轨道交通高清视频云监控系统方案研究

李佳祎

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

轨道交通高清视频云监控系统方案研究

李佳祎

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

随着轨道交通建设的迅速发展，许多城市已经将高清视频监控系统规模化和线网化，如何保证大规模高清视频资源的高清晰和低延时性、图像切换快速灵活，满足轨道交通线网级监控需求和全网范围内海量视频图像的高质量、高可靠存储，是目前很多城市高清视频监控系统越来越需要考虑的问题。本方案为该问题的解决提供新的方向和思路。

轨道交通；高清；云监控

目前越来越多的城市轨道交通视频监控系统采用基于IP网络的高清数字视频方案，而IP网络的高清数字视频系统由于依赖前端高清IP摄像头的采集、基于以太网的视频传输、IP化的网络视频存储以及视频监控终端的各种业务应用，因此对IP网络提出了越来越高的要求。

1 当前地铁高清视频监控系统概述

1.1 系统概述

轨道交通高清视频监控系统应满足地铁运营和治安管理的需要，在车站的站厅区主要监视自动售检票、进出口闸机和上下站台的自动扶梯等重要区域；在站台区主要监视乘客上、下列车及屏蔽门开、关的情况，也应满足行车管理人员（中心级：行车调度员、环控调度员、总调度人员，车站级的车站值班员、列车司机）对相应的管辖区域进行监视。

1.2 系统构成

轨道交通高清视频监控系统目前主要采用车站和中心两级控制方式，通常由控制中心视频监视子系统和车站视频监视子系统两部分组成，且两个子系统的监视和控制是相互独立的。控制中心的行车调度员、电力调度员、环控防灾调度员和总调度人员的操作和控制功能也是相互独立的。

系统原理构成如图1所示。

1）控制中心视频监视子系统

控制中心视频监视子系统设备主要包括：中心媒体服务器、中心视频服务器、中心网管服务器、中心数据管理服务器、录像回放服务器、后备视频监控终端、高清视频解码器、视频监视器、中心视频存储设备以及交换机等设备。

控制中心视频监视子系统主要用于对全线全部车站的视频监视，并能在中心录像回放终端上回放所选取的视频信息。其中，图像显示及操作控制由中心综合监控系统（ISCS）实施集成，控制信息接入综合监控系统。图像显示在ISCS的工作站及控制中心大屏幕上。

系统在控制大厅新设后备视频监控终端，作为ISCS各调度工作站的后备控制设备，后备视频监控终端设置在行调、电调、环调和总调等处；通常情况下，使用ISCS各调度工作站实现对视频监控的正常操控。ISCS各调度工作站能够在远程遥控车站任何一台球机的转动以及焦距调节。

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系统传输通道支持组播功能，实现多用户同时调看同一摄像机图像时能共享同一个传输通道，以节约传输通道资源。

控制中心各调度员对本系统的操控优先级应能够根据运营要求设置和调整，操控权限依次为环控调度员、行车调度员和车站值班员。

2）车站视频监视子系统

车站视频监视子系统设备主要由高清网络摄像机（高清编码器）、视频服务器、高清视频解码器、数据管理服务器、网络视频存储设备、后备监控终端、视频监视器、车站视频回放终端以及交换机等组成。

车站视频监视子系统主要完成对车站管辖范围内视频信号的监控和录像，在车站的出入通道、站台、站厅和设备区等处安装高清网络摄像机。摄像机输出已编码的高清数字信号经光纤输入至设备室光口交换机，并经视频处理设备（视频服务器）进行处理（字符叠加、多画面处理）后,同时发往车站值班员以及通信传输系统的传输通道上传至控制中心。车站子系统可通过网络视频存储设备对本站所有高清摄像头所摄取的图像进行录制。

车站值班员可通过ISCS工作站控制键盘，将所需要的画面切换到ISCS工作站上，或对可变焦摄像机及电动云台进行控制，可以自动或由值班员选择对车站一路或多路图像录像。

车站综合控制室设置后备监控终端，用于车站综合监控工作站的后备控制方式（正常情况下，对视频监控的监控功能集成到ISCS车站操作工作站中）。在车站上下行站台图像各采用1台具有两画面合成功能的四画面处理器，目前作为两画面处理器使用，待未来随列车编组加长需要站台加长，增设站台监视摄像机后，作为四画面处理器使用。

2 轨道交通高清视频云监控系统组成及方案

2.1 云监控技术概述

云监控系统也可以理解为基于云计算技术的视频监控系统。由于目前轨道交通高清视频监控系统的前端一般有大量的高清IP摄像头，因此监控系统就需要有能够存储大量高清视频图像数据的能力，并且能够根据轨道交通运营的不同需求对如此大量的视频图像数据进行后台智能分析以及搜索查询等复杂计算，所以具有强大的信息存储能力和信息计算能力的云监控技术正好满足现代轨道交通视频监控系统日益增长的发展需求，同时监控网络系统在云监控技术下也能实现系统内数据资源的共享和分配。

2.2 轨道交通高清视频云监控系统组成方案

轨道交通高清视频云监控系统组成主要分为云终端、云交换、云存储、云计算以及云业务。整体架构如图2所示。

图2 云监控系统整体架构示意图

在图2中，云终端在轨道交通高清视频监控系统中指的是高清IP摄像机，主要包括高清固定式摄像机、高清一体化球型摄像机和高清半球型摄像机，用于实现高清视频监控系统在高清晰、低延时情况下图像快速灵活的切换，以及在复杂条件下视频前端全覆盖的高清监控要求；云交换则是部署和规划轨道交通高清视频监控系统的IP承载网，满足高清监控业务发展及扩展需求；云存储主要实现轨道交通线路网络规模化后高清视频监控系统大量视频图像信息的高质量管理和高可靠存储；而云计算主要保障高清视频监控系统的系统架构、交换能力、存储空间以及图像业务的可扩展性，实现视频监控系统在轨道交通线网化后业务需求视频的低成本扩展，同时确保系统在扩展后视频图像的质量、终端操作控制的实时性和以及对调度图像的调度灵活性也不会随之下降；云业务则主要除了在轨道交通中用于一般监控调度（如行调、电调、环调）、视频查询检索和中心ISCS大屏显示外，也可用于基于IP网络的远程视频监视以及无线网络的移动终端显示等功能，主要起到实现监控图像的共享与综合利用、与智能视频监控工具设备进行整合、提高视频监控系统的智能化水平以及利用现有资源来有效、低成本的运营维护管理等作用。

基于此架构，轨道交通高清视频云监控系统方案如图3所示。

系统采用核心层和汇聚层两级组网方式。核心层仍设置在控制中心，而汇聚层则分为普通车站和汇聚车站。普通车站除不设视频存储设备、取消设置视频管理服务器、数据管理服务器等视频管理设备外，其他设备配置与前面叙述的一般车站级高清视频监控系统配置基本相同。汇聚车站则是将其中某两个特殊车站作汇聚节点，汇聚车站前端及终端配置除与普通车站系统设备配置相同外，设备室内还配置专门用于存储全线范围的视频图像文件的存储设备，特别将视频管理设备升级到汇聚车站中。汇聚车站一般选取两个，存储设备互为备份使用以增加系统可靠性。

全部车站采用汇聚交换机，前端高清网络摄像机通过光纤和全光口交换机直接接入汇聚交换机，视频图像在系统内传输及上传至控制中心时不再利用传输系统的传输通道，而是单独组建专用的IP承载网络（基于快速环网保护协议RRPP的环形网络），用过该IP承载网络，汇聚层设备直接接入中心核心层。系统内实时视频流可通过组播方式直接上传到轨道交通各线路指挥中心（OCC）和线网指挥中心（TCC），大大提高了中心级视频监控操作相应时间和多级调用操作能力。

在此系统架构中，TCC为最高级平台，至少能扩展到三级平台部署，满足轨道交通后续线网化后跨线运营的需求。核心层和汇聚层节点通过标准协议体系和上级平台TCC以完全数字对接，实现互联互通互控，上级TCC平台可共享、任意调阅下级平台监控点图像，支持多级多域的干线管理，可控制域间的视频数量，媒体流数量达到上限报警等。在此架构下，OCC将不会受限于当前仅可对8路视频图像进行相应解码处理后传送至TCC。通过标准的协议即可以实现异构平台之间的互联互通互控，解决了下级平台与上级平台之间信息的自动同步。当下级监控资源发生变化时，上级平台自动获取同步信息，实现了平级（不同线路之间）的图像资源跨区域共享。完成权限的统一划分后，避免了上下级同时操作（对设备、对云台等）时的冲突。

图3 轨道交通高清视频云监控系统图

2.3 方案特点及优势

1）本系统方案充分整合了IP承载网络、视频、存储、信令等领域的技术，采用开放的NGN架构。系统将信令控制与媒体流交换分离的先进理念引入高清视频监控系统。系统中的音视频流通过设置在车站的汇聚交换机以分布式的形式传输出去，而并不再像以前一样在车站的视频媒体服务器上集中处理，从而避免了由于传统视频媒体服务器处理的性能压力而造成的瓶颈问题，也实现了高清视频监控的大规模扩展，非常适合轨道交通线网化后高清视频监控系统大规模联网。

2）存储流和实时流相分离，满足目前城市轨道交通高清视频监控系统中看和存不同业务的需求，实时视频流通过组播方式直接上传至各线分中心和线网总中心，实时监控视频流一次性编码直接显示，即使多级级联也无图像衰减，且多个地方观看一路摄像头只占一路带宽。当地铁有突发事件发生时，多个部门可能都需要实时调看事件发生所在车站的视频图像，当对该突发事件的实时性要求较高时，该架构可避免通过传统流媒体服务器分发导致时延过大，同时占用带宽较多的问题。由于采用IP组播，所占的传输网络带宽仅为一路视频流带宽，即使有大量监控和显示终端在观看前方车站的实时视频，其实时性和操作的流畅性都不会受到任何影响，极大提高了突发事件的作战指挥效率。

3）系统架构中的云存储方案减少了普通车站的设备规模，设备室已不需设置视频存储设备和视频管理设备，仅设置一些交换机和电源分配设备。此方案节省了轨道交通通信设备的用房面积，设备用电也随之减少，更为绿色环保，符合现今建设绿色轨道交通的设计理念。

3 结论

随着轨道交通建设的迅速发展，许多城市已经将高清视频监控系统规模化和线网化，如何保证大规模下高清视频资源的高清晰和低延时性、图像切换快速灵活，满足轨道交通线网级监控需求和全网范围内海量视频图像的高质量、高可靠存储，是目前很多城市高清视频监控系统越来越需要考虑的问题。高清视频云监控系统设计方案为该问题的解决提供了新的方向和思路。

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With the rapid development of urban rail transit construction, the high-definition video monitoring system has been used widely in the line network. How to guarantee the defi nition and low delay of large-scale HD video resources and fast and fl exible switching of high-defi nition images is the issues need to be considered in HD video monitoring systems at present, in order to meet monitoring requirements of urban rail transit lines, as well as high quality and high reliability storage of video monitored images. The scheme is to provide a new method and direction for solving the issues.

urban rail transit; high-defi nition; cloud monitoring

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.017

2015-01-08)