淺析軌道交通數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)

許釗

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通信信號(hào)處，陜西 西安 710043）

淺析軌道交通數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)

許釗

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司通信信號(hào)處，陜西 西安 710043）

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格越來越低，綜合性能不斷提高。目前的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，集圖像、聲音和防盜報(bào)警于一體，已經(jīng)成為安全防范自動(dòng)化技術(shù)的主要發(fā)展方向。本文針對(duì)地鐵數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)劃做出討論，并進(jìn)行比較，最后提出解決問題的可能的方向。

城市軌道交通；數(shù)字視頻監(jiān)控；技術(shù)措施

1 軌道交通行業(yè)需求分析

軌道交通面臨的諸多安全威脅與軌道交通的全線性、連帶性、封閉性及群體性等特性是密切相關(guān)。（1）全線性：列車依賴于單一軌道連續(xù)運(yùn)行，在線路上發(fā)生災(zāi)難事件時(shí)，會(huì)造成整條線路的運(yùn)營中斷，甚至影響其它線路的正常運(yùn)行，而且在一定時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)正常運(yùn)行。（2）連帶性：軌道交通客流量大，而且客流在一定時(shí)間內(nèi)封閉在有限的區(qū)域中，發(fā)生災(zāi)難事件時(shí)，除了乘客可能受到直接傷害外，還極易造成車站、車輛和其它設(shè)施的毀壞。（3）局限性：由于地鐵項(xiàng)目特殊的地形條件限制，線路多行走于高架，隧道等環(huán)境內(nèi)，突發(fā)事件地點(diǎn)空間的局限性，在很短的時(shí)間內(nèi)完成軌道交通系統(tǒng)的滅火、排煙、排毒氣作業(yè)以及開展救援工作的難度很大。（4）群體性：在車站，單位面積人數(shù)多。在軌道交通系統(tǒng)中如果出現(xiàn)縱火、爆炸或施放毒氣、生物制劑，極易造成群死群傷、嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)和政治影響。

2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)劃討論

2.1 流媒體規(guī)劃

2.1.1 各種數(shù)字視頻參數(shù)的選擇。在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，視頻壓縮編碼格式從MJPEG、H.263、MPEG4 到 H.264 的發(fā)展目前H.264是主流應(yīng)用的壓縮算法。其最大的優(yōu)勢是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮率在同等圖像質(zhì)量的條件下H.264的壓縮比是MPEG-4的1.5-2倍。H.264在具有高壓縮比的同時(shí)還擁有高質(zhì)量流暢的圖像。正因?yàn)槿绱私?jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少也更加經(jīng)濟(jì)，大大節(jié)省了用戶的下載時(shí)間和數(shù)據(jù)流量。

在技術(shù)上H.264集中了以往標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)并吸收標(biāo)準(zhǔn)制定中積累的經(jīng)驗(yàn)。與H.263、MPEG4相比H.264做到了大幅度降低碼率最多可節(jié)省50%的碼率有效地實(shí)現(xiàn)了碼流控制。現(xiàn)在有較多的廠家的網(wǎng)絡(luò)視頻產(chǎn)品均采用了先進(jìn)的H.264壓縮算法。

2.1.2 數(shù)字視頻系統(tǒng)各種類型流媒體分析。

（1）數(shù)據(jù)流包括以下三種。實(shí)時(shí)查看流：具體數(shù)量取決于實(shí)時(shí)調(diào)看需求。（10%）錄像流：取決于存儲(chǔ)策略（>85%）

錄像回放流：取決于錄像查看需求（<5%）

（2）雙碼流技術(shù)。視頻編碼單元可以同時(shí)輸出2種不同的視頻信號(hào)，期差異可能包括壓縮格式、分辨率、流量大小等。用戶可以根據(jù)需要選擇不同的視頻信號(hào)來完成不同的需求應(yīng)用，如24小時(shí)不間斷存儲(chǔ)采用低流量、低分辨率、圖像效果一般的視頻信號(hào)；而報(bào)警錄像和實(shí)時(shí)查看則可以選擇高分辨率、高流量、圖像效果較好的視頻信號(hào)。

所以在作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，需要將幾種碼流流量均綜合考慮，在流媒體規(guī)劃中采用雙編碼技術(shù)，即實(shí)時(shí)圖像采用MPEG-2編碼方式，存儲(chǔ)采用MPEG-4/H.264格式，已滿足實(shí)時(shí)調(diào)看的存儲(chǔ)回放的不同需求。

并且視頻流媒體的實(shí)際流量不應(yīng)超過當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的40%。

2.1.3 IP攝像機(jī)與模擬攝像機(jī)+視頻編碼器的對(duì)比。從系統(tǒng)架構(gòu)而言，采用IP攝像機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡潔、緊湊。從功能強(qiáng)度而言，由于IP攝像機(jī)需要將視頻編碼單元設(shè)計(jì)在攝像機(jī)內(nèi)。因此，小型化的設(shè)計(jì)在一定程度上會(huì)帶來設(shè)備散熱性能的不足以及圖像效果處理能力（尤其是運(yùn)動(dòng)圖像）的降低。從設(shè)備布置原則而言，由于模擬視頻信號(hào)的傳輸可以超過500米（SYV75-5）；而數(shù)字視頻信號(hào)的傳輸一般不超過100米（超五類線）。從網(wǎng)絡(luò)交換端口占用數(shù)量而言：目前IP攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口均采用1:1的比列設(shè)計(jì)；而視頻編碼器可以提供單路、四路、八路等多種選擇。在攝像機(jī)類型選擇方面：由于模擬攝像機(jī)的類型已經(jīng)十分成熟豐富--普通、低照度、寬動(dòng)態(tài)、彩色/黑白等，因此選型更為符合實(shí)際需求。

綜上所述，兩種類型各有優(yōu)勢，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況合理選擇最佳方案。

2.3 存儲(chǔ)規(guī)劃

2.3.1 本地存儲(chǔ)：將流媒體存儲(chǔ)在前端設(shè)備。特點(diǎn)是簡單、可靠。錄像時(shí)不占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴度低。但是存儲(chǔ)系統(tǒng)沒有良好的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)保障機(jī)制，流媒體存儲(chǔ)在各個(gè)前端設(shè)備上，無法進(jìn)行有效的統(tǒng)一檢索管理。而且與第三方系統(tǒng)集成度不高。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)：將流媒體集中存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)上。優(yōu)點(diǎn)是與第三方設(shè)備集成度高?？梢詫?duì)所有流媒體錄像進(jìn)行統(tǒng)一管理。但缺點(diǎn)是需要合理的對(duì)存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)位置進(jìn)行規(guī)劃，并高度的依賴網(wǎng)絡(luò)。

2.4 系統(tǒng)保障機(jī)制規(guī)劃

2.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)管理。在復(fù)雜的系統(tǒng)中應(yīng)采用多級(jí)架構(gòu)管理，做到集散管理，本地自治，系統(tǒng)劃分為總調(diào)度指揮中心中央級(jí)數(shù)據(jù)庫和各車站本地車站級(jí)數(shù)據(jù)庫，每個(gè)車站級(jí)數(shù)據(jù)庫完全獨(dú)立運(yùn)行，不依賴于中央級(jí)數(shù)據(jù)庫/網(wǎng)絡(luò)，中央級(jí)數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部車站級(jí)數(shù)據(jù)庫的管理、備份和恢復(fù)。

且系統(tǒng)支持：中央級(jí)——對(duì)車站級(jí)的數(shù)據(jù)手工/定時(shí)/實(shí)時(shí)更新備份。管理由中央進(jìn)行，車站只負(fù)責(zé)控制；車站級(jí)——車站級(jí)之間的訪問，由中央授權(quán)，任意一個(gè)車站故障，不會(huì)影響其他車站的正常運(yùn)行；中央癱瘓，所有車站仍然可以獨(dú)立工作。

2.4.2 雙機(jī)熱備冗余。在正常情況下服務(wù)器A（主服務(wù)器）和服務(wù)器B（備份服務(wù)器）均正常運(yùn)行，服務(wù)器B作為備用，所有的客戶端連接到服務(wù)器A，主服務(wù)器和備份服務(wù)器均指的是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

在服務(wù)器A故障情況下，服務(wù)器B取代服務(wù)器A，所有的客戶端連接到均服務(wù)器B。

在雙機(jī)熱備的基礎(chǔ)上還可以做節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)N+M熱備冗余：在節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，中心臨時(shí)接管。系統(tǒng)采用N+M的模式構(gòu)建具備冗余節(jié)點(diǎn)的大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)。將冗余節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)布設(shè)在中心，提供中心臨時(shí)接管功能。

2.5 特色功能規(guī)劃

系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)具體需要，具有完備的運(yùn)作模式，可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)流程、消防/安防需求的不同，面向業(yè)務(wù)編排多種模式，如正常運(yùn)行模式、緊急運(yùn)行模式、火災(zāi)運(yùn)營模式等，同時(shí)可以能夠接受上級(jí)控制系統(tǒng)的模式控制命令,在觸發(fā)事件發(fā)生后自動(dòng)執(zhí)行或半自動(dòng)執(zhí)行。

視頻智能分析功能應(yīng)與數(shù)字視頻系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，有效使用，實(shí)現(xiàn)功能包括危險(xiǎn)物丟棄檢測、人員斗毆檢測、圖像場景變更檢測、圖像模糊檢測逃票檢測、欄桿翻越檢測、區(qū)域人員統(tǒng)計(jì)、重要物品丟失檢測、重點(diǎn)防范區(qū)域入侵報(bào)警探測等。

結(jié)語

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展,將視頻壓縮成數(shù)字流并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸是目前監(jiān)控領(lǐng)域中的一個(gè)趨勢。采用數(shù)字視頻監(jiān)視技術(shù)，一方面可完全滿足多級(jí)監(jiān)視的要求，另一方面視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化可減少多次的模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換，并且設(shè)備構(gòu)成簡單，并易于與綜合監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，在地鐵中數(shù)字視頻監(jiān)視技術(shù)將會(huì)成為主流。

[1]蒲豫園.城市軌道交通數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景[J].鐵道通信信號(hào)，2006.

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