鮑淑紅

（廣州地鐵設(shè)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(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、視頻壓縮編碼技術(shù)和圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，視頻監(jiān)控設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)商家的多樣化，導(dǎo)致視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成模式各異，而且各個構(gòu)成模式都有其優(yōu)劣[1]，此次研究的目的是通過對現(xiàn)有的國內(nèi)軌道交通監(jiān)控模式的比較選擇，分析軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。

1 軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)模式應(yīng)用[2-3]

（1）模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式（模式一）

架構(gòu)概述：在車站，從標(biāo)清模擬攝像機(jī)采集的視頻信號通過視頻電纜輸入到車站視頻矩陣實現(xiàn)本地監(jiān)控，同時從車站視頻矩陣輸出視頻信號，經(jīng)過非壓縮數(shù)字光端機(jī)和光纜傳到控制中心視頻矩陣以實現(xiàn)控制中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

應(yīng)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(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用該組網(wǎng)模式。

示意圖：組網(wǎng)模式構(gòu)成示意圖如圖1所示。

（2）模數(shù)結(jié)合的視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式

模數(shù)結(jié)合的視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式又因數(shù)字化程度的不同主要分為以下三種。

①二級視頻矩陣＋數(shù)字傳輸通道組網(wǎng)模式（模式二）

架構(gòu)概述：該組網(wǎng)模式數(shù)字化程度較低，與模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式差別主要在車站至控制中心的視頻信號采用數(shù)字編解碼技術(shù)壓縮處理后進(jìn)行傳輸。

圖1 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)模式

應(yīng)用情況：北京4 號線等一些早期線路采用該組網(wǎng)模式。

示意圖：該組網(wǎng)模式構(gòu)成示意圖如圖2所示。

圖2 二級視頻矩陣＋數(shù)字傳輸通道組網(wǎng)模式

②一級視頻矩陣＋中心數(shù)字化設(shè)備＋數(shù)字傳輸通道組網(wǎng)模式（模式三）

架構(gòu)概述：該模式車站級本地監(jiān)視與模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)相同，控制中心遠(yuǎn)程監(jiān)視的實現(xiàn)方式則為：先將車站矩陣輸出圖像通過編碼設(shè)備轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至控制中心的交換機(jī)，控制中心調(diào)度員通過中心數(shù)字視頻控制交換設(shè)備，選擇所需要的圖像進(jìn)行監(jiān)視。

應(yīng)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(wǎng)模式構(gòu)成示意圖如圖3所示。

圖3 一級視頻矩陣＋中心數(shù)字化設(shè)備＋數(shù)字傳輸通道組網(wǎng)模式

③模擬采集前端＋車站、中心數(shù)字化設(shè)備組網(wǎng)模式（模式四）

架構(gòu)概述：車站模式攝像機(jī)采集的視頻圖像經(jīng)過視頻編碼和控制設(shè)備編碼后接入本站以太網(wǎng)交換機(jī)，控制中心調(diào)度員、車站值班員處的監(jiān)視終端、視頻及存儲服務(wù)器與本地交換相接，實現(xiàn)對圖像的監(jiān)視和控制。

應(yīng)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(wǎng)模式構(gòu)成示意圖如圖4所示。

（2）全數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式

由于前端視頻采集設(shè)備的不同主要有以下兩種方案。

①高清IP 攝像機(jī)全數(shù)字組網(wǎng)模式（模式五）

架構(gòu)概述：該模式前端攝像機(jī)為直接輸出數(shù)字信號的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，通過光纜或網(wǎng)線直接接入交換機(jī)，通過服務(wù)器和傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)本地及遠(yuǎn)程的靈活存儲及調(diào)用。

應(yīng)用情況：武漢地鐵4 號線、南京地鐵3 號線、機(jī)場線等已運營或施工建設(shè)中的線路采用該模式。

示意圖：該組網(wǎng)模式構(gòu)成示意圖如圖5 所示。

②HD-SDI攝像機(jī)全數(shù)字組網(wǎng)模式（模式六）

架構(gòu)概述：該模式前端攝像機(jī)為直接輸出非壓縮數(shù)字信號的HD-SDI 數(shù)字高清攝像機(jī)，通過同軸電纜接入本地數(shù)字矩陣，并且同時壓縮編解碼后進(jìn)行存儲和實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸調(diào)用。

應(yīng)用情況：昆明地鐵6號線采用該模式。

示意圖：該組網(wǎng)模式構(gòu)成示意圖如圖6所示。

2 系統(tǒng)組網(wǎng)模式應(yīng)用分析

圖4 模擬采集前端＋車站、中心數(shù)字化設(shè)備組網(wǎng)模式

圖5 IP攝像機(jī)全數(shù)字組網(wǎng)模式

圖6 HD-SDI攝像機(jī)全數(shù)字組網(wǎng)模式

模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式（模式一）是在20世紀(jì)80年代至90年代較盛行。該組網(wǎng)方案從簡單的單點前端到單點終端，到現(xiàn)在的大型聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，模擬傳輸通道組網(wǎng)模式技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟；未經(jīng)視頻壓縮技術(shù)處理，視頻信號清晰、無延時，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，目前在小型視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用還是較為廣泛的。當(dāng)系統(tǒng)較大時，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法對各處設(shè)置的光端機(jī)進(jìn)行有效的網(wǎng)絡(luò)管理，不便于集中管理維護(hù)，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(hù)；系統(tǒng)一旦設(shè)定，擴(kuò)容非常困難；定向傳輸圖像，只能滿足一個中心的監(jiān)控；中心矩陣龐大，維護(hù)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(xiàn)已很少使用。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，模數(shù)結(jié)合的視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式應(yīng)運而生，該模式憑借MPEG2/MPEG4/H.264壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用數(shù)字傳輸通道實現(xiàn)視頻信號的高效傳輸和靈活調(diào)用。與模式一相比：其充分利用地鐵傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)約光纖，光端機(jī)等模擬傳輸設(shè)備；享有地鐵網(wǎng)絡(luò)傳輸通道的復(fù)用保護(hù)機(jī)制，安全性提高；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，便于系統(tǒng)管理和維護(hù)；符合當(dāng)前視頻監(jiān)控技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化的發(fā)展趨勢。但與模擬視頻傳輸相比，數(shù)字視頻傳輸有一定的延時。一般而言，延時300 ms 以內(nèi)，操作人員對視頻延時不敏感；延時500 ms 以內(nèi)，操作人員對視頻延時有一定感覺，但在習(xí)慣后，可正常操作監(jiān)控前端設(shè)備；延時大于800 ms 時，操作人員將很難正確操作監(jiān)控前端設(shè)備。因此，對于數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，延時是十分重要的指標(biāo)。通常，對于一個視頻編解碼系統(tǒng)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(zhì)量有所下降；降低影響的辦法：在編解碼設(shè)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(shè)備，另外傳輸帶寬應(yīng)足夠大。

模擬視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式與模數(shù)結(jié)合的視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式的前端都采用標(biāo)清的模擬攝像機(jī)，城市軌道交通大部分深埋地下，環(huán)境相對封閉、空間狹窄、人流密集度大，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在地鐵日常運營、防災(zāi)調(diào)度發(fā)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(qiáng)有力的技術(shù)工具，傳統(tǒng)的標(biāo)清圖像質(zhì)量已難以滿足相關(guān)部門需求，全數(shù)字的高清監(jiān)控技術(shù)開始應(yīng)用，提高了圖像分辨率，令圖像細(xì)節(jié)更加清晰，表現(xiàn)的信息更加豐富，不用過多的圖像切換就可以表達(dá)大量內(nèi)容，同等環(huán)境基礎(chǔ)上，能獲得比標(biāo)清監(jiān)控更大的視界，從而解決了以前為了獲得良好圖像質(zhì)量而大幅度增加攝像機(jī)點位進(jìn)行彌補(bǔ)的缺點，簡化了系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)。在如今這個對圖像質(zhì)量需求日益增高的社會，傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)的質(zhì)量已難以滿足要求，并且高清產(chǎn)品逐漸普及，高清設(shè)備的價格日趨接近標(biāo)清產(chǎn)品，目前個別近期運營和在建線路已采用全高清全數(shù)字組網(wǎng)模式。

前面介紹了全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)模式有模式五（高清IP攝像機(jī)全數(shù)字組網(wǎng)模式）和模式六（HD-SDI 攝像機(jī)全數(shù)字組網(wǎng)模式）。模式五前端采用高清IP攝像機(jī)，高清IP攝像機(jī)編碼芯片內(nèi)置于攝像機(jī)內(nèi)部，從攝像機(jī)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(tǒng)架構(gòu)簡單，車站值班員及中心調(diào)度員利用網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的切換、控制及管理設(shè)備，實現(xiàn)圖像的監(jiān)視、存儲和管理。模式六前端采用高清HD-SDI 攝像機(jī)，高清HD-SDI 攝像機(jī)編碼芯片內(nèi)置于攝像機(jī)內(nèi)部，從攝像機(jī)輸出即為HD-SDI 格式的高清視頻流，單路圖像傳輸速率高達(dá)1.485 Gb/s。該方案需要在車站設(shè)置視頻切換矩陣，通過切換矩陣及配套光電纜設(shè)施將各處攝像機(jī)接入系統(tǒng)中。車站值班員利用切換矩陣及相應(yīng)的控制管理設(shè)備，實現(xiàn)圖像的監(jiān)視、存儲和管理；為滿足中心調(diào)度員的圖像監(jiān)視需求，車站上傳控制中心的視頻圖像還需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化編碼，以便利用傳輸系統(tǒng)提供的以太網(wǎng)通道傳遞監(jiān)控圖像，編碼格式一般也采用H.264，該方案系統(tǒng)架構(gòu)相對復(fù)雜。

3 結(jié)束語

隨著軌道交通的發(fā)展及運營管理要求的不斷提高，對視頻監(jiān)視的畫質(zhì)、互聯(lián)互通及資源共享方面的要求也日益提高。目前高清全數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展非常迅速，價格逐年下降，現(xiàn)階段已作為新技術(shù)應(yīng)用逐步引入新建軌道交通建設(shè)中，高清的全數(shù)字視頻監(jiān)視系統(tǒng)組網(wǎng)模式是軌道交通監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

從技術(shù)成熟性分析，模式五和模式六兩種組網(wǎng)模式均能滿足軌道視頻監(jiān)視系統(tǒng)的使用要求。考慮到城市軌道交通線網(wǎng)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(jī)組網(wǎng)模式，能通過IP網(wǎng)實現(xiàn)不同線路視頻監(jiān)視系統(tǒng)的互聯(lián)互通及資源共享，方便視頻分析、視頻聯(lián)動等功能的實現(xiàn)。

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

［2］于鑫，孔文龍，康進(jìn)赟.城軌交通閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)［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(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展［J］.城市軌道交通研究，2005，8（3）：68-71.