丁力
武汉地铁集团有限公司建设事业总部湖北武汉430000
摘要：地铁视频监控系统是通信系统的一个重要子系统，对于维护地铁的运营秩序、保证乘客安全、事故取证等起到重要的作用。本文分析了地铁的视频监控要求与重点技术，并探讨了地铁视频监控的应用及未来。
关键词：地铁；视频监控；冗余；高清；统一平台
一、地铁的视频监控要求
由于地铁车站在地下封闭环境，人流量大，如果发生突发事件，救援难度极大。另外，地铁系统智能化程度高，软硬件系统庞大，整个系统处于半自动和全自动运行状态。所以地铁的视频监控系统，一方面要对人流进行监控，对突发事件做出预警;另一方面还要求对诸多设备的运行状态也进行监控，能实时地为监控中心提供设备的运转状况。随着治安形势的日益严峻，地铁的安全已引起政府有关部门的高度关注，公安部门已经逐步要求地铁的视频监控无盲区覆盖。以上各种要求造成地铁视频监控系统中，摄像机数量越来越多，系统容量越来越大。例如武汉地铁，单站摄像机数量从1号线的20多台，2号线的40多台，到4号线的60多台，3号线的近80台，所有线路总数共计5000多台。另外，地铁视频监控系统又有一些特殊的要求，比如设备稳定性要强，因为设备要求全天候24小时开机；比如设备抗干扰性能要强，因为列车经过时，会对隧道内设备产生强大的电磁干扰;又比如系统内众多设备的时钟一致性问题，还有设备护罩必须满足防爆要求等等这些都对视频监控设备性能及指标提出了相当高的要求。
二、地铁视频监控技术特点
（一）从模拟系统到数字系统
地铁监控系统和整个视频监控系统的发展一样，也是一个从模拟系统到数字系统的转变过程。传统的地铁视频监控多采用模数结合方案进行建设，如武汉地铁1号线、2号线，典型的方案是模拟摄像机+后端编码设备。随着安防技术的进步以及模拟系统弊端的日益显现，纯数字化解决方案得到推广，如武汉地铁3号线、4号线，典型的方案是采用网络摄像机（前端编码）、交换机、视频存储矩阵的解决方案。采用纯数字化的方式使得监控系统能够实现集中监控、资源统一调配、突发事件多人实时调看、跨线运营调看图像，同时在存储时间、图像存储安全、系统可维护性、功能易扩展性、抗干扰能力等方面都具有模拟系统所无法比拟的优点，更能满足复杂的地铁监控的需求，总体来说，地铁的视频监控系统正处在模数结合向纯数字化过渡的阶段。
（二）系统智能化
地铁视频监控系统中的公安视频监控系统往往需要对视频图像进行实时视频智能分析，要求具有如可疑物品遗留、穿越禁区报警、视频移动侦测、可疑人员长期滞留、客流量突变告警、和变异告警识别等智能分析功能。可对视频监控系统的设备如摄像机、模拟视频矩阵、控制终端、转码器、画面处理器、存储装置、视频字符迭加器、视频分配器、交换机等进行参数设置、程序设计、故障告警及电源控制管理等综合管理。此外，还包括使用者与权限管理、设备管理、故障管理、网络信息安全管理、日志管理、远程电源管理、时钟同步管理等功能。
（三）双编解码技术
通常视频监控系统中的编码采用单一的编码方式进行图像传输，另外设置硬盘录像机进行视频存储，这样的方式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，同时硬盘录像机的录像调用不能支持多用户或多网络的调用，其图像清晰度也没有编码器高，因此，地铁的视频监控中多采用双编码技术的编码器，可以同时编制二种码流，一种是高清晰度码流，清晰度好但数据量较大，用于视频传输和显示;另一种是低清晰度码流，数据量较小但图像清晰度较差，用于视频储存，二种码流的图像分辨率均可自定义设置，解决了图像质量和存储空间之间的矛盾。
（四）冗余性
地铁视频监控作为地铁安全防范的手段之一，系统本身需要具备很高的可靠性。对于地铁视频监控平台来说，不仅需要平台软硬件具备相应的安全认证（如CE、UL等），还需要减少平台的单点故障，即系统的冗余性。目前监控平台的冗余性主要从3个方面考虑。
（1）视频监控软件的冗余。如果视频监控软件发生故障，地铁视频监控平台所有正常业务将受到影响。因此无论视频监控软件的载体是服务器还是控制板，都需要实现冗余1+1热备或者N+1热备。
（2）存储设备的冗余。各车站所配置的存储设备需要具备双控制器，同时需要能够支持RAID存储方式（地铁常用RAID5），确保在某一块硬盘发生故障时，不丢失相关的存储信息。
（3）监控平台路由的冗余。由车站向控制中心转发视频时，可以采用双路由机制，确保平台间通信可靠。
另外，也有部分城市地铁视频监控系统对编码器接口或编码芯片也提出了冗余的需求。
（五）高清化
几年前典型的地铁视频监控系统还是以MPEG2/4双压缩算法、双码流方式为主、数模结合的解决方案，这样的结构原则上会构建两套编码平台，一套以MPEG2进行压缩，以满足监控中心对清晰画面的要求，但此时的压缩码流一般为10Mb，这样进行存储需要的空间会很多，初期投入会大大增加。因此该解决方案还需要一套以MPEG4进行压缩的平台，把D1、25帧/s的图像压缩为2Mb的码流，满足长时间存储的需求。这样的解决方案使系统在一定程度上会造成投资上的浪费，使管理变得繁琐。现在随着数字高清大屏的广泛使用，基于D1的MPEG2解决方案在数字高清大屏上并不能得到满意的显示效果。所以地铁视频监控也逐步向高清化转变，要求从前端摄像机一直到后端的显示都采用百万像素级的设备。比较典型的应用是采用130万像素CCD芯片或200万像素的CMOS芯片的百万像素摄像机安装在车站站台、出入口、检票口、自动扶梯等位置，实现图像的采集，通过H.264算法编码后在地铁内部局域网进行远程传输，最后在控制中心通过720P或1080P分辨率的大屏显示系统进行显示。整个系统在图像采集及显示都能得到远远高于D1分辨率的高清晰图像，能在人流密度大的地铁站台、出入口等场所得到满意的监控效果，同时由于视频压缩技术的提高，以及百万像素摄像机能提供的多码流功能，使长时间存储所需的成本能在可接受的范围内，另外高带宽的传输设备也在地铁得到应用，因此百万像素解决方案在地铁的应用成为可能。目前武汉地铁3号线和4号线已经全面采用1080P级别的高清设备。
（六）统一平台标准
由于地铁设备招标是分线路进行，各线路建设又在不同时期，如果视频监控系统不采用统一平台标准将使线路间的互联互通以及共同上传到TCC中心显示成为问题。通过制定基于TCP/IP标准的协议即可以实现异构平台之间的互联互通互控，解决了下级平台与上级平台之间信息自动同步，当下级监控资源发生变化时，上级平台自动获取同步信息。实现了平级（不同线路之间）的图像资源跨区域共享。完成了权限的统一划分，避免了上下级同时操作(对设备、对云台等)的冲突。既解决了当前监控行业的关键问题－互联互通，又尊重现实，不陷入各个管理平台的内部细节，给各个厂家留有很大的发挥空间。
三、地铁视频监控的应用
各城市地铁视频监控解决方案针对的主要监控对象为车站场所的各个关键点：如出站口、售票厅、候车区域、检票区域、站台、广场等旅客活动场所、重要通道等人流量密集区重点安全防范场所等进行实时视频监控。闭路电视监视系统是保证轨道交通行车组织、保证运输安全的重要设备，系统为控制中心、调度员、车站值班员、列车司机等提供有关列车运行、防灾救灾、客流情况及社会治安等方面的视觉信息，系统同时为防灾调度指挥抢险提供指挥辅助工具。
系统由前端视频和告警信号的采集、处理，车站监控中心，总监控中心三层架构组成。由临时控制中心或控制中心调度员行车监视、防灾监视，车站值班员监视和司机上、下车监视两大部分构成，组成一个三级（中心、车站、司机）监视、两级控制（总监控中心、车站监控中心）的视频监控网络。
总监控中心：设置中心管理单元、存储管理单元、数据库管理单元、媒体转发单元、接入管理单元、多媒体交换单元、磁盘阵列等设备，实现控制中心对全线视频资源的调看、控制、管理等功能。
车站监控中心：设置摄像机、前端视频处理设备、视频分配器、数字网络实时存储设备、监控终端等。视频分配器负责将前端视频信号分为两路，一路接入多媒体接入单元进行编码传输至控制中心，提供车站监控中心监视与控制。另一路视频流经专用通信系统传输网络送至派出所及轨警分局，然后经多媒体交换单元解码后送至大屏幕电视墙。
在监控现场，在站台、站厅及自动扶梯、出入口、售票处、票务室、检票口等处安装摄像机，采集现场模拟视频信号，在多媒体接入单元进行编码压缩，转换为数字信号，存储在多媒体接入单元的硬盘上，同时通过监控系统承载网，监控信息传输至车站及总监控中心。
四、展望未来
地铁视频监控技术已经经历了从模拟到数字，从标清到高清的转变，从各个线路独立运行到平台统一化的过程。相信随着计算机技术，网络技术，磁盘存储技术，以及软件技术的不断进步，地铁视频监控技术也会不断进步和升级。在武汉地铁，由于引入了车地无线传输技术，我们正在将列车内的摄像机图像纳入到视频监控系统。还有4K分辨率技术正在逐步普及，相信在不久的将来也会在地铁得到应用。另外对于统一平台化的概念，相信在将来，不光地铁，城市各项公共设施视频监控都将整合统一，接入城市甚至国家大平台，实现“天眼”系统的概念。
参考文献
[1]周峰.对科学运营地铁视频监控的思考[J].信息通信,2013年2期.
[2]何明月,张金青.浅谈地铁的视频监控发展与应用[J].科技创业家,2012年12期.