軌道交通高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)方案研究

李佳祎

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

軌道交通高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)方案研究

李佳祎

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

隨著軌道交通建設(shè)的迅速發(fā)展，許多城市已經(jīng)將高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)?；途€網(wǎng)化，如何保證大規(guī)模高清視頻資源的高清晰和低延時(shí)性、圖像切換快速靈活，滿足軌道交通線網(wǎng)級(jí)監(jiān)控需求和全網(wǎng)范圍內(nèi)海量視頻圖像的高質(zhì)量、高可靠存儲(chǔ)，是目前很多城市高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越需要考慮的問(wèn)題。本方案為該問(wèn)題的解決提供新的方向和思路。

軌道交通；高清；云監(jiān)控

目前越來(lái)越多的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用基于IP網(wǎng)絡(luò)的高清數(shù)字視頻方案，而IP網(wǎng)絡(luò)的高清數(shù)字視頻系統(tǒng)由于依賴前端高清IP攝像頭的采集、基于以太網(wǎng)的視頻傳輸、IP化的網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)以及視頻監(jiān)控終端的各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，因此對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)提出了越來(lái)越高的要求。

1 當(dāng)前地鐵高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)概述

軌道交通高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足地鐵運(yùn)營(yíng)和治安管理的需要，在車站的站廳區(qū)主要監(jiān)視自動(dòng)售檢票、進(jìn)出口閘機(jī)和上下站臺(tái)的自動(dòng)扶梯等重要區(qū)域；在站臺(tái)區(qū)主要監(jiān)視乘客上、下列車及屏蔽門開、關(guān)的情況，也應(yīng)滿足行車管理人員（中心級(jí)：行車調(diào)度員、環(huán)控調(diào)度員、總調(diào)度人員，車站級(jí)的車站值班員、列車司機(jī)）對(duì)相應(yīng)的管轄區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

軌道交通高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)目前主要采用車站和中心兩級(jí)控制方式，通常由控制中心視頻監(jiān)視子系統(tǒng)和車站視頻監(jiān)視子系統(tǒng)兩部分組成，且兩個(gè)子系統(tǒng)的監(jiān)視和控制是相互獨(dú)立的?？刂浦行牡男熊囌{(diào)度員、電力調(diào)度員、環(huán)控防災(zāi)調(diào)度員和總調(diào)度人員的操作和控制功能也是相互獨(dú)立的。

系統(tǒng)原理構(gòu)成如圖1所示。

1）控制中心視頻監(jiān)視子系統(tǒng)

控制中心視頻監(jiān)視子系統(tǒng)設(shè)備主要包括：中心媒體服務(wù)器、中心視頻服務(wù)器、中心網(wǎng)管服務(wù)器、中心數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、錄像回放服務(wù)器、后備視頻監(jiān)控終端、高清視頻解碼器、視頻監(jiān)視器、中心視頻存儲(chǔ)設(shè)備以及交換機(jī)等設(shè)備。

控制中心視頻監(jiān)視子系統(tǒng)主要用于對(duì)全線全部車站的視頻監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）實(shí)施集成，控制信息接入綜合監(jiān)控系統(tǒng)。圖像顯示在ISCS的工作站及控制中心大屏幕上。

系統(tǒng)在控制大廳新設(shè)后備視頻監(jiān)控終端，作為ISCS各調(diào)度工作站的后備控制設(shè)備，后備視頻監(jiān)控終端設(shè)置在行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)和總調(diào)等處；通常情況下，使用ISCS各調(diào)度工作站實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻監(jiān)控的正常操控。ISCS各調(diào)度工作站能夠在遠(yuǎn)程遙控車站任何一臺(tái)球機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及焦距調(diào)節(jié)。

兒童閱讀也好，親子閱讀也罷，關(guān)鍵是要把最好的書給孩子們。兒童的精神世界在很大程度上是由他們閱讀的書造就的?！白x什么，孩子們就會(huì)成為什么?！毙陆逃龑?shí)驗(yàn)為此精心研制了《中國(guó)幼兒基礎(chǔ)閱讀書目》和《中國(guó)小學(xué)生基礎(chǔ)閱讀書目》，這些書都是為“此時(shí)此刻”的孩子們度身定做的。孩子們通過(guò)這些書，可以走向一個(gè)更加廣闊的世界。這些書，會(huì)培養(yǎng)孩子一個(gè)好的閱讀“胃口”，會(huì)讓他們知道真正的好書是什么味道。

系統(tǒng)傳輸通道支持組播功能，實(shí)現(xiàn)多用戶同時(shí)調(diào)看同一攝像機(jī)圖像時(shí)能共享同一個(gè)傳輸通道，以節(jié)約傳輸通道資源。

控制中心各調(diào)度員對(duì)本系統(tǒng)的操控優(yōu)先級(jí)應(yīng)能夠根據(jù)運(yùn)營(yíng)要求設(shè)置和調(diào)整，操控權(quán)限依次為環(huán)控調(diào)度員、行車調(diào)度員和車站值班員。

2）車站視頻監(jiān)視子系統(tǒng)

車站視頻監(jiān)視子系統(tǒng)設(shè)備主要由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（高清編碼器）、視頻服務(wù)器、高清視頻解碼器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)設(shè)備、后備監(jiān)控終端、視頻監(jiān)視器、車站視頻回放終端以及交換機(jī)等組成。

車站視頻監(jiān)視子系統(tǒng)主要完成對(duì)車站管轄范圍內(nèi)視頻信號(hào)的監(jiān)控和錄像，在車站的出入通道、站臺(tái)、站廳和設(shè)備區(qū)等處安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。攝像機(jī)輸出已編碼的高清數(shù)字信號(hào)經(jīng)光纖輸入至設(shè)備室光口交換機(jī)，并經(jīng)視頻處理設(shè)備（視頻服務(wù)器）進(jìn)行處理（字符疊加、多畫面處理）后,同時(shí)發(fā)往車站值班員以及通信傳輸系統(tǒng)的傳輸通道上傳至控制中心。車站子系統(tǒng)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)本站所有高清攝像頭所攝取的圖像進(jìn)行錄制。

車站值班員可通過(guò)ISCS工作站控制鍵盤，將所需要的畫面切換到ISCS工作站上，或?qū)勺兘箶z像機(jī)及電動(dòng)云臺(tái)進(jìn)行控制，可以自動(dòng)或由值班員選擇對(duì)車站一路或多路圖像錄像。

車站綜合控制室設(shè)置后備監(jiān)控終端，用于車站綜合監(jiān)控工作站的后備控制方式（正常情況下，對(duì)視頻監(jiān)控的監(jiān)控功能集成到ISCS車站操作工作站中）。在車站上下行站臺(tái)圖像各采用1臺(tái)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(lái)隨列車編組加長(zhǎng)需要站臺(tái)加長(zhǎng)，增設(shè)站臺(tái)監(jiān)視攝像機(jī)后，作為四畫面處理器使用。

2 軌道交通高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)組成及方案

2.1 云監(jiān)控技術(shù)概述

云監(jiān)控系統(tǒng)也可以理解為基于云計(jì)算技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由于目前軌道交通高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端一般有大量的高清IP攝像頭，因此監(jiān)控系統(tǒng)就需要有能夠存儲(chǔ)大量高清視頻圖像數(shù)據(jù)的能力，并且能夠根據(jù)軌道交通運(yùn)營(yíng)的不同需求對(duì)如此大量的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)智能分析以及搜索查詢等復(fù)雜計(jì)算，所以具有強(qiáng)大的信息存儲(chǔ)能力和信息計(jì)算能力的云監(jiān)控技術(shù)正好滿足現(xiàn)代軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)日益增長(zhǎng)的發(fā)展需求，同時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在云監(jiān)控技術(shù)下也能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)資源的共享和分配。

2.2 軌道交通高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)組成方案

軌道交通高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)組成主要分為云終端、云交換、云存儲(chǔ)、云計(jì)算以及云業(yè)務(wù)。整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 云監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖

在圖2中，云終端在軌道交通高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中指的是高清IP攝像機(jī)，主要包括高清固定式攝像機(jī)、高清一體化球型攝像機(jī)和高清半球型攝像機(jī)，用于實(shí)現(xiàn)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)在高清晰、低延時(shí)情況下圖像快速靈活的切換，以及在復(fù)雜條件下視頻前端全覆蓋的高清監(jiān)控要求；云交換則是部署和規(guī)劃軌道交通高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的IP承載網(wǎng)，滿足高清監(jiān)控業(yè)務(wù)發(fā)展及擴(kuò)展需求；云存儲(chǔ)主要實(shí)現(xiàn)軌道交通線路網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；蟾咔逡曨l監(jiān)控系統(tǒng)大量視頻圖像信息的高質(zhì)量管理和高可靠存儲(chǔ)；而云計(jì)算主要保障高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、交換能力、存儲(chǔ)空間以及圖像業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通線網(wǎng)化后業(yè)務(wù)需求視頻的低成本擴(kuò)展，同時(shí)確保系統(tǒng)在擴(kuò)展后視頻圖像的質(zhì)量、終端操作控制的實(shí)時(shí)性和以及對(duì)調(diào)度圖像的調(diào)度靈活性也不會(huì)隨之下降；云業(yè)務(wù)則主要除了在軌道交通中用于一般監(jiān)控調(diào)度（如行調(diào)、電調(diào)、環(huán)調(diào)）、視頻查詢檢索和中心ISCS大屏顯示外，也可用于基于IP網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端顯示等功能，主要起到實(shí)現(xiàn)監(jiān)控圖像的共享與綜合利用、與智能視頻監(jiān)控工具設(shè)備進(jìn)行整合、提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平以及利用現(xiàn)有資源來(lái)有效、低成本的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等作用。

基于此架構(gòu)，軌道交通高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)方案如圖3所示。

系統(tǒng)采用核心層和匯聚層兩級(jí)組網(wǎng)方式。核心層仍設(shè)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(shè)視頻存儲(chǔ)設(shè)備、取消設(shè)置視頻管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器等視頻管理設(shè)備外，其他設(shè)備配置與前面敘述的一般車站級(jí)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置基本相同。匯聚車站則是將其中某兩個(gè)特殊車站作匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚車站前端及終端配置除與普通車站系統(tǒng)設(shè)備配置相同外，設(shè)備室內(nèi)還配置專門用于存儲(chǔ)全線范圍的視頻圖像文件的存儲(chǔ)設(shè)備，特別將視頻管理設(shè)備升級(jí)到匯聚車站中。匯聚車站一般選取兩個(gè)，存儲(chǔ)設(shè)備互為備份使用以增加系統(tǒng)可靠性。

全部車站采用匯聚交換機(jī)，前端高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)光纖和全光口交換機(jī)直接接入?yún)R聚交換機(jī)，視頻圖像在系統(tǒng)內(nèi)傳輸及上傳至控制中心時(shí)不再利用傳輸系統(tǒng)的傳輸通道，而是單獨(dú)組建專用的IP承載網(wǎng)絡(luò)（基于快速環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議RRPP的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)），用過(guò)該IP承載網(wǎng)絡(luò)，匯聚層設(shè)備直接接入中心核心層。系統(tǒng)內(nèi)實(shí)時(shí)視頻流可通過(guò)組播方式直接上傳到軌道交通各線路指揮中心（OCC）和線網(wǎng)指揮中心（TCC），大大提高了中心級(jí)視頻監(jiān)控操作相應(yīng)時(shí)間和多級(jí)調(diào)用操作能力。

在此系統(tǒng)架構(gòu)中，TCC為最高級(jí)平臺(tái)，至少能擴(kuò)展到三級(jí)平臺(tái)部署，滿足軌道交通后續(xù)線網(wǎng)化后跨線運(yùn)營(yíng)的需求。核心層和匯聚層節(jié)點(diǎn)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議體系和上級(jí)平臺(tái)TCC以完全數(shù)字對(duì)接，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通互控，上級(jí)TCC平臺(tái)可共享、任意調(diào)閱下級(jí)平臺(tái)監(jiān)控點(diǎn)圖像，支持多級(jí)多域的干線管理，可控制域間的視頻數(shù)量，媒體流數(shù)量達(dá)到上限報(bào)警等。在此架構(gòu)下，OCC將不會(huì)受限于當(dāng)前僅可對(duì)8路視頻圖像進(jìn)行相應(yīng)解碼處理后傳送至TCC。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議即可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)平臺(tái)之間的互聯(lián)互通互控，解決了下級(jí)平臺(tái)與上級(jí)平臺(tái)之間信息的自動(dòng)同步。當(dāng)下級(jí)監(jiān)控資源發(fā)生變化時(shí)，上級(jí)平臺(tái)自動(dòng)獲取同步信息，實(shí)現(xiàn)了平級(jí)（不同線路之間）的圖像資源跨區(qū)域共享。完成權(quán)限的統(tǒng)一劃分后，避免了上下級(jí)同時(shí)操作（對(duì)設(shè)備、對(duì)云臺(tái)等）時(shí)的沖突。

圖3 軌道交通高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)圖

2.3 方案特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1）本系統(tǒng)方案充分整合了IP承載網(wǎng)絡(luò)、視頻、存儲(chǔ)、信令等領(lǐng)域的技術(shù)，采用開放的NGN架構(gòu)。系統(tǒng)將信令控制與媒體流交換分離的先進(jìn)理念引入高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)中的音視頻流通過(guò)設(shè)置在車站的匯聚交換機(jī)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(wù)器上集中處理，從而避免了由于傳統(tǒng)視頻媒體服務(wù)器處理的性能壓力而造成的瓶頸問(wèn)題，也實(shí)現(xiàn)了高清視頻監(jiān)控的大規(guī)模擴(kuò)展，非常適合軌道交通線網(wǎng)化后高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)。

2）存儲(chǔ)流和實(shí)時(shí)流相分離，滿足目前城市軌道交通高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)中看和存不同業(yè)務(wù)的需求，實(shí)時(shí)視頻流通過(guò)組播方式直接上傳至各線分中心和線網(wǎng)總中心，實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻流一次性編碼直接顯示，即使多級(jí)級(jí)聯(lián)也無(wú)圖像衰減，且多個(gè)地方觀看一路攝像頭只占一路帶寬。當(dāng)?shù)罔F有突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，多個(gè)部門可能都需要實(shí)時(shí)調(diào)看事件發(fā)生所在車站的視頻圖像，當(dāng)對(duì)該突發(fā)事件的實(shí)時(shí)性要求較高時(shí)，該架構(gòu)可避免通過(guò)傳統(tǒng)流媒體服務(wù)器分發(fā)導(dǎo)致時(shí)延過(guò)大，同時(shí)占用帶寬較多的問(wèn)題。由于采用IP組播，所占的傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬僅為一路視頻流帶寬，即使有大量監(jiān)控和顯示終端在觀看前方車站的實(shí)時(shí)視頻，其實(shí)時(shí)性和操作的流暢性都不會(huì)受到任何影響，極大提高了突發(fā)事件的作戰(zhàn)指揮效率。

3）系統(tǒng)架構(gòu)中的云存儲(chǔ)方案減少了普通車站的設(shè)備規(guī)模，設(shè)備室已不需設(shè)置視頻存儲(chǔ)設(shè)備和視頻管理設(shè)備，僅設(shè)置一些交換機(jī)和電源分配設(shè)備。此方案節(jié)省了軌道交通通信設(shè)備的用房面積，設(shè)備用電也隨之減少，更為綠色環(huán)保，符合現(xiàn)今建設(shè)綠色軌道交通的設(shè)計(jì)理念。

3 結(jié)論

隨著軌道交通建設(shè)的迅速發(fā)展，許多城市已經(jīng)將高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)?；途€網(wǎng)化，如何保證大規(guī)模下高清視頻資源的高清晰和低延時(shí)性、圖像切換快速靈活，滿足軌道交通線網(wǎng)級(jí)監(jiān)控需求和全網(wǎng)范圍內(nèi)海量視頻圖像的高質(zhì)量、高可靠存儲(chǔ)，是目前很多城市高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越需要考慮的問(wèn)題。高清視頻云監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為該問(wèn)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)