城市轨道交通联网视频监控系统规划研究*

王 健 尹 嵘 张 宁

(1.南京地铁建设有限责任公司，210024，南京;2.北京全路通信信号研究设计院有限公司，100073，北京;3.东南大学智能运输系统研究中心，210018，南京//第一作者，教授级高级工程师)

视频监控系统是城市轨道交通工程通信系统中的主要子系统，能够为控制中心的调度员、各车站值班员、司机提供列车运行、防灾救灾、旅客疏导以及社会治安等方面的有关视觉信息，还能为轨道交通的其他系统(如电力监控系统、机电设备监控系统、自动售检票系统等)提供设备管理监视信息。

随着对地铁运营安全的重视，目前地铁视频监控系统的重要性日益提升，运营需求越来越多，建设标准越来越高。而国内外视频监控产品众多、视频标准不统一、协议互联互通性差，对于存在多家建设主体的南京地铁，这些均是制约其实现联网视频监控的重要因素。若不统一建设标准，日后视频监控全网调看时会在设备改造、软件开发和接入实施等方面存在很大难度，甚至需要整体替换原有各线视频监控平台。

面对南京大规模、快节奏的地铁建设，适时开展相关规划研究工作有利于统一线网视频监控系统的建设标准和组网方案，有利于南京地铁上层网视频信息平台的有效建设。

1 联网视频监控系统的功能需求分析

1.1 线路层需求

(1)监视范围:各车站值班员监视本站站台、站厅、自动扶梯、垂直电梯、出入口、自动售票机、自动检票闸机、电力供电专业的变电站开关设备;列车司机监视站台和旅客上下车情况。中心调度员可在显示终端或大屏幕上通过软件或硬件任意调看全线各车站、各列车任意摄像机的实时图像。

(2)录像:各车站/车辆段/停车场对本地所有摄像机摄取的视频信号进行实时不间断录像，保存时间≥7 d;控制中心调度员可根据时间、地点等信息对全线各车站任何一路图像信号进行检索及查询，并进行本地录像，录像资料应便于日后检索及查询。

(3)摄像范围控制:各车站/车辆段/停车场值班员能够在本地控制镜头焦距和云台摄像机，并可设定优先级;控制中心各调度员能够远程控制各车站/车辆段/停车场云台摄像机，并可设定优先级。预留公安视频监控及其它共享视频信息的优先级设置，并保证优先级随时可调，且对不同的云台可设置不同的优先级。优先级顺序暂定为:中心防灾值班员、车站防灾值班员、中心行车值班员、中心电力调度员、车站行车值班员。

(4)字符叠加:系统应能将摄像机的号码及位置、云台当前控制使用者ID、摄像日期和时间等信息进行叠加，以便在监视器上显示，且能随时调整改动。

(5)图像分析:关键部位摄像机应具有异常图像分析功能，一旦发生异常情况，系统能自动切断正常显示在屏幕上的图像，直接弹出异常画面并伴随声光报警，包括(但不限于)非法闯入报警、可疑物品遗留报警、人员长期滞留报警、人员拥挤自动报警、自动客流统计等功能。

(6)系统联动:应能与FAS(防灾报警系统)联动，发生火灾报警时，系统应直接弹出异常位置画面并伴随声光报警。

(7)远程电源控制:控制中心各调度员在需要的情况下，应能控制各车站摄像机、监视器的电源，列车停运后关闭，开始运营前开启，以延长设备的使用时间。

(8)系统网络管理:能对视频监控系统进行综合监视与管理，必要时对系统数据及配置作及时的修改。

(9)图像分辨率需求:对于实时图像，图像分辨率要求至少为D1(720 dpi ×480 dpi)，对于录像图像，分辨率要求至少为CIF(352 dpi×288 dpi)。

(10)图像实时性需求:对于单线工程内图像，端到端(图像采集编码经数字传输后解码还原)延时≤500 ms。

1.2 线网层需求

线网层视频监控系统主要由TCC(轨道交通指挥中心)负责建设，因此线网层运营需求取决于TCC 系统的建设需求。根据TCC 规划，TCC 建设时将统一建设上层网视频监控平台，通过上层传输网提供的1 000 Mbit/s 以太网通道，与各线视频监控系统互联互通。具体需求如下:

(1)上层网视频监控平台需要从各线获取实时视频图像，因此要求各线实时图像的编解码技术和视频传输封装协议必须通用、开放、可修改，能让上层网视频监控平台实时解码各线图像。

(2)上层网视频监控平台应能选择各线的任意图像以及对云台摄像机的PTZ(Pan/Tilt/Zoom)控制操作，因此要求各线视频监控系统的控制协议必须通用、开放、可修改。

(3)上层网视频监控平台应能从各线录像系统中实时调用所需录像数据，因此要求各线视频录像系统的存储协议和调用协议必须通用、开放、可修改。

2 技术选型分析

目前，我国城市轨道交通视频监控系统的制式主要为“本地模拟+数字传输”，全模拟制式已逐渐退出行业，随着全数字制式的成熟和产品性价比的提高，全数字制式已逐渐得到推广。其中，实时视频和录像存储的编、解码方式一般采用MJPEG、MPEG-2、MPEG-4 或 H.264，承载带宽综合考虑编解码算法差异、图像清晰度要求、传输及视频系统设备能力等诸多因素，一般设定为2～16 Mbit/s 不等;视频录像存储一般采用DVR(数字硬盘录像机)存储、NVR(网络视频录像机)存储、数据块直存、服务器流媒体转存等几种方式;视频监视系统数字传输承载网络多采用OTN(光传送网)、MSTP(基于SDH 的多业务传送平台)、RPR(弹性分组环)等设备产品，模拟视频传输方式一般采用多路模拟光端机。通过全面详细的分析比较，笔者认为:

(1)H.264 视频编解码技术作为目前视频监控行业的主流技术，在编码算法、图像还原性、带宽占用、兼容性上都很有优势。

(2)随着高清图像技术优势日益凸显，以及产品应用的日益扩展和产品价格竞争的日益充分，高清图像技术的应用案例已逐步增加。推荐南京地铁新建工程视频监控系统考虑高清图像技术。

(3)随着视频技术和IP 技术的不断融合，应用案例已很普遍，利用IP 技术［1］的优势可提高视频技术的互联互通性。

(4)随着视频监控需求的不断提高及智能视频分析技术的日益发展，建议在应用环境成熟时，在视频监控系统中适时增加智能视频分析技术，提高视频监控系统的功效。

(5)南京地铁将进行TCC 建设，上层网视频监控平台随之建设，选择通用性好、兼容性强、扩展性好的平台是上层网视频监控系统成败的关键。

3 规划方案

3.1 总体规划方案

根据南京地铁的总体线网规划，视频监控系统应从全网角度统一考虑。笔者建议各线路视频监控系统和TCC 上层网视频监控系统均按如下统一标准进行建设。

(1)可见光通信技术(VLC)视频统一平台。基于国际通用的视频平台［2］对视频主设备进行兼容性开发。推荐南京地铁TCC 上层网视频监控平台和各新建线路视频监控系统均采用统一的VLC 视频解码平台，系统内的主要视频设备的主要编解码协议、控制协议等均应遵循VLC 平台，去除各设备厂商的私有协议，实现上层网视频监控平台与各线路视频监控平台的互联互控。

(2)H.264 高清视频技术。H.264 能够在较低带宽上提供高质量的图像传输，该优点非常适合用户量大、接入网/骨干网带宽相对有限的状况。在同等的画质下，H.264 比上一代编码标准MPEG-2 平均节约64%的传输码流，而比MPEG4 ASP 平均节约39%的传输码流。推荐南京地铁新建工程实时图像和录像存储均采用H.264 视频编解码技术。

(3)全数字组网方案。推荐南京地铁新建工程视频监控系统采用全数字视频组网方案。利用上层传输网络提供的IP 通道，通过标准协议的开放，TCC 可调用各条线路中的任意实时视频图像。对云台摄像机进行PTZ 控制，可调用任意视频录像，同时还可对实时浏览的各路图像进行保存和回放。全数字高清视频组网方案如图1所示。

图1 全数字高清视频组网方案

高清IPC(网络监控摄像头)实现前端高清视频传感/编码/网络传输，摄像机可同时输出数字视频信号和模拟视频信号［3］。其中，数字视频信号可满足专网视频上传、本地调看及存储的要求;模拟视频接口可连接至公安视频系统，满足公安视频监控采用模拟视频解决方案的需要。

各线路按照统一技术要求，完成本线路视频监控系统的建设及与TCC 视频监控平台的接口建设。TCC 上层网视频监控平台的建设在TCC 的建设中完成。各线(含既有线)需经过各方充分论证后，适时增加智能视频分析功能。基于上述总体规划，应重点考虑目前已建设好的线路对视频监控平台的接入及相应改造方案;对于新建设线路，在设计阶段应充分考虑上层网的接入方法，对各线路进行统一规划。

3.2 技术标准要求

(1)统一配置要求。南京地铁各线路视频监控系统的用户控制接口(即人机界面)应友好、灵活、易用，能接受用户指令并反馈系统消息，能满足用户的使用习惯;应对控制键盘、终端控制、显示界面统一制定配置要求。

(2)基础的网管功能。网管必须包括:对上层网节点控制终端数量的设置;用户密码和控制优先级的设置;对操作系统的备份;对系统操作的记录(工作日志);对上层网节点控制功能的设置和诊断;对系统故障的监视及告警等。系统网络(含上层网和各线网)中任意节点的视频设备发生故障时，只有与该节点相关的功能丧失，而不得影响其它节点设备的正常运行。当上层网节点视频监控发生故障时，不得影响下层各线视频监控系统的正常运行;同样，下层某线视频监控系统发生故障时，也不得影响其它线及上层网的视频监控的正常运行。

(3)组播地址统一分配。单线路新线建设中，采用交换机三层组播方式进行视频流组播。各条线向TCC 上层网传输组播视频流。各条线内使用的组播地址与向上层网传送视频的组播地址应进行统一分配。

(4)统一视频控制协议。单线路的控制中心视频服务器必须响应并遵守TCC 上层网的统一控制协议。协议应包含用户登录与退出、心跳、视频请求、视频停止、球机PTZ 控制、球机占用情况、数据更新等内容。

(5)系统逻辑的动态配置。随着业务的发展和新线路的加入，系统逻辑(含管理逻辑和业务逻辑)会随之发生变化，系统应实现所有逻辑的动态配置和统一管理。

(6)用户权限的统一管理。应采取主从机(TCC/OCC(运营控制中心))多点热备份的方式实现用户身份验证和权限管理。TCC 用户管理服务器节点和OCC 用户管理服务器节点之间实现用户数据的实时备份。根据登录用户权限的不同，系统可动态配置当前管理节点和业务节点的逻辑。

(7)软件体系平台化。南京地铁整个视频监控系统应实现平台化，即各条线的应用系统通过平台来实现接口的标准化和应用模块的重用。各线视频监控系统集成商必须按平台结构要求进行线路视频监控平台的搭建:采用统一的管理平台(TCC/各线路OCC/分站三级管理)实现组播地址分配、网络管理、视频控制等管理功能;采用统一业务平台实现实时监控、录像查询、报警联动等业务功能。

4 建设中需注意的问题

本系统规划、建设、实施将按南京地铁视频监控系统的统一技术标准，由各线路严格分期分步实施。由于南京地铁目前存在多个建设公司，对于视频监控系统的建设实施，应着重考虑以下三个方面:

(1)全网视频协议兼容。主要是视频图像调用控制编码协议和视频图像编解码协议。由于这些协议的兼容或开放可能涉及产品供货商的技术保护和壁垒，因此需在建设过程中按照本规划提出的统一技术标准，向系统总包商及产品供货商提出明确的用户需求。

(2)与公安视频监控系统的接口统一。南京地铁单线路专网视频监控系统方案的最终确定离不开与公安视频监控系统的接口确定，公安视频监控系统在各线与地铁专网视频监控系统共享资源的方式直接影响地铁专网视频监控系统的组网方案，因此，建议南京地铁全网与公安视频监控系统的接口内容要统一。

(3)视频监控系统最新技术的跟踪。目前，国内各行业视频监控需求强烈，视频监控行业产值逐年攀升，研发投入也逐年递增，因此视频监控系统技术发展日新月异。建议紧跟视频监控系统最新技术的发展，以便在新技术应用时机成熟、对既有建设投资基本不浪费且系统技术方案兼容的前提下，提出更好的、更适合南京地铁上层视频网的解决方案。

5 结语

联网视频监控系统对城市轨道交通的运营安全起着至关重要的作用。目前视频监控技术发展很快，如何在单线建设模式下逐步形成联网监控平台，满足全线网视频监控要求，已成为南京地铁建设的一个关注重点。本文从南京地铁工程建设实际出发，讨论了联网视频监控的功能需求，对关键技术进行了对比分析，提出南京地铁联网视频监控系统的总体规划方案，供南京地铁建设参考。

［1］刘燕平.地铁高清视频监控系统网络规划设计［J］.中国公共安全，2013(5):202.

［2］陈明华，李苏雯，马强.城市轨道交通视频监控系统整合方案的设计与应用［J］.铁路计算机应用，2012，21(4):61.

［3］鲍淑红.城市轨道交通视频监控系统组网模式应用［J］.机电工程技术，2013，42(6):179.

［4］葛瑞钧.地铁视频监控系统需求分析［J］.中国铁路，2012(6):95.

［5］卡哈尔江.地铁安防系统集成方案研究［J］.城市轨道交通研究，2013(4):77.