城市軌道交通警用數字視頻監控系統

郭長青，魏 奇，付 思，夏德春，闞庭明

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

城市軌道交通警用數字視頻監控系統

郭長青，魏 奇，付 思，夏德春，闞庭明

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

近年來，城市軌道交通在全國各大城市發展迅速，給市民提供了便捷的出行條件，極大地減緩了城市交通壓力。同時，作為人口流動頻繁且密集的公共場所，城市軌道交通系統的安防工作是市民生命和財產安全的重要保證，視頻監控技術在此起到至關重要的作用。文章介紹目前主要用于城市軌道交通系統的視頻監控系統，分析警用數字視頻監控系統的架構和特點，總結并展望該系統在未來城市軌道交通行業的發展前景。

數字傳輸；數字視頻監控；IP-SAN存儲；系統集成

隨著我國經濟建設的不斷發展和基礎設施的不斷完善，人們的物質生活水平得到了極大的改善，然而，城市人口的快速增長也給交通造成了極大的負擔，城市軌道交通（簡稱：城軌）作為交通運輸的重要樞紐，在緩解交通運輸壓力，方便市民出行等方面做出了巨大貢獻。為保障市民的安全出行，避免發生擾亂治安和集體踩踏等事件，需要做到嚴密和健全的城軌安防措施。城軌視頻監控系統可以提供直觀可靠的視頻圖像信息，真實地記錄現場發生的事件，是城市安防工作的重要依據。

城市軌道交通視頻監控系統按業務需求可以分為專用視頻監控系統和警用視頻監控系統。專用視頻監控系統主要用于運營管理人員實時監控車站客流量、列車出入站和乘客上下車等情況。警用視頻監控系統是公安部門維護市民正常出行秩序，保障市民人身和財產安全的重要手段。利用先進的技術手段，通過多級組網，實現互聯互通、開放接口和共享平臺等功能，從而方便視頻錄像的遠程調取，實時準確地監控各車站站臺和站廳重點區域， 為公安部門及時處理突發事件和還原事發過程提供可靠技術支持。

1 傳統的城軌視頻監控技術

視頻監控系統作為安防領域的重要組成部分，經歷了模擬視頻監控系統、模數混合視頻監控系統以及數字視頻監控系統3個階段。

（1）模擬視頻監控技術主要采用模擬傳輸設備，前端攝像機獲取的圖像信息采用視頻電纜以模擬信號方式傳輸，車站和控制中心之間的視頻信號傳輸需要光端機進行信號中繼，以克服距離過遠而造成的信號干擾和衰弱，控制信號通過模擬光纖傳輸。

（2）模數混合視頻監控系統是對模擬監控系統的局部升級，各車站及控制中心內部仍采用模擬傳輸技術，但車站本地的錄像存儲及車站至控制中心的視頻傳輸采用數字傳輸技術。

（3）數字視頻監控系統是以計算機網絡為基礎，以計算機通信和視頻壓縮技術為核心的監控系統。各車站內采用先進的交換設備組建本地局域網，前端設備經過數字編碼器將視頻信息數字化處理后傳輸到本地局域網，車站監控室可放置視頻監控終端對本站視頻進行監控，視頻錄像可通過數字錄像機或磁盤陣列進行存儲。各車站和控制中心的視頻傳輸依靠千兆光纖通信，保證帶寬及傳輸速率，控制中心可對其他系統開放通信接口，達到視頻監控系統的互聯互通、統一管理的目的。

綜合近幾年的發展趨勢，早期的模擬視頻監控技術由于技術落后、視頻干擾嚴重、組網結構復雜和可擴容性差等缺點已經被淘汰。目前，大部分正在運營的城市軌道交通線路采用模數混合視頻監控系統，解決視頻遠距離傳輸問題，提升信息的查詢和處理能力，基本滿足城市軌道交通線路本地錄像存儲、遠程監控的需求。然而，隨著技術的不斷發展，視頻數據的安全性和可靠性需要進一步加強，對監控系統的后期擴建和維護提出了更高要求。近兩年來，正在建設和招標的城軌新線幾乎全部采用了數字視頻監控技術，利用先進的視頻設備以及規范的視頻傳輸、壓縮和存儲協議，構建數字化的監控平臺，不僅滿足多級組網、互聯互通和接口開放的需求，而且能夠安全可靠地進行數據存儲，保證視頻錄像不丟失。從而極大地提升了城市軌道交通的安防能力。

2 城軌警用數字視頻監控系統技術方案

警用視頻監控系統是保證城市軌道交通正常運營和市民出行安全的重要手段，目前，利用成熟的計算機網絡技術，可實現城軌監控視頻的全數字化傳輸和安全存儲，同時可開放相關接口與其他線路共享數據，以達到統一管理的目的。目前，無錫地鐵2號線、北京地鐵7號線等警用視頻監控系統都采用此監控方案。

2.1 系統構成

系統采用三級組網結構，包括各車站警務室、派出所和公安分局，三級均可對系統內的視頻進行監控和控制，互相獨立，互不影響。為保證視頻數據的安全性和傳輸的可靠性，系統需架構單獨的局域網，不與傳輸網絡互連。各車站通過100 M光纖與派出所實現星形組網結構，派出所作為匯聚層，起到控制中心的作用，通過1 000 M光纖與公安分局連接，公安分局可開放接口共享視頻資源。系統架構如圖1所示。

圖1 城軌警用數字視頻監控系統組網架構

為節約資源和建設成本，公安和運營視頻監控系統的前端攝像機通過視頻分配器實現相互共享，對出入口等人流量較大的監控區域采用高清網絡攝像機，保證視頻的清晰流暢，對部分重點監控區域進行必要的補盲，實現車站內所有公共區的全方位、無死角監控。前端的模擬視頻通過字符疊加器對攝像機的位置和當前系統時間等信息進行標記，利用視頻編碼器將模擬視頻進行數字化處理，封裝為IP數據包進行網絡傳輸和存儲。高清網絡攝像機自身嵌入數字編碼芯片，可進行多路高清數字視頻輸出，支持單播和組播傳輸協議。

各車站架設視頻管理服務器和流媒體服務器。視頻管理服務器是本系統的核心，提供系統運行所需數據的支撐服務，負責管理視頻監控系統與后臺數據庫之間的所有連接，為各個接入服務提供安全可靠的數據支持。流媒體服務器是視頻監控系統承載流數據的主要組件，負責系統內流媒體數據的傳輸和存儲等。由于監控系統中存在多級用戶可同時監控同一攝像機的實時視頻，因此，為減少讀取視頻時的網絡占用帶寬，系統內的視頻傳輸采用組播協議，同時為保證視頻錄像的可靠性，各視頻流采用單播協議進行存儲。

存儲設備為支持IP-SAN的磁盤陣列，根據各車站部署的前端攝像機的數量、每路視頻傳輸數據量（模擬視頻按每路2 M/s,高清視頻每路4～6 M/s）和錄像存儲天數等信息計算各車站的存儲容量，在保證數據安全存儲的前提下，合理規劃硬盤數量，并按RAID5進行磁盤劃分，錄像信息可保證30天不丟失。

綜上所述，普通站警務室的視頻監控系統由前端攝像機、視頻分配器、字符疊加器、視頻編碼器、以太網交換機、視頻監控終端、視頻管理服務器和流媒體服務器等設備組成；換乘站警務室的視頻監控系統又增加了視頻解碼器、液晶電視墻和控制鍵盤等設備，便于公安人員的治安管理；所有車站級子系統通過100 M光纖與派出所視頻監控系統連接構成星型網絡，派出所作為匯聚層起到控制中心的作用，架設視頻監控終端、視頻解碼器、以太網交換機、液晶電視墻、視頻管理服務器和流媒體服務器等設備；該二級監控子系統通過1 000 M光纖與公安分局系統連接，公安分局架設視頻監控終端、視頻解碼器、磁盤存儲陣列、以太網交換機、液晶電視墻、視頻管理服務器、流媒體服務器和Web服務器等設備，同時可開放相關接口，與市局其他視頻監控系統共享資源。整體視頻監控系統結構如圖2所示。

2.2 系統功能

（1）實時監控

實時視頻監控是該系統的基礎功能之一，與模擬視頻監控系統相比，數字監控系統可以提供更多傳輸帶寬，可實現多路高清視頻同時監控的需求，保證監控畫面清晰穩定，并采用先進的組播技術，實現單路視頻多路播放，提高了傳輸利用率。

（2）視頻輪巡

視頻輪巡功能是指通過客戶端設置指定球型攝像機，能夠在規定的時間間隔內監控不同區域的功能。用戶可對重點區域進行輪巡監控，提高了設備利用率，增強了視頻監控的安全防護能力。

（3）云臺控制

云臺控制功能實際是將編碼器的該功能集成在視頻客戶端，用戶可在客戶端對球型攝像機進行操控及鏡頭參數的調節，主要包括球型攝像機的方向轉動，鏡頭的聚焦、變焦、光圈，以及云臺轉速的設定。

（4）錄像查看

錄像查看是視頻監控系統的重要功能之一。主要包括錄像檢索、錄像回放和錄像導出等功能。用戶可以根據時間、區域和事件等方式對錄像進行查詢，并通過客戶端對其進行播放查看，也可通過下載功能實現錄像的導出。

（5）電子地圖

在車站客戶端，用戶可以打開當前站點的電子地圖，在地圖的相應位置會顯示攝像頭，用戶可根據需求選擇一個或多個攝像頭進行實時監控，提高了監控的靈活性，便于用戶直觀地選擇監控區域。中心客戶端支持多級地圖級聯，可顯示各線路、站點、站臺及站廳的監控情況。

（6）日志查詢

日志查詢功能主要包括業務日志、報警日志、操作日志和異常日志等，可根據用戶需求查詢不同類型、不同日期的日志信息，并進行下載保存。

2.3 系統關鍵技術

（1）組播傳輸

前端攝像機的視頻信息經過視頻編碼處理后轉化為可在網絡傳輸的IP數據包，通過專有光纖通信網在車站、派出所和公安分局進行遠距離傳輸。實時視頻傳輸采用組播方式，多個地方調用同一路視頻只占用一路帶寬，不僅可以保證大量用戶可以實時調看同一路視頻，而且有效降低了多路視頻調取時的網絡傳輸壓力。

（2）IP-SAN存儲

視頻錄像是城軌視頻監控系統的重要功能之一，尤其是在警用監控系統中，存儲性能的好壞直接與安全掛鉤，主要用于治安事件案發后快速檢索和跟蹤事發現場的真實情況。因此，本系統采用高性能、高可靠性的IP-SAN磁盤陣列進行錄像存儲，不僅可以高速存儲海量數據信息，而且根據RAID5進行合理的磁盤劃分，最大程度上保證了某些磁盤損壞后，可利用熱備盤進行恢復，相比以往的硬盤錄像機，極大地提升了數據的安全性。

（3）靈活擴容

數字視頻監控系統采用全數字化的傳輸方式，因而在后期增加前置攝像頭時，避免了傳統視頻監控系統中遇到的復雜布線問題，只需要將攝像頭的視頻信息數字化處理后傳輸到局域網內，然后在系統中進行簡單攝像頭注冊和配置。若后期需要增加錄像存儲量，只需要按需求計算所需的磁盤數量，掛載到磁盤陣列中即可。

（4）互聯互通

系統采用車站警務室、派出所、公安分局的三級組網結構，在公安分局處設置可對外開放的視頻接口，便于與其他城軌線路或市政系統進行互聯互通，從而實現全線視頻監控的統一管理，提升了城軌線路的治安管理水平。

圖2 城軌警用數字視頻監控系統結構圖

3 結束語

城軌警用視頻監控系統以其實時可靠、全方位監控和長時間不間斷錄像等特點，在處理城軌內的突發或群體事件時，提供了有效、可靠的依據。隨著科技水平的提高，警用數字視頻監控系統將在新建城軌線路的建設中普及，為打造平安城市，保障市民出行安全方面做出積極貢獻。

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責任編輯 王 浩

Police Digital Video Surveillance System for Urban Transit

GUO Changqing,WEI Qi,FU Si,XIA Dechun,KAN Tingming
( Institute of Computing Technologies,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

In recent years,Urban Transit was expanded in major cities,it is the most effective way to improve the urban traffc travel conditions,and greatly reduce the traffc pressure.The station of Urban Transit station is a densely and popularly public place,its security work is very important to protect the public’s life and property.The advanced and reliable video surveillance technology plays an important role in the security work.This article introduced and analyzed the structure and characteristics of the Digital Video Surveillance System which was mainly used for Urban Transit,summarized and prospected the future development of the System in the Urban Transit industry.

digital transmission;digital video surveillance;IP-SAN storage;system integration

U231.6∶TP39

A

1005-8451（2016）11-0058-04

2016-03-25

郭長青，工程師；魏 奇，副研究員。