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解决方案 | 城市轨道交通监控系统

 

    城市轨道交通视频监控系统解决方案
 

一、概述

随着城市化进程不断加速,城市人口密度日益增加,交通压力也随之陡增。作为城市中大容量的快速交通工具,地铁的出现大大缩短了时空的距离,成为许多大中城市缓解交通拥堵的重要工具之一。从安全角度讲,地铁具有人流密集、人员复杂、活动物体多等特点,因此我国各大城市地铁的车站、车辆段、停车场等都安装了视频监控系统,保障人员及运营行车的安全。

无论是城铁还是轻轨,城市轨道交通视频监控系统是城市轨道交通监控系统的最重要组成部分,它对于实时监控轨道交通的运行状态、及时把握轨道交通各站点的人流、物流状况,积极应对可能出现的突发事件及事后取证都发挥着不可替代的作用。

目前城市轨道交通的视频监控主要是车内监控、线路监控、车场监控和站台视频监控,最普遍的是站台视频监控,这类监控一般分为两级监控;在站台端要求监视所有本站图像,另外在监控中心要求可以监视下属各站台的情况。考虑到资金投入的问题,在中心端,受监控点总量和传输网络带宽的限制,一般不要求同时看到所有站台的所有图像;通常是采取两种方式监视:一种是同时监视各城铁站的某几路图像,另外一种是要求可同时看到某一个站台的所有图像或大部分图像。随着安防监控技术的高速发展,高清晰和智能化监控也多运用于城市轨道交通,这就更需要考虑从城铁、轻轨等各监控站点到监控中心的视频传输问题。

 

二、城市轨道交通视频监控系统网络架构

根据城铁运营管理特点,其行车管理人员可分为车站一级(如车站值班员、列车司机等)和运营控制中心一级(如行车调度员等)。因而城铁运营监视系统从使用上可分为,车站监视子系统和控制中心监视子系统。在车站一级的监视系统中,车站站台和站厅区设置若干摄像机,分别监视列车运行和旅客上下车及流动情况。除车站值班员外,列车司机监视的目的是了解相应站台的旅客上车情况。控制中心一级的子监视系统,主要是为控制中心的调度员人员提供对全线各车站的监视,使他们实时地了解车站范围内的列车运行、乘客流动情况,以便更好地进行行车调度和运行组织管理。通过对车站站台区列车出入站及旅客上下车情况的监视,以及通过对站台区客流的监视,就能使调度员了解车站的客流量及列车运行情况,从而实现调度员监视的目的。

另外,当车站发生灾情时,视频监控系统可作为防灾调度员指挥抢险的指挥工具。

城铁视频图像系统分为二部分:一部分是为城铁运营服务的监视监控系统,另一部分为公安服务的公安视频监控系统。

运营视频监控服务于控制中心和车站级的调度员实时监视车站、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,并为事后分析原因及查明责任进行录像。根据地铁运营管理特点,其行车管理人员可分为车站一级(车站值班员、列车司机等)和运营控制中心一级(如行车调度员等)。因而运营监控系统从使用上可分为:车站监控子系统和控制中心监控子系统,在车站一级的监控系统分别监视列车运行和旅客上下车及流动情况,控制中心则对整个地铁线路进行远程监控。

公安视频监控系统是一个维护日常治安并且处理突发犯罪的监控系统,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。因而其监控区域应尽量不留死角,要做到将整个地铁车站纳入民警的视线范围,系统由本地监视、异地监视(公交总队监视全线、派出所监视辖区)两部分构成,组成一个统一的闭路电视监视网络。

每个城铁站的出入口都装有监控摄像机,乘客从任一出入检票口进出都会被摄像机从正面拍摄到。城铁大厅等人流较大的地方都安装有一体化高速球机,以便能够掌握整个大厅的情况。城铁站内的一些偏僻的角落也都安装摄像机,以防不法分子有机可乘。城铁站台上也有规律地

安装若干摄像机,使得运营管理人员能够及时了解列车到站情况,乘客流量等。列车司机也能直接从监控画面了解当前乘客的上下车情况。

由此可见,乘客至少要被城铁里的摄像机从正面拍摄到4次,每个乘客乘坐城铁一次至少也要在监控画面中出现6次。所以任何违法分子在城铁里作案都会被实时地监视。

 

三、视频监控系统

视频监视系统是城市轨道交通维护和保证运输安全的重要手段。它能够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、旅客疏导以及社会治安等方面的视觉信息,由控制中心监视和车站现场监视两大部分构成。采用中心远程监控和车站本地监控方式,组成完整的两级监视网络。用户可在任何一个站点根据授权访问实时图像和历史图像。各车站视频信号,除本站监视外,可通过视频数字编码器编码后送至车站的以太网交换机及传输设备,控制中心接收并进行相应解码处理后,送入控制中心视频显示设备。

因而运营监控系统从使用上可分为:车站监控子系统和控制中心监控子系统,在车站一级的监控系统分别监视列车运行和旅客上下车及流动情况,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,并为事后分析原因及查明责任进行录像。控制中心则对整个地铁线路进行远程监控。车站的图像摄取范围为每站的站台、站厅、自动扶梯、无人值守机房、变电所变压器室及10KV开关柜室等处,还应覆盖AFC的售票机和闸机、出入口、垂直电梯口及轿厢等;车辆段/停车场的图像摄取范围为信号楼的重要楼层(临时控制中心调度室、段/场控制室)、出入口、岔道口、停车列检库内、联合检修库内、轨道车库内、试车线及重要公共区域等。

车辆段监控要求看到所有车辆的情况,包括入口,岔道口,停车检查库,联合修车库,试车线等重要区域,上传给总控中心。

 

四、公安图像监控系统

公安视频监控系统是针对公安业务需要而建设的,是“民警的眼睛”,因而其监控区域应尽量不留死角,要做到将整个城铁车站纳入民警的视线范围,系统由本地监视、异地监视(公交总队监视全线、派出所监视辖区)两部分构成,组成一个统一的闭路电视监视网络。全网由图像摄取、图像显示及录制、本地控制、异地控制、视频信号传输等部分组成。

车站的图像摄取范围为除了共享所有运营前端摄像机以外同时根据公安部门的监视需要,在城铁进出站口、通道及通道拐弯处、厕所通道、站外广场等位置增设摄像机以达到公安部门对视频覆盖的要求。在车辆段/停车场的周界位置增设摄像机,另外对于在地面线路及地下线与地上线交界处的线路高度在5米以下的区域,加装以智能视频分析技术为核心、以周界防护及声光报警为补充的完善的自动监控报警系统。在距地面5米以上线路区域,设常规视频监控系统。

 

五、视频监控系统组成

视频监控系统组成简单、易扩容、易升级、易维护;在瞬间电源倒换时不死机;设备及板卡允许带电热插拔;监控操作程序简便,监控界面图形化;系统的网管功能强大、可对车站电视设备进行遥控开关机;车站设置数字录像设备,可对站内全部图像进行录制并保存;运营中心等部门可任意调看全线任意画面。

1. 前端监控点:

前端监控点分车站监控点和轨道沿线监控两部分。

车站监控点包括出入口、售票点、站台等位置的监控以及相关告警信息的采集,相对来说信号采集点的位置比较集中,所以在该处可以就近布署多端口的网络视频服务器,网络视频服务器将摄像机采集的视频信号转化成MPEG4 格式的压缩码流后,通过以太网口接入轨道交通专用数据网进行传输。

对轨道沿线监控,因为每隔一定距离,需要部署一台摄像机,各监控点相对比较分散,所以,在这些监控点,我们建议选用单路网络视频服务器,将各路段摄像机采集的视频信号现场进行编码、压缩,就近接入数据网络进行传输。

各监控点只需在设备安装时对设备IP 等信息进行初始设置,此后无需对设备进行设置和管理。该管理功能由各车站监控中心或更上一级的监控中心统一负责。

2.车站监控中心

车站监控中心负责车站监控设备的统一配置、维护、监控。车站监控中心的服务器上,安装卓扬科技VSTAR 视频管理客户端软件,可以实现对各前端设备的配置、图像监控、录像查询、回放、云台控制、镜头调节等功能。视频管理系统支持分布式存储技术。存储包括两级,一级是在设备侧,即存储在本机的IDE 硬盘中,另一级是本地管理中心,每一个本地管理中心,根据设置选项保存它所负责的视频产品的音视频录像数据。考虑到对传输资源的占用,本方案中我们建议在各车站监控中心对监控图像进行统一的录像和保存,总站监控中心可以远程查询、调用录像信息。

在车站监控中心,可以利用PC 式监视器对前端监控点的图像实时监控,也可以利用多路视频解码器,将以太网传输过来的图像进行解码,接入模拟监视器或者电视墙进行监控。

3.总站监控中心

总站监控中心负责对轨道交通全线运行、生产情况进行监控。基于网络化的视频监控技术,可以使得总站监控中心的调度能力大大加强。总站监控中心的管理主机上,装有视频管理软件,不但可以对任意一个监控点的信息进行实时监控、查询、回放,还可以实现统一的用户管理、设备管理、故障管理、存储管理等功能,真正实现分布式监控,集中化管理。

在总站监控中心的认证服务器,负责对用户统一进行帐号生成、授权、认证,杜绝非法用户对网络的入侵和非法监视。利用多路视频解码器可以将以太网传输过来的图像进行解码,接入模拟监视器或者电视墙进行监控。

总站监控中心也可以对部分重要监控点的视频信息进行远程录像或备份。

总站监控中心操作人员在选取某车站的视频时,先发码给管理服务器,管理服务器判别权限,然后发命令给相应车站的视频矩阵切换相应的视频信号至某视频编码器,同时让控制中心相应的视频解码器对被选通的某车站编码器的视频信号进行解码,解码器解出的图像进入控制中心矩阵。控制管理服务器同时发命令至控制中心矩阵,把解码器上传的那路图像输出至某个监视器。对球机的控制信号也由该管理服务器进行判别,和其它键盘(包括其它网络内键盘和各车站内键盘)进行权限比对,以判别该键盘是否可操作指定的快球,最后由管理服务器把控制命令发至站内矩阵。

本系统的权限划分非常明确,按照设计要求,任何一个键盘相对于任何一个摄像机都可以设置20个等级的权限。也就是说,同一个键盘对于不同的摄像机可以有不同的操作权限。城铁内的摄像机分为两个部分,一部分是公安专用的球机,通常分布在城铁出入口等地方,控制级别上需要公安优先;另一部分是城铁运营的球机,主要用于观测城铁的运营情况及人流情况,控制级别上需要运营优先。因此,整个城铁里的控制权限是一个交叉的权限网络,控制级别的高低依次为城铁站车控室、控制中心、警务中心和维修间键盘。

要达到上述权限的完美划分,系统主要通过三方面实现:

1)车站内键盘权限划分。根据项目特殊要求,由车站内网络视频服务器对本站键盘控制设定权限,可以设置有20个不同等级的操作权限。

2)控制管理服务器的引入来判别控制权限。以上只对车站键盘的权限控制设置,而对于控制中心处的不同键盘,系统使用控制管理服务器来判别控制中心不同键盘对于前端车站摄像机的操作权限。控制中心所有键盘改为通过IP发码给管理服务器,管理服务器通过识别键盘IP来判断此键盘对于不同摄像机的操作权限,判别完成之后再把键盘的控制指令发向车站相应的设备进行执行。

3)站台网络视频服务器将当前键盘控制权限上传。管理服务器可以很方便地比对不同IP键盘之间的权限,但却比较难比较IP键盘和各城铁站键盘之间的权限。因此,管理服务器要获取各个城铁车站键盘的数据。于是,各城铁站键盘一旦控制了本站某个前端快球,车站网络视频服务器都会通过IP及时把当前键盘对于当前球机的操控权限上传给中心管理服务器,管理服务器收到矩阵上传的数据后在数据库中备份,必要时再取出数据进行权限比对。

4.系统站点

车站图像的摄取范围为每个车站的站台、站厅、自动扶梯、乘客集散厅、出入口等处,并应覆盖AFC的售票机和进出口闸机、票务室等。

 

六、系统功能

1.摄像范围控制选择功能

1)运营中心行车、环控(防灾)调度员可以通过控制键盘及监视器,遥控全线任意车站任何一台球形一体化摄像机云台的转动以及对变焦镜头的调节,所有云台摄像机的预置位应以图形方式设置,并可编写和修改。还能以各种程序进行循环显示或手动选择在彩色监视器上显示任意一个画面。

2)在中心未占用时,各车站值班员可以通过设置在本站的控制键盘和综合监控系统终端遥控本站任意一台球形一体化摄像机云台的转动以及对变焦镜头调节,还能以各种程序进行循环显示或手动选择在监视器上显示单画面或4画面。车站监视器能显示中心控制的球形一体化摄像机云台的情况。车站方只有在高级优先控制释放本站云台后,才可对该路云台进行操作。

3)对车站的云台控制可满足使用软件和键盘两种形式,当云台被占用时各操作员处(包括中心)应该做出显示(直接在软件电子地图上显示出高优先级操作人员名称)。

2.监视功能

1)车站值班员可监视本站站台、站厅及自动扶梯、出入口、售票处、票务室、检票口等处情况,可以进行循环显示或手动选择显示单画面或4画面。由控制键盘或综合监控系统控制终端进行视频控制。

2)运营中心调度员可监视全线各车站情况。可对各个车站所有摄像机摄取的画面进行选择多程序循环监视。以各种程序进行循环显示或手动选择预置位,观看任意车站的任意图像或同时观看同一幅图像。各运行列车内监视图像信号经传输系统传送到运营中心,经以太网接口与CCTV系统连接,中心调度员可监视全线列车情况,观看任意列车内的任意图像或同时观看同一幅图像,可将各站、列车的图像任意地切换到调度大厅显示大屏上。

3) 运营中心的电视监控信号由控制键盘或综合监控系统控制终端进行视频控制,行调、环控(防灾)、总调控制。

4)上、下行站台两端设置的摄像机图像信号经视频分配器分出1路送入设置在站台两侧停车位的各25″监视器。25″监视器安装在墙上。供列车司机监视站台旅客上下车情况。

3.字符叠加及视频分配功能

1)每台摄像机的图像都应在叠加汉字后进入视频管理服务器。字符的内容包括车站站名、摄像机位置等。字符叠加应由软件完成,实现方式应简单快捷,投标人应对此功能详细描述。

2)每台摄像机的图像均进入视频分配器,视频分配器按多路输入配置,每路1入多出。视频分配器应具有补偿远端视频信号传输损耗的能力。

4.数字录像存储功能

1)应具备进行实时动态录像存储功能。

2)数字监控录像存储设备应具有接收统一时间校准的功能,以便对输入的所有图像录制时间进行校准。

3)各车站配置的本地网络视频存储设备(简称NVR)至少提供2个千兆网络接口,提供的存储容量性能应能满足本站全部视频存储30天以上的能力,提供电源冗余保护,支持RAID0RAID1RAID5的盘阵组合,可提供至少一块磁盘损害不影响视频的正常存储及不丢失盘阵中的已存储图像的能力。

4)支持在线的对损坏磁盘的更换,支持通过增加硬盘数量、硬盘容量来扩展存储空间的能力,支持IP SAN的存储技术,可提供通过编程自动实现循环减帧操作的方式节约有限的磁盘空间、延长图像的存储时间。可依据事先的报警处理配置,按需的自动实现事件全程的存储记录,以及提供事件预存储,支持离线DVD-R/W图像刻录和网络转存。

5)视频的存储可通过预先的配置,自动或手动实现。可支持对每一路存储视频不同要求(编码技术、清晰度、码流大小、帧率等)的单独配置。全网任意有操作权限的用户(无论是本地用户还是远程用户)均可进行存储视频的本地检索,对于用户发出的模糊条件(若是完全条件的检索,应只会激活符合条件的那台NVR)的视频检索指令,全线的每一套NVR均同时执行本机存储视频的检索,实现全分布式视频存储的查询、检索服务,可保证在较短时间内,返回给用户详尽的查询结果。

6)存储的图像可在运营中心经进行网络回放、刻录,能按录像的时间、日期范围、站名和摄像机位置进行分类图像检索,回放速度可调(以一帧/秒~二十五帧/秒可调速度回放,清楚地监视图像变化的每一个细节)。

7)存储单元采用19”机架式的磁盘阵列,提供满足需求的存储容量。

8)根据警报即时查看事件;有复查追踪功能,能够跟踪用户系统管理活动。

9)用于PTZ键盘操控的直观界面;基于SNMP的事件通知功能。

5.录像回放功能

1)运营中心的总调度应能调看任意车站的任意一幅视频录像,应能对所回放的录像进行光盘刻录复制。

2)车站值班员能回放本站任一路图像的录像资料。

3)在不影响正常视频存储的条件下,同时满足全网对所存储视频的检索、回放。

4)输出设备(模拟监视器或本机的软解压显示窗口)在视频的回放过程中,视频显示端的解码设备(无论是硬件解码器还是解压缩软件)均可检测该路数字视频的相关编码参数(采用的编码技术、帧率),自动匹配相应的解码参数,使图像得以正常的被解码输出。

6.优先级设置功能

系统具有优先级设置功能,优先级的级别应足够多且其设置应灵活、可调,云台摄像机控制的优先级配置暂定如下(每个优先级可实现时间可调的自动驻留):第一级:运营中心环控防灾调度员;第二级:运营中心行车调度员;第三级:车站值班员;第四级:公安值班员。

优先级应可扩展,不同调度员优先级应可在运营中心通过软件调整,调整方式应灵活快捷,所有云台的优先级均可灵活设置,可根据不同用户需求设置不同优先级。

7.网管功能

视频监视系统设置网管系统,可对视频监控系统设备进行参数设置、编程及故障告警等综合管理。对系统设备的运行情况进行综合的监视与管理,应能对系统数据及配置作及时的修改。

1)故障管理:能识别系统故障,并能对设备发生的故障进行定位及迅速查询;能报告所有告警信号及其记录的细节;具有告警过滤和遮蔽功能(不应产生误告警);提供声光告警显示功能。

2)系统管理功能:

A.应能利用软件菜单对系统设备进行报警参数、报警门限数值的设置和修改,每个前端视频设备的故障报警、设备输出参数应在该操作平台上通过点击屏幕即可看到。

B.可以与其选用的切换矩阵控制设备配套使用。

C.所有视频切换及系统各控制功能均应在该操作平台上点击屏幕或屏幕上的预置位即可实现。其模拟实际线路和站内摄像机位置的图像标识及分层点击站内摄像机的操作方式均可使操作和控制过程简化。

D.应能自动适应光线变化不产生误报警。

E.本系统还应能实现以下基本功能:远程的开机和关机、与多个传输厂家的协议兼容、适应各种传输模式,包括共线和点对点传输。

8.系统其他功能

1)系统为全交叉切换方式,每路输出互不干扰,输出既可以选择完全不同的摄像机的图像,也可以显示来自同一摄像机的图像,显示效果不受影响。

2)在监视器上显示四画面的切换控制,应在相应的操作终端的操作界面上完成,四画面处理器应安装在通信设备室内。

3)系统扩展功能 系统应具有扩展功能,扩展时要求不影响既有设备的使用,较少增加硬件设备,软件基本不变。

4)时钟同步功能

本系统在运营中心应能接收时钟系统中心母钟提供的标准时间信息,校准本系统内所有需要时间信息的设备。系统供电及接地要求

5)运营中心、各车站通信机房提供UPS电源一路。电源分路由本系统在机柜设分路盘,电视监视系统的车站设备包括室外设备如摄像机的电源均引自车站通信设备机房的电视监视机柜。

 

七、设备选型需求分析

1.前端摄像机

前端摄像机地下站台以彩色700线或1080P HD摄像机为主,地面和高架站以彩色黑白转换700线或1080P HD摄像机为主,半球摄像机受安装位置的影响,一般使用防暴型。快球要求采用防护等级到达IP66的设备。摄像机都要求支持宽动态,高清晰度,尤其是在地面站和高架站光线变化较大的地方。

2.存储设备

储存设备要求至少提供2个千兆网络接口,提供的存储容量、IO性能应能满足本站全部视频存储30天(按24个小时/天,图像分辨率为D1,码流不低于2M)及支持10个客户端同时访问的能力。并提供电源冗余保护,支持RAID0RAID1RAID5的盘阵组合,可提供至少一块磁盘损害不影响视频的正常存储及不丢失盘阵中的已存储图像的能力,支持在线的对损坏磁盘的更换,支持通过增加硬盘数量、硬盘容量来扩展存储空间的能力,在必要情况下,可提供通过编程自动实现减帧操作的方式节约有限的磁盘空间、延长图像的存储时间。

3.视频编解码设备

视频编解码设备以MPEG-4H.264格式一体机为主。传输和录像采用不同格式,缓解了机柜内设备配线多,设备多的麻烦。

在以往其他领域的视频图像监控系统中都是采用单一的编码方式,如MJPEGMPEG-2进行图像传输,另外再单独设置硬盘录像机(DVR)进行图像存储,这种方式存在以下缺陷:硬盘录像机的录像调用极不方便,不能支持多用户或多网络的调用;硬盘录像机的图像清晰度没有编码器高;硬盘录像机没有编码器的可靠性高;硬盘录像机的储存容量有限不易扩容;编码器和硬盘录像机是两套独立系统,不利于系统的整体维护。

基于上述原因,在轨道交通视频图像系统中,使用了双编码技术的编码器,在以往的视频编解码设备中,只能编制MPEG-2MPEG-4的一种格式,但码流可以调整。MPEG-2:清晰度好但数据量较大,不便于储存和在带宽较小的网络中传输; MPEG-4:数据量较小但图像清晰度较差,不利于大屏幕显示。采用双编码技术的编码器,可以同时编制二种码流,一种是MPEG-2码流,用于视频传输和显示;另一种是MPEG-4码流,用于视频储存,二种码流的图像分辨率均可设置为D1。以往工程中需要安装2套编解码器,才能解决传输和存储的问题,现在使用一台编码器就可以完成。城铁的传输骨干带宽都在2.5G10G,网络带宽足够MPEG-2视频码流的传输,所以该设备最适合城铁图像监控方式。

4.冗余技术的应用

轨道交通视频图像系统不同于其他行业的安防系统,轨道交通的视频图像系统要求有更高的可靠性和抗打击能力,这就要求要从多个方面进行冗余设计,使系统在任何情况下都可能发挥其应有作用。具体使用了以下技术:系统级的冗余设计(数字+模拟的设计)、网络冗余设计、软件平台冗余设计(双机热备)、储存系统的冗余设计。