軌道交通高清視頻云監控系統方案研究

李佳祎

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

軌道交通高清視頻云監控系統方案研究

李佳祎

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

隨著軌道交通建設的迅速發展，許多城市已經將高清視頻監控系統規?；途€網化，如何保證大規模高清視頻資源的高清晰和低延時性、圖像切換快速靈活，滿足軌道交通線網級監控需求和全網范圍內海量視頻圖像的高質量、高可靠存儲，是目前很多城市高清視頻監控系統越來越需要考慮的問題。本方案為該問題的解決提供新的方向和思路。

軌道交通；高清；云監控

目前越來越多的城市軌道交通視頻監控系統采用基于IP網絡的高清數字視頻方案，而IP網絡的高清數字視頻系統由于依賴前端高清IP攝像頭的采集、基于以太網的視頻傳輸、IP化的網絡視頻存儲以及視頻監控終端的各種業務應用，因此對IP網絡提出了越來越高的要求。

1 當前地鐵高清視頻監控系統概述

1.1 系統概述

軌道交通高清視頻監控系統應滿足地鐵運營和治安管理的需要，在車站的站廳區主要監視自動售檢票、進出口閘機和上下站臺的自動扶梯等重要區域；在站臺區主要監視乘客上、下列車及屏蔽門開、關的情況，也應滿足行車管理人員（中心級：行車調度員、環控調度員、總調度人員，車站級的車站值班員、列車司機）對相應的管轄區域進行監視。

1.2 系統構成

軌道交通高清視頻監控系統目前主要采用車站和中心兩級控制方式，通常由控制中心視頻監視子系統和車站視頻監視子系統兩部分組成，且兩個子系統的監視和控制是相互獨立的?？刂浦行牡男熊囌{度員、電力調度員、環控防災調度員和總調度人員的操作和控制功能也是相互獨立的。

系統原理構成如圖1所示。

1）控制中心視頻監視子系統

控制中心視頻監視子系統設備主要包括：中心媒體服務器、中心視頻服務器、中心網管服務器、中心數據管理服務器、錄像回放服務器、后備視頻監控終端、高清視頻解碼器、視頻監視器、中心視頻存儲設備以及交換機等設備。

控制中心視頻監視子系統主要用于對全線全部車站的視頻監視，并能在中心錄像回放終端上回放所選取的視頻信息。其中，圖像顯示及操作控制由中心綜合監控系統（ISCS）實施集成，控制信息接入綜合監控系統。圖像顯示在ISCS的工作站及控制中心大屏幕上。

系統在控制大廳新設后備視頻監控終端，作為ISCS各調度工作站的后備控制設備，后備視頻監控終端設置在行調、電調、環調和總調等處；通常情況下，使用ISCS各調度工作站實現對視頻監控的正常操控。ISCS各調度工作站能夠在遠程遙控車站任何一臺球機的轉動以及焦距調節。

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系統傳輸通道支持組播功能，實現多用戶同時調看同一攝像機圖像時能共享同一個傳輸通道，以節約傳輸通道資源。

控制中心各調度員對本系統的操控優先級應能夠根據運營要求設置和調整，操控權限依次為環控調度員、行車調度員和車站值班員。

2）車站視頻監視子系統

車站視頻監視子系統設備主要由高清網絡攝像機（高清編碼器）、視頻服務器、高清視頻解碼器、數據管理服務器、網絡視頻存儲設備、后備監控終端、視頻監視器、車站視頻回放終端以及交換機等組成。

車站視頻監視子系統主要完成對車站管轄范圍內視頻信號的監控和錄像，在車站的出入通道、站臺、站廳和設備區等處安裝高清網絡攝像機。攝像機輸出已編碼的高清數字信號經光纖輸入至設備室光口交換機，并經視頻處理設備（視頻服務器）進行處理（字符疊加、多畫面處理）后,同時發往車站值班員以及通信傳輸系統的傳輸通道上傳至控制中心。車站子系統可通過網絡視頻存儲設備對本站所有高清攝像頭所攝取的圖像進行錄制。

車站值班員可通過ISCS工作站控制鍵盤，將所需要的畫面切換到ISCS工作站上，或對可變焦攝像機及電動云臺進行控制，可以自動或由值班員選擇對車站一路或多路圖像錄像。

車站綜合控制室設置后備監控終端，用于車站綜合監控工作站的后備控制方式（正常情況下，對視頻監控的監控功能集成到ISCS車站操作工作站中）。在車站上下行站臺圖像各采用1臺具有兩畫面合成功能的四畫面處理器，目前作為兩畫面處理器使用，待未來隨列車編組加長需要站臺加長，增設站臺監視攝像機后，作為四畫面處理器使用。

2 軌道交通高清視頻云監控系統組成及方案

2.1 云監控技術概述

云監控系統也可以理解為基于云計算技術的視頻監控系統。由于目前軌道交通高清視頻監控系統的前端一般有大量的高清IP攝像頭，因此監控系統就需要有能夠存儲大量高清視頻圖像數據的能力，并且能夠根據軌道交通運營的不同需求對如此大量的視頻圖像數據進行后臺智能分析以及搜索查詢等復雜計算，所以具有強大的信息存儲能力和信息計算能力的云監控技術正好滿足現代軌道交通視頻監控系統日益增長的發展需求，同時監控網絡系統在云監控技術下也能實現系統內數據資源的共享和分配。

2.2 軌道交通高清視頻云監控系統組成方案

軌道交通高清視頻云監控系統組成主要分為云終端、云交換、云存儲、云計算以及云業務。整體架構如圖2所示。

圖2 云監控系統整體架構示意圖

在圖2中，云終端在軌道交通高清視頻監控系統中指的是高清IP攝像機，主要包括高清固定式攝像機、高清一體化球型攝像機和高清半球型攝像機，用于實現高清視頻監控系統在高清晰、低延時情況下圖像快速靈活的切換，以及在復雜條件下視頻前端全覆蓋的高清監控要求；云交換則是部署和規劃軌道交通高清視頻監控系統的IP承載網，滿足高清監控業務發展及擴展需求；云存儲主要實現軌道交通線路網絡規?；蟾咔逡曨l監控系統大量視頻圖像信息的高質量管理和高可靠存儲；而云計算主要保障高清視頻監控系統的系統架構、交換能力、存儲空間以及圖像業務的可擴展性，實現視頻監控系統在軌道交通線網化后業務需求視頻的低成本擴展，同時確保系統在擴展后視頻圖像的質量、終端操作控制的實時性和以及對調度圖像的調度靈活性也不會隨之下降；云業務則主要除了在軌道交通中用于一般監控調度（如行調、電調、環調）、視頻查詢檢索和中心ISCS大屏顯示外，也可用于基于IP網絡的遠程視頻監視以及無線網絡的移動終端顯示等功能，主要起到實現監控圖像的共享與綜合利用、與智能視頻監控工具設備進行整合、提高視頻監控系統的智能化水平以及利用現有資源來有效、低成本的運營維護管理等作用。

基于此架構，軌道交通高清視頻云監控系統方案如圖3所示。

系統采用核心層和匯聚層兩級組網方式。核心層仍設置在控制中心，而匯聚層則分為普通車站和匯聚車站。普通車站除不設視頻存儲設備、取消設置視頻管理服務器、數據管理服務器等視頻管理設備外，其他設備配置與前面敘述的一般車站級高清視頻監控系統配置基本相同。匯聚車站則是將其中某兩個特殊車站作匯聚節點，匯聚車站前端及終端配置除與普通車站系統設備配置相同外，設備室內還配置專門用于存儲全線范圍的視頻圖像文件的存儲設備，特別將視頻管理設備升級到匯聚車站中。匯聚車站一般選取兩個，存儲設備互為備份使用以增加系統可靠性。

全部車站采用匯聚交換機，前端高清網絡攝像機通過光纖和全光口交換機直接接入匯聚交換機，視頻圖像在系統內傳輸及上傳至控制中心時不再利用傳輸系統的傳輸通道，而是單獨組建專用的IP承載網絡（基于快速環網保護協議RRPP的環形網絡），用過該IP承載網絡，匯聚層設備直接接入中心核心層。系統內實時視頻流可通過組播方式直接上傳到軌道交通各線路指揮中心（OCC）和線網指揮中心（TCC），大大提高了中心級視頻監控操作相應時間和多級調用操作能力。

在此系統架構中，TCC為最高級平臺，至少能擴展到三級平臺部署，滿足軌道交通后續線網化后跨線運營的需求。核心層和匯聚層節點通過標準協議體系和上級平臺TCC以完全數字對接，實現互聯互通互控，上級TCC平臺可共享、任意調閱下級平臺監控點圖像，支持多級多域的干線管理，可控制域間的視頻數量，媒體流數量達到上限報警等。在此架構下，OCC將不會受限于當前僅可對8路視頻圖像進行相應解碼處理后傳送至TCC。通過標準的協議即可以實現異構平臺之間的互聯互通互控，解決了下級平臺與上級平臺之間信息的自動同步。當下級監控資源發生變化時，上級平臺自動獲取同步信息，實現了平級（不同線路之間）的圖像資源跨區域共享。完成權限的統一劃分后，避免了上下級同時操作（對設備、對云臺等）時的沖突。

圖3 軌道交通高清視頻云監控系統圖

2.3 方案特點及優勢

1）本系統方案充分整合了IP承載網絡、視頻、存儲、信令等領域的技術，采用開放的NGN架構。系統將信令控制與媒體流交換分離的先進理念引入高清視頻監控系統。系統中的音視頻流通過設置在車站的匯聚交換機以分布式的形式傳輸出去，而并不再像以前一樣在車站的視頻媒體服務器上集中處理，從而避免了由于傳統視頻媒體服務器處理的性能壓力而造成的瓶頸問題，也實現了高清視頻監控的大規模擴展，非常適合軌道交通線網化后高清視頻監控系統大規模聯網。

2）存儲流和實時流相分離，滿足目前城市軌道交通高清視頻監控系統中看和存不同業務的需求，實時視頻流通過組播方式直接上傳至各線分中心和線網總中心，實時監控視頻流一次性編碼直接顯示，即使多級級聯也無圖像衰減，且多個地方觀看一路攝像頭只占一路帶寬。當地鐵有突發事件發生時，多個部門可能都需要實時調看事件發生所在車站的視頻圖像，當對該突發事件的實時性要求較高時，該架構可避免通過傳統流媒體服務器分發導致時延過大，同時占用帶寬較多的問題。由于采用IP組播，所占的傳輸網絡帶寬僅為一路視頻流帶寬，即使有大量監控和顯示終端在觀看前方車站的實時視頻，其實時性和操作的流暢性都不會受到任何影響，極大提高了突發事件的作戰指揮效率。

3）系統架構中的云存儲方案減少了普通車站的設備規模，設備室已不需設置視頻存儲設備和視頻管理設備，僅設置一些交換機和電源分配設備。此方案節省了軌道交通通信設備的用房面積，設備用電也隨之減少，更為綠色環保，符合現今建設綠色軌道交通的設計理念。

3 結論

隨著軌道交通建設的迅速發展，許多城市已經將高清視頻監控系統規?；途€網化，如何保證大規模下高清視頻資源的高清晰和低延時性、圖像切換快速靈活，滿足軌道交通線網級監控需求和全網范圍內海量視頻圖像的高質量、高可靠存儲，是目前很多城市高清視頻監控系統越來越需要考慮的問題。高清視頻云監控系統設計方案為該問題的解決提供了新的方向和思路。

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With the rapid development of urban rail transit construction, the high-definition video monitoring system has been used widely in the line network. How to guarantee the defi nition and low delay of large-scale HD video resources and fast and fl exible switching of high-defi nition images is the issues need to be considered in HD video monitoring systems at present, in order to meet monitoring requirements of urban rail transit lines, as well as high quality and high reliability storage of video monitored images. The scheme is to provide a new method and direction for solving the issues.

urban rail transit; high-defi nition; cloud monitoring

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.03.017

2015-01-08)