我國的地鐵建設正迎來大規模發展的歷史性機遇。作為軌道交通安全防范的重要組成部分，地鐵視頻監控獲得前所未有的發展空間，作為流動性非常高、人員大量聚集的公共場所，地鐵尤其需要利用視頻監控實現全程、全方位的安全防范。事實上，從世界各地已部署應用的情況來看，地鐵的視頻監控系統也確實發揮了非常重要的作用。
隨著城市交通的壓力，各城市軌道交通的發展逐漸成網狀，一個城市不僅僅是1條、2條線路的建設、規劃，傳統的軌道交通視頻監控建設如果僅僅考慮一條線路內的情況，那么帶來的將是視頻監控的孤島，后期為了將孤島聯通，勢必將會面臨兩難局面：一是采用傳統的模擬接入只能滿足查看需求，二是全網互聯互控勢必面臨對已有監控系統的改造問題。軌道交通行業建設之初在視頻監控系統發展的不同階段，分別采用當時最佳的方案組合進行軌道交通行業的監控系統建設，但是擺在地鐵建設者面前的一個新問題是：如何滿足新階段下的地鐵監控需求。
本文將對地鐵監控的系統結構及發展趨勢進行探討，通過對地鐵視頻監控系統的發展現狀、功能需求、系統集成以及新技術應用等方面的分析，冀望找到更加合理、完善的地鐵監控系統建設的整體解決方案。
地鐵監控系統的組成架構
地鐵視頻監控系統從服務對象來看分為二部分：一部分是為運營服務的閉路電視監視系統，另一部分為公安服務的公安視頻監控系統。
運營視頻監控服務于控制中心和車站級的調度員實時監視車站、車內客流以及乘客上下車等情況，以確保運營安全、快捷、準時;在發生緊急情況(如火災、反恐、自然災害等)時，為相關人員提供事發現場實時圖像，方便指揮現場救援及乘客疏導，并為事后分析原因及查明責任進行錄像。根據地鐵運營管理特點，其行車管理人員可分為車站一級(車站值班員、列車司機等)和運營控制中心一級(如行車調度員等)。因而運營監控系統從使用上可分為：車站監控子系統和控制中心監控子系統，在車站一級的監控系統分別監視列車運行和旅客上下車及流動情況，控制中心則對整個地鐵線路進行遠程監控。
公安視頻監控系統是一個維護日常治安并且處理突發犯罪的監控系統，負責對全線各車站的出入、人流擁擠的區域(上下行站臺、站廳、閘機出入等)進行監視。因而其監控區域應盡量不留死角，要做到將整個地鐵車站納入民警的視線范圍，系統由本地監視、異地監視(公交總隊監視全線、派出所監視轄區)兩部分構成，組成一個統一的閉路電視監視網絡。
有些地區，這兩套系統是分別建設和使用管理維護的，但從經濟和使用角度來看，將兩套系統合并為一起，并通過優先級對所有用戶進行分類具有合理性。首先，建設是整個系統是按一套系統建設，布點和設備配置上兼顧了各方面的要求，不會造成兩次建設時的設備重復，同時，一套系統在使用上不存在兼容性問題，維護時也不會造成相互推諉而出現耽誤設備維護耽誤問題。
下面就是將兩個系統合并一起的地鐵數字化視頻監控系統結構說明。
該視頻監控系統是由車站、控制中心組成的兩級網絡化結構。
車站級監控中心：包括車站、車輛、車輛段等本地監控，主要是車站監控和列車監控，一般由攝像機、視頻編解碼設備、存儲設備、顯示設備等組成，每路圖像信號采集后經視頻處理輸出兩路視頻信號，一路視頻信號傳送到遠程的線路控制中心，另一路視頻信號送入本站車站行車供指揮人員和公安值班人員使用。
控制中心監控中心：對線路的各車站將圖像信息通過光傳輸設備將圖像送到控制中心OCC，給行車調度員、電力調度員、防災調度員、調度主任和公安調度值班員等提供圖像顯示及控制。控制中心具備多路視頻信息的顯示能力，中心對于每路圖像具備任意選擇權和攝像機控制權。
地鐵視頻監控系統技術特點
地鐵數字化視頻監控系統結構圖
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從模擬系統到數字系統
地鐵監控系統和整個視頻監控系統的發展一樣，也是一個從模擬系統到數字系統的轉變過程。傳統的地鐵視頻監控多采用模數結合方案進行建設，隨著安防技術的進步以及模擬系統弊端的日益顯現，數字化解決方案得到推廣，典型的應用模式是模擬攝像機+編碼設備，存儲則選用磁盤陣列或者網絡存儲的方式，也有部分城市以采用網絡攝像機、交換機、NVR為代表的純IP解決方案，采用數字化的方式使得監控系統能夠實現集中監控、資源統一調配、突發事件多人實時調看、跨線運營調看圖像，同時在存儲時間、圖像存儲安全、系統可維護性、功能易擴展性等方面都具有模擬系統所無法比擬的優點，更能滿足復雜的地鐵監控的需求，總體來說，地鐵的視頻監控系統正處在模擬向數字化過渡的階段。
雙編解碼技術的應用
通常視頻監控系統中的編碼采用單一的編碼方式進行圖像傳輸，另外設置硬盤錄像機進行視頻存儲，這樣的方式編碼器和硬盤錄像機是兩套獨立系統，不利于系統的整體維護，同時硬盤錄像機的錄像調用不能支持多用戶或多網絡的調用，其圖像清晰度也沒有編碼器高，因此，地鐵的視頻監控中多采用雙編碼技術的編碼器，可以同時編制二種碼流，一種是MPEG-2碼流，清晰度好但數據量較大，用于視頻傳輸和顯示;另一種是MPEG-4碼流，數據量較小但圖像清晰度較差，用于視頻儲存，二種碼流的圖像分辨率均可設置為D1，解決了圖像質量和存儲空間之間的矛盾。
網絡化的系統管理
地鐵系統的智能化設施投入非常高，整個系統處于半自動和全自動運行狀態，各種儀器設備多，軟硬件系統龐大，系統的維護管理是非常復雜的，同時攝像機數量多，系統容量大，監控系統的控制權限劃分也異常復雜，因此實現整個地鐵線路的監控系統網絡化管理，全網統一權限管理和配置管理能夠幫助使用者高效的運行整個系統，以保證地鐵系統盡可能不停運或少停運。
冗余技術的應用
地鐵視頻圖像系統不同于其他行業的安防系統，要求有更高的可靠性和穩定性，需要多個方面進行冗余設計，包括平臺冗余設計、網絡冗余設計、存儲系統的冗余設計等多個方面，確保系統在任何情況下都可能發揮其應有作用。目前的地鐵視頻監控系統建設還處在從模擬系統向數字系統轉變的過程，數字化的系統解決方案的推廣是一個逐步深入的過程，因此IT技術在視頻監控領域的應用需要時間。平臺多管理服務器的情況下可能采取集群技術，而異地備援技術等還未有所應用。
監控產品需求特點分析
地鐵視頻監控系統中，其各部分監控產品包括攝像機、編解碼器、存儲設備、管理平臺等在設備選型和系統構建與地鐵的特點是密不可分的。地鐵的視頻監控系統建設周期長、建設初期現場環境惡劣(無正式電源、電壓不夠、灰塵大、潮濕等)、正式運營后設備不允許斷電，檢修需要在停運后等，由于這樣的工程特點就要求設備必須有極高的可靠性，通過使用高端品牌和高端成熟設備或有地鐵監控應用案例的設備無疑是最好的選擇。對于車載設備，由于列車移動性的特點，會對隧道內設備產生強的電磁干擾，在滿足設備電磁兼容性的特點外還需要滿足耐沖擊、耐振動的要求。
前端設備
地鐵視頻監控系統要求攝像機能夠全方位、無死角的覆蓋，既滿足運營管理的需要，也同時滿足地鐵公安治安刑偵的需求。
在地鐵大廳人流較大的地方都安裝有一體化高速球機，以便能夠掌握整個大廳的情況。地鐵站內的一些偏僻的角落都有單獨安裝攝像機，以防不法分子有機可乘。地鐵站臺上也有規律地安裝若干攝像機，使得運營管理人員能夠及時了解列車到站情況，乘客流量等。列車司機也能直接從監控畫面中了解到當前乘客的上下車情況。車輛的每節車廂內安裝車載半球攝像機，無論車廂的哪個角落發生異常情況都能夠準確記錄下來。
系統建成之后，每個地鐵站的任意出入口都裝有監控攝像機，任何人從任何方位進入或走出地鐵站都會被攝像機從正面拍攝到。由此可見，任何一個乘客乘坐地鐵，至少要被地鐵里的攝像機從正面拍攝到4次，每個乘客乘坐地鐵一次至少也要在監控畫面中出現6次。
根據監控點位選擇不同類型和不同分辨率的攝像機，地下站以單彩色攝像機為主，在地面和高架站采用彩轉黑攝像機，支持寬動態，半球攝像機受安裝位置的影響，一般使用防暴型。快球要求采用防護等級到達IP66的設備。
視頻編解碼設備
為了解決網絡傳輸帶寬占用和視頻圖像質量之間的矛盾，視頻編碼器要求支持雙碼流，實現同時輸出兩路視頻流，一個用于實時視頻觀看，一個用于實時記錄，二者之間不可相互影響。同時視頻編解碼器的網絡功能是系統的重要指標之一，視頻編碼器需支持單播和組播兩種方式。在實際運營過程中，一旦有緊急情況發生，會有一幅關鍵圖像需要多點觀看的需求。如果車站級監控中心與中央級監控中心所有的監視器和大屏都同時需要同一幅圖像，在這種情況下就必須啟動組播傳輸方式，確保此幅關鍵圖像的正常傳輸。
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同時視頻編解碼設備要求還要支持音頻輸入;錄像數據可添加水印防止錄像數據被非法篡改，錄像查詢工具能夠檢查錄像數據的安全信息，如果發現文件被篡改能夠向用戶發出提示信息。
存儲設備的需求分析
存儲對地鐵視頻監控系統顯得尤為重要，地鐵的線路都比較長，站點眾多，單條線路上的監控點的數量基本可達上千，要實現大量實時視頻流的長時間存儲，對存儲系統的容量、存儲方式、性能以及穩定性方面都提出了特殊及嚴格的要求，同時伴隨著線路運營管理和安全防范的要求的不斷提高，分布在每個車站的監控點越來越多，對監控圖像的資源管理和利用有了更高的要求，同時智能分析應用、線網圖像數據資源共享等計劃也逐漸提到日程上來，這些都對地鐵視頻監控系統中的存儲提出了更多的要求。
而在目前的地鐵建設中，DVR(硬盤錄像機)存儲和IPSAN存儲兩種方式同存，DVR分布式存儲在小規模監控應用方面有優勢，IPSAN磁盤陣列的存儲方式則因為具備更好的存儲可靠性、可管理性、可擴展性以及圖像數據的綜合應用能力，長期維護成本低，支持集中部署和分布式部署，更符合地鐵視頻監控規模應用的需求。
儲存設備要求至少提供2個千兆網絡接口，提供的存儲容量、IO性能應能滿足各個地鐵車站實時視頻流的存儲，同時支持磁盤的冗余保護，一塊磁盤損害不影響視頻的正常存儲及不丟失盤陣中的已存儲圖像的能力，支持在線的對損壞磁盤的更換，支持通過增加硬盤數量、硬盤容量來擴展存儲空間的能力，在必要情況下，可提供通過編程自動實現減幀操作的方式節約有限的磁盤空間、延長圖像的存儲時間。
管理平臺的需求分析
在地鐵視頻監控系統實現數字化和網絡化以后，對于整個系統來說，視頻管理平臺的性能決定了整個系統的運行能力和實施效果。因此一個功能完備、穩定可靠的管理平臺對整個系統來說至關重要。
同時，目前的各線有各自獨立的控制中心，各線之間實行單獨運營、單獨治理。而隨著城市軌道交通的發展，軌道交通必將形成一個完整的交通網，需要一個統一的調度和控制中心來對整個軌道交通網進行統籌運營、統籌治理。而對于地鐵視頻監控系統，也需要一個統一的網絡視頻管理平臺，能夠實現對各條線路的視頻監控系統進行統一的管理。由于每條線單獨監控就存在采用的監控設備品牌不統一，編解碼格式不統一，平臺不兼容的問題，就需要建立一個能支持多種編碼格式，具有開放接口，具有良好兼容的視頻管理平臺。
同時，地鐵視頻網絡化管理中，實現所有的CCTV系統設備由監控中心進行統一的管理，由網管終端統一進行配置是非常有效的維護手段，能夠直觀的通過對地鐵CCTV系統管理服務器可以對所有的CCTV設備進行遠程配置，監控設備的運行狀態，包括設備的工作溫度，電流，電壓，電路的通斷，通道的占用情況，報警信息等
與其他它業務系統之間的關聯及整合
地鐵視頻監控系統作為軌道交通智能系統的一個組成部分，與之相關聯的系統即包括地鐵門禁系統、報警系統等安防系統，也包括通信系統、旅客信息系統、信號系統、綜合監控系統、自動售檢票系統等其他相對獨立的系統。地鐵視頻監控系統與其他系統的聯動主要是基于地鐵運營中心的聯動。
地鐵的行車運營，環境監控，設備監控，安防防范，治安防控等方面都需要安防系統的支持，而典型的安防系統包括視頻監控系統、報警和門禁系統等分屬于不同的系統，盡管在各自的大系統中集成度都比較高，然而基于視頻、門禁和報警之間的安防集成聯動則顯得有些薄弱。因此通過整合實現信息共享，建立一個強大的安防綜合集成管理平臺，實時監控和管理不同種類模擬或數字視頻系統、報警系統、門禁及等多個子系統，才能滿足軌道交通發展對安防系統的要求。通過設立的車站的站臺、站廳以及列車等區域的監控設備，全面的了解車站的運行情況，實現對整個地鐵安全的有效防范，確保行車安全和地鐵內的人員安全，在發生突發事件時能夠全方位的了解事故現場情況，根據預案及時實現各項救援準備，并對加強行車安全保障和提高地鐵的運輸效率具有重要意義。
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