城市轨道交通视频监控系统组网模式应用

2013-06-06鲍淑红

机电工程技术 2013年6期

鲍淑红

（广州地铁设计研究院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着前端视频采集技术、网络通讯技术、视频压缩编码技术和图像处理技术的迅猛发展，视频监控设备研发和生产商家的多样化，导致视频监控系统的构成模式各异，而且各个构成模式都有其优劣[1]，此次研究的目的是通过对现有的国内轨道交通监控模式的比较选择，分析轨道交通视频监控系统发展的趋势。

1 轨道交通视频监控系统组网模式应用[2-3]

（1）模拟视频监视系统组网模式（模式一）

架构概述：在车站，从标清模拟摄像机采集的视频信号通过视频电缆输入到车站视频矩阵实现本地监控，同时从车站视频矩阵输出视频信号，经过非压缩数字光端机和光缆传到控制中心视频矩阵以实现控制中心的远程监控。

应用情况：广州、北京、上海、南京等城市一些早期线路的公安或运营视频监控系统应用该组网模式。

示意图：组网模式构成示意图如图1所示。

（2）模数结合的视频监视系统组网模式

模数结合的视频监视系统组网模式又因数字化程度的不同主要分为以下三种。

①二级视频矩阵＋数字传输通道组网模式（模式二）

架构概述：该组网模式数字化程度较低，与模拟视频监视系统组网模式差别主要在车站至控制中心的视频信号采用数字编解码技术压缩处理后进行传输。

图1 模拟视频监控系统组网模式

应用情况：北京4 号线等一些早期线路采用该组网模式。

示意图：该组网模式构成示意图如图2所示。

图2 二级视频矩阵＋数字传输通道组网模式

②一级视频矩阵＋中心数字化设备＋数字传输通道组网模式（模式三）

架构概述：该模式车站级本地监视与模拟视频监视系统相同，控制中心远程监视的实现方式则为：先将车站矩阵输出图像通过编码设备转换成数字信号，再通过传输网络传至控制中心的交换机，控制中心调度员通过中心数字视频控制交换设备，选择所需要的图像进行监视。

应用情况：广州地铁4号线、5号线，北京地铁八通线、5号线，西安地铁2号线一期等。

示意图：该组网模式构成示意图如图3所示。

图3 一级视频矩阵＋中心数字化设备＋数字传输通道组网模式

③模拟采集前端＋车站、中心数字化设备组网模式（模式四）

架构概述：车站模式摄像机采集的视频图像经过视频编码和控制设备编码后接入本站以太网交换机，控制中心调度员、车站值班员处的监视终端、视频及存储服务器与本地交换相接，实现对图像的监视和控制。

应用情况：苏州地铁1 号线、杭州地铁1 号线、无锡地铁1、2 号线等多条近期开通或即将开通的线路采用该方案。

示意图：该组网模式构成示意图如图4所示。

（2）全数字视频监视系统组网模式

由于前端视频采集设备的不同主要有以下两种方案。

①高清IP 摄像机全数字组网模式（模式五）

架构概述：该模式前端摄像机为直接输出数字信号的高清网络摄像机，通过光缆或网线直接接入交换机，通过服务器和传输网络实现本地及远程的灵活存储及调用。

应用情况：武汉地铁4 号线、南京地铁3 号线、机场线等已运营或施工建设中的线路采用该模式。

示意图：该组网模式构成示意图如图5 所示。

②HD-SDI摄像机全数字组网模式（模式六）

架构概述：该模式前端摄像机为直接输出非压缩数字信号的HD-SDI 数字高清摄像机，通过同轴电缆接入本地数字矩阵，并且同时压缩编解码后进行存储和实现远程传输调用。

应用情况：昆明地铁6号线采用该模式。

示意图：该组网模式构成示意图如图6所示。

2 系统组网模式应用分析

图4 模拟采集前端＋车站、中心数字化设备组网模式

图5 IP摄像机全数字组网模式

图6 HD-SDI摄像机全数字组网模式

模拟视频监视系统组网模式（模式一）是在20世纪80年代至90年代较盛行。该组网方案从简单的单点前端到单点终端，到现在的大型联网系统，模拟传输通道组网模式技术发展已经非常成熟；未经视频压缩技术处理，视频信号清晰、无延时，系统性能稳定，目前在小型视频监控系统中应用还是较为广泛的。当系统较大时，结构复杂，无法对各处设置的光端机进行有效的网络管理，不便于集中管理维护，每站占用光纤芯，资源利用率太低；点对点传输图像，车站与中心之间通道无保护；系统一旦设定，扩容非常困难；定向传输图像，只能满足一个中心的监控；中心矩阵庞大，维护不便。广州地铁1 号线、广州地铁2 号线、南京地铁1、2 号线及北京、上海地铁早期项目有采用此方案，现已很少使用。

随着网络技术和图像处理技术的迅猛发展，模数结合的视频监视系统组网模式应运而生，该模式凭借MPEG2/MPEG4/H.264压缩技术标准，采用数字传输通道实现视频信号的高效传输和灵活调用。与模式一相比：其充分利用地铁传输系统的网络资源，节约光纤，光端机等模拟传输设备；享有地铁网络传输通道的复用保护机制，安全性提高；系统网络化，便于系统管理和维护；符合当前视频监控技术网络化，数字化的发展趋势。但与模拟视频传输相比，数字视频传输有一定的延时。一般而言，延时300 ms 以内，操作人员对视频延时不敏感；延时500 ms 以内，操作人员对视频延时有一定感觉，但在习惯后，可正常操作监控前端设备；延时大于800 ms 时，操作人员将很难正确操作监控前端设备。因此，对于数字视频监控系统而言，延时是十分重要的指标。通常，对于一个视频编解码系统而言，其延时主要由3 部分组成，编码延时、传输延时、解码延时；编解码会降低图像的信噪比，使图像的质量有所下降；降低影响的办法：在编解码设备的选型上，在功能保障的前提下，要尽量选择延时小，高清晰的视频编解码设备，另外传输带宽应足够大。

模拟视频监视系统组网模式与模数结合的视频监视系统组网模式的前端都采用标清的模拟摄像机，城市轨道交通大部分深埋地下，环境相对封闭、空间狭窄、人流密集度大，视频监控系统在地铁日常运营、防灾调度发挥着重要的作用，并且做为公安、消防、国家安全局等部门维持社会秩序强有力的技术工具，传统的标清图像质量已难以满足相关部门需求，全数字的高清监控技术开始应用，提高了图像分辨率，令图像细节更加清晰，表现的信息更加丰富，不用过多的图像切换就可以表达大量内容，同等环境基础上，能获得比标清监控更大的视界，从而解决了以前为了获得良好图像质量而大幅度增加摄像机点位进行弥补的缺点，简化了系统建设架构。在如今这个对图像质量需求日益增高的社会，传统的模拟摄像机的质量已难以满足要求，并且高清产品逐渐普及，高清设备的价格日趋接近标清产品，目前个别近期运营和在建线路已采用全高清全数字组网模式。

前面介绍了全数字视频监控系统组网模式有模式五（高清IP摄像机全数字组网模式）和模式六（HD-SDI 摄像机全数字组网模式）。模式五前端采用高清IP摄像机，高清IP摄像机编码芯片内置于摄像机内部，从摄像机输出即为IP化的高清视频流，编码格式一般为H.264。该方案系统架构简单，车站值班员及中心调度员利用网络及相应的切换、控制及管理设备，实现图像的监视、存储和管理。模式六前端采用高清HD-SDI 摄像机，高清HD-SDI 摄像机编码芯片内置于摄像机内部，从摄像机输出即为HD-SDI 格式的高清视频流，单路图像传输速率高达1.485 Gb/s。该方案需要在车站设置视频切换矩阵，通过切换矩阵及配套光电缆设施将各处摄像机接入系统中。车站值班员利用切换矩阵及相应的控制管理设备，实现图像的监视、存储和管理；为满足中心调度员的图像监视需求，车站上传控制中心的视频图像还需进行网络化编码，以便利用传输系统提供的以太网通道传递监控图像，编码格式一般也采用H.264，该方案系统架构相对复杂。