城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)與閉路電視系統(tǒng)集成互聯(lián)研究

張志學 劉 佩 李先上 李 瑩 解 凱

(南京南瑞繼保電氣有限公司，211102，南京//第一作者，高級工程師)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)通過系統(tǒng)化方法將各個分散的自動化系統(tǒng)集成為一個有機的綜合自動化系統(tǒng)，通過搭建統(tǒng)一的監(jiān)控層硬件平臺和運行平臺，實現(xiàn)城市軌道交通各個專業(yè)系統(tǒng)之間的信息互通、資源共享，提高各系統(tǒng)的協(xié)調配合能力，高效實現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動，提高城市軌道交通全線的整體自動化水平。綜合自動化系統(tǒng)從技術層面上提供切實、可靠、高效的技術手段，增強對各種突發(fā)事件的應變能力，提高反應速度，增強災害事故的抵御能力。從而提高城市軌道交通的運營管理水平，提高城市軌道交通服務質量和服務水平，更好地為廣大乘客服務。

城市軌道交通ISCS需要集成或互聯(lián)的具有代表性的子系統(tǒng)包括電力監(jiān)控(PSCADA)系統(tǒng)、環(huán)境和機電設備監(jiān)控(BAS)系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)(FAS)、列車自動監(jiān)控(ATS)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)(ACS)、自動售檢票(AFC)系統(tǒng)、廣播(PA)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)(PIS)、屏蔽門(PSD)系統(tǒng)、閉路電視(CCTV)系統(tǒng)、時鐘(CLK)系統(tǒng)等。各個專業(yè)的設備多種多樣，通過ISCS可對這些系統(tǒng)設備進行統(tǒng)一、高效的管理和監(jiān)控。

CCTV系統(tǒng)作為互聯(lián)系統(tǒng)之一，可以為城市軌道交通維護管理的各級運營和調度人員提供必要的可視化信息，便于運營、管理人員對現(xiàn)場情況的確認，提高對問題的響應和處理能力。

1 CCTV系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)概述

CCTV系統(tǒng)是城市軌道交通運行、管理、調度的配套設備，是ISCS中相對獨立的一個互聯(lián)子系統(tǒng)，擔負著城市軌道交通運營中的安防重任，同時為事故追查提供視頻資料。CCTV系統(tǒng)能夠為城市軌道交通中各級運行、管理人員提供現(xiàn)場真實、實時、直觀的可視化監(jiān)視信息，是城市軌道交通運營管理的有效手段。作為車站值班人員和控制中心各級調度員監(jiān)視列車運行和站臺情況、掌握客流大小和流向的重要工具，CCTV系統(tǒng)對高效組織、指揮列車運營，對于保障運營安全和加強車站管理，提高城市軌道交通運營能力具有重要意義。

CCTV系統(tǒng)一般會在各個車站的站臺、站廳、換乘通道、出入口、設備機房、隧道、列車車廂等處設置攝像頭，視頻服務器對這些攝像頭的視頻進行存儲，方便事后查詢。車站的運營人員或者控制中心的調度人員根據(jù)權限可以完成對這些攝像頭實時監(jiān)視、PTZ(云臺全方位移動及鏡頭變倍、變焦)控制等操作。一般車站值班人員只能訪問本車站的視頻信息，而控制中心調度人員可以訪問所有車站的攝像頭信息。

CCTV系統(tǒng)經過了模擬、數(shù)字標清、數(shù)字高清3個發(fā)展階段[1]，CCTV系統(tǒng)的網絡化、高清化是發(fā)展的必然趨勢。為了提高城市軌道交通系統(tǒng)的整體自動化水平和運營人員對事故、突發(fā)事件的反應速度和處理效率，本文分析了CCTV系統(tǒng)與ISCS進行互聯(lián)集成的功能需求，在此基礎上，根據(jù)工程實踐經驗，對ISCS和CCTV系統(tǒng)的集成模式和網絡接口進行了對比分析及探討研究。

1.2 監(jiān)視范圍及功能

車站視頻圖像的監(jiān)視范圍包括站廳層、站臺層、出入口、自動扶梯、變電所變壓器室及10 kV開關柜室等，在這些處所設置固定攝像機或者一體化球形攝像機。覆蓋范圍還應該包括AFC售票機、閘機、票亭、安檢處、垂直電梯轎廂等。在車輛段、停車場，視頻圖像監(jiān)視范圍為出入場線、平交道口、有人和無人分界區(qū)、軌行區(qū)、停車列檢庫內、綜合樓出入口以及其他重要區(qū)域等。

CCTV系統(tǒng)還需要在各個區(qū)間設置區(qū)間攝像機，區(qū)間攝像機在軌道專用橋監(jiān)視軌行區(qū)、橋墩以及容易發(fā)生人員翻越、跨越區(qū)域。在非軌道專用橋應監(jiān)控軌行區(qū)以及容易發(fā)生人員翻越、跨越區(qū)域。在隧道口，按照2個固定攝像機設置，監(jiān)控隧道口出入2個方向。

CCTV系統(tǒng)采用中心遠程監(jiān)控和車站本地監(jiān)控兩級監(jiān)視網絡[2]，各個車站視頻信息，除了用于本地監(jiān)視外，可通過視頻交換機后送到車站的視頻網絡傳輸設備，并通過視頻傳輸網絡系統(tǒng)傳送至控制中心。在控制中心，各級調度員可根據(jù)各自授權需要訪問全線實時視頻圖像信息或者歷史圖像信息。

2 綜合監(jiān)控集成要求

目前正在建設的城市軌道交通工程都要求CCTV系統(tǒng)通過與ISCS互聯(lián)進行界面整合。在控制中心總調、行調、環(huán)調和車站值班等綜合監(jiān)控工作站能夠對CCTV系統(tǒng)所管轄的區(qū)域進行視頻圖像監(jiān)視。

2.1 集成功能

ISCS集成CCTV系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下功能：

(1) 對CCTV系統(tǒng)的設備工作狀態(tài)、故障狀態(tài)，以及通信鏈路狀態(tài)和相關報警進行監(jiān)視?？梢岳L制CCTV系統(tǒng)各個監(jiān)控點的平面布局圖，這些布局圖能夠清晰地反映當前CCTV系統(tǒng)各個設備的工作狀態(tài)。

(2) NMS(網絡管理系統(tǒng))管理。CCTV系統(tǒng)的各個設備要接受NMS的管理和監(jiān)視。

(3) 視頻圖像查看。為了簡化車站值班人員或者控制中心各級調度人員操作，一般要求在ISCS工作站能夠直接對授權的攝像頭進行視頻監(jiān)視。

(4) 視頻控制。提供對全線可控攝像頭的控制，包括水平移動、垂直移動、畫面縮放控制，以及對焦距、光圈、預置位控制等。

以粉煤灰“一步酸溶法”提取氧化鋁后尾渣—白泥為原料，通過堿液浸取—水熱合成工序制備13X分子篩。研究了導向劑用量、老化溫度、鋁源對13X分子篩的合成的影響，當導向劑用量為原液體積的3%、老化溫度為60 ℃、鋁源為偏鋁酸鈉時，合成的13X分子篩具有較好的熱穩(wěn)定性，該分子篩對Pb2+的飽和吸附量達到35.82 mg/g。因此，利用白泥為原料成功制備分子篩，顯著降低了分子篩的生產成本，推動了13X分子篩的生產與工業(yè)化應用，在污水處理方面有較好的應用前景。

(5) 畫面分割功能。在綜合監(jiān)控的工作站上能夠通過畫面分割的方式同時對多個CCTV系統(tǒng)監(jiān)視點進行監(jiān)控。

(6) 自動輪巡功能。能夠對多組預定義的攝像頭分組進行輪流循環(huán)監(jiān)視，減少工作人員的操作次數(shù)，提高巡檢監(jiān)視的便利性。輪巡功能可分為自由選擇模式和預定模式兩種。在自由模式中，ISCS按照程序設定的時間和選定的攝像機，把這些特定的選擇信息發(fā)送指令給CCTV系統(tǒng)。預定模式是ISCS向CCTV系統(tǒng)發(fā)送CCTV系統(tǒng)預先設定好的模式號，CCTV系統(tǒng)根據(jù)模式號執(zhí)行特定的輪巡模式。

(7) 控制CCTV系統(tǒng)的內容切換。在車站值班ISCS工作站上，在ISCS畫面上選擇模擬CCTV系統(tǒng)的畫面分割窗口，把選擇的視頻源發(fā)送給CCTV系統(tǒng)，控制CCTV系統(tǒng)當前監(jiān)視器上視頻源的切換。這樣既可以充分利用原有CCTV系統(tǒng)監(jiān)視器，又可以保證原有CCTV系統(tǒng)的完整性不受影響。

(8) 控制OPS(大屏幕系統(tǒng))切換。在控制中心，行車調度人員可以選擇并配置OPS上的CCTV系統(tǒng)顯示區(qū)域，并通過ISCS工作站的監(jiān)視器指定某個視頻源，將來自該視頻源的視頻顯示到大屏幕上。

(9) 輪巡組態(tài)編輯功能。在控制中心或者車站的ISCS畫面上，可以對CCTV系統(tǒng)輪巡時序序列繼續(xù)定義、編輯，包括添加、編輯、刪除等操作，也可以對輪巡間隔進行定義。

(10) 電子地圖功能。方便攝像機及其顯示地點的選擇，便于快捷選擇監(jiān)視目標。

2.2 聯(lián)動功能

(1) 在綜合監(jiān)控工作站，通過配置可以使某攝像機(具有智能視頻技術監(jiān)視功能)與1個或1組事件進行關聯(lián)，當該事件出現(xiàn)時，自動選擇該攝像機。例如，某自動扶梯運行停止，ISCS通知CCTV系統(tǒng)，并將視頻信號切換到該扶梯處的攝像機，且在ISCS操作員工作站顯示。

2.3 集成模式

根據(jù)是否在綜合監(jiān)控工作站接收CCTV系統(tǒng)視頻流并解碼顯示視頻圖像，ISCS與CCTV系統(tǒng)的集成方案可以采用以下3種模式[3-4]。

(1) 控制式。ISCS工作站只從CCTV系統(tǒng)獲取設備配置組態(tài)信息，但是不接收CCTV系統(tǒng)的視頻流。ISCS工作站向CCTV系統(tǒng)工作站發(fā)送控制命令，控制CCTV系統(tǒng)工作站顯示器上顯示的視頻通道信息。CCTV系統(tǒng)工作站上的應用服務程序接收到ISCS發(fā)送過來的視頻通道切換指令后，根據(jù)在該指令中包含的顯示窗口信息在指定窗口上顯示指定視頻通道圖像內容。根據(jù)系統(tǒng)集成聯(lián)動需要，ISCS也可以向CCTV系統(tǒng)發(fā)送推視頻指令、輪巡監(jiān)視等控制指令。這種方式的優(yōu)點在于，可以充分利用CCTV系統(tǒng)的監(jiān)視器，避免占用ISCS工作站的顯示資源、CPU資源，同時也降低了ISCS進行界面集成的難度。

(2) 嵌入式。ISCS工作站接收CCTV系統(tǒng)發(fā)送過來的視頻流，并根據(jù)需要進行解碼顯示網絡視頻信號。ISCS系統(tǒng)集成商根據(jù)CCTV系統(tǒng)廠家提供的開發(fā)包進行界面集成。這種方式的優(yōu)點在于，提高了ISCS的集成自動化水平，操作員可以根據(jù)需要在ISCS工作站上完成所有的視頻監(jiān)視功能。在發(fā)生聯(lián)動時，可以直接在ISCS工作站本機推視頻窗口。

(3) 混合式。綜合了控制式和嵌入式的功能，既能夠向CCTV系統(tǒng)發(fā)送控制指令，也可以根據(jù)需要向CCTV系統(tǒng)發(fā)送視頻流請求，接收這些視頻流并解碼顯示視頻圖像信息。這種方式的優(yōu)點在于，提高ISCS集成自動化水平的同時，可以根據(jù)需要調整，以充分利用CCTV系統(tǒng)和ISCS的顯示資源。

ISCS與CCTV系統(tǒng)互聯(lián)集成模式對比分析見表1。

表1 ISCS與CCTV系統(tǒng)互聯(lián)集成模式對比分析

3 互聯(lián)接口分析

目前新建和在建的城市軌道交通CCTV系統(tǒng)均采用IP數(shù)字高清系統(tǒng)，ISCS與CCTV系統(tǒng)直接單純的串口通信已經不能夠滿足業(yè)務增長的需要[5]。根據(jù)ISCS與CCTV系統(tǒng)之間的信息交互需求，2個系統(tǒng)網絡的互聯(lián)接口可采用交換機接入和ISCS工作站接入2種方式。

根據(jù)集成互聯(lián)功能要求，ISCS與CCTV系統(tǒng)互聯(lián)接口功能如表2所示。

表2 ISCS與CCTV系統(tǒng)集成互聯(lián)接口功能

3.1 交換機接入方式

在車站或者控制中心，ISCS交換機直接接入CCTV系統(tǒng)交換機，如圖1所示。

圖1 ISCS交換機接入CCTV系統(tǒng)

在交換機接入方式中，CCTV系統(tǒng)視頻流數(shù)據(jù)會進入ISCS數(shù)據(jù)網絡，在ISCS網絡帶寬受限或者ISCS數(shù)據(jù)量大的情況下，有可能造成ISCS運行出錯。與此同時，也有可能對CCTV系統(tǒng)視頻流數(shù)據(jù)獲取不夠流暢，導致視頻畫面出現(xiàn)丟幀、畫面不連續(xù)的情況發(fā)生。而且，一旦發(fā)生問題，由于兩個網絡相互影響，對問題的定位和處理也不容易。

這種接入方式的優(yōu)勢在于，ISCS工作站不需要增加額外的網絡接口，網絡結構比較簡單；所有的ISCS工作站都能夠對等地與CCTV系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。

3.2 ISCS工作站接入方式

圖2為ISCS工作站接口接入CCTV系統(tǒng)示意圖。

圖2 ISCS工作站接口接入CCTV系統(tǒng)

在ISCS工作站接入方式中，需要對ISCS工作站增加并配置獨立的網卡并接入CCTV系統(tǒng)網絡交換機。對于那些沒有單獨配置網卡并接入CCTV系統(tǒng)網絡的工作站，是不能夠完成綜合監(jiān)控畫面上CCTV系統(tǒng)應用功能的。

這種接入方式的顯著優(yōu)點在于，保持了ISCS和CCTV系統(tǒng)網絡結構相對獨立，CCTV系統(tǒng)大量的視頻數(shù)據(jù)流不會進入ISCS網絡交換機。因此，ISCS和CCTV系統(tǒng)的網絡數(shù)據(jù)不會相互影響，不會增加網絡負擔，為網絡帶寬提供了更大的裕度。

這種接入方式是目前城市軌道交通ISCS和CCTV系統(tǒng)進行互聯(lián)所采用的比較多的網絡接口方式。

3.3 接口互聯(lián)協(xié)議

在車站端，ISCS與CCTV系統(tǒng)的網絡接口分界示意圖如圖3所示。

4 結語

隨著信息技術、網絡技術、視頻編解碼技術的不斷發(fā)展，ISCS與CCTV系統(tǒng)之間進行互聯(lián)集成的自動化水平也在不斷提升。本文根據(jù)工程實踐經驗，總結了城市軌道交通ISCS與CCTV系統(tǒng)進行集成的功能需求，并對多種集成方案進行了對比分析。此外，本文還對兩個系統(tǒng)之間的網絡接口進行了分析比較，給出了符合工程實施的建議。

注：IBP——綜合后備盤

圖3 ISCS與CCTV在車站接口分界示意圖