城市轨道交通视频监控系统架构设计与应用 聂 红娟.pdf

Technology Application 44 技术 与 应用 2011 10 城市轨道交通视频监控系统 架构设计与应用 文 聂红娟 天津天地伟业数码科技有限公司 近年来 轨道交通安全防范系统建设迅速发展 其中由于视频监控系统具有实时性和直观性的特点 因此 成为轨道交通建设和运营中不可缺少的重要组成部分 视频监控系统为各级控制中心 综控值班室 公安等部门 提供有关列车运行 防灾 环控 旅客疏导以及反恐防爆等方面的视觉信息 能及时观察列车进出站 客流动态 及相关设备的运行情况 达到有效组织指挥维护日常治安 抢险 处理突发事件等目的 4545 Technology Application 技术 与 应用 2011 10 轨道交通中的视频监控系统从 覆盖范围上而言包括了三个部分 车 站站内监控 车内监控和轨道沿线监 控 车站站内和轨道沿线监控采用模 拟和数字结合的建设方式 对站内的 入口大厅 通道 售票口 站台 机 房等关键场合进行监控 前端设备主 要为固定摄像机 带云台彩色摄像机 和一体化球机 前端设备采集的模拟 视频经过视频分配以后分别进入矩阵 和数字编码设备 矩阵的模拟输出到 本站的调度室 值班室和警务室 数 字视频流在站内进行存储和转发 为 远程管理中心提供实时和历史图像资 料 车内监控由于受低频和超高频 的严重干扰 因此只能采用有线传输 方式 由于车内布线非常困难 只能 采用串行网络布线和工业以太网的方 式 同时也为了将视频传输到站内 采用了基于H 264压缩的数字视频传 输方式 通过带宽不高的车地传输系 统进行传输 目前 我国的轨道交通安全防 范系统与国外相比还有一定的差距 特别是在智能视频分析技术的应用上 差距明显 另外 在站内反恐防爆 人流检测 可疑行为追踪 遗留物检 测 轨道沿线安全 视频烟雾报警等 方面国内的轨道交通视频监控仍然处 于初级应用阶段 从这个角度而言 轨道交通视频监控系统还有巨大的发 展和升级空间 一 城市轨道交通视频监控 系统总体结构 城市轨道交通视频监控系统由车 站本地监控和远程监控两部分组成 车站本地监控系统主要包括视频分配 器 视频切换矩阵 控制设备 监视 器 视频编码设备 录像存储设备 摄像机及附属设备等 控制中心远程 监视系统主要包括视频切换矩阵 控 制设备 二次录像存储设备 监视器 等 如图1所示 1 车站本地视频监控系统 根据轨道交通运行特点 车站 监控区按上行站台 下行站台 站 厅3个区域进行设置 车站综合控制 室设置2台彩色监视器和1个控制键 盘 以供车站值班员对本站所有区域 进行监视和控制 左右线站台端部停 车标志位附近各设1台大屏幕彩色监 视器 用于列车司机观察乘客上车和 下车 合理地掌握开关门时间 保证 旅客乘车安全 每个岛式站站台设4 台固定焦距彩色摄像机 每个侧式站 台各设2台固定焦距彩色摄像机 站 台安装的摄像机各自监控本侧站台范 围 另外 同侧站台的2台摄像机接 入1台画面分割器 画面分割器输出 端接入视频切换矩阵 站厅层共设4 台带云台控制的可变焦自动光圈彩色 摄像机 车站综合控制室监视器采用 图1 摄像机1 监视器1 监视器 网管 系统 监视器 传输网络 监视器1 车站1车站N 监视器N监视器N 维修用 监视器 维修用 监视器 维修用 监视器 硬盘录像设备硬盘录像设备 视频切换矩阵 视频切换矩阵 控制中心 电视监控系统框图 工控机 硬盘录像回放 视频切换矩阵 视频传输编码设备 视频传输编码设备 视频传输编码设备 摄像机1摄像机N摄像机N 维修键盘 维修键盘 10M 100M回放通道 维修键盘 Technology Application 46 技术 与 应用 2011 10 选择监视 2 控制中心远端监控设备 列车调度员 环控 防灾 调度员 可以各设1台桌面彩色监视器及控制 键盘 并在适当位置设置大屏幕彩色 显示设备 控制中心视频切换矩阵容 量可采用32x32的模式 另设二次录 像存储设备1台用于存储关键报警视 频图像 并设视频管理维护终端1台 用于电视监视系统的维护管理 二 列车车内视频监控系统 列车视频监控系统车载部分从总 体上可以分为三部分 前端摄像和编 码 网络传输 终端显示和存储 总 体结构的模型示意图如图2所示 1 前端摄像和编码 每节车厢配置两台彩色固定式摄 像机 两台摄像机安装在车厢两端 具体的安装位置应该保证摄像机的视 角能完全覆盖整节车厢 包括贯通通 道 没有视频盲点 每台摄像机通 过视频同轴电缆与一台单路视频服务 器连接 单路视频服务器应包括编码 器 控制器 存储器等 编码器首先 对输入的模拟视频信号进行采样 量 化 将其转化为数字信号 然后按照 一定的视频压缩标准对数字视频信号 进行编码 2 网络传输 每节车厢配置一台以太网交换机 具有100Mbps RJ 45端口 车厢内 的两台单路视频服务器均通过以太网 线 双绞线 与交换机连接 相邻车厢 的交换机也通过以太网线连接 司机 室车厢的交换机与视频监控系统终端 主机连接 这样构成了列车视频监控 系统车载部分的以太网传输网络 考 虑到列车运行中带来的震动和冲击 交换机应采用工业等级的工业以太网 交换机 另外 考虑到城轨列车的特 殊供电方式 以及开关元器件的频繁 启停 造成了车内复杂恶劣的电磁环 境 以太网线应采用具有一定抗干扰 能力的屏蔽双绞线来降低干扰 三 基于WLAN的轨道交通 车地视频通讯系统 列车是一个不断移动的载体 如 何将车上的视频监控信息传输到地面 各个车站和控制中心是一个长期困扰 轨道交通安防设计的问题 目前 基 于WLAN的设计方案成为车地视频通 讯系统的研究热点 WLAN遵循802 11a b g协议 提供地面与列车的通信手段 其设备 包括在车辆段和沿轨道设置的无线接 入点 AP 设置在车站或运行控制中 心的漫游控制设备 以及车载无线单 元和天线 在车站的交换机和轨道旁 的无线接入点之间通过多模光缆连 接 考虑到无线接入点的位置可能需 要在勘测后有所调整 需预留一部分 光缆 光缆可安装在已有的隧道侧面 的光缆走线架上或沿轨道的光缆管道 中 采用基于WLAN的视频传输技术 是在目前技术水平下兼具先进性 实 用性和可扩展性的车载视频传输系 统 该网络利用WLAN接入技术可以 实现列车与地面之间的双向高速通 信 目前可提供最高约20 M bit s的 带宽 稳定带宽约16 M bit s 满足 在120 km h运行状态下的视频数据 传送需求 相当于将以太网延伸到列 车上 可以用与车站交换数据相类似 的方式向列车发送数字视频信号 以 图2 终端显示 存储部分 前端摄像 编码部分 网络传输部分 主机主机显示器 交换机 单路视频 服务器 单路视频 服务器 单路视频 服务器 单路视频 服务器 单路视频 服务器 单路视频 服务器 交换机 摄像机摄像机摄像机摄像机摄像机摄像机 交换机 显示器 终端显示 存储部分 4747 Technology Application 技术 与 应用 2011 10 及由列车向地面发送监控数字视频信 号 基于802 11 a b g的Wi Fi系 统抗多径干扰的能力主要表现如下 1 采用OFDM 正交频分复用 技 术通过串并变换以及循环前缀等方式 减少干扰 2 通过空间分集增加 抗干扰能力 在OFDM传输系统中可 采用多天线实现空间分集 利用时 间 频率和空间两种分集技术 使无 线系统对噪声 干扰 多径的容限大 大增加 四 轨道交通视频监控多级 联网管理系统 根据网络化运营对视频监控系统 的应用需求 新建的地铁视频监控系 统应发展成为包括车站级监控 线路 级监控 网络级监控以及市级监控等 多级网络 车站级监控 包括车站 车辆 车辆段等本地监控 目前主要应用在 车站监控 一般由摄像机 视频矩阵 切换设备 显示设备等组成 每路 图像信号采集后经视频处理输出两路 模拟视频信号 一路视频信号传送到 远程的线路控制中心 另一路视频信 号送入本站视频切换矩阵供车站行车 指挥人员和公安值班人员使用 线路级监控 每条线路的各车 站将图像信息通过光传输设备将图像 送到线路控制中心 给行车调度员 电力调度员 防灾调度员 调度主任 和公安调度值班员等提供图像显示及 控制 一般线路控制中心具备20路视 频信息的显示能力 控制中心对于每 路图像具备任意选择权和摄像机控制 权 网络级中心 将各线路的视频监 控系统信号传送到地铁网络监控中心 和公安监控中心 供网络级的指挥调 度人员使用 同时提供远程图像选路 和对图像的控制功能 由于目前各大 城市的地铁线路监控中心基本是采用 相对集中或分散设置的 因此 为了 建立网络化运行的监控中心还需要建 立城域网 市级监控 根据各市交通联动指 挥的要求 地铁的监控图像需要实时 传送给市级相关应急中心等部门 用 于紧急状况下的联合交通指挥与应急 抢险指挥 目前 车站内的视频监控均采 用了模拟方式 各车站至线路控制中 心一般是通过视频数字编解码将图像 转换为MPEG 2 MPEG 4 H 264 等格式 通过地铁的光数字传输系统 SDH ATM MSTP OTN等 进行传 送 在网络化运营方式下 线路中心 以上各级中心的传输一般采用专线或 城域IP承载网络 车站级图像需要传 送到各级监控中心 根据多媒体通信 技术的发展 应考虑采用组播方式进 行图像传输 以节约传输带宽和视频 源端的图像处理压力 视频监控系统在轨道交通中的 应用 为公安 应急 车务等不同部 门提供了视频服务 起到了保障轨道 交通的安全运行和社会治安稳定的作 用 虽然对轨道交通监控而言属于非 常规的视频监控 但是只要我们认真 分析客户的需求 顺应视频监控数字 化 网络化和智能化的发展趋势 必 定能进一步开拓更加丰富的视频监控 技术 为轨道交通安全服务 。