摘 要：本文主要從地鐵及國鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式，系統(tǒng)硬件組成和系統(tǒng)的功能等方面分析了兩者的不同點，為相關(guān)鐵路的的設(shè)計提供了參考價值。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng) 傳輸網(wǎng)絡(luò) 視頻壓縮

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（c）-0020-03

隨著城市軌道交通的應(yīng)用和鐵路運輸向高速、重載方向的發(fā)展，地鐵與國鐵調(diào)度管理實現(xiàn)全面自動化成為必然的發(fā)展方向。目前，地鐵和國鐵都安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它利用計算機多媒體、通信、圖像處理技術(shù)，把字符、文字、聲音、圖像等信息的傳播與計算機的計算、文本的處理、控制相結(jié)合起來，從而構(gòu)成了靈活多樣的人機接口形式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，大大增強了電調(diào)中心人員對遠程現(xiàn)場監(jiān)控的直觀性，為實現(xiàn)無人值守創(chuàng)造了條件。但是，由于地鐵和國鐵的運行環(huán)境和系統(tǒng)功能要求的不同也導(dǎo)致各自的視頻監(jiān)控系統(tǒng)也不盡相同。

1 系統(tǒng)組成

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由遠程現(xiàn)場、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心三部分構(gòu)成，其中傳輸網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵，遠程現(xiàn)場和監(jiān)控中心的配置由它而定。不同的傳輸方式?jīng)Q定了不同系統(tǒng)構(gòu)成。下圖（圖1）就是一個典型的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。

1.1 系統(tǒng)傳輸通道

遠程傳輸通道的關(guān)鍵在于將視頻信號、音頻信號和數(shù)據(jù)信號經(jīng)過壓縮編碼，形成符合通信的標準，然后送入光端機傳輸，在另一端可以將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分解出來，形成獨立的視頻、音頻和數(shù)據(jù)。

目前在國鐵上視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)大多都是2M帶寬的專用傳輸網(wǎng)絡(luò)。而地鐵則多半采用100M帶寬的獨享專用傳輸網(wǎng)絡(luò)。從網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬上看地鐵明顯優(yōu)于國鐵。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)備

（1）視頻信號的傳輸。

國鐵的視頻信號傳輸模式如下。

在遠程現(xiàn)場，攝像機輸出的PAL制彩色圖象信號送往畫面分割器處理，處理之后將信號送往視頻編碼器。視頻壓縮編碼采用幀間預(yù)測/DCT變換的混合編碼方式進行處理。按照H.261標準經(jīng)過復(fù)雜壓縮編碼的視頻流與聲音、數(shù)據(jù)疊加成一路信號，然后再通過光電轉(zhuǎn)換器傳到信道上。經(jīng)過在光纖內(nèi)的傳輸，經(jīng)過視頻解碼器，再按照H.261標準進行解編碼、解壓縮，形成音頻、視頻和數(shù)據(jù)三個獨立的數(shù)據(jù)流。視頻信號一方79b7c5be428f8d8c5abc40887da81b33面可接入彩色監(jiān)視器，也可進入高質(zhì)量的圖象采集模塊，經(jīng)過監(jiān)控軟件的變換，被顯示在顯示器上。

地鐵的視頻信號傳輸模式如下。

在遠程監(jiān)控現(xiàn)場，攝像機輸出的PAL制彩色圖象信號送往數(shù)字視頻編解碼器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。數(shù)字視頻編解碼器將視頻信號同時編制MPEG-2/4雙碼流數(shù)字壓縮編碼技術(shù)。MPEG-2的格式用于實時視頻傳輸，MPEG-4的格式用于錄像存儲。圖像傳輸采用全部數(shù)字編碼方案，即對每個車站的攝像機的視頻信號全部進行壓縮編碼，數(shù)字圖像根據(jù)需要上傳到中心或存儲。

（2）關(guān)于控制信號的傳輸。

國鐵視頻控制信號傳輸如下。

遠程現(xiàn)場通過分控鍵盤發(fā)出控制信號，送到云臺解碼器，解碼器自動識別信號的類別、編碼等，從而對選定的攝象機可進行控制。電調(diào)中心在界面選定攝像機，控制信號通過RS-485通訊口從計算機傳到編解碼器，經(jīng)過與音頻、視頻的合成變成數(shù)據(jù)流，送上通道。到達遠程現(xiàn)場，再經(jīng)過編解碼碼器分離出控制信號，送到云臺控制器上，由其解釋命令，來進行控制。

地鐵視頻控制信號傳輸如下。

遠程現(xiàn)場控制人員通過設(shè)置在本站的控制鍵盤或綜合監(jiān)控系統(tǒng)終端遙控本站攝像機，以各種程序進行循環(huán)顯示或手動選擇在監(jiān)視器上顯示單畫面或4畫面。中心的控制人員通過控制鍵盤及監(jiān)視器，遙控全線攝像機。所有云臺攝像機的預(yù)置位以圖形方式設(shè)置，并可編寫和修改。控制指令的傳輸可采用以太網(wǎng)的通道，傳輸延時應(yīng)小于50 ms。

（3）關(guān)于報警信號的傳輸。

國鐵：如果遠程現(xiàn)場的報警傳感器動作后，使其對應(yīng)的繼電器動作，然后進入報警處理器內(nèi)，轉(zhuǎn)換成RS-485的通信數(shù)據(jù)傳送給解編碼器，經(jīng)與音頻、視頻的合成變成數(shù)據(jù)流，然后送到通道，到達中心，經(jīng)過編解碼器分離出報警信號，送到工控機內(nèi)的數(shù)據(jù)處理模塊，最后在顯示器的電子地圖上顯示其動作，同時也可啟動撥號報警器。

地鐵：視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置網(wǎng)管系統(tǒng)，可對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的模擬視頻矩陣、攝像機、模擬鍵盤、編解碼器、畫面分割器、存儲設(shè)備、視頻字符疊加及分配器等設(shè)備進行參數(shù)設(shè)置、編程及故障告警等綜合管理。對系統(tǒng)設(shè)備的運行情況進行綜合的監(jiān)視與管理，能對系統(tǒng)數(shù)據(jù)及配置作及時的修改。此外，網(wǎng)管具有前端攝像機及云臺檢測的功能，根據(jù)設(shè)置手動或自動檢測各攝像機及云臺的狀態(tài)，提供攝像機及云臺狀態(tài)的報表，便于維護人員及時了解各攝像機及云臺的狀態(tài)。

1.3 系統(tǒng)軟件

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)必須完成圖像、聲音及控制信息的傳送，實現(xiàn)圖像的顯示、存儲及回放，實現(xiàn)報警系列動作，實現(xiàn)對報警圖像的事后增強、放大和去噪處理，實現(xiàn)對云臺、攝象機的遠程控制，實現(xiàn)易于操作的接口界面。為了實現(xiàn)復(fù)雜的控制和傳輸功能，同時提供人性化、可操作性強的控制界面。

（1）操作系統(tǒng)：國鐵上大多采用中文WINDOWS或NT ，操作系統(tǒng)為搶先多任務(wù)操作系統(tǒng)，提供豐富的圖形界面接口（GUI）和控制接口，足以保證實時監(jiān)控和顯示。地鐵上多數(shù)采用Windows 2003， Linux，Novell NetWare 6.5，SCO OpenServer 6.0.0，SCO等操作系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)及圖象的管理功能：一旦有報警信號傳入，自動啟動硬盤錄象功能，所存的圖象可回放，并能進行增強、放大和去噪處理。

（3）擴展功能：可擴展的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)提供了對新增設(shè)備的數(shù)據(jù)管理能力，從而為擴展其它遠程現(xiàn)場成為可能。

除了以上特點外，地鐵的視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件還具有網(wǎng)絡(luò)管理功能，能實時監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的工作狀態(tài)。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

2.1 國鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能

國鐵的視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成性能優(yōu)越、穩(wěn)定可靠的硬件配置和界面優(yōu)雅、操作簡單、功能齊全的軟件設(shè)計，可輕松完成如下功能。

（1）實現(xiàn)遠端及本地攝像機和云臺的自由轉(zhuǎn)動。

（2）實現(xiàn)對多個地點、多路圖象的自由切換。在計算機多媒體界面上用鼠標操作設(shè)定，能夠?qū)崿F(xiàn)視頻圖像的時序切換、分組切換、關(guān)聯(lián)切換、報警自動切換。

（3）實現(xiàn)對圖象的顯示、凍結(jié)和縮放。

（4）實現(xiàn)對圖象的自由存放（硬盤錄像）、回放及逐幀搜索畫面。

（5）強大的報警聯(lián)動功能。

（6）實現(xiàn)視頻報警功能：在探測范圍內(nèi)出現(xiàn)移動目標時，發(fā)出報警信號。

（7）具有防盜的功能：在變電所及開閉所入口、主控室入口、高壓室入口安裝門禁傳感器；在主控室的窗戶上安裝防碎傳感器。

（8）具有防火、防煙、防潮功能：在主控室安裝溫度、煙感、濕度傳感器；在高壓室安裝溫度、煙感傳感器。

（9）具有對設(shè)備運行監(jiān)視的功能：在主控室內(nèi)的控制盤前，安裝全方位的CCD攝像機和云臺；在高壓室內(nèi)，為了對一次側(cè)進線和二次側(cè)饋線斷路器的電動隔開進行監(jiān)視，可安裝全天候黑白攝像機；在主控室內(nèi)，計量表前安裝CCD攝像機，達到用攝像機自動抄表的功能。

（10）視頻防破壞報警功能：視頻報警布防后的攝像機被遮擋時，能夠產(chǎn)生無視頻報警信號。

（11）報警信息存儲、檢索及處理功能：多媒體監(jiān)視主機能對報警相關(guān)的視頻、聲音、報警時間進行有組織的存儲，并能方便的分析、檢索及增強、放大。

（12）多媒體技術(shù)：界面顯示多層集成控制報警布防圖，單畫面/多畫面分割圖像；可同時顯示九路實時視頻圖像；顯示順序切換的報警狀態(tài)，用鼠標操作設(shè)置切換時間、順序、報警布防、撤防、報警輸出、云臺、鏡頭位置預(yù)置。

2.2 地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能

2.2.1 監(jiān)視功能

（1）車站值班員可監(jiān)視本車站內(nèi)情況，可以進行循環(huán)顯示或手動選擇顯示單畫面或4畫面。

（2）中心調(diào)度員可監(jiān)視全線各車站情況?？蓪Ω鱾€車站所有攝像機攝取的畫面進行選擇多程序循環(huán)監(jiān)視。

（3）上、下行站臺設(shè)置的攝像機圖像信號經(jīng)視頻分配器分出1路送入設(shè)置在站臺兩側(cè)停車位的各1臺42″監(jiān)視器。供列車司機監(jiān)視站臺旅客上下車情況。

2.2.2 圖像選擇及控制功能

（1）中心調(diào)度員可以通過控制鍵盤遙控全線攝像機。還能以各種程序進行九畫面顯示、循環(huán)顯示或手動選擇在彩色監(jiān)視器、大屏上顯示任意一個畫面。

（2）在中心未占用時，各車站值班員可以通過設(shè)置在本站的控制鍵盤或綜合監(jiān)控系統(tǒng)終端遙控本站攝像機，還能以各種程序進行循環(huán)顯示或手動選擇在監(jiān)視器上顯示單畫面或4畫面。

（3）車站監(jiān)視器能顯示攝像機被占用的情況。車站方只有在高級優(yōu)先控制釋放本站攝像機后，才可對該攝像機進行操作。

2.2.3 錄像功能

（1）具備進行實時動態(tài)錄像存儲功能。

（2）數(shù)字監(jiān)控錄像存儲設(shè)備具有接收統(tǒng)一時間校準的功能。

（3）各車站配置的本地網(wǎng)絡(luò)視頻存儲設(shè)備提供2個千兆網(wǎng)絡(luò)接口，存儲容量、IO性能能滿足本站全部視頻存儲15天（按24個小時/天）以上的能力。

（4）支持在線的對損壞磁盤的更換，支持硬盤容量的擴展功能?？梢罁?jù)事先的報警處理配置，自動實現(xiàn)事件全程的存儲記錄，支持離線DVD-R/W圖像刻錄和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)存。

（5）存儲的圖像可在控制中心經(jīng)進行網(wǎng)絡(luò)回放、刻錄，能按錄像的時間、日期范圍、站名和攝像機位置進行分類圖像檢索，回放速度可調(diào)。

2.2.4 字符疊加及視頻分配功能

每臺攝像機的圖像都在疊加漢字后進入視頻矩陣。字符的內(nèi)容包括車站站名、攝像機位置等。

2.2.5 遠程電源控制功能

中心各調(diào)度員能控制各車站的攝像機、監(jiān)視器的電源，列車停運后關(guān)閉，開始運營前開啟，以延長設(shè)備的使用時間。

2.2.6 數(shù)字編解碼功能

（1）在每個車站設(shè)編碼器，采用視頻同時編制MPEG-2/4雙碼流數(shù)字壓縮編碼技術(shù)。MPEG-2的格式用于實時視頻傳輸，MPEG-4的格式用于錄像存儲。

（2）數(shù)字圖像能實現(xiàn)廣播級的圖像傳輸，能夠根據(jù)不同的圖像質(zhì)量需求進行設(shè)置。

（3）具有視頻全交叉切換功能，控制中心任意一路解碼器的視頻輸出可顯示全線的任意一個攝像機的圖像。

2.2.7 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理功能

網(wǎng)管系統(tǒng)可對監(jiān)控系統(tǒng)的所有設(shè)備進行參數(shù)設(shè)置、編程及故障告警等綜合管理。對系統(tǒng)設(shè)備的運行情況進行綜合的監(jiān)視與管理，能修改系配置。

2.2.8 優(yōu)先級設(shè)置功能

地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以設(shè)置控制優(yōu)先級。當?shù)谝患壊僮鲉T針對某一個快球云臺進行操作時，第二級以及權(quán)限次之的其它操作員則無法與其搶控云臺。只有待高一級的操作員自動釋放了控制權(quán)限，低一級的操作員方可控制。

如果車站出現(xiàn)緊急情況，最高控制權(quán)限也可以在特定情況下進行快速調(diào)整。

由以上系統(tǒng)功能對比可以看出地鐵的視頻監(jiān)控系統(tǒng)比國鐵的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要功能復(fù)雜的多，要求也相應(yīng)高出許多。地鐵的視頻監(jiān)控系統(tǒng)滿足現(xiàn)代化地鐵運營的需求。

3 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)配置主要按地點不同分為兩部分：一是監(jiān)控中心的配置；二是遠程現(xiàn)場的配置。

3.1 監(jiān)控中心的配置

（1）國鐵監(jiān)控中心配置。

在監(jiān)控中心內(nèi)部從光端機接口傳出的數(shù)據(jù)流到監(jiān)控中心的計算機的通道應(yīng)優(yōu)先考慮同軸電纜傳輸，還可以用帶屏蔽的雙絞線電纜連接。在監(jiān)控中心設(shè)有一臺真彩色顯示器，用來對遠端開閉所視頻信號進行監(jiān)視。在監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)有工業(yè)控制主機一臺，用來處理視頻信號、音頻信號和數(shù)據(jù)信號。彩色顯示器監(jiān)視一個由計算機控制切換。該中心可以設(shè)有報警裝置，用來對遠端的報警信號進行處理。同時還設(shè)有視頻、音頻和數(shù)據(jù)信號解碼器，用來處理從接口出來的數(shù)據(jù)流，以達到視頻、音頻和數(shù)據(jù)三個通道的獨立傳輸。

（2）地鐵監(jiān)控中心配置。

地鐵監(jiān)控中心主要設(shè)備：網(wǎng)管設(shè)備、數(shù)字視頻服務(wù)器、解碼板、數(shù)字視頻控制設(shè)備、彩色監(jiān)視器、畫面處理器、控制終端、錄像回放終端等。

監(jiān)控中心數(shù)字視頻服務(wù)器接收中心對所需監(jiān)視視頻信號的需求，對各個車站接入本地傳輸設(shè)備的視頻信號進行選擇；被選中的圖像信號經(jīng)中心數(shù)字視頻解碼器解碼后，輸出至各調(diào)度員處設(shè)置的視頻顯示終端設(shè)備及錄像設(shè)備，組成一個兩級控制的電視監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。

3.2 遠程現(xiàn)場的配置

（1）國鐵遠程現(xiàn)場配置。

從光端機接口傳出的數(shù)據(jù)流到遠程現(xiàn)場的計算機的通道應(yīng)優(yōu)先考慮光纖傳輸，這樣可以減少損失并增強抗干擾能力。也可以用帶屏蔽的通訊電纜或同軸電纜連接。在遠程現(xiàn)場可對角設(shè)多個攝像頭，每個攝像頭分別對準要監(jiān)視的重點區(qū)域。其次，在遠程現(xiàn)場出入門處設(shè)門禁傳感器，在窗戶上設(shè)玻璃破碎傳感器和在上方設(shè)煙感離子報警器。在遠程現(xiàn)場內(nèi)設(shè)畫面圖像分割器和視頻編碼器，用以完成對室內(nèi)視頻信號、音頻信號和數(shù)據(jù)信號的處理。

（2）地鐵遠程現(xiàn)場配置。

車站主要設(shè)備：固定攝像機、云臺攝像機、隔離地變壓器、字符發(fā)生器、視頻分配放大器、切換矩陣、視頻編碼器、錄像存儲設(shè)備、畫面分割器、彩色監(jiān)視器、控制鍵盤等。

在上、下行站臺列車駕駛室停車位置的一端各設(shè)置1臺42″彩色液晶監(jiān)視器，接收本側(cè)站臺攝像機的圖像供司機觀看。

在車站通信設(shè)備室設(shè)置錄像存儲設(shè)備，對每個攝像機的圖像進行實時錄像，全實時每天按24小時計算至少保存15天，錄像資料便于日后檢索及查詢，控制中心可通過錄像回放設(shè)備進行錄像調(diào)看。

可以看出地鐵視頻監(jiān)控的配置比國鐵要復(fù)雜的多，完成的功能也多。這與地鐵的運營環(huán)境和國鐵不同有關(guān)。

4 結(jié)語

變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個集多媒體信息的綜合性、計算機的交互性、通信的分布性和監(jiān)控的實時性等技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)，它的實施為實現(xiàn)變電站實現(xiàn)少人或無人值守創(chuàng)造了條件，也為推動鐵路的管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展提供有力的技術(shù)保障，雖然由于運行環(huán)境的不同，國鐵和地鐵兩種運行模式應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的側(cè)重點不盡相同，但是相信隨著信息的發(fā)展及變電站自動化運行水平要求的提高，兩種運行模式應(yīng)用此技術(shù)的交互性、借鑒性也越來越高，從而為推動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造更加有利的條件。

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