線纜故障將導(dǎo)致所對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)信息丟失。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3）采用無源光網(wǎng)絡(luò)

前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)電口，利用非屏蔽雙絞線連接至臨近的光纖網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit，ONU)。現(xiàn)場(chǎng)ONU與光纜終端盒、電源適配器等一并安裝在與部分?jǐn)z像機(jī)同吊桿安裝的控制箱內(nèi)。按車站功能區(qū)域劃分設(shè)置少量壁掛式控制箱，箱內(nèi)配置二級(jí)分光器、光纖配線單元、電源適配器等器件，并與機(jī)房?jī)?nèi)的一級(jí)分光器連接。一級(jí)分光器通過光跳線與光線路終端(Optical Line Terminal，OLT)連 接。ONU 與 攝 像 機(jī) 按 1：N（3≤N≤7）數(shù)量配置，ONU與攝像機(jī)的電纜，ONU與OLT之間的光纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接。

此方案相對(duì)于采用以太網(wǎng)光端機(jī)方案，可進(jìn)一步減少線纜用量，但也同樣存在區(qū)域性單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，ONU、OLT故障將導(dǎo)致所對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)信息丟失。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4）采用以太網(wǎng)交換機(jī)方案

方案一：前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)電口，利用非屏蔽雙絞線連接至臨近工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)（以下簡(jiǎn)稱交換機(jī)）。交換機(jī)與光纜終端盒、電源集中轉(zhuǎn)換器（冗余配置）等設(shè)備一并安裝在壁掛式控制箱內(nèi)，并與機(jī)房?jī)?nèi)交換機(jī)用光纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或環(huán)網(wǎng)連接。交換機(jī)與攝像機(jī)按1：N（1≤N≤23）數(shù)量配置，配套的光電纜以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接。需要注意的是，采用這種方案需要提前在站廳或出入口通道結(jié)構(gòu)墻上預(yù)留一定尺寸的槽位，便于控制箱的安裝。該方案能簡(jiǎn)化安裝調(diào)試的工作量，便于后期攝像機(jī)終端數(shù)量的增加，提高了系統(tǒng)的可靠性，但同樣存在交換機(jī)故障導(dǎo)致所連接的攝像機(jī)信息丟失的風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

方案二：前端攝像機(jī)配置以太網(wǎng)SFP光口，利用4芯光纜連接至臨近壁掛式控制箱，箱內(nèi)設(shè)有光纜配線單元、電源集中轉(zhuǎn)換器（冗余配置）等。每個(gè)控制箱以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式從機(jī)房側(cè)設(shè)備引入光電纜。光纜配線單元容量與攝像機(jī)按1：2數(shù)量配置，并預(yù)留20%資源。該方案同樣需要提前預(yù)留控制箱安裝槽位。因該方案控制箱中不需要設(shè)置交換機(jī)，故控制箱尺寸可設(shè)計(jì)得更小，安裝適應(yīng)性更高。

該方案將所有攝像機(jī)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式直接接入到機(jī)房側(cè)交換機(jī)，減少外置的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且節(jié)省了線纜用量。此方案在車站吊頂上僅設(shè)置4芯光纜終端盒，極大減少了后期維護(hù)工作量；通過設(shè)置對(duì)交換機(jī)主控、交換、電源單元的冗余配置，提高了系統(tǒng)可靠性，大幅減少區(qū)域性單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

在工程應(yīng)用中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要解決車站公共區(qū)吊頂拆卸代價(jià)大、車站出入口通道交付時(shí)間不確定、現(xiàn)場(chǎng)溫濕度條件差等實(shí)際困難，因此采用現(xiàn)場(chǎng)接入設(shè)備少、設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)簡(jiǎn)單等原則，可以有效提升系統(tǒng)的可靠性、降低后續(xù)零星工程的實(shí)施難度，故推薦選用前端光口攝像機(jī)+交換機(jī)接入方案。

5 結(jié)束語

通過以上幾種視頻接入方案的研究和分析，采用前端光口攝像機(jī)+后端交換機(jī)接入方案具有設(shè)備成熟、成本低、帶寬高、擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好、維護(hù)量少、可靠性高、管理方便、接入距離受限少等優(yōu)點(diǎn)，適用于車站的應(yīng)用環(huán)境。隨著全自動(dòng)無人駕駛技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，對(duì)區(qū)間實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)控的需求已日漸凸顯，仍需在今后的工程應(yīng)用中對(duì)接入方案做進(jìn)一步研究。