城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺設(shè)計研究

龔建生　許麗金　付一鳴　劉東

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；異構(gòu)系統(tǒng)；互聯(lián)互通；平臺設(shè)計

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）03-0107-03

0 引言

城市軌道交通視頻監(jiān)控（CCTV） 系統(tǒng)是監(jiān)視列車運行，掌握客流大小、流向，保障列車正常運行的重要輔助工具，同時也是公安部門用于對車站進行全方位監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并處置突發(fā)事件的重要工具[1]。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，對視頻監(jiān)控資源集中管理和共享應(yīng)用的要求越來越高[2]。由于城市軌道交通是分階段建設(shè)的，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在建設(shè)標準、技術(shù)體制、運用質(zhì)量等方面都存在著差異，如何實現(xiàn)線網(wǎng)級視頻監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通和圖像資源有效共享，發(fā)揮視頻監(jiān)控的全面優(yōu)勢，成為當(dāng)前研究重點[3]。

本文分析了現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)在互聯(lián)互通方面存在的問題，設(shè)計了一種基于GB/T28181聯(lián)網(wǎng)共享協(xié)議的優(yōu)化互聯(lián)互通平臺，實現(xiàn)了武漢軌道交通全線網(wǎng)全部換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通。

1 城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

城市軌道交通現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)大體可分為模擬標清、數(shù)字標清和數(shù)字高清三種制式[4]。2010年以前建設(shè)線路多為模擬標清制式；2010—2013年建設(shè)線路多為數(shù)字標清制式；2013年開通的武漢軌道交通4 號線為國內(nèi)第一條采用全數(shù)字高清制式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的線路，之后軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)開始步入數(shù)字高清時代。

1.1 模擬標清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

模擬標清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。車站前端采用模擬攝像機[5]，輸出模擬視頻信號通過視頻分配器一路傳輸至車站模擬矩陣，另一路傳輸至車站硬盤錄像機。車站本地通過控制器、控制鍵盤及視頻分配矩陣配合，對視頻圖像實況或錄像進行查看，控制中心（OCC， Operation Control Center） 通過視頻光端機遠程調(diào)取車站視頻圖像實況或錄像進行查看。

1.2 數(shù)字標清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字標清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，車站前端采用模擬攝像機，輸出模擬視頻信號至車站編碼器，由編碼器經(jīng)車站交換機將數(shù)字編碼信號傳送至車站本地解碼器和網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機。車站本地通過解碼器、服務(wù)器及控制鍵盤，對視頻圖像實況或錄像進行查看，控制中心通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)遠程調(diào)取車站視頻圖像實況或錄像進行查看。

1.3 數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，車站前端采用數(shù)字高清攝像機，輸出數(shù)字信號至車站交換機，傳送至車站本地解碼器和網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備。車站本地通過解碼器、服務(wù)器及控制鍵盤，對視頻圖像實況或錄像進行查看，控制中心通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)遠程調(diào)取車站視頻圖像實況或錄像進行查看。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺

隨著視頻監(jiān)控的廣泛應(yīng)用，人們開始在互聯(lián)互通方面尋求突破，在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，模擬標清、數(shù)字標清、數(shù)字高清三種制式并存，且同一制式產(chǎn)品生產(chǎn)廠家眾多。同時視頻監(jiān)控平臺都是由不同的廠家構(gòu)建而成，每個廠家都有自己的協(xié)議標準和控制要求，所以存在著很大的差異[6-8]。因此，要實現(xiàn)換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通，首先應(yīng)解決的是異構(gòu)系統(tǒng)（不同制式、不同廠家）的互聯(lián)互通，目前主要有三種方式實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

2.1 基于前端的互聯(lián)互通平臺

基于前端的互聯(lián)互通平臺是通過同軸電纜或者光纜，將換乘站需要互聯(lián)互通的攝像機分別加入本線與鄰線視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺中，可實現(xiàn)所有換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通，無需對軟件平臺進行調(diào)整，對既有系統(tǒng)影響小，只須在系統(tǒng)平臺中添加新增互聯(lián)攝像機信息即可。但基于前端的互聯(lián)互通平臺存在系統(tǒng)可擴展性差的問題，每新增一個換乘站，均需要重新布放線纜，同時在實現(xiàn)模擬與數(shù)字系統(tǒng)互聯(lián)時，需要新增視頻解碼器。因此基于前端的互聯(lián)互通平臺僅適用于少量換乘站內(nèi)少量攝像頭互聯(lián)互通的場景，對于城市軌道交通規(guī)模大、換乘站多、需共享的攝像機路數(shù)多的情況則不適用。

2.2 基于軟件開發(fā)工具包的互聯(lián)互通平臺

不同廠家的模擬標清、數(shù)字標清和數(shù)字高清制式系統(tǒng)均會提供軟件開發(fā)工具包（SDK， Software Develop?ment Kit） 用于進行二次開發(fā)，實現(xiàn)不同廠家、不同制式的異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)，通過軟件定制化開發(fā)，不會出現(xiàn)無法互聯(lián)的問題。但軟件開發(fā)難度大，不同系統(tǒng)兩兩之間均需根據(jù)SDK進行二次開發(fā)；本端及對端平臺同時對攝像機進行操作（圖像調(diào)閱、設(shè)備管理、云臺控制）將會發(fā)生沖突，導(dǎo)致無法正常使用；無標準的規(guī)范制約，互聯(lián)接口維護難度大?；谲浖_發(fā)工具包的互聯(lián)互通平臺可實現(xiàn)換乘站互聯(lián)互通，施工周期較短，但系統(tǒng)需要長期維護，每新增一個品牌設(shè)備，均需要重新根據(jù)SDK做軟件開發(fā)，且軟件開發(fā)周期長。

2.3 基于標準協(xié)議的互聯(lián)互通平臺

中國公安部于2012 年6 月1 日出臺了GB28181 協(xié)議[9]，該協(xié)議基于SIP協(xié)議，采用分布式控制和端到端通信，支持任何類型的編碼協(xié)議，簡單、靈活、易擴展，適合應(yīng)用于大規(guī)模的視頻監(jiān)控系統(tǒng)[10]?；贕B28181標準協(xié)議實現(xiàn)的互聯(lián)互通視頻監(jiān)控系統(tǒng)可擴展性好，施工周期短，無須進行軟件定制開發(fā)，僅須對平臺進行軟件配置即可。通過GB28181標準協(xié)議互聯(lián)不僅能實現(xiàn)視頻的推送，還能實現(xiàn)告警的訂閱和上報[11]。但該協(xié)議于2012年出臺，僅適用于2012年后建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通，2012年之前建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，則不支持通過此協(xié)議互聯(lián)。

針對GB28181協(xié)議無法實現(xiàn)2012年之前建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)的問題，本文設(shè)計了一種基于GB/T28181聯(lián)網(wǎng)共享協(xié)議的優(yōu)化互聯(lián)互通平臺，通過對2012年以前之前建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行改造，使其滿足GB28181協(xié)議互聯(lián)條件。對于采用模擬標清制式的線路，在各換乘站新增視頻編碼器，將需要實現(xiàn)互聯(lián)的模擬攝像機進行編碼，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接入至OCC；對于采用數(shù)字標清制式的線路，直接將碼流通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接入至OCC。同時在OCC新增一套支持GB28181協(xié)議的視頻管理平臺，對以上攝像機進行管理。

3 優(yōu)化互聯(lián)互通平臺的應(yīng)用案例

3.1 武漢軌道交通線網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

由于武漢軌道交通在不同的建設(shè)時期選用了不同的技術(shù)規(guī)范、不同的廠家產(chǎn)品，導(dǎo)致了各線視頻監(jiān)控系統(tǒng)標準不統(tǒng)一、技術(shù)路線不一致、視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法共享視頻資源。武漢軌道交通各線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)有模擬標清、數(shù)字標清、數(shù)字高清三種制式，興圖新科、警視達、浙江宇視、霍尼韋爾四個品牌。

為解決異構(gòu)視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通問題[12]，實現(xiàn)換乘站視頻信息互看，武漢軌道交通采用基于GB/T28181聯(lián)網(wǎng)共享協(xié)議的優(yōu)化互聯(lián)互通平臺，建設(shè)了換乘站視頻監(jiān)控互聯(lián)互通平臺，實現(xiàn)了全線網(wǎng)換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通及視頻信息的全面共享。系統(tǒng)采用逐層匯聚、實時交換技術(shù)，實現(xiàn)視頻信息的統(tǒng)一匯聚和分發(fā)、轉(zhuǎn)發(fā)，支撐換乘站視頻數(shù)據(jù)的橫向互通。平臺建設(shè)主要分為平臺改造、鏈路改造及平臺互聯(lián)三個部分。

3.2 平臺改造

在武漢軌道交通各線路中，由于2012年以后開通的線路，視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺均支持GB28181協(xié)議，對于此部分線路的換乘站互通，只需通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，將換乘站平臺互聯(lián)即可。1、2號線由于系統(tǒng)平臺均不支持GB28181協(xié)議，需對1、2號線換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺進行改造。

平臺改造方案如圖4所示，針對采用模擬標清制式的1號線，在各換乘站新增視頻編碼器，將需要實現(xiàn)互聯(lián)的模擬攝像機進行編碼后，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接入至OCC，在OCC新增一套支持GB28181協(xié)議的視頻管理平臺，對以上攝像機進行管理。針對采用數(shù)字標清制式的2號線，既有系統(tǒng)已實現(xiàn)對模擬攝像機編碼，只需在各換乘站將編碼后的碼流通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接入至OCC，在OCC新增一套支持GB28181協(xié)議的視頻管理平臺，對以上攝像機進行管理。

3.3 鏈路改造

為實現(xiàn)各換乘站視頻監(jiān)控平臺互聯(lián)，物理上需將各換乘站平臺接入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中。對于軌道交通線網(wǎng)各線路傳輸系統(tǒng)帶寬大的城市，采用傳輸系統(tǒng)可構(gòu)建一套TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，用于實現(xiàn)換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)物理鏈路互通。對于軌道交通線網(wǎng)規(guī)模較小，且各線路均為數(shù)字高清系統(tǒng)的城市，可采用換乘站敷設(shè)互聯(lián)光纜的方案進行互聯(lián)。

武漢軌道交通線網(wǎng)規(guī)模較大，且大部分線路傳輸系統(tǒng)均采用基于同步數(shù)字體系（SDH，SynchronousDigital Hierarchy） 的光傳輸設(shè)備，帶寬較小。根據(jù)武漢軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，對于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建采用獨立組網(wǎng)互聯(lián)。本方案在線路級每5～6個換乘站設(shè)置1臺接入交換機與換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)交換機對接（1、2號線與OCC新建管理平臺交換機對接），在區(qū)域級設(shè)置8臺匯聚交換機與接入交換機對接，在線網(wǎng)級設(shè)置1臺核心交換機與匯聚交換機對接，構(gòu)建一套樹形TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)，交換機間互聯(lián)光纖采用專用通信區(qū)間主干光纜預(yù)留纖芯。

3.4 平臺互聯(lián)

武漢軌道交通在視頻監(jiān)控平臺層面，對1、2號線視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行改造，使其支持GB28181協(xié)議。在物理鏈路層面進行了鏈路改造，構(gòu)建了TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，完成全線網(wǎng)換乘站數(shù)據(jù)互通。最后對各線換乘站CCTV平臺配置[13]，通過GB28181協(xié)議實現(xiàn)換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互通，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

本文設(shè)計了基于GB/T28181聯(lián)網(wǎng)共享協(xié)議的優(yōu)化互聯(lián)互通平臺，成功完成武漢軌道交通換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺搭建，平臺中接入線路11條、換乘站71座，共計1065路視頻，實現(xiàn)了換乘站之間視頻數(shù)據(jù)的互通。平臺的成功搭建，使得換乘站視頻信息實現(xiàn)了統(tǒng)一監(jiān)管、實時控制，為客流組織、生產(chǎn)運行、安全檢查、設(shè)備檢修、應(yīng)急處理等各項工作提供了最直接的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，便于實現(xiàn)現(xiàn)場工作的規(guī)范、指導(dǎo)、協(xié)助處理。

4 結(jié)束語

對于武漢軌道交通換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通存在的問題，本文設(shè)計了基于GB/T28181聯(lián)網(wǎng)共享協(xié)議的優(yōu)化互聯(lián)互通平臺，并在武漢軌道交通全線網(wǎng)換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺搭建中應(yīng)用。本平臺的設(shè)計攻克了GB28181協(xié)議不適用于2012年前建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通的劣勢，實現(xiàn)了包括武漢軌道交通1、2號線視頻監(jiān)控平臺在內(nèi)的全線網(wǎng)換乘站視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通，有效提升了車站運營管理能力和對突發(fā)事件的處置應(yīng)對能力，為異構(gòu)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)互通提供了一種解決思路。

【通聯(lián)編輯：梁書】