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(tǒng)研究中心，210018，南京//第一作者，教授級高級工程師)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是城市軌道交通工程通信系統(tǒng)中的主要子系統(tǒng)，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(tǒng)(如電力監(jiān)控系統(tǒng)、機電設備監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)等)提供設備管理監(jiān)視信息。

隨著對地鐵運營安全的重視，目前地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控產(chǎn)品眾多、視頻標準不統(tǒng)一、協(xié)議互聯(lián)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(xiàn)聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控的重要因素。若不統(tǒng)一建設標準，日后視頻監(jiān)控全網(wǎng)調看時會在設備改造、軟件開發(fā)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(jiān)控平臺。

面對南京大規(guī)模、快節(jié)奏的地鐵建設，適時開展相關規(guī)劃研究工作有利于統(tǒng)一線網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設標準和組網(wǎng)方案，有利于南京地鐵上層網(wǎng)視頻信息平臺的有效建設。

1 聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求分析

1.1 線路層需求

(1)監(jiān)視范圍:各車站值班員監(jiān)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(yè)的變電站開關設備;列車司機監(jiān)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(jù)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(yōu)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(yōu)先級。預留公安視頻監(jiān)控及其它共享視頻信息的優(yōu)先級設置，并保證優(yōu)先級隨時可調，且對不同的云臺可設置不同的優(yōu)先級。優(yōu)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(tǒng)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(jiān)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(fā)生異常情況，系統(tǒng)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(tǒng)計等功能。

(6)系統(tǒng)聯(lián)動:應能與FAS(防災報警系統(tǒng))聯(lián)動，發(fā)生火災報警時，系統(tǒng)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(jiān)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(tǒng)網(wǎng)絡管理:能對視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行綜合監(jiān)視與管理，必要時對系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(jīng)數(shù)字傳輸后解碼還原)延時≤500 ms。

1.2 線網(wǎng)層需求

線網(wǎng)層視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由TCC(軌道交通指揮中心)負責建設，因此線網(wǎng)層運營需求取決于TCC 系統(tǒng)的建設需求。根據(jù)TCC 規(guī)劃，TCC 建設時將統(tǒng)一建設上層網(wǎng)視頻監(jiān)控平臺，通過上層傳輸網(wǎng)提供的1 000 Mbit/s 以太網(wǎng)通道，與各線視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通。具體需求如下:

(1)上層網(wǎng)視頻監(jiān)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(xié)議必須通用、開放、可修改，能讓上層網(wǎng)視頻監(jiān)控平臺實時解碼各線圖像。

(2)上層網(wǎng)視頻監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)的控制協(xié)議必須通用、開放、可修改。

(3)上層網(wǎng)視頻監(jiān)控平臺應能從各線錄像系統(tǒng)中實時調用所需錄像數(shù)據(jù)，因此要求各線視頻錄像系統(tǒng)的存儲協(xié)議和調用協(xié)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(jiān)控系統(tǒng)的制式主要為“本地模擬+數(shù)字傳輸”，全模擬制式已逐漸退出行業(yè)，隨著全數(shù)字制式的成熟和產(chǎn)品性價比的提高，全數(shù)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(tǒng)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(shù)字硬盤錄像機)存儲、NVR(網(wǎng)絡視頻錄像機)存儲、數(shù)據(jù)塊直存、服務器流媒體轉存等幾種方式;視頻監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字傳輸承載網(wǎng)絡多采用OTN(光傳送網(wǎng))、MSTP(基于SDH 的多業(yè)務傳送平臺)、RPR(彈性分組環(huán))等設備產(chǎn)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(jiān)控行業(yè)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(yōu)勢。

(2)隨著高清圖像技術優(yōu)勢日益凸顯，以及產(chǎn)品應用的日益擴展和產(chǎn)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(jiān)控系統(tǒng)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(yōu)勢可提高視頻技術的互聯(lián)互通性。

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

(5)南京地鐵將進行TCC 建設，上層網(wǎng)視頻監(jiān)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(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)成敗的關鍵。

3 規(guī)劃方案

3.1 總體規(guī)劃方案

根據(jù)南京地鐵的總體線網(wǎng)規(guī)劃，視頻監(jiān)控系統(tǒng)應從全網(wǎng)角度統(tǒng)一考慮。筆者建議各線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)和TCC 上層網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)均按如下統(tǒng)一標準進行建設。

(1)可見光通信技術(VLC)視頻統(tǒng)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(fā)。推薦南京地鐵TCC 上層網(wǎng)視頻監(jiān)控平臺和各新建線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)均采用統(tǒng)一的VLC 視頻解碼平臺，系統(tǒng)內的主要視頻設備的主要編解碼協(xié)議、控制協(xié)議等均應遵循VLC 平臺，去除各設備廠商的私有協(xié)議，實現(xiàn)上層網(wǎng)視頻監(jiān)控平臺與各線路視頻監(jiān)控平臺的互聯(lián)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(yōu)點非常適合用戶量大、接入網(wǎng)/骨干網(wǎng)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(jié)約64%的傳輸碼流，而比MPEG4 ASP 平均節(jié)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(shù)字組網(wǎng)方案。推薦南京地鐵新建工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全數(shù)字視頻組網(wǎng)方案。利用上層傳輸網(wǎng)絡提供的IP 通道，通過標準協(xié)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(shù)字高清視頻組網(wǎng)方案如圖1所示。

圖1 全數(shù)字高清視頻組網(wǎng)方案

高清IPC(網(wǎng)絡監(jiān)控攝像頭)實現(xiàn)前端高清視頻傳感/編碼/網(wǎng)絡傳輸，攝像機可同時輸出數(shù)字視頻信號和模擬視頻信號［3］。其中，數(shù)字視頻信號可滿足專網(wǎng)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(tǒng)，滿足公安視頻監(jiān)控采用模擬視頻解決方案的需要。

各線路按照統(tǒng)一技術要求，完成本線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設及與TCC 視頻監(jiān)控平臺的接口建設。TCC 上層網(wǎng)視頻監(jiān)控平臺的建設在TCC 的建設中完成。各線(含既有線)需經(jīng)過各方充分論證后，適時增加智能視頻分析功能?；谏鲜隹傮w規(guī)劃，應重點考慮目前已建設好的線路對視頻監(jiān)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(wǎng)的接入方法，對各線路進行統(tǒng)一規(guī)劃。

3.2 技術標準要求

(1)統(tǒng)一配置要求。南京地鐵各線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)一制定配置要求。

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

(3)組播地址統(tǒng)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(wǎng)傳輸組播視頻流。各條線內使用的組播地址與向上層網(wǎng)傳送視頻的組播地址應進行統(tǒng)一分配。

(4)統(tǒng)一視頻控制協(xié)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(wǎng)的統(tǒng)一控制協(xié)議。協(xié)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(shù)據(jù)更新等內容。

(5)系統(tǒng)邏輯的動態(tài)配置。隨著業(yè)務的發(fā)展和新線路的加入，系統(tǒng)邏輯(含管理邏輯和業(yè)務邏輯)會隨之發(fā)生變化，系統(tǒng)應實現(xiàn)所有邏輯的動態(tài)配置和統(tǒng)一管理。

(6)用戶權限的統(tǒng)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(xiàn)用戶身份驗證和權限管理。TCC 用戶管理服務器節(jié)點和OCC 用戶管理服務器節(jié)點之間實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的實時備份。根據(jù)登錄用戶權限的不同，系統(tǒng)可動態(tài)配置當前管理節(jié)點和業(yè)務節(jié)點的邏輯。

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

4 建設中需注意的問題

本系統(tǒng)規(guī)劃、建設、實施將按南京地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的建設實施，應著重考慮以下三個方面:

(1)全網(wǎng)視頻協(xié)議兼容。主要是視頻圖像調用控制編碼協(xié)議和視頻圖像編解碼協(xié)議。由于這些協(xié)議的兼容或開放可能涉及產(chǎn)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(guī)劃提出的統(tǒng)一技術標準，向系統(tǒng)總包商及產(chǎn)品供貨商提出明確的用戶需求。

(2)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接口統(tǒng)一。南京地鐵單線路專網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案的最終確定離不開與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接口確定，公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各線與地鐵專網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)共享資源的方式直接影響地鐵專網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方案，因此，建議南京地鐵全網(wǎng)與公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接口內容要統(tǒng)一。

(3)視頻監(jiān)控系統(tǒng)最新技術的跟蹤。目前，國內各行業(yè)視頻監(jiān)控需求強烈，視頻監(jiān)控行業(yè)產(chǎn)值逐年攀升，研發(fā)投入也逐年遞增，因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術發(fā)展日新月異。建議緊跟視頻監(jiān)控系統(tǒng)最新技術的發(fā)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(tǒng)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(wǎng)的解決方案。

5 結語

聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控技術發(fā)展很快，如何在單線建設模式下逐步形成聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺，滿足全線網(wǎng)視頻監(jiān)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(fā)，討論了聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)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(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的總體規(guī)劃方案，供南京地鐵建設參考。

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