地铁视频监控解决方案

文 | 侯宗友

概述

　　随着城市化进程的不断加剧，城市人口密集程度逐步升级，交通压力也随之增大。作为城市中大容量的快速交通工具，地铁缩短了时间与空间的距离，成为许多大城市缓解路面交通拥堵的重要交通工具。为了保证地铁内人员的正常出入、秩序维护、入侵防范、提高地铁整体运营管理水平，管理人员必须凭借直观的图像信息才能准确判断车站内的情况，可以说视频监视系统是保证地铁行车组织和安全必不可少的手段。

　　地铁运营CCTV 系统：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、客流量，以及工作人员上岗情况等方面的视觉信息；更可以发展成为一个城市轨道交通系统的上层视频信息平台。

　　地铁公安监控系统：为公共安全部门提供各类乘客纠纷、意外伤亡事件、治安刑事案件等的客观图像依据，甚至利用它来反恐、防恐，通过它及时看到并记录事故和灾害现场发生的情况。

地铁视频监控业务基本特点

　　地铁视频监控系统分为两部分：运营视频监控和公安视频监控。运营监控的调度员需要实时监视车站、车内客流以及乘客上下车等情况，以确保运营安全、快捷、准时; 在发生紧急情况( 如火灾、反恐、自然灾害等) 时，为相关人员提供事发现场实时图像，方便指挥现场救援及乘客疏导；停车场/ 车辆段的值班员需要实时监视该场/ 段内的变电所、出入口、咽喉岔区、库房及公共区等重要区域，了解设备运行、列车进出等情况，提高指挥效率、防灾及安防。公安监控的值班员负责对全线各车站的出入、人流拥挤的区域( 上下行站台、站厅、闸机出入等) 进行监视，维护日常治安并且处理突发犯罪。运营监控和公安监控都需要为事后分析原因及查明责任进行录像。

根据其业务需求，地铁视频监控系统有如下特点：

• 系统延时小实时性强
• 系统可靠性高
• 图像清晰，视频流畅，运动图像表现好（对于高速变化的图像，其画面质量也必需清晰），最大编码帧率必需达到25fps
• 图像压缩比高
• 存储可靠性高

地铁视频监控业务新趋势
——高清建设带来的挑战

　　地铁视频监控业务走向高清之路是必然趋势，但高清是一个系统概念，不仅前端摄像机要高清的，传输设备、存储设备、显示设备等都需要是高清的。在这个系统链路上，任何一个环节不满足高清需求，都会造成系统缺陷，达不到整体的高清质量，故高清视频监控系统严格意义上来讲是一个系统工程。目前高清视频系统的两大技术流派：

1、以广播行业标准演进而来的HDTV 非压缩监控系统，主要是使用HD-SDI（1.485G bit/s）高清视频信号作为高清摄像机、高清光端机、高清矩阵、高清显示设备互连的标准。系统图像质量优异，图像无延时；此方案优点突出缺点也明显，只支持高清，不能做到高标清混合；图像存储方案需要与IP 高清监控系统混合才能形成完整高清解决方案，建设投资是所有高清方案中最高的。

2、基于帧内及帧间压缩的HDTV 解决方案（压缩标准主要采用H.264）, 也就是以网络高清摄像机、IP 承载网、IP 存储为典型系统组成部件的高清视频监控系统。随着地铁线路的延长和多条线路的交汇，地铁监控有持续扩容的要求，因此对监控系统的技术开放性有较高要求, 但同时对建设成本会有严格的控制。地铁监控应用对图像质量，图像延时，系统的可靠性都有很高的要求。图像编码H.264 压缩方案需支持到Main Profile 以上级别，保证活动图像细节体现。无论系统规模多大，需要做到任意图像的编解码延时必须做到300ms 以内 。车站、监控中心显示墙任意图像调度与PC 终端任意图像调度时间要小于500ms。

　　综上， HDTV 非压缩监控系统与IP 高清监控系统混合建设的系统可以满足地铁需求，前者实况图像质量优质无延时，录像质量取决于编码技术，适合地铁高清建设，但建设投资高，扩容成本高，系统较复杂；IP 高清监控系统使用H.264 Main Profile 以上级别图像编码技术，实况、录像图像质量好，低延时，投资最低，扩容简单成本低，广泛适用于各大中城市地铁高清建设。

地铁视频监控业务新趋势
——跨线运营带来的挑战

　　随着轨道交通建设的快速发展，城市轨道交通正在从单线路运营到跨线路运营转变过程中。根据各城市轨道交通规划情况来看，每个城市的轨道交通规划都超过3 条线路，诸如北京，目前已具有15 条线在运行，同时规划2050年将在城市内实现32 条轨道交通线路建设和运营。城市中的轨道交通不再是孤立线路运营，而是进入轨道交通网络化运营阶段。如果在轨道交通的监控系统建设初期仅仅考虑一条线内的业务实现能力，那么带来的将是视频监控的孤岛，给后期的运营带来大量的改造工作，甚至涉及到重新铺设光纤、管理软件重新开发等等繁复的工作，轨道交通运营者势将面临两难局面。

• CCTV 系统监控图像不仅要满足单线路本身的监、管、调、控，还要支持跨线运营中的多线调看、历史图像查询、权限归属等；业务流向呈现网格化趋势，不再是简单的树状结构；
• 正常运营时，TCC 行使监视、掌握各线运营情况，为各线提供帮助及协调指导信息；在应急情况下，由TCC 行使指挥权；
• 系统初始设计阶段，如何规划一个良好的多线运营系统、基础通信标准、业务交互标准以及系统分工界面；
• 部分城市地铁建设时，可能是多条线路的部分路段统一施工建设，运营初期共用一个OCC。当这些线路其它路段陆续完工后，需要进行线路拆分运营，视频监控系统建设需要考虑拆分时系统的无缝迁移，不影响整个系统的运行。

轨道交通CCTV 运营基础解决方案

　　虽然目前轨道交通的视频监控系统建设存在多种模式混合共存的现状，但在新兴线路的建设中，越来越多的业主认同全IP 监控，并认识到全IP 监控不仅给他们带来初期规划、建设的简约而不简单，而且给后期的维护、管理带来易用、易管理的方便。

CCTV 全IP 解决方案

　　对于单条地铁线路，系统主要由车站/ 车辆段/ 停车场监控和OCC 运营控制中心组成，形成OCC 控制中心远程监控和车站/ 车辆段/ 停车场本地监控的两级联网监控架构，如下图所示。

监控中心：

　　配置管理服务器和解码设备，实现对电视墙的控制管理。支持把视频上传到TCC 总控中心。地铁相比其他行业对于监控系统的可靠性要求较高，因此在OCC （运营控制中心）、各个车站、车辆段及停车场都部署有VM （Video Manager）、DM （DataManager）以及MS （Media Switch）组成的视频管理平台，这种多平台的部署方式确保站/ 段/ 场与OCC 之间通信链路出现故障的情况下，各车站、车辆段及停车场能够独立完成本地的管理和控制，保证各站车辆的正常运营调度和站内乘客安全。

车站监控：

　　一般情况下，CCTV 运营监控与公安视频监控系统共用前端设备，利用编码器或网络摄像机自带端口，提供前端视频图像供公安系统调看，编码器或IPC 前端输出的数字视频信号通过光纤等方式传送至车站交换机及存储设备。存储流一般情况下不用上传，降低对骨干带宽压力。

　　前端监控点位主要分布在站台、站厅、自动扶梯、部分机房、变电所控制室、开关柜室、AFC 的售票机和闸机、出入口、垂直电梯口及轿厢等重要公共区域。对于进出站闸机和线路换乘通道等关键出入口，可选择部署1080P 全高清网络摄像机；在覆盖更广范围的基础上还能实现更清晰地人物特征采集，保证发生意外情况时可以更快更准确地定位嫌疑人；对于标清监控区域，图像统一传输至通信机房的多路编码器，以双流的方式进行编码压缩，通过网络传输，高带宽码流用于实时观看，低带宽码流用于存储，在保证图像质量的前提下节省用户的投资。

　　各车站监控室根据本站高/ 标清的现状，可部署标清解码器或高清解码器。如在保证高清解码的同时，还能兼容标清解码，并且可以分屏形式解多路不同标清图像，大大提高设备在高/ 标清混合部署情况下的适应性。

停车场/ 车辆段监控：

　　前端监控点位主要分布在混合变电所内变压器室、110kV 开关柜室、部分机房、出入段线、咽喉岔区、停车列检库内外、洗车库、大门出入口及主要道路等重要区域。传统的方式是部署SFP 光纤，还可以利用以太网无源光网络（EPON）方式进行部署，EPON 采用单芯光纤，进行链状链接，降低对光纤需求，提高光纤利用率并减轻后期的维护压力；同时能够保证主干链路稳定，出现故障只是产生单点问题，不会影响全网的监控使用。

方案特点及优势

• 先进体系架构，性能及可靠性的双重保障

　　方案借鉴NGN( 下一代通讯网络）架构，将信令控制与媒体流交换分离的先进理念引入视频监控系统。系统管理服务器只处理信令流，媒体流通过网络以分布式的形式进行分发。正是采用了业务承载和控制相分离的机制，使得整个系统具备很高的性能和可扩展性，系统管理服务器不需承担传统流媒体方案中的繁重转发任务，系统不存在性能瓶颈，同时系统可靠性更高，管理服务器故障不影响系统的实时及存储码流，保证业务的正常运行。

　　系统单域支持2000 个前端编码设备，5000 个摄像头，多域情况下，上级域可管理1024 个下级域，支持高达6 级的多级级联，满足大容量纵向扩展需求，满足运营监控车站—OCC—TCC 以及公安监控警务室—派出所—公安分局的纵向多级互联要求。

• 地铁行业专用级监控存储

　　全局性资源统一管理：在地铁监控系统中，视频图像一般采用分布式部署加紧急预案备份存储两级架构，宇视科技创新的在监控系统的存储系统中引入DM（数据管理机制），管理人员可以在监控中心对所有存储设备、存储空间和存储数据进行逻辑上的集中管理，极大减轻维护人员的工作量。同时通过存储虚拟化技术，所有存储设备相当于一个巨大的虚拟存储硬盘，实现存储空间的动态分配与调整，提高存储空间利用率。

　　独特的存储计划管理机制：可以实现前端监控点视频存储的自动管理，包含针对每个点的存储策略、图像清晰度、带宽及存储位置等信息，比如在关键咽喉位置：车站出入口、售票口、检票出入口等计划更长时间的存储。

　　监控专用数据结构：编码器压缩的数字视频信息通过iSCSI协议以裸数据块的方式直写入IPSAN 盘阵中，实现端到端的IPSAN 直储，避免了传统监控模式中文件存储容易损坏的问题，提高了数据存储的可靠性；同时大大缩短了系统的图像回放响应时间，使得录像回放精确到秒级，从而确保了海量视频信息的可靠存储、高效检索。

　　变码流存储：对于支持同时发送高、低码流等不同格式实时流的监控点，可按照录像存储业务的优先级，支持变码流存储；对于周期计划类等优先级较低的录像存储业务，可采用低码流或者抽帧方式的存储，适当减少对存储空间的占用。对于告警联动类优先级较高的录像存储业务，可采用高码流、全帧等方式存储，全力保证录像的高质量、高清晰度。

　　宇视科技是中国安防领域唯一具有存储自主知识产权的产品解决方案供应商，专注于安防监控，为轨道交通行业客户打造大容量、高可靠、符合监控业务管理特性的专业监控存储设备。

• 专业视频监控承载网设计

　　传统网络架构不能满足监控业务的需要，IP 高清监控网络需要专门设计，网络设计原则应考虑全光专网设计，二层架构，可利用组播协议将交换机背板的数据复制能力利用起来，完成应急联动指挥场景下高清监控大数据量的快速复制。

• 地铁行业专用编码器

　　宇视科技EC2500 系列视频编码器是新一代网络媒体终端，采用嵌入式操作系统，结构紧凑，功能强大，具有完善的音视频处理能力。不但支持H.264+MPEG2 图像压缩格式双流套餐，还能提供MPEG2、MPEG4 图像压缩格式套餐。集音视频编码压缩和数据传输为一体，适用于地铁应用环境下视频接入较为集中的监控场所，有丰富的音视频接入和告警输入接口，能方便地满足各类室内外监控组网的需求。

• 消除单点故障，系统级可靠性保障机制

　　完善的管理服务器N+1 备份功能，保障车站及OCC 的任意一台视频管理服务器故障，备份服务器可以瞬时接管业务，保障监控系统的可靠运行；存储阵列的N+M 备份功能，通过在线设置M 台备份阵列，对所有车站及OCC 的磁盘阵列进行热备，保障主用磁盘阵列故障情况下，系统业务码流顺利切换至备份阵列，进一步提高监控系统存储的可靠性。

• 高/ 标清混合接入

　　虽然高清是地铁监控发展的大趋势，但基于各地项目的多样化需求，标清系统在很长一段时间内仍会在工程中使用，这就对监控系统的混合接入能力提出了要求，系统应能够同时接入标清D1 图像和高清1080P 图像输入，对一些重点区域采用高清网络摄像机，一般地点采用标清摄像机，通过同一套监控管理系统，支持高标清混编混解，统一存储，最大限度保护用户投资。

• 开放的平台接口

　　基于统一的IP 多媒体操作系统IMOS（IP MultimediaOperation System），通过SDK 中间件，提供全开放的集成框架，打造在安防监控与多媒体应用领域的标准化开发平台，方便地铁行业的体育分析业务以及与其它子系统的对接实现，满足客户日益增长的个性化需求，重新打造与优化行业价值链。

地铁监控跨线运营解决方案

标准规范，让多线的视频监控资源“动”起来

　　目前地铁行业建设模式一般采用的监控平台从本质上讲都是单域架构，都会在OCC 配置一台全局管理服务器，该服务完成所有用户权限、设备资源配置管理，这台服务器是唯一的，然后由它下发给各个车站监控平台。在多线建设起来以后，给域间资源共享及设备运营管理带来了新的问题，虽然每个地铁公司都考虑并实施了一些方法和手段来解决此类问题，但受制于交通行业的标准建设相对滞后，使得系统间互操作性差、信息不能充分共享，未能达到投资所预期的管理效益。

　　多域联网监控系统是指由多个单域系统组成的，通过单个或多个中心管理平台，实现跨逻辑域或物理域监控资源的监控系统。而组成多域联网监控系统的各个单域系统，可以是同一厂商的单域系统，也可以是不同厂商的单域系统。

　　宇视科技六年来在如何能够规范、务实的实现跨区域不同监控系统的图像共享方面进行了深入探索，推荐采用国家级或行业级标准协议解决联网平台互通问题。通过平台级的联网互通，屏蔽掉各个厂家设备之间的差异，实现各地监控平台层面的互通，而不是纠缠于监控系统内部的互操作实现，既解决了互通的问题，又不陷入各个管理平台的内部细节。

　　相关资讯： 2011 年12 月30 日，国家质检总局、国家标准委通过官方网站发布《中华人民共和国国家标准公告》（2011年第23 号）， 共批准发布625 项国家标准， 其中包括由SAC/TC100 归口的《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》，标准编号为GB/T 28181-2011，实施日期为2012-06-01。

多级多域架构解决拆线运营难题

　　部分城市地铁建设时，可能是多条线路的部分路段统一施工建设，运营初期共用一个OCC。当这些线路其它路段陆续完工后，需要进行线路拆分运营，那么如何实现视频监控系统的无缝迁移，不影响正常线路运营呢？

　　上图中可以看出，任何一个平台均可以获取其它两个平台推送来的设备资源；另外任何一个平台可以同时将自己的设备资源推送给另外两个平台。这种多级多域的平级推送架构可以很好的解决车站资源被多个OCC/TCC 调用的问题，而且该方案无需配置全局的管理设备资源服务器，减少了全局故障点，提高了系统的健壮性。