轨道交通安防视频监控系统典型方案

文｜北京市警视达机电设备研究所 雷耀民

1 概述

天津地铁2号线是贯穿城市东西的骨干线路，主要途经西青区、南开区、和平区、河北区、河东区和东丽区等六个行政区，连接火车站、机场等大型客运枢纽。线路由曹庄起始，下穿外环线后爬升至地面，到达初期设计终点李明庄，共有19个车站、1个停车场、1个车辆段、2个主变电站、1个控制中心。共安装了1065个摄像机，其中枪型固定摄像机288个、半球型摄像机493个、一体化球型摄像机235个、一体化云台摄像机49个。

天津市地铁2号线电视监控系统是一个数字的分布式视频监控系统，由控制中心系统设备、车站（包括停车场、车辆段）系统设备和车载系统设备三部分组成。

每个地铁车站（包括停车场、车辆段）的前端摄像机信号通过同轴电缆传输到相应的车站（包括停车场、车辆段）通信机房，通过安装在机房的视频编码器转换为压缩的数字视频信号。编码器的数字视频输出连接到以太网上，供全网有授权的用户使用。

在控制中心中央控制室、车站综合控制室、停车场及车辆段信号楼控制室设置解码器、控制终端等设备，用于观看、控制实时视频和回放记录的图像。图像可显示在液晶监视器和/或大屏幕显示设备上，也可显示在计算机显示器上；图像的观看、控制以及记录图像的回放，可以通过计算机键盘、鼠标或模拟键盘来控制。在控制中心设置中心储存中心，通过SAN光纤网络连接各站网络视频录像机和区域存储设备，进行分布式的数字视频的集中存储。控制中心设置视频图像数据的备份和长期归档设备，通过SAN光纤网络进行定期的备份和归档操作。视频数据可以被网络上的任意授权用户所调用和控制。

车站级电视监视系统的设置应同时满足地铁运营和公安安全防护的要求，车站的监视范围应包括车站的公共区、办公区和设备区，停车场和车辆段的监视范围应包括出入段线咽喉区及停车列检库库门等区域。

2 设备组成

2.1 单个车站电视监视系统设备组成

（1）前端设备，包括半球型固定摄像机、枪式固定摄像机、一体化快球摄像机等。

（2）车站通信机械室设备，包括4台隔离地变压器（每台16路视频输入）、1台4画面处理器、1台多功能控制器、1台多级调用管理器、1台车站网管主机、1台以太网交换机、1台电源机箱、1台视频分析主机、8台8路视频编码器、1台数字视频管理服务器（含HBA卡）、1台光纤SAN交换机、2台机柜。

（3）车站控制室设备，包括2台20″彩色液晶监视器、1台视频监控终端（含22″液晶显示器）。

（4）一台多功能控制器JSD-Z/F/J-TJ。JSD-Z/F/J-TJ是集字符叠加、视频分配、视频检测、视频矩阵输出为一体的高性能主机，是为轨道交通研制的专用产品。JSD-Z/F/J-TJ在每个车站按64路视频输入配置，每路视频的分配输出为4路，均具备字符叠加功能。也就是说，JSD-Z/F/J-TJ可以实现64路视频输入、256路带字符分配输出，网管系统可以检测64路输入视频的状态。同时，JSD-Z/F/J-TJ还集成了一个64×32的矩阵切换机箱。

（5）一台多级调用管理器JSD-YTKZTJ。它的引入使用户可以在系统无任何扩展的情况下，通过软件设置实现对64个云台的控制和255级优先级管理，并且可以对全部优先级设置驻留延时，还可以进行中心与车站的交错式设置。

2.2 控制中心电视监视系统设备组成

（1）通信机械室设备，包括9台4路视频解码器、1台数字视频管理服务器（含光纤SAN设备网管）、2台综合网管服务器（1主1备，含以太网交换机网管）、1台视频分析服务器、1台车辆信号处理服务器、1套核心以太网交换机、1套网络防火墙、1套核心光纤SAN交换机、1套光纤存储阵列柜、1台电源机箱、4台机柜等。

（2）调度大厅设备，包括4台视频监控终端（含22″液晶显示器）、1台网管终端。

3 数字视频系统技术方案

3.1 数字视频系统架构

通过数字视频系统的建设，系统将完成下述要求：

（1）在车站等站点，前端摄像机的模拟视频信号经多功能控制器分配，输出给编码器，编码器将接收到的模拟视频信号转换为两路数字视频信号（MPEG2、MPEG4），并接入站点以太网交换机。

站点以太网交换机将MPEG2格式的数字视频监控信号提供给各值班员的视频监视终端，同时通过传输设备将该信号送入通信传输网络；将MPEG4格式的数字视频信号通过视频管理服务器送入光纤SAN网络进行数字视频的录像存储，另外还要将每个站台为车辆上传（通过中心的WLAN接口）的4路MPEG4数字视频信号送入通信传输网络，优先上传给中心。

（2）MPEG2格式数字视频信号由通信传输网设备送入中心以太网交换机。中心交换机将数字视频信号提供给视频解码器、中心调度员视频监控终端。视频解码器将还原出的模拟视频信号送入显示大屏。

站台为车辆上传（通过中心的WLAN接口）的4路MPEG4数字视频信号也通过通信传输网络先上传给中心，然后再发送给相关的车辆。

MPEG4格式的数字视频信号由光纤SAN网络传送至控制中心的光纤SAN存储阵列柜进行存储。

（3）上述的视频编码器配置了NICE公司的8路双码流视频编码器ENC 8M2/4。这些编码器采用独特的双码流结构，可以同时编制二种码流，即用于视频传输和显示的MPEG2码流和用于视频储存的MPEG4码流。两种码流的图像分辨率均可设置为D1，25fps实时编码，并可灵活向下调整。

3.2 数字视频流传输策略

数字视频监控系统存在多种数字视频流，因此整个系统的数据流向应预先配合管理使用的合理需求、数字网络的设计和应用作出整体规划与控制。

视频流传输策略总体的概念：在保证不间断、不丢失录像的同时，保证最大可能的监视与回放操作，并保证后台同时进行系统管理的能力。

3.2.1 实时监视视频流

实时监视视频流有两种流向、四种方式：

（1）从编码器开始，经过网络以单播的方式到一个合法用户使用的控制终端的打开窗口。

（2）从编码器开始，经过网络以组播的方式到多个合法用户使用的控制终端的打开窗口。

（3）从编码器开始，经过网络以单播的方式到指定的解码器，再输出到一个合法用户使用的模拟监视器。

（4）从编码器开始，经过网络以组播的方式到指定的解码器，再输出到多个合法用户使用的模拟监视器。

3.2.2 录像回放视频流

录像回放视频流有两种流向：

（1）从光纤SAN存储设备开始，经过网络以单播的方式到一个合法用户使用的控制终端的打开窗口。

（2）从光纤SAN存储设备开始，经过网络以单播的方式到指定的解码器，再输出到一个合法用户使用的模拟监视器。

3.2.3 中央存储的视频流

中央存储的视频流的建立过程如图1所示。

图1 中央存储的视频流的建立过程图

在控制终端上将视频输入通道对应到指定视频服务器连接的中央存储单元的RingBuffers（环状存储空间）并设定好录像存储周期，完成设定后系统即按照设定从编码器开始以单播形式向中央存储发送存储视频流。

3.3 优先级管理

优先级管理即对云台的控制进行多用户权限及优先级别的分配及管理。

站点设置的多级调用管理器JSD-YTKZTJ是进行云台控制及优先级管理的设备，通过对其参数进行设置，可实现站点及中心对云台执行可变速俯仰、左右转动以及改变镜头焦距等控制操作，同时可实现云台控制优先级最多255级的分配，并可实现时间可调的自动驻留。

（1）使用控制终端软件对站点进行云台控制，中心及站点值班员的监控终端发出的云台控制信号通过交换机网络接入多级调用管理器，以实现云台控制功能。

（2）根据预先设定的程序，当不同操作员同时操作同一云台时，多级调用管理器只将优先级高的控制指令送入该云台。为便于观看，高级别控制结束一段时间后（例如30s）后方将云台控制权限释放，此前低级别的操作员不能控制该云台。

优先级别及优先级保留的时间可根据具体要求设定。

（3）多级调用为控制终端提供了云台占用显示的功能，当云台被占用时各操作员处（包括中心）可做出显示（直接在综合监控终端CCTV软件上显示出高优先级操作方的名称）。

（4）使用多级调用管理器可以对每一个云台的优先级进行设置，每1个云台可以设置255级的优先级控制，并且可以设置为控制终端和控制键盘交错的形式。

（5）多级调用管理器提供了与换乘站其他线路之间的通信通道，为日后的运营中各线路间的图像调看及云台控制打下了良好的硬件基础。

4 视频存储系统技术设计

视频存储系统由各站点视频管理服务器、光纤SAN交换机网络、中心储存磁盘阵列组成。

存储结构采用集中式，每个站点设置一个分布式视频管理服务器，控制中心设置数据中心，集中放置磁盘存储设备。

4.1 视频存储系统架构

本视频存储系统设计采用NICE公司的网络视频录像服务器（视频管理服务器）和EMC公司的磁盘阵列。

本系统的存储结构采用集中式，即各站所辖摄像机所产生数字视频流将通过分布的IP网络和SAN光纤网络传送至控制中心通信机械室内的，由视频管理服务器和与其相联的磁盘阵列系统组成的数字视频存储系统中保存起来，满足用户的各种录像检索及查询要求。

视频管理服务器直接通过各站边缘SAN交换机经过光纤通道汇聚到控制中心核心SAN光纤交换机，再接入控制机房的集中磁盘阵列中。

视频管理服务器按照用户要求设置于各个地铁车站、车辆段、停车场，主变电站的视频管理服务器设置于相邻的车站内。磁盘阵列按照用户要求设置于控制中心机房内。

存储系统拥有15TB的备份容量，可满足重要视频数据及时备份或归档，以及进行长期保存的需要。

4.2 视频管理服务器的配置

根据用户的要求，所有视频管理服务器均设于各车站、车辆段、停车场、控制中心通信机械室，磁盘阵列设置于控制中心机房。每64路接入1台视频管理服务器，服务器按顺序编号。视频管理服务器和磁盘阵列按区域分别设置。

4.3 SAN存储网络的设计

根据设计方案，在各车站与控制中心敷设光纤，组成光纤网络。磁盘阵列设置于控制中心通信机械室，视频管理服务器均设置于各个车站、车辆段、停车场。把控制中心通信机械室的SAN交换机作为核心交换机，各个车站、车辆段、停车场的SAN交换机作为边缘交换机，与光纤网络组成SAN网络。

因为视频管理服务器和磁盘阵列设于不同位置，距离比较远，所以采用“核心光纤交换机+边缘光纤交换机”的方式来搭建整个SAN网络。距离超过10km时需要增加粗波分多路复用模块以确保信号传输的稳定和可靠。在控制中心通信机械室机房放置1台Cisco的核心光纤交换机，各个车站、车辆段、停车场放置1台Cisco 8口的边缘光纤交换机。

5 车地视频图像传输及中心调用方案

5.1 WLAN系统车地视频传输通道

本系统与旅客信息系统共用一套无线局域网设备（WLAN系统提供）实现车地视频传输。WLAN系统在线路上布置足够数量的AP热点，AP之间通过有线方式进行连接。

WLAN系统与本系统在控制中心有一个以太网接口（千兆），车地视频图像的传输通过此接口进行。

5.2 车站传送4路图像给停靠车辆（通过控制中心）

车辆停靠在车站站台时，设在中心的车辆信号处理服务器根据数据库的动态车次列表及进出站信息获知停靠在车站的车辆IP地址后，发送命令给车站的相关编码器以调用车辆所停靠车站相关站台的4路MPEG4数字视频信号到中心交换机，并将其发送给WLAN系统中心设备。

WLAN系统中心设备将该信号通过有线方式传送给相应的AP热点，再上传给与该IP地址相匹配的车辆的司机室控制终端。此时，车辆司机室监视终端软件应实现图像自动切换至站台图像的功能。

车辆离开站台后，车辆信号处理服务器通过数据库的动态车次列表及进出站信息得知该车辆离开车站，发出停止调用图像命令给车站，切断以上数字视频信号的传输。此时，车辆司机室监视终端软件应实现图像自动切换回车载图像的功能。

5.3 中心调度员调用车载图像

车辆在线路上时，中心调度员通过控制终端，根据车次号或车体号调用车载图像，该调用命令被发送给车辆信号处理服务器，车辆信号处理服务器根据数据库的动态车次列表得知与该车次号或车体号相匹配的车辆IP地址后，发送调用该IP地址的图像命令给WLAN系统的中心设备。

WLAN系统的中心设备根据图像调用命令中的IP地址，发送命令给接收该IP地址车辆图像信号的车辆上的车载编码器，车载编码器将车辆的MPEG4数字视频信号发送给AP热点，AP热点通过有线方式传送给WLAN系统的中心设备。

WLAN系统中心设备将该信号送入本系统的中心交换机，以满足控制中心调度员的图像调用请求。

中心调度员控制终端停止调用该车次号或车体号的车载图像时，该停止调用命令被发送给车辆信号处理服务器，车辆信号处理服务器根据数据库的动态车次列表得知与该车次号或车体号相匹配的车辆的IP地址后，发送停止调用该IP地址的图像的命令给WLAN系统的中心设备。

WLAN系统的中心设备根据图像停止调用命令中的IP地址，发送命令给接收该IP地址车辆图像信号的AP热点，AP热点将命令发送给与该IP地址相匹配的车辆上的车载编码器，车载编码器将停止发送视频信号。

中心调度员最多可调用两路车载MPEG4数字视频信号。

通过以上方式，中心调度员能够根据车辆的车次号或车体号随意调看任一车辆上的任何摄像机的图像。