一、引言
隨著中國城市化進(jìn)程的加快，城市人口急劇增加，城市交通承受的壓力越來越大，道路擁擠、交通堵塞、秩序混亂成為大 城市中的普遍現(xiàn)象。軌道交通由于其運(yùn)量大、速度快、準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)、安全性高、不發(fā)生堵塞等優(yōu)點(diǎn)成為各大城市緩和與改善城市 交通緊張的優(yōu)先選擇，目前國內(nèi)如北京、上海、廣州、南京、深圳等一線城市均已開通了地鐵。但是，縱觀全球軌道交通的發(fā) 展史，軌道交通的安全防范問題一直是建設(shè)和管理部門面臨的嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)是軌道交通安全防范系統(tǒng) 中重要的一個(gè)組成部分，它能夠在第一時(shí)間以圖像、文字形式告知管理、維護(hù)和保安人員現(xiàn)場(chǎng)所發(fā)生的任何情況，使保安部 門有效地做出快速反應(yīng)，并將所發(fā)生事件的全過程進(jìn)行備份，對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，為處理事故提供切實(shí)依據(jù)。
軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)又是調(diào)度員和車站值班員監(jiān)視列車運(yùn)行、掌握客流大小和流向、提高行車指揮透明度的輔助通信工 具，是列車司機(jī)在車站停車后監(jiān)視旅客上下車、掌握開關(guān)車門時(shí)間的重要手段。當(dāng)車站發(fā)生災(zāi)情時(shí)，視頻監(jiān)視子系統(tǒng)可作為防 災(zāi)調(diào)度員指揮搶險(xiǎn)的指揮工具。以下筆者以南京地鐵為例簡(jiǎn)單闡述視頻監(jiān)控系統(tǒng)在軌道交通安全防范系統(tǒng)中的應(yīng)用。
二、南京地鐵監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目的需求分析
南京地鐵1 號(hào)線一期工程南起奧體中心，北至邁皋橋，形成南京主城區(qū)中軸線的快速交通走廊。整條線路全長(zhǎng)21.72 公里， 其中地下線14.33 公里，地面及高架線7.39 公里，共設(shè)車站16 座，其中地下車站11 座，地面及高架車站5 座，在小行站設(shè)車 輛基地一個(gè)，整個(gè)地鐵的控制中心設(shè)在珠江路地鐵大廈。
為了保障地鐵交通安全和提高運(yùn)營管理效率，在地鐵沿線全程實(shí)施視頻監(jiān)控，主要包含以下幾個(gè)內(nèi)容：
(1) 運(yùn)營管理監(jiān)控，對(duì)每個(gè)車站的售票處、出入口、自動(dòng)扶梯、站臺(tái)等地點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控和記錄，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑人員和可疑 物件。
(2) 在突發(fā)事件或?yàn)?zāi)害發(fā)生時(shí)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高指揮、調(diào)度能力。
(3) 對(duì)監(jiān)控點(diǎn)附近的其他環(huán)境參數(shù)、告警信息進(jìn)行采集，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一傳送至監(jiān)控中心。
(4) 通過網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，使之能夠方便地進(jìn)行全網(wǎng)集中管理，遠(yuǎn)程調(diào)用。
(5) 公安治安管理監(jiān)控，地鐵沿線各站口周邊人流量大，這部分視頻系統(tǒng)與公安系統(tǒng)共享，保障人們出行安全。
三、南京地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)概述
南京地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由車站本地監(jiān)控、中心遠(yuǎn)端監(jiān)控和傳輸通道三部分組成。系統(tǒng)設(shè)備主要包括攝像機(jī)、監(jiān)視器、切 換矩陣、視頻分配器、畫面合成器、字符疊加器、數(shù)字錄像設(shè)備等。聯(lián)網(wǎng)視頻矩陣以及攝像機(jī)全部采用英飛拓產(chǎn)品。
1、地鐵視頻監(jiān)控車站系統(tǒng)架構(gòu)
在每個(gè)地鐵站出入口都裝有監(jiān)控?cái)z像機(jī)，進(jìn)出地鐵站、檢票口的乘客都會(huì)被攝像機(jī)從正面拍攝到，對(duì)于人流量較大的地鐵 站大廳均安裝有一體化高速球形攝像機(jī)，以便能夠撐握整個(gè)大廳的情況。站內(nèi)較偏僻的角落均單獨(dú)安裝攝像機(jī)，讓不法分子無 機(jī)可乘。地鐵站臺(tái)上有規(guī)律的安裝若干攝像機(jī)，使得運(yùn)營管理人員能夠及時(shí)了解地鐵站情況，列車司機(jī)也能直接從監(jiān)控畫面中 了解當(dāng)前乘客的上下車情況。
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圖 1 車站地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)
如圖 1，所有車站，矩陣和碼分配器都設(shè)置于設(shè)備機(jī)房中，監(jiān)視器和鍵盤放置在車站控制室中，控制人員在車控室通過V2116 鍵盤可以對(duì)車站內(nèi)的所有前端攝像點(diǎn)進(jìn)行切換和控制，從而可以對(duì)本站點(diǎn)的情況有全面的了解和掌握，每一個(gè)站點(diǎn)都相對(duì)獨(dú)立。
2、車站監(jiān)控點(diǎn)的布局舉例 監(jiān)控前端的功能是采集視頻信號(hào)，傳輸?shù)骄仃嚳刂浦鳈C(jī)；同時(shí)接收控制主機(jī)的遠(yuǎn)程控制命令，控制攝像機(jī)的動(dòng)作。由于地 鐵站內(nèi)人員流動(dòng)呈區(qū)域性和固定性特點(diǎn)，因此采用快球?qū)Υ蠓秶恼九_(tái)進(jìn)行監(jiān)控，而在特殊通道和區(qū)域只需采用槍式攝像機(jī)。 每個(gè)站臺(tái)均安裝固定攝像機(jī)用于監(jiān)視列車運(yùn)行及?？空厩闆r，車站站臺(tái)和大廳安裝一體化球形攝像機(jī)，樓梯出入口、自動(dòng)扶手 梯等處設(shè)置固定攝像機(jī)，如圖2 所示。
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整個(gè)系統(tǒng)前端視頻監(jiān)視點(diǎn)由各站站廳和站臺(tái)組成,根據(jù)監(jiān)視的不同環(huán)境以及標(biāo)書的技術(shù)要求，分別采用英飛拓不同的前端產(chǎn) 品：
一體化球型攝像機(jī)用于站廳大范圍監(jiān)視，選用了英飛拓V1747 快球，該快球具有23×12 變焦倍數(shù)，高達(dá)540TVL 的水平線 數(shù)、彩色模式0.1Lux，黑白模式0.01Lux 的低照度。提供多128 個(gè)預(yù)置位和4 個(gè)花樣掃描，方便定點(diǎn)監(jiān)控，預(yù)置位可手動(dòng) 調(diào)用，也可由報(bào)警信號(hào)自動(dòng)激活。
該快球具有良好的操控性，用戶可用0.5°/秒到240°/秒之間的任意速度對(duì)球機(jī)進(jìn)行控制，球機(jī)允許360°的水平轉(zhuǎn)動(dòng)，并 具有自動(dòng)翻轉(zhuǎn)功能，可以不間斷監(jiān)控通過球機(jī)正下方的物體。
固定型攝像機(jī)用于站臺(tái)、樓梯出入口、自動(dòng)扶手梯等處監(jiān)控，采用英飛拓 V1026 高解析度日夜轉(zhuǎn)換型攝像機(jī)，水平解析度 達(dá)540TVL，低照度達(dá)到彩色模式0.4Lux，黑白模式0.05lux。
3、控制中心架構(gòu)
16 個(gè)車站和監(jiān)控中心均采用英飛拓先進(jìn)的V2020 中型聯(lián)網(wǎng)矩陣切換控制系統(tǒng)作為該車站監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心。V2020 矩陣 切換控制系統(tǒng)大可達(dá)240 路輸入，32 路輸出，可根據(jù)具體需要靈活選擇配置(從16×4 至240×32)，采用高密度設(shè)計(jì)減少設(shè)備 占用空間。
各矩陣的以太網(wǎng)口都與 OTN 的網(wǎng)絡(luò)口相連，矩陣之間借助于OTN 構(gòu)建的局域網(wǎng)相互聯(lián)網(wǎng)。此外，每臺(tái)矩陣都有8 路視頻 輸出接入OTN 的視頻輸入端口，通過OTN 傳輸至控制中心。
就南京地鐵 1 號(hào)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，位于珠江路的地鐵大廈是控制中心，調(diào)度員通過一套定制的多功能軟件可以在控制 大廳里看到并且控制16 個(gè)車站的任一攝像機(jī)圖像。每一個(gè)車站的矩陣都以一個(gè)固定的IP 接入OTN 網(wǎng)絡(luò)，地鐵大廈的多功能控 制軟件也和OTN 相連。這樣，通過OTN 這種環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，總控中心的控制信號(hào)可以發(fā)到各地鐵站，而每個(gè)車站的圖像也通過OTN 的視頻通道上傳到中心，使中心能夠切換并控制各個(gè)車站的任何一路圖像。整個(gè)系統(tǒng)有完善的權(quán)限體系，控制中心的優(yōu)先級(jí)高 于車站的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)出現(xiàn)中心和車站同時(shí)控制同一個(gè)球機(jī)時(shí)，控制中心將取得控制權(quán)，車站暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)控制，直到控制中心 釋放權(quán)限。
4、系統(tǒng)的權(quán)限劃分
地鐵站內(nèi)的攝像機(jī)分為兩個(gè)部分，一部分是公安部門既有的攝像機(jī)，通常分布在地鐵站出入口等地方，控制級(jí)別上需要公 安優(yōu)先；另一部分是地鐵運(yùn)營部門的攝像機(jī)，主要用于觀測(cè)地鐵的運(yùn)營情況及人流情況，控制級(jí)別上需要運(yùn)營優(yōu)先，因此整個(gè) 地鐵里的控制權(quán)限是一個(gè)交叉的權(quán)限網(wǎng)絡(luò)。
本系統(tǒng)的權(quán)限劃分非常明確，控制級(jí)別從高到低依次為地鐵站車控室、監(jiān)控中心、警務(wù)中心。任何一個(gè)鍵盤對(duì)于任何一個(gè) 攝像機(jī)都可以設(shè)置不同等級(jí)的權(quán)限。也就是說，同一個(gè)鍵盤對(duì)于不同的攝像機(jī)可以有不同的權(quán)限等級(jí)。
四、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析
城市軌道交通系統(tǒng)站點(diǎn)多，如何對(duì)各站點(diǎn)成千上萬的視頻實(shí)現(xiàn)有條不紊的分級(jí)控制和集成管理？南京地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)采 用了以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣系統(tǒng)，以太網(wǎng)使安防系統(tǒng)集成達(dá)到了新的高度，使用老式的串口和RS485 通信，網(wǎng)絡(luò)非常笨重，需要許多 接線和轉(zhuǎn)接，如果網(wǎng)絡(luò)龐大的話，需要很多通信連線，而且還時(shí)常無法通信。使用以太網(wǎng)，則網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展及通信都不受限制，只 要一根網(wǎng)線就可以和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任何一個(gè)點(diǎn)取得聯(lián)系，方便接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸速率高、通用的通信協(xié)議，并且使得網(wǎng)絡(luò)（局 域網(wǎng)/城域網(wǎng)/廣域網(wǎng)）內(nèi)的設(shè)備可以互相通訊，不論跨越多少建筑，也不需要增加接線。
1、英飛拓以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣
普通聯(lián)網(wǎng)矩陣大都采用 RS232、RS485 等通訊方式實(shí)現(xiàn)通信和聯(lián)網(wǎng)，或者通過RS232 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)，RS485 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng) 絡(luò)和遠(yuǎn)距離的通信，這種矩陣聯(lián)網(wǎng)方式從控制原理上來講只是原非聯(lián)網(wǎng)矩陣的一種控制端和控制距離的擴(kuò)展，即相當(dāng)于將矩陣 的控制鍵盤安裝在遠(yuǎn)端，在另一臺(tái)獨(dú)立矩陣中加入了矩陣的控制協(xié)議和相關(guān)程序，通過RS232、RS485 或其他網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí) 現(xiàn)了遠(yuǎn)距離通訊和控制。但這種控制方式有其蔽端，傳統(tǒng)的RS232、RS485 通訊方式傳輸距離有限、速率低，各廠家設(shè)備協(xié)議不同，且RS232 通訊方式比較適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，RS485 適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，但都沒有很的好的沖突檢測(cè)多路訪問 協(xié)議機(jī)制，不適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中多點(diǎn)這間的全交叉數(shù)據(jù)傳輸，尤其是不適合網(wǎng)絡(luò)覆蓋率極高、通信發(fā)達(dá)的現(xiàn)代城市監(jiān)控。
而以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣猶如一臺(tái)具有網(wǎng)卡的電腦，通訊是同時(shí)面向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備和站點(diǎn)，它完全滿足局域網(wǎng) CSMA/CD 帶 有沖突檢驗(yàn)的載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議，可以有效的防止線路上的通訊沖突和提高線上利用率，滿足與局域網(wǎng)多點(diǎn)設(shè)備的交叉通 訊能力。
英飛拓以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣采用嵌入式操作系統(tǒng)，防病毒能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般操作系統(tǒng)的電腦工作站，網(wǎng)絡(luò)安全問題不必?fù)?dān)憂， 同時(shí)具備完善的矩陣聯(lián)網(wǎng)控制程序和視頻調(diào)用算法，可充分滿足城市監(jiān)控等大規(guī)模矩陣聯(lián)網(wǎng)的使用要求。
相比傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，結(jié)合地鐵視頻監(jiān)控的特點(diǎn)，英飛拓以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣具有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，布局合理：選用以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣及網(wǎng)絡(luò)鍵盤，所有監(jiān)控設(shè)備的控制信號(hào)(矩陣、矩陣鍵盤、視頻編解碼器、 硬盤錄像機(jī)、PC 等)都可以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，全部系統(tǒng)設(shè)備采用統(tǒng)一IP 地址劃分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，標(biāo)識(shí)清晰，不會(huì)產(chǎn)生任何重復(fù) 的標(biāo)識(shí)編碼。便于監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的統(tǒng)一管理。
(2)功能性強(qiáng)大：控制信號(hào)可以由系統(tǒng)中的任意一臺(tái)設(shè)備發(fā)往另外一臺(tái)設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)便可以互控互連，更容易實(shí)現(xiàn)許多地 鐵應(yīng)用中特定的功能定制。
(3)權(quán)限管理分明：系統(tǒng)在以太網(wǎng)上架構(gòu)一臺(tái)權(quán)限服務(wù)器，所有的網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)通過權(quán)限服務(wù)器判別主控設(shè)備對(duì)受控設(shè)備權(quán) 限級(jí)別，通過這種方式可以[敏感詞]到系統(tǒng)中任意一個(gè)受控設(shè)備的權(quán)限，從而實(shí)現(xiàn)不同主控(如車控室、警務(wù)室、維修機(jī)房等)在控制 同一監(jiān)控設(shè)備時(shí)的級(jí)別高低。
(4)系統(tǒng)擴(kuò)展方便：如果在現(xiàn)在的系統(tǒng)中增加新站點(diǎn)(如：軌道延長(zhǎng))，只需在現(xiàn)有系統(tǒng)中增加一個(gè)獨(dú)立的分站監(jiān)控，分配一個(gè) 新的IP 地址即可實(shí)現(xiàn)，可以在不改動(dòng)系統(tǒng)任何設(shè)置的情況下，方便的擴(kuò)展新的站點(diǎn)。
(5)易于系統(tǒng)集成：統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)控制管理模式讓集成可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)，所有的軟件功能性開發(fā)基于以太 網(wǎng)來進(jìn)行，一臺(tái)PC+一套集成軟件可以集中管理系統(tǒng)中的所有設(shè)備。
(6)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)校時(shí)功能：為了保障列車運(yùn)行安全、高效，軌道交通控制對(duì)系統(tǒng)時(shí)間要求很高，這跟傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)有較區(qū) 別。為了保證所有站點(diǎn)視頻系統(tǒng)的顯示時(shí)間完全同步，時(shí)鐘發(fā)生器每分鐘向每個(gè)矩陣分送命令進(jìn)行同步時(shí)間設(shè)置，以保證整個(gè) 地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的各設(shè)備時(shí)間同步。
2、視頻丟失轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)
各站點(diǎn)矩陣系統(tǒng)可以接收各報(bào)警器的報(bào)警信息（如消防、防盜等）和所有的視頻丟失報(bào)警信息，并通過矩陣之間聯(lián)網(wǎng)將信 息轉(zhuǎn)發(fā)給中心管理服務(wù)器。中心管理服務(wù)器收到報(bào)警信息后，可以彈出報(bào)警信息窗口，響起報(bào)警鈴聲，報(bào)警燈閃爍等。全網(wǎng)視 頻和報(bào)警集成不需借助別的設(shè)備，簡(jiǎn)單可靠。
五、結(jié)語
軌道交通是城市公共交通主動(dòng)脈，在南京每天都有數(shù)十萬人流乘坐地鐵，地鐵的安保工作關(guān)系到城市人民的生命財(cái)產(chǎn)安全， 對(duì)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)也有較大影響。在南京地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，英飛拓矩陣系統(tǒng)把矩陣聯(lián)網(wǎng)，視頻丟失轉(zhuǎn)發(fā)，報(bào)警轉(zhuǎn)發(fā)，權(quán)限判 別，校時(shí)等功能通過一根網(wǎng)絡(luò)線全部實(shí)現(xiàn)，使得空間距離幾十公里的監(jiān)控系統(tǒng)真正統(tǒng)一到了一體。南京地鐵已運(yùn)營的1 號(hào)線和 在建2 號(hào)線，均采用英飛拓視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要設(shè)備包括：約70 套聯(lián)網(wǎng)矩陣，900 多臺(tái)快球，360 多臺(tái)攝像機(jī)和160 多臺(tái)控制 鍵盤。
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