城市轨道交通综合监控系统与闭路电视系统集成互联研究

张志学 刘 佩 李先上 李 莹 解 凯

(南京南瑞继保电气有限公司，211102，南京//第一作者，高级工程师)

城市轨道交通综合监控系统(ISCS)通过系统化方法将各个分散的自动化系统集成为一个有机的综合自动化系统，通过搭建统一的监控层硬件平台和运行平台，实现城市轨道交通各个专业系统之间的信息互通、资源共享，提高各系统的协调配合能力，高效实现系统间的联动，提高城市轨道交通全线的整体自动化水平。综合自动化系统从技术层面上提供切实、可靠、高效的技术手段，增强对各种突发事件的应变能力，提高反应速度，增强灾害事故的抵御能力。从而提高城市轨道交通的运营管理水平，提高城市轨道交通服务质量和服务水平，更好地为广大乘客服务。

城市轨道交通ISCS需要集成或互联的具有代表性的子系统包括电力监控(PSCADA)系统、环境和机电设备监控(BAS)系统、火灾报警系统(FAS)、列车自动监控(ATS)系统、门禁系统(ACS)、自动售检票(AFC)系统、广播(PA)系统、乘客信息系统(PIS)、屏蔽门(PSD)系统、闭路电视(CCTV)系统、时钟(CLK)系统等。各个专业的设备多种多样，通过ISCS可对这些系统设备进行统一、高效的管理和监控。

CCTV系统作为互联系统之一，可以为城市轨道交通维护管理的各级运营和调度人员提供必要的可视化信息，便于运营、管理人员对现场情况的确认，提高对问题的响应和处理能力。

1 CCTV系统

1.1 系统概述

CCTV系统是城市轨道交通运行、管理、调度的配套设备，是ISCS中相对独立的一个互联子系统，担负着城市轨道交通运营中的安防重任，同时为事故追查提供视频资料。CCTV系统能够为城市轨道交通中各级运行、管理人员提供现场真实、实时、直观的可视化监视信息，是城市轨道交通运营管理的有效手段。作为车站值班人员和控制中心各级调度员监视列车运行和站台情况、掌握客流大小和流向的重要工具，CCTV系统对高效组织、指挥列车运营，对于保障运营安全和加强车站管理，提高城市轨道交通运营能力具有重要意义。

CCTV系统一般会在各个车站的站台、站厅、换乘通道、出入口、设备机房、隧道、列车车厢等处设置摄像头，视频服务器对这些摄像头的视频进行存储，方便事后查询。车站的运营人员或者控制中心的调度人员根据权限可以完成对这些摄像头实时监视、PTZ(云台全方位移动及镜头变倍、变焦)控制等操作。一般车站值班人员只能访问本车站的视频信息，而控制中心调度人员可以访问所有车站的摄像头信息。

CCTV系统经过了模拟、数字标清、数字高清3个发展阶段[1]，CCTV系统的网络化、高清化是发展的必然趋势。为了提高城市轨道交通系统的整体自动化水平和运营人员对事故、突发事件的反应速度和处理效率，本文分析了CCTV系统与ISCS进行互联集成的功能需求，在此基础上，根据工程实践经验，对ISCS和CCTV系统的集成模式和网络接口进行了对比分析及探讨研究。

1.2 监视范围及功能

车站视频图像的监视范围包括站厅层、站台层、出入口、自动扶梯、变电所变压器室及10 kV开关柜室等，在这些处所设置固定摄像机或者一体化球形摄像机。覆盖范围还应该包括AFC售票机、闸机、票亭、安检处、垂直电梯轿厢等。在车辆段、停车场，视频图像监视范围为出入场线、平交道口、有人和无人分界区、轨行区、停车列检库内、综合楼出入口以及其他重要区域等。

CCTV系统还需要在各个区间设置区间摄像机，区间摄像机在轨道专用桥监视轨行区、桥墩以及容易发生人员翻越、跨越区域。在非轨道专用桥应监控轨行区以及容易发生人员翻越、跨越区域。在隧道口，按照2个固定摄像机设置，监控隧道口出入2个方向。

CCTV系统采用中心远程监控和车站本地监控两级监视网络[2]，各个车站视频信息，除了用于本地监视外，可通过视频交换机后送到车站的视频网络传输设备，并通过视频传输网络系统传送至控制中心。在控制中心，各级调度员可根据各自授权需要访问全线实时视频图像信息或者历史图像信息。

2 综合监控集成要求

目前正在建设的城市轨道交通工程都要求CCTV系统通过与ISCS互联进行界面整合。在控制中心总调、行调、环调和车站值班等综合监控工作站能够对CCTV系统所管辖的区域进行视频图像监视。

2.1 集成功能

ISCS集成CCTV系统需要实现以下功能：

(1) 对CCTV系统的设备工作状态、故障状态，以及通信链路状态和相关报警进行监视。可以绘制CCTV系统各个监控点的平面布局图，这些布局图能够清晰地反映当前CCTV系统各个设备的工作状态。

(2) NMS(网络管理系统)管理。CCTV系统的各个设备要接受NMS的管理和监视。

(3) 视频图像查看。为了简化车站值班人员或者控制中心各级调度人员操作，一般要求在ISCS工作站能够直接对授权的摄像头进行视频监视。

(4) 视频控制。提供对全线可控摄像头的控制，包括水平移动、垂直移动、画面缩放控制，以及对焦距、光圈、预置位控制等。

以粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化铝后尾渣—白泥为原料，通过碱液浸取—水热合成工序制备13X分子筛。研究了导向剂用量、老化温度、铝源对13X分子筛的合成的影响，当导向剂用量为原液体积的3%、老化温度为60 ℃、铝源为偏铝酸钠时，合成的13X分子筛具有较好的热稳定性，该分子筛对Pb2+的饱和吸附量达到35.82 mg/g。因此，利用白泥为原料成功制备分子筛，显著降低了分子筛的生产成本，推动了13X分子筛的生产与工业化应用，在污水处理方面有较好的应用前景。

(5) 画面分割功能。在综合监控的工作站上能够通过画面分割的方式同时对多个CCTV系统监视点进行监控。

(6) 自动轮巡功能。能够对多组预定义的摄像头分组进行轮流循环监视，减少工作人员的操作次数，提高巡检监视的便利性。轮巡功能可分为自由选择模式和预定模式两种。在自由模式中，ISCS按照程序设定的时间和选定的摄像机，把这些特定的选择信息发送指令给CCTV系统。预定模式是ISCS向CCTV系统发送CCTV系统预先设定好的模式号，CCTV系统根据模式号执行特定的轮巡模式。

(7) 控制CCTV系统的内容切换。在车站值班ISCS工作站上，在ISCS画面上选择模拟CCTV系统的画面分割窗口，把选择的视频源发送给CCTV系统，控制CCTV系统当前监视器上视频源的切换。这样既可以充分利用原有CCTV系统监视器，又可以保证原有CCTV系统的完整性不受影响。

(8) 控制OPS(大屏幕系统)切换。在控制中心，行车调度人员可以选择并配置OPS上的CCTV系统显示区域，并通过ISCS工作站的监视器指定某个视频源，将来自该视频源的视频显示到大屏幕上。

(9) 轮巡组态编辑功能。在控制中心或者车站的ISCS画面上，可以对CCTV系统轮巡时序序列继续定义、编辑，包括添加、编辑、删除等操作，也可以对轮巡间隔进行定义。

(10) 电子地图功能。方便摄像机及其显示地点的选择，便于快捷选择监视目标。

2.2 联动功能

(1) 在综合监控工作站，通过配置可以使某摄像机(具有智能视频技术监视功能)与1个或1组事件进行关联，当该事件出现时，自动选择该摄像机。例如，某自动扶梯运行停止，ISCS通知CCTV系统，并将视频信号切换到该扶梯处的摄像机，且在ISCS操作员工作站显示。

2.3 集成模式

根据是否在综合监控工作站接收CCTV系统视频流并解码显示视频图像，ISCS与CCTV系统的集成方案可以采用以下3种模式[3-4]。

(1) 控制式。ISCS工作站只从CCTV系统获取设备配置组态信息，但是不接收CCTV系统的视频流。ISCS工作站向CCTV系统工作站发送控制命令，控制CCTV系统工作站显示器上显示的视频通道信息。CCTV系统工作站上的应用服务程序接收到ISCS发送过来的视频通道切换指令后，根据在该指令中包含的显示窗口信息在指定窗口上显示指定视频通道图像内容。根据系统集成联动需要，ISCS也可以向CCTV系统发送推视频指令、轮巡监视等控制指令。这种方式的优点在于，可以充分利用CCTV系统的监视器，避免占用ISCS工作站的显示资源、CPU资源，同时也降低了ISCS进行界面集成的难度。

(2) 嵌入式。ISCS工作站接收CCTV系统发送过来的视频流，并根据需要进行解码显示网络视频信号。ISCS系统集成商根据CCTV系统厂家提供的开发包进行界面集成。这种方式的优点在于，提高了ISCS的集成自动化水平，操作员可以根据需要在ISCS工作站上完成所有的视频监视功能。在发生联动时，可以直接在ISCS工作站本机推视频窗口。

(3) 混合式。综合了控制式和嵌入式的功能，既能够向CCTV系统发送控制指令，也可以根据需要向CCTV系统发送视频流请求，接收这些视频流并解码显示视频图像信息。这种方式的优点在于，提高ISCS集成自动化水平的同时，可以根据需要调整，以充分利用CCTV系统和ISCS的显示资源。

ISCS与CCTV系统互联集成模式对比分析见表1。

表1 ISCS与CCTV系统互联集成模式对比分析

3 互联接口分析

目前新建和在建的城市轨道交通CCTV系统均采用IP数字高清系统，ISCS与CCTV系统直接单纯的串口通信已经不能够满足业务增长的需要[5]。根据ISCS与CCTV系统之间的信息交互需求，2个系统网络的互联接口可采用交换机接入和ISCS工作站接入2种方式。

根据集成互联功能要求，ISCS与CCTV系统互联接口功能如表2所示。

表2 ISCS与CCTV系统集成互联接口功能

3.1 交换机接入方式

在车站或者控制中心，ISCS交换机直接接入CCTV系统交换机，如图1所示。

图1 ISCS交换机接入CCTV系统

在交换机接入方式中，CCTV系统视频流数据会进入ISCS数据网络，在ISCS网络带宽受限或者ISCS数据量大的情况下，有可能造成ISCS运行出错。与此同时，也有可能对CCTV系统视频流数据获取不够流畅，导致视频画面出现丢帧、画面不连续的情况发生。而且，一旦发生问题，由于两个网络相互影响，对问题的定位和处理也不容易。

这种接入方式的优势在于，ISCS工作站不需要增加额外的网络接口，网络结构比较简单；所有的ISCS工作站都能够对等地与CCTV系统进行数据交互。

3.2 ISCS工作站接入方式

图2为ISCS工作站接口接入CCTV系统示意图。

图2 ISCS工作站接口接入CCTV系统

在ISCS工作站接入方式中，需要对ISCS工作站增加并配置独立的网卡并接入CCTV系统网络交换机。对于那些没有单独配置网卡并接入CCTV系统网络的工作站，是不能够完成综合监控画面上CCTV系统应用功能的。

这种接入方式的显著优点在于，保持了ISCS和CCTV系统网络结构相对独立，CCTV系统大量的视频数据流不会进入ISCS网络交换机。因此，ISCS和CCTV系统的网络数据不会相互影响，不会增加网络负担，为网络带宽提供了更大的裕度。

这种接入方式是目前城市轨道交通ISCS和CCTV系统进行互联所采用的比较多的网络接口方式。

3.3 接口互联协议

在车站端，ISCS与CCTV系统的网络接口分界示意图如图3所示。

4 结语

随着信息技术、网络技术、视频编解码技术的不断发展，ISCS与CCTV系统之间进行互联集成的自动化水平也在不断提升。本文根据工程实践经验，总结了城市轨道交通ISCS与CCTV系统进行集成的功能需求，并对多种集成方案进行了对比分析。此外，本文还对两个系统之间的网络接口进行了分析比较，给出了符合工程实施的建议。

注：IBP——综合后备盘

图3 ISCS与CCTV在车站接口分界示意图