我国地铁视频监控系统应用需求分析综观

　　我国的地铁建设正迎来大规模发展的历史性机遇。作为轨道交通安全防范的重要组成部分，地铁视频监控获得前所未有的发展空间，作为流动性非常高、人员大量聚集的公共场所，地铁尤其需要利用视频监控实现全程、全方位的安全防范。事实上，从世界各地已部署应用的情况来看，地铁的视频监控系统也确实发挥了非常重要的作用。

    随着城市交通的压力，各城市轨道交通的发展逐渐成网状，一个城市不仅仅是1条、2条线路的建设、规划，传统的轨道交通视频监控建设如果仅仅考虑一条线路内的情况，那么带来的将是视频监控的孤岛，后期为了将孤岛联通，势必将会面临两难局面：一是采用传统的模拟接入只能满足查看需求，二是全网互联互控势必面临对已有监控系统的改造问题。轨道交通行业建设之初在视频监控系统发展的不同阶段，分别采用当时最佳的方案组合进行轨道交通行业的监控系统建设，但是摆在地铁建设者面前的一个新问题是：如何满足新阶段下的地铁监控需求。

    本文将对地铁监控的系统结构及发展趋势进行探讨，通过对地铁视频监控系统的发展现状、功能需求、系统集成以及新技术应用等方面的分析，冀望找到更加合理、完善的地铁监控系统建设的整体解决方案。

    地铁监控系统的组成架构

    地铁视频监控系统从服务对象来看分为二部分：一部分是为运营服务的闭路电视监视系统，另一部分为公安服务的公安视频监控系统。

    运营视频监控服务于控制中心和车站级的调度员实时监视车站、车内客流以及乘客上下车等情况，以确保运营安全、快捷、准时;在发生紧急情况(如火灾、反恐、自然灾害等)时，为相关人员提供事发现场实时图像，方便指挥现场救援及乘客疏导，并为事后分析原因及查明责任进行录像。根据地铁运营管理特点，其行车管理人员可分为车站一级(车站值班员、列车司机等)和运营控制中心一级(如行车调度员等)。因而运营监控系统从使用上可分为：车站监控子系统和控制中心监控子系统，在车站一级的监控系统分别监视列车运行和旅客上下车及流动情况，控制中心则对整个地铁线路进行远程监控。

    公安视频监控系统是一个维护日常治安并且处理突发犯罪的监控系统，负责对全线各车站的出入、人流拥挤的区域(上下行站台、站厅、闸机出入等)进行监视。因而其监控区域应尽量不留死角，要做到将整个地铁车站纳入民警的视线范围，系统由本地监视、异地监视(公交总队监视全线、派出所监视辖区)两部分构成，组成一个统一的闭路电视监视网络。

    有些地区，这两套系统是分别建设和使用管理维护的，但从经济和使用角度来看，将两套系统合并为一起，并通过优先级对所有用户进行分类具有合理性。首先，建设是整个系统是按一套系统建设，布点和设备配置上兼顾了各方面的要求，不会造成两次建设时的设备重复，同时，一套系统在使用上不存在兼容性问题，维护时也不会造成相互推诿而出现耽误设备维护耽误问题。

    下面就是将两个系统合并一起的地铁数字化视频监控系统结构说明。

    该视频监控系统是由车站、控制中心组成的两级网络化结构。

    车站级监控中心：包括车站、车辆、车辆段等本地监控，主要是车站监控和列车监控，一般由摄像机、视频编解码设备、存储设备、显示设备等组成，每路图像信号采集后经视频处理输出两路视频信号，一路视频信号传送到远程的线路控制中心，另一路视频信号送入本站车站行车供指挥人员和公安值班人员使用。 

　　控制中心监控中心：对线路的各车站将图像信息通过光传输设备将图像送到控制中心OCC，给行车调度员、电力调度员、防灾调度员、调度主任和公安调度值班员等提供图像显示及控制。控制中心具备多路视频信息的显示能力，中心对于每路图像具备任意选择权和摄像机控制权。

    地铁视频监控系统技术特点

    从模拟系统到数字系统

    地铁监控系统和整个视频监控系统的发展一样，也是一个从模拟系统到数字系统的转变过程。传统的地铁视频监控多采用模数结合方案进行建设，随着安防技术的进步以及模拟系统弊端的日益显现，数字化解决方案得到推广，典型的应用模式是模拟摄像机+编码设备，存储则选用磁盘阵列或者网络存储的方式，也有部分城市以采用网络摄像机、交换机、NVR为代表的纯IP解决方案，采用数字化的方式使得监控系统能够实现集中监控、资源统一调配、突发事件多人实时调看、跨线运营调看图像，同时在存储时间、图像存储安全、系统可维护性、功能易扩展性等方面都具有模拟系统所无法比拟的优点，更能满足复杂的地铁监控的需求，总体来说，地铁的视频监控系统正处在模拟向数字化过渡的阶段。

    双编解码技术的应用

    通常视频监控系统中的编码采用单一的编码方式进行图像传输，另外设置硬盘录像机进行视频存储，这样的方式编码器和硬盘录像机是两套独立系统，不利于系统的整体维护，同时硬盘录像机的录像调用不能支持多用户或多网络的调用，其图像清晰度也没有编码器高，因此，地铁的视频监控中多采用双编码技术的编码器，可以同时编制二种码流，一种是MPEG-2码流，清晰度好但数据量较大，用于视频传输和显示;另一种是MPEG-4码流，数据量较小但图像清晰度较差，用于视频储存，二种码流的图像分辨率均可设置为D1，解决了图像质量和存储空间之间的矛盾。

    网络化的系统管理

    地铁系统的智能化设施投入非常高，整个系统处于半自动和全自动运行状态，各种仪器设备多，软硬件系统庞大，系统的维护管理是非常复杂的，同时摄像机数量多，系统容量大，监控系统的控制权限划分也异常复杂，因此实现整个地铁线路的监控系统网络化管理，全网统一权限管理和配置管理能够帮助使用者高效的运行整个系统，以保证地铁系统尽可能不停运或少停运。

    冗余技术的应用

    地铁视频图像系统不同于其他行业的安防系统，要求有更高的可靠性和稳定性，需要多个方面进行冗余设计，包括平台冗余设计、网络冗余设计、存储系统的冗余设计等多个方面，确保系统在任何情况下都可能发挥其应有作用。目前的地铁视频监控系统建设还处在从模拟系统向数字系统转变的过程，数字化的系统解决方案的推广是一个逐步深入的过程，因此IT技术在视频监控领域的应用需要时间。平台多管理服务器的情况下可能采取集群技术，而异地备援技术等还未有所应用。

　　监控产品需求特点分析

    地铁视频监控系统中，其各部分监控产品包括摄像机、编解码器、存储设备、管理平台等在设备选型和系统构建与地铁的特点是密不可分的。地铁的视频监控系统建设周期长、建设初期现场环境恶劣(无正式电源、电压不够、灰尘大、潮湿等)、正式运营后设备不允许断电，检修需要在停运后等，由于这样的工程特点就要求设备必须有极高的可靠性，通过使用高端品牌和高端成熟设备或有地铁监控应用案例的设备无疑是最好的选择。对于车载设备，由于列车移动性的特点，会对隧道内设备产生强的电磁干扰，在满足设备电磁兼容性的特点外还需要满足耐冲击、耐振动的要求。

    前端设备

    地铁视频监控系统要求摄像机能够全方位、无死角的覆盖，既满足运营管理的需要，也同时满足地铁公安治安刑侦的需求。

    在地铁大厅人流较大的地方都安装有一体化高速球机，以便能够掌握整个大厅的情况。地铁站内的一些偏僻的角落都有单独安装摄像机，以防不法分子有机可乘。地铁站台上也有规律地安装若干摄像机，使得运营管理人员能够及时了解列车到站情况，乘客流量等。列车司机也能直接从监控画面中了解到当前乘客的上下车情况。车辆的每节车厢内安装车载半球摄像机，无论车厢的哪个角落发生异常情况都能够准确记录下来。

    系统建成之后，每个地铁站的任意出入口都装有监控摄像机，任何人从任何方位进入或走出地铁站都会被摄像机从正面拍摄到。由此可见，任何一个乘客乘坐地铁，至少要被地铁里的摄像机从正面拍摄到4次，每个乘客乘坐地铁一次至少也要在监控画面中出现6次。

    根据监控点位选择不同类型和不同分辨率的摄像机，地下站以单彩色摄像机为主，在地面和高架站采用彩转黑摄像机，支持宽动态，半球摄像机受安装位置的影响，一般使用防暴型。快球要求采用防护等级到达IP66的设备。

    视频编解码设备

    为了解决网络传输带宽占用和视频图像质量之间的矛盾，视频编码器要求支持双码流，实现同时输出两路视频流，一个用于实时视频观看，一个用于实时记录，二者之间不可相互影响。同时视频编解码器的网络功能是系统的重要指标之一，视频编码器需支持单播和组播两种方式。在实际运营过程中，一旦有紧急情况发生，会有一幅关键图像需要多点观看的需求。如果车站级监控中心与中央级监控中心所有的监视器和大屏都同时需要同一幅图像，在这种情况下就必须启动组播传输方式，确保此幅关键图像的正常传输。

    同时视频编解码设备要求还要支持音频输入;录像数据可添加水印防止录像数据被非法篡改，录像查询工具能够检查录像数据的安全信息，如果发现文件被篡改能够向用户发出提示信息。

    存储设备的需求分析

    存储对地铁视频监控系统显得尤为重要，地铁的线路都比较长，站点众多，单条线路上的监控点的数量基本可达上千，要实现大量实时视频流的长时间存储，对存储系统的容量、存储方式、性能以及稳定性方面都提出了特殊及严格的要求，同时伴随着线路运营管理和安全防范的要求的不断提高，分布在每个车站的监控点越来越多，对监控图像的资源管理和利用有了更高的要求，同时智能分析应用、线网图像数据资源共享等计划也逐渐提到日程上来，这些都对地铁视频监控系统中的存储提出了更多的要求。

　　而在目前的地铁建设中，DVR(硬盘录像机)存储和IPSAN存储两种方式同存，DVR分布式存储在小规模监控应用方面有优势，IPSAN磁盘阵列的存储方式则因为具备更好的存储可靠性、可管理性、可扩展性以及图像数据的综合应用能力，长期维护成本低，支持集中部署和分布式部署，更符合地铁视频监控规模应用的需求。

    储存设备要求至少提供2个千兆网络接口，提供的存储容量、IO性能应能满足各个地铁车站实时视频流的存储，同时支持磁盘的冗余保护，一块磁盘损害不影响视频的正常存储及不丢失盘阵中的已存储图像的能力，支持在线的对损坏磁盘的更换，支持通过增加硬盘数量、硬盘容量来扩展存储空间的能力，在必要情况下，可提供通过编程自动实现减帧操作的方式节约有限的磁盘空间、延长图像的存储时间。

    管理平台的需求分析

    在地铁视频监控系统实现数字化和网络化以后，对于整个系统来说，视频管理平台的性能决定了整个系统的运行能力和实施效果。因此一个功能完备、稳定可靠的管理平台对整个系统来说至关重要。

    同时，目前的各线有各自独立的控制中心，各线之间实行单独运营、单独治理。而随着城市轨道交通的发展，轨道交通必将形成一个完整的交通网，需要一个统一的调度和控制中心来对整个轨道交通网进行统筹运营、统筹治理。而对于地铁视频监控系统，也需要一个统一的网络视频管理平台，能够实现对各条线路的视频监控系统进行统一的管理。由于每条线单独监控就存在采用的监控设备品牌不统一，编解码格式不统一，平台不兼容的问题，就需要建立一个能支持多种编码格式，具有开放接口，具有良好兼容的视频管理平台。

    同时，地铁视频网络化管理中，实现所有的CCTV系统设备由监控中心进行统一的管理，由网管终端统一进行配置是非常有效的维护手段，能够直观的通过对地铁CCTV系统管理服务器可以对所有的CCTV设备进行远程配置，监控设备的运行状态，包括设备的工作温度，电流，电压，电路的通断，通道的占用情况，报警信息等

    与其他它业务系统之间的关联及整合

    地铁视频监控系统作为轨道交通智能系统的一个组成部分，与之相关联的系统即包括地铁门禁系统、报警系统等安防系统，也包括通信系统、旅客信息系统、信号系统、综合监控系统、自动售检票系统等其他相对独立的系统。地铁视频监控系统与其他系统的联动主要是基于地铁运营中心的联动。

    地铁的行车运营，环境监控，设备监控，安防防范，治安防控等方面都需要安防系统的支持，而典型的安防系统包括视频监控系统、报警和门禁系统等分属于不同的系统，尽管在各自的大系统中集成度都比较高，然而基于视频、门禁和报警之间的安防集成联动则显得有些薄弱。因此通过整合实现信息共享，建立一个强大的安防综合集成管理平台，实时监控和管理不同种类模拟或数字视频系统、报警系统、门禁及等多个子系统，才能满足轨道交通发展对安防系统的要求。通过设立的车站的站台、站厅以及列车等区域的监控设备，全面的了解车站的运行情况，实现对整个地铁安全的有效防范，确保行车安全和地铁内的人员安全，在发生突发事件时能够全方位的了解事故现场情况，根据预案及时实现各项救援准备，并对加强行车安全保障和提高地铁的运输效率具有重要意义。