地铁视频监控系统的建设

在政府扩大内需新政策环境下，我国城市轨道交通将进入一个快速增长期。未来7年内我国将有15个城市、超过1500公里的地铁投入运营，总投资规模约6000亿元。地铁是一个建于地下的密闭通道网络，疏散和通风系统相对较薄弱，很容易由于不慎发生灾难，更有可能给恐怖分子所利用，所以轨道交通的安全运营是政府各个部门都必须高度关注的重要问题。城市轨道交通安防系统包含视频监控（含音频监听）系统、智能图像应用系统、入侵报警（含紧急报警）系统、出入口控制系统、放射性物质检测与防护系统、武器及爆炸危险品探测与现场防护系统、化学毒气探测系统等六个功能子系统，其中无论从重要性还是从所需的资金费用来说视频监控系统都占主导地位。根据目前现有地铁安防系统投资比例来算，用于视频图像建设的资金大约会在200-400万/站，约占地铁安防建设总耗费的70%～80%。

一、视频监控系统组成

　　轨道交通视频图像系统分为二部分：一部分是为运营服务的闭路电视监视系统，另一部分为公安服务的公安视频监控系统。

1、闭路电视监视系统

　　闭路电视监视系统是城市轨道交通维护和保证运输安全的重要手段。它能够为控制中心的调度员、各车站值班员、列车司机等提供有关列车运行、防灾救灾、旅客疏导以及社会治安等方面的视觉信息，由控制中心监视和车站现场监视两大部分构成。采用中心远程监控和车站本地监控方式，组成完整的两级监视网络。用户可在任何一个站点根据授权访问实时图像和历史图像。各车站视频信号，除本站监视外，可通过视频数字编码器编码后送至车站的以太网交换机及传输设备，控制中心接收并进行相应解码处理后，送入控制中心视频显示设备。

　　车站的图像摄取范围为每站的站台、站厅、自动扶梯、无人值守机房、变电所变压器室及10KV开关柜室等处，还应覆盖AFC的售票机和闸机、出入口、垂直电梯口及轿厢等；车辆段/停车场的图像摄取范围为信号楼的重要楼层（临时控制中心调度室、段/场控制室）、出入口、岔道口、停车列检库内、联合检修库内、轨道车库内、试车线及重要公共区域等。

2、公安图像监控系统

　　公安视频监控系统是针对公安业务需要而建设的，是“民警的眼睛”，因而其监控区域应尽量不留死角，要做到将整个地铁车站纳入民警的视线范围，系统由本地监视、异地监视（公交总队监视全线、派出所监视辖区）两部分构成，组成一个统一的闭路电视监视网络。全网由图像摄取、图像显示及录制、本地控制、异地控制、视频信号传输等部分组成。

　　车站的图像摄取范围为除了共享所有运营前端摄像机以外同时根据公安部门的监视需要，在地铁进出站口、通道及通道拐弯处、厕所通道、站外广场等位置增设摄像机以达到公安部门对视频覆盖的要求。在车辆段/停车场的周界位置增设摄像机，另外对于在地面线路及地下线与地上线交界处的线路高度在5米以下的区域，加装以智能视频分析为核心、以周界防护及声光报警为补充的完善的自动监控报警系统。在距地面5米以上线路区域，设常规视频监控系统。

二、轨道交通视频图像系统的应用现状分析

1、视频监控产品应用分析

　　（一）设备需求分析及设备选型

　　在轨道交通视频图像系统众多设备中，以前端摄像机、储存设备和编解码设备占的比重最大，大约占整系统投资的70%，其中摄像机占10%，储存设备占25%，视频编解码占35%。

1）摄像机

　　其中前端摄像机地下站以单彩色540线为主，地面和高架站以彩色黑白转换540线为主，半球摄像机受安装位置的影响，一般使用防暴型。快球要求采用防护等级到达IP66的设备。摄像机都要求支持宽动态，高清晰度，尤其是在地面站和高架站光线变化较大的地方。

　　在前端摄像机方面就目前情况每个车站，（标准站/换乘站）一般设置64～128台摄像机，其中快球摄像机10～20台，固定枪型摄像机和防暴半球摄像机各30～50台，采用分布式架构，车站设置视频矩阵、网络录像储存设备、视频编码设备等。

2）储存设备

　　储存设备（简称NVR）要求至少提供2个千兆网络接口，提供的存储容量、IO性能应能满足本站全部视频存储15天（按24个小时/天，图像分辨率为D1，码流不低于2M）及支持10个客户端同时访问的能力。并提供电源冗余保护，支持RAID0、RAID1、RAID5的盘阵组合，可提供至少一块磁盘损害不影响视频的正常存储及不丢失盘阵中的已存储图像的能力，支持在线的对损坏磁盘的更换，支持通过增加硬盘数量、硬盘容量来扩展存储空间的能力，在必要情况下，可提供通过编程自动实现减帧操作的方式节约有限的磁盘空间、延长图像的存储时间。

3）视频编解码设备

　　视频编解码设备以两种格式，MPEG-2和MPEG-4格式一体机为主。传输和录像采用不同格式，缓解了机柜内设备配线多，设备多的麻烦。

　　视频编解码设备要求视频同时编制MPEG-2和MPEG-4格式，MPEG-2的格式用于实时视频传输，MPEG-4的格式用于录像，还要支持音频输入；系统延时：图像的一次编解码延时≤300ms；从任意用户发出指令到图像按照要求移动的整体时延≤500ms；自控制动作发生到新图像出现整体时延≤1s；录像数据可添加指纹信息（WATERMARKING）防止录像数据被非法篡改，录像查询工具能够检查录像数据的安全信息，如果发现文件被篡改能够向用户发出提示信息。

　　（二）产品主要以国际品牌为主

　　在轨道交通的视频图像系统中使用的都是中高端的国际知名品牌设备，以北京为例，前端固定枪型摄像机和防暴半球摄像机基本以SONY品牌为主，快球摄像机和视频矩阵基本以PELCO为主，网络录像储存设备以HP的为主，视频编码设备以进口品牌为主，其中在五号线公安图像监控系统、八通线公安图像监控系统、机场线运营闭路电视监视系统、机场线公安图像监控系统中使用的是以色列NICE编码器。这样的设备配置是与轨道交通的特点密不可分的，轨道交通视频图像系统建设周期长（一般从招投标到竣工需要2～3年）、建设初期现场环境恶劣（无正式电源、电压不够、灰尘大、潮湿等）、正式运营后设备不允许断电，检修需要在停运后（1：00～4：00）由于这样的工程特点就要求设备必须有极高的可靠性，通过使用高端品牌和高端成熟设备或有轨道交通开通案例的设备无疑是最好的选择。而国产设备产品质量参差不齐，技术指标虚高是导致在轨道交通中应用少的直接原因。

2、新技术应用情况

1）视频分析技术在轨道交通的应用

　　地铁运营于相对狭小封闭的地下空间内，人员密集，属于易受攻击与破坏的敏感区域，因此有效保卫地铁的安全是公安图像监控系统的重要任务。随着站台摄像机的不断增加，如果仅凭值班员的主动监视去发现问题，则很不现实。视频分析系统将操作员从以前的盲目监视转化为现在的自动侦测、主动报警，从而大幅度的提高了安全防范能力。

　　目前北京所有在建线和已建线的公安视频监控工程中，每个车站均配备了四路视频分析系统。主要进行了以下应用：在站台或站厅设置可疑物品分析，可以向民警及时发出可疑物品的报警；在工作区域设置入侵的视频分析，对乘客非法闯入工作区范围进行报警，该方式还可以与门禁系统进行联动，对防尾随入侵进行报警；在通道设置安全性的视频分析，主要是在厕所通道和出入口通道以及换乘通道，最近在地铁的厕所通道经常发生胁迫等暴力行为，视频分析系统可以在该类地区设置如下比较规则：对有人长时间在通道逗留进行报警，对有人在通道剧烈活动进行报警；对设定区域内人流过多视频分析应用，可以设置自动探测高人流量/排队人龙及报警或在设定的区域内人流过多自动报警，可以提早对潜在危险地区报警，更有效调配安保人员。

　　目前，地铁新建线路中均已考虑视频分析系统，同时既有线也在陆续增加视频分析。随着系统的日趋完善，价格的下降，每站的视频分析路数将会由原有的每站4路增加为多路，甚至每路。

2）双编解码技术的应用

　　在以往其他领域的视频图像监控系统中都是采用单一的编码方式，如MJPEG或MPEG-2进行图像传输，另外再单独设置硬盘录像机（DVR）进行图像存储，这种方式存在以下缺陷：硬盘录像机的录像调用极不方便，不能支持多用户或多网络的调用；硬盘录像机的图像清晰度没有编码器高；硬盘录像机没有编码器的可靠性高；硬盘录像机的储存容量有限不易扩容；编码器和硬盘录像机是两套独立系统，不利于系统的整体维护。

　　基于上述原因，在轨道交通视频图像系统中，使用了双编码技术的编码器，在以往的视频编解码设备中，只能编制MPEG-2或MPEG-4的一种格式，但码流可以调整。 MPEG-2：清晰度好但数据量较大，不便于储存和在带宽较小的网络中传输；MPEG-4：数据量较小但图像清晰度较差，不利于大屏幕显示。采用双编码技术的编码器，可以同时编制二种码流，一种是MPEG-2码流，用于视频传输和显示；另一种是MPEG-4码流，用于视频储存，二种码流的图像分辨率均可设置为D1。以往工程中需要安装2套编解码器，才能解决传输和存储的问题，现在使用一台编码器就可以完成。地铁的传输骨干带宽都在2.5G或10G，网络带宽足够MPEG-2视频码流的传输，所以该设备最适合地铁图像监控方式。

3）网管系统的应用

　　首先安防系统是一个包括众多子系统组成的完整系统，不同系统、不同专业需要实现各种通讯及联动，视频图像系统并不是一个完全孤立的系统。所以需要一套网管来对系统进行管理，网管系统是非常复杂的，涉及众多设备、众多不同专业，例如需要配合专网集中告警平台、时钟系统，管理运营专网的视频图像系统全部设备。系统详细功能如下：

　　◆故障管理功能

　　负责对全网络系统内的设备实现故障告警等综合管理。识别系统故障，能对系统设备发生的故障进行定位。能报告所有告警信号及其记录的细节，具有告警过滤和遮蔽功能。

　　◆电源管理功能

　　定时电源开关机和电源的远程控制。

　　◆时钟同步信号输入

　　在控制中心将标准时钟信号接入网络管理服务器，网络管理服务器将随时接收标准时钟的校准；通过网管通讯，将标准时钟信号送入车站各个相应的设备，从而实现了全线的统一开关机的时钟效准，以及摄像机叠加标准时间和录像记录时间准确的要求。

　　◆综合告警系统的输出

　　当本系统发生故障告警后，本系统的网络管理服务器通过以太网使用与传输网管平台建立的协议将故障信息发送给综合告警系统；故障解除后将解除信息发送给综合告警系统。

　　◆设备的配置功能

　　强大的设备配置管理功能，可使用户利用图形化的界面、各种菜单，直观方便的对系统进行快速简单的设置，直观的以按钮、图像标识、地形图等表现形式，使操作和控制过程简化。将摄像机、矩阵、四画面、控制键盘、控制终端、编解码器、视频存储服务器统一到网络管理服务器来进行管理，可以对单个设备进行参数设置、视频连接设置、远程重启设备等等，这些工作都可以在这里完成，而不需要到前端进行设置，是管理设备非常好的工具。

　　◆安全管理

　　用户管理采用权限分级控制。权限将根据功能划分来定义（如进入和退出监控软件、修改口令、连接远端、控制远程摄像机和云台、控制远程受控端监控终端的输出设置图像自动切换的方式和时间等权限）。定义用户组（如超级管理员、普通管理员、一般操作员等）。用户密码将进行加密。

　　◆性能管理

　　控制中心网管终端内可以监视和控制网络运行参数；在网管终端内运行的软件可以和其它系统进行连接，并利用在网管终端内的统计报表功能产生相应的系统数据。通过相应的系统优化，网络管理人员可利用此工具保证和优化服务质量。

4）冗余技术的应用

　　轨道交通视频图像系统不同于其他行业的安防系统，轨道交通的视频图像系统要求有更高的可靠性和抗打击能力，这就要求要从多个方面进行冗余设计，使系统在任何情况下都可能发挥其应有作用。具体使用了以下技术：系统级的冗余设计（数字+模拟的设计）、网络冗余设计、软件平台冗余设计（双机热备）、储存系统的冗余设计。

三、轨道交通视频图像系统的应用存在的问题和发展方向

　　随着城市轨道交通建设的发展，轨道交通线路逐渐增多，视频图像系统在实际营运中也遇到了一些问题：

　　由于各条线路编解码设备应用品牌的不统一，编解码格式不统一，码流不统一等问题，直接造成各线图像质量的不一致。在目前的应用中表现在为各线采用不同的编解码格式、不同的码流设置，由此造成各线的图像质量不一致；即使在编解码格式相同，码流相同的前提下，不同品牌的编解码器也存在差异，由此造成的图像质量不一致。这样还不能称的上是一个完善的城市地铁视频图像系统。为了建设高质量的视频图像系统，在未来的建设中首先应使各线采用的编解码设备编码制式的完全统一。随着政府对城市轨道交通建设的重视，相关方对图像质量要求的不断提高，在完全统一的编码器制式基础上，高清格式的编解码设备是未来一大趋势。

公安对轨道交通的监管度的提高，视频图像系统前端设备逐渐增多，图像存储时间逐渐加长，存储码流逐渐加大等因素，目前采用的分布式存储已经不能满足需求。在未来的地铁图像系统建设中集中式存储已成为趋势，会逐步取代分布式存储，成为主流。