淺析軌道交通數字視頻監控技術

許釗

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司通信信號處，陜西 西安 710043）

淺析軌道交通數字視頻監控技術

許釗

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司通信信號處，陜西 西安 710043）

近年來，隨著科學技術的發展，數字視頻監控系統設備價格越來越低，綜合性能不斷提高。目前的數字視頻監控系統，集圖像、聲音和防盜報警于一體，已經成為安全防范自動化技術的主要發展方向。本文針對地鐵數字視頻監控系統的規劃做出討論，并進行比較，最后提出解決問題的可能的方向。

城市軌道交通；數字視頻監控；技術措施

1 軌道交通行業需求分析

軌道交通面臨的諸多安全威脅與軌道交通的全線性、連帶性、封閉性及群體性等特性是密切相關。（1）全線性：列車依賴于單一軌道連續運行，在線路上發生災難事件時，會造成整條線路的運營中斷，甚至影響其它線路的正常運行，而且在一定時間內難以恢復正常運行。（2）連帶性：軌道交通客流量大，而且客流在一定時間內封閉在有限的區域中，發生災難事件時，除了乘客可能受到直接傷害外，還極易造成車站、車輛和其它設施的毀壞。（3）局限性：由于地鐵項目特殊的地形條件限制，線路多行走于高架，隧道等環境內，突發事件地點空間的局限性，在很短的時間內完成軌道交通系統的滅火、排煙、排毒氣作業以及開展救援工作的難度很大。（4）群體性：在車站，單位面積人數多。在軌道交通系統中如果出現縱火、爆炸或施放毒氣、生物制劑，極易造成群死群傷、嚴重的經濟損失和惡劣的社會和政治影響。

2 數字視頻監控系統規劃討論

2.1 流媒體規劃

2.1.1 各種數字視頻參數的選擇。在視頻監控領域，視頻壓縮編碼格式從MJPEG、H.263、MPEG4 到 H.264 的發展目前H.264是主流應用的壓縮算法。其最大的優勢是具有很高的數據壓縮率在同等圖像質量的條件下H.264的壓縮比是MPEG-4的1.5-2倍。H.264在具有高壓縮比的同時還擁有高質量流暢的圖像。正因為如此經過H.264壓縮的視頻數據在網絡傳輸過程中所需要的帶寬更少也更加經濟，大大節省了用戶的下載時間和數據流量。

在技術上H.264集中了以往標準的優點并吸收標準制定中積累的經驗。與H.263、MPEG4相比H.264做到了大幅度降低碼率最多可節省50%的碼率有效地實現了碼流控制。現在有較多的廠家的網絡視頻產品均采用了先進的H.264壓縮算法。

2.1.2 數字視頻系統各種類型流媒體分析。

（1）數據流包括以下三種。實時查看流：具體數量取決于實時調看需求。（10%）錄像流：取決于存儲策略（>85%）

錄像回放流：取決于錄像查看需求（<5%）

（2）雙碼流技術。視頻編碼單元可以同時輸出2種不同的視頻信號，期差異可能包括壓縮格式、分辨率、流量大小等。用戶可以根據需要選擇不同的視頻信號來完成不同的需求應用，如24小時不間斷存儲采用低流量、低分辨率、圖像效果一般的視頻信號；而報警錄像和實時查看則可以選擇高分辨率、高流量、圖像效果較好的視頻信號。

所以在作網絡節點規劃設計時，需要將幾種碼流流量均綜合考慮，在流媒體規劃中采用雙編碼技術，即實時圖像采用MPEG-2編碼方式，存儲采用MPEG-4/H.264格式，已滿足實時調看的存儲回放的不同需求。

并且視頻流媒體的實際流量不應超過當前網絡帶寬的40%。

2.1.3 IP攝像機與模擬攝像機+視頻編碼器的對比。從系統架構而言，采用IP攝像機的系統結構更為簡潔、緊湊。從功能強度而言，由于IP攝像機需要將視頻編碼單元設計在攝像機內。因此，小型化的設計在一定程度上會帶來設備散熱性能的不足以及圖像效果處理能力（尤其是運動圖像）的降低。從設備布置原則而言，由于模擬視頻信號的傳輸可以超過500米（SYV75-5）；而數字視頻信號的傳輸一般不超過100米（超五類線）。從網絡交換端口占用數量而言：目前IP攝像機與網絡交換機端口均采用1:1的比列設計；而視頻編碼器可以提供單路、四路、八路等多種選擇。在攝像機類型選擇方面：由于模擬攝像機的類型已經十分成熟豐富--普通、低照度、寬動態、彩色/黑白等，因此選型更為符合實際需求。

綜上所述，兩種類型各有優勢，應根據現場情況合理選擇最佳方案。

2.3 存儲規劃

2.3.1 本地存儲：將流媒體存儲在前端設備。特點是簡單、可靠。錄像時不占用網絡帶寬，對網絡的依賴度低。但是存儲系統沒有良好的存儲數據保障機制，流媒體存儲在各個前端設備上，無法進行有效的統一檢索管理。而且與第三方系統集成度不高。

2.3.2 網絡存儲：將流媒體集中存儲在網絡上。優點是與第三方設備集成度高。可以對所有流媒體錄像進行統一管理。但缺點是需要合理的對存儲的網絡位置進行規劃，并高度的依賴網絡。

2.4 系統保障機制規劃

2.4.1 系統架構管理。在復雜的系統中應采用多級架構管理，做到集散管理，本地自治，系統劃分為總調度指揮中心中央級數據庫和各車站本地車站級數據庫，每個車站級數據庫完全獨立運行，不依賴于中央級數據庫/網絡，中央級數據庫可以實現對全部車站級數據庫的管理、備份和恢復。

且系統支持：中央級——對車站級的數據手工/定時/實時更新備份。管理由中央進行，車站只負責控制；車站級——車站級之間的訪問，由中央授權，任意一個車站故障，不會影響其他車站的正常運行；中央癱瘓，所有車站仍然可以獨立工作。

2.4.2 雙機熱備冗余。在正常情況下服務器A（主服務器）和服務器B（備份服務器）均正常運行，服務器B作為備用，所有的客戶端連接到服務器A，主服務器和備份服務器均指的是數據庫服務器。

在服務器A故障情況下，服務器B取代服務器A，所有的客戶端連接到均服務器B。

在雙機熱備的基礎上還可以做節點系統N+M熱備冗余：在節點故障時，中心臨時接管。系統采用N+M的模式構建具備冗余節點的大規模聯網監控管理系統。將冗余節點系統布設在中心，提供中心臨時接管功能。

2.5 特色功能規劃

系統應根據具體需要，具有完備的運作模式，可以根據實際業務流程、消防/安防需求的不同，面向業務編排多種模式，如正常運行模式、緊急運行模式、火災運營模式等，同時可以能夠接受上級控制系統的模式控制命令,在觸發事件發生后自動執行或半自動執行。

視頻智能分析功能應與數字視頻系統有機結合，有效使用，實現功能包括危險物丟棄檢測、人員斗毆檢測、圖像場景變更檢測、圖像模糊檢測逃票檢測、欄桿翻越檢測、區域人員統計、重要物品丟失檢測、重點防范區域入侵報警探測等。

結語

隨著網絡技術和視頻壓縮技術的發展,將視頻壓縮成數字流并通過網絡傳輸是目前監控領域中的一個趨勢。采用數字視頻監視技術，一方面可完全滿足多級監視的要求，另一方面視頻監控的網絡化可減少多次的模數或數模轉換，并且設備構成簡單，并易于與綜合監控系統實現聯動等諸多優點，因此，在地鐵中數字視頻監視技術將會成為主流。

[1]蒲豫園.城市軌道交通數字視頻監控系統的發展前景[J].鐵道通信信號，2006.

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