深圳地铁2号线视频监控系统设计.docx

深圳地铁2号线视频监控系统设计在世界反恐形势日趋严峻的今天，对于视频监控系统的要求也越来越高，视频监控系统已成为应对恐怖袭击、处理突发事件的有力辅助工具，此外智能化视频监控系统还可以应用在地铁车辆交通管理、客户行为分析、客户服务等多种非安全相关场所，以提高用户的投资回报。本文主要围绕深圳地铁2号线综合安防系统中的图像监控系统的设计进行阐述。工程概况深圳地铁2号线工程从蛇口西站至黄贝岭站，线路全长32.854双正线公里，共设车站28座全部为地下车站，其中7个换乘站，1个枢纽站。在东滨路和后海滨路交叉口处设有主变电所1处，在蛇口西设置车辆段，南端和北端线路均预留延伸条件，在后海设置停车场。2号线与1号线、5号线共用竹子林运营管理控制中心(occ)。系统功能深圳地铁2号线安防系统由安防集成管理系统、图像监控系统、门禁系统、紧急告警系统等子系统构成，整个系统分为中央级、车站级和终端级现场设备三级结构。2号线安防系统中央级系统是安防系统的中央集中部分，安防集成管理平台要求可实现对各车站、车辆段、停车场、车辆和主变电所的所有图像监视、门禁、紧急告警设备的监控，因此系统应能满足系统运作、授权、设备监测与控制、网络管理、数据库管理、维修管理及系统数据的集中采集、统计、保存、查询等功能。安防各子系统以开放式数据接口(如：api、opc)与安防集成管理系统进行集成，并通过安防集成管理系统平台实现整个安防系统各子系统间的联动，为运营值班员、公安值班员、应急指挥人员提供直观、方便、完善的管理工具，为地铁乘客提供快捷的服务。系统技术分析目前视频监控领域采用数字化技术正处于一个方兴未艾的阶段，深圳地铁1号线续建线的安防系统均要求采用半数字化监控技术，考虑到全数字化系统对网络传输的高要求、产品的兼容性以及造价成本，在地铁2号线中采用了第二代的视频监控系统(部分数字化系统)，即前端选用模拟摄像机，经过网络视频编解器，组成网络化的系统结构。根据建设功能的需求，该视频监控系统采用双码流(mpeg-2、mpeg-4等)视、音频压缩编码标准的编码器。1、mpeg-2：这是主要应用于音频、视频信息的压缩编码标准，1992年被iso/iec批准为正式标准，正式标准编号是iso/iec13818。mpeg-2即是实现dvd的标准技术，用于为广播、有线电视网、电缆网络以及卫星直播提供广播级的数字视频。2、mpeg-4：1998年11月被iso/iec批准为正式标准，正式标准编号是iso/iec14496。它不仅针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。mpeg-4利用很窄的带宽，通过帧重建技术、数据压缩技术，以求用最少的数据获得最佳的图像质量。利用mpeg-4的高压缩率和高图像还原质量，可以把dvd里面的mpeg-2视频文件转换为体积更小的视频文件。视频编解码器的网络功能是系统的重要指标之一，视频编码器必须同时支持单播和组播两种方式。在实际运营过程中，一旦有紧急情况发生，会有一幅关键图像需要多点观看的需求。如果车站级监控中心与中央级监控中心所有的监视器和大屏都同时需要同一幅图像，在这种情况下就必须启动组播传输方式，确保此幅关键图像的正常传输。此外，为了解决网络传输带宽占用和视频图像质量之间的矛盾，视频编码器必须支持双码流，一个用于实时视频观看，一个用于实时记录，二者之间不可相互影响。两种码流可以是互不相同的帧率和分辨率，其中第二种码流既可以调节帧率亦可以调节分辨率。该方案在设计时，编/解码器采用的是以mpeg-2和mpeg-4双制式图像压缩码流来工作，每种制式可独立工作，速率(512k15m)和分辨率可调，完全具备上述各种参数和功能，可满足上述各种条件下的工作要求。 网络需求分析在该方案中，综合信息以太网覆盖2号线全线控制中心、车辆段、停车场、主变电所、车站的站台、车轨以及列车上，为pis、综合安防、办公自动化(oa)等系统的日常使用提供了一套完整的网络。由于视频监控、pis流媒体数据流需要通过组播传输，通过路由协议、服务质量(qos)、网络安全对整个网络进行规划，对于二层交换机，支持标准的igmp snooping协议，保护组播控制信息和组播包广播所有交换端口;对于三层交换机，支持pim-dm或dvmp组播路由协议。由于数字视频传输既占有传输系统的大量带宽资源，又要求很高的实时性，因此视频编解码器、视频服务器、存储设备的选择必须具备极强的网络适应性和亲和性，且必须能够具备多种传输机制及功能(2号线的安防网络示意图如图1)。车载网络该系统的车载网络采用工业级交换机10m/100m端口，列车上共有14路电视监控图像，按2mbps计算，共计28m，加上pis系统需要使用的10m左右带宽，基本上可以满足列车车载安防系统和pis系统的需要。列车车控系统通过rs485接口与车载服务器互联，不占用网络带宽。车地无线网络车地无线网络作为骨干网络的延伸，必须要保证列车在80公里/小时运行速度的情况下，列车和运营控制中心服务器间实现双向传输视频影像的需求,做到车载ap同轨旁ap切换时做到0丢包，并且将延迟尽量的降低。该系统根据pis系统提供无线通信网络，采用ieee802.11g(网络理论带宽54mbps，实际稳定带宽约25mbps)，实际情况如下：正常情况：2路2mbps上传，2路2mbps下传，需要网络带宽为8mbps。紧急情况：14路1mbps上传，需要网络带宽为14mbps。考虑到pis业务系统本身10m左右的带宽需求(预估)，闭路电视监控系统在紧急情况下需求14m，两者共需求24m带宽，而车地无线系统实际提供的稳定带宽约为25mbps，基本上可以满足使用要求。车站与中心网络(骨干网络日常情况：从车站到控制中心传输20路15mbps带宽的视频流媒体，共计300mbps(或60路4mbps车站视频加30路2mbps列车视频，共计300mbps)。极端情况：中心和车辆段用户(控制中心总调、行车调度、电力调度、环控调度)额外调看16路车站(或列车)的视频，按每路4mbps带宽计算，加上日常的带宽需求，共计424mbps。此外，门禁子系统、入侵探测子系统等可能占用10mbps左右带宽，加上pis系统和oa系统占用的带宽约为200mbps。综上所述，日常情况下，车站到中心(包括列车到中心)总共的带宽需求是570mbps;极端状态下的带宽需求是634mbps，而骨干网络提供的带宽为1000mbps，完全可以满足系统的需求。系统设计该系统以“三级结构，两个管理中心”为原则进行系统设计，将系统分为中央级、车站级和终端级三级现场设备，在occ中心和车站控制室分别设有中央管理中心和车站管理中心，中央子系统和车站子系统之间通过网络系统进行通信。车站、车辆段和区间网络设备、服务器、终端显示设备、摄像机等均采用集中式配电方式。系统布点车站 布点顺序：出入口-站内楼梯电梯-闸机-自动售票机-设备区-站台端头 对于电扶梯，需要一上一下两个固定摄像机对射;对于楼梯，只需要一个摄像机由上往下进行监视 在出入口下行的电扶梯，往上监视的那台摄像机用定焦超宽态彩色摄像机，其余用定焦半球彩色摄像机 在各出入口的外面，设有一体化彩色球形摄像机 在站厅闸机处的摄像机，面对乘客正面的方向设置，距离闸机约5米的距离 在设备区内的主要通道布置1-2台摄像机，在重要设备房内布置1台摄像机(车控室、车站计算机房 在轨行上下区列车车头车尾的屏蔽门，各设置1对550mm定焦摄像机 在站台上下行各设置1对长焦固定摄像机进行对射，并配置2个一体化彩色球形摄像机 每个车站摄像机总数量控制在70台，换乘站为80台。车载 每列地铁列车有6节车厢，在两头各有一个司机室 每节车厢内装设2只6mm定焦小型半球型摄像机，以监视车厢内乘客情况两端驾驶室各设置1台3.6mm广角半球形摄像机，以监视列车司机位。系统构成 根据功能要求，安防集成管理系统由中央级、车站级(车辆段)、车载级三级结构构成(如图2)。中心级系统设置在竹子林控制中心的中心级系统主要由中央安防集成服务器、安防策略管理服务器、安全管理服务器、子系统联动服务器、车站服务器、各种工作站、存储设备和管理终端所构成。中央安防集成服务器采用双机热切换互为备用的冗余方式，保证了数据的完整性、一致性、可靠性(如图3)。地铁2号线的车站、车辆段、变电所、车载的数字视频监控图像通过地铁2号线通信专业传输网络上传至occ控制中心，occ控制中心内的数字视频解码器有20路，mepg2解码器将上传的数字信号还原成模拟图像，上传到模拟视频矩阵(3216)，小矩阵的输出将连接到occ控制中心一期原有的模拟视频矩阵(12824)的输入，成为大矩阵的下一级。调度人员既可以用监控终端的键盘和鼠标，也可以用专用操作键盘来切换和控制当前的两台21液晶显示屏上的图像或图像组，同时也可以将某一图像切换到dlp大屏幕上进行操作控制。这些图像的传输、切换和控制的链路都是由数字视频监控系统的软件来自动建立的，并实现了数字视频系统与原线路的模拟视频系统之间的互联互通。车站级系统设置在各车站的车站级系统主要由车站集成管理服务器、监控管理终端与存储设备所构成(系统部署示意图如图4)。前端模拟视频图像通过同轴电缆传输至车站弱电综合机械室，通过视频分配器输出2路图像，一路提供给公安警用监控系统，另一路经数字视频编码器实现压缩编码后，接入本站的接入交换机。接入交换机完成本站数字视频的交换、传输功能。设在弱电综合机械室的两台车站级服务器完成本站的数字视频监控系统的配置、管理功能，设在车站综合控制室的一个监控终端能够完成视频图像的监视、控制、查询、调用和管理功能。在车站综合控制室设有两台19彩色液晶监视器和一只控制键盘，用于行车和防灾监视;在站台监控亭设有一个监控终端，用于行车监视;在站长室设有监控管理终端一台，用于站务管车载系统 前端半球形摄像机的模拟视频图像被接入车载的数字视频编码器，经压缩编码后，接入本车厢内的8台10/100m工业网络交换机, 每台列车共6台。该交换机完成数字视频信号的交换和传输功能，它们之间以令牌环网的方式连接，组成了列车的本地网络，然后经过车地无线网络接入地铁2号线的主干网，与相邻车站交换机互联。两端驾驶室司机位各设置一台10.4触摸显示器，根据需要显示车内图像或前方车站发送的站台图像。该显示器既能够轮巡显示车厢监控图像，又可以让驾驶员使用触摸屏控制方式，手动切换至指定车厢摄像头的监控图像。该车载数字监控系统也接受occ控制中心调度值班员的管理和控制(如图5)。图像存储 中心、车站、车载各级配置一款大容量高性能的iscsi存储系统，提供了较好的企业数据集中存储管理功能，支持万兆以太网卡及多网卡捆绑，具有良好的性能，可以满足150路2m带宽和40路8m带宽流媒体的i/o传输要求。同时，在紧急情况下，还可以满足10个客户端进行图像实时调看的需要(总控制中心、列车、车站、车辆段等)，如表1所示。结语 通过与编/解码技术、网络技术、软件技术的有机结合，智能化的地铁视频监控系统采用了基于软件构成的虚拟矩阵，进行本地和远程的视频切换与控制，以基于ip数据包的方式进行数据传输，替代了对tdm(time division multiplexing，时分复用技术)电路的大量占用，大大提高了传输设备的利用效率。因此，功能先进、性能可靠、扩展简单、操作方便，是目前地铁智能化视频监控系统发