地铁高清视频监控建设的一些探讨 - 安防知识网

随着我国经济高速发展，城市的交通压力日益增加，地铁由于其运量大、速度快、安全性高、不发生堵塞等优点成为各大中城市缓和与改善城市交通紧张的优先选择。因此，近几年来地铁在一些大中城市得到迅速发展，城市地铁的安全问题也越来越突出，建立一个高效的安全体系进行事前预防和事后查证已迫在眉睫......

　　随着我国经济高速发展，城市的交通压力日益增加，地铁由于其运量大、速度快、安全性高、不发生堵塞等优点成为各大中城市缓和与改善城市交通紧张的优先选择。因此，近几年来地铁在一些大中城市得到迅速发展，城市地铁的安全问题也越来越突出，建立一个高效的安全体系进行事前预防和事后查证已迫在眉睫。

　　据了解，传统的地铁视频监控系统采用标清技术，模拟摄像机的像素一般只能达到30~40万像素，经常出现“记录了现场的图像，却无法看到需要的细节”的无奈情况。随着安防监控高清技术的迅猛发展，画面清晰度大幅提高，能够提高更多的细节需求，越来越受到地铁营运业主和地铁公安用户及专业设计院专家的认可，近期的新建地铁线路也在不同程度上尝试着全部或部分采用高清监控技术来建设地铁视频监控系统。

　　高清视频监控系统提高了安全防范的效能，但是给很多地铁业主、设计院专家与监控工程商带来一些困惑，如：规划建设监控高清监控要考虑哪些问题以满足地铁业务需求、投资成本如何得到有效控制、线路运营监控与地铁公安监控之间的系统复用如何界定、线路拆分运营与跨线运营如何平滑过渡。本文将基于笔者近年来参与的地铁视频监控系统建设经验，对这些问题进行一些探讨。

　　地铁视频监控业务特点

　　根据业务需求，地铁视频监控系统有如下特点：系统延时小实时性强，系统可靠性高，图像清晰，视频流畅，运动图像表现好(对于高速变化的图像，其画面质量也必需清晰)，最大编码帧率必需达到25fps，图像压缩比高，存储可靠性高等。

　　地铁视频监控系统高清方案的选择

　　下面首先分析一下高清时代的视频监控三大解决方案，再来探讨如何合理规划建设地铁的高清监控系统。

　　1、第一类解决方案就是最为熟悉的IP监控 (IP高清监控系统)——以国际HDTV 标准支持720P、 1080i、1080P分辨率画幅16∶9; 采用H.264 帧间压缩方式，实时全帧率。

　　2、第二类解决方案就是以广播行业标准演进而来的HDTV非压缩监控系统，主要是使用HD-SDI(1.485G bit/s)高清视频信号作为高清摄像机、高清光端机、高清矩阵、高清显示设备互连的标准(图1)。

　　3、第三类解决方案是以智能视觉高清摄像机为核心的系统。高清视觉摄像机主要以高清晰抓拍为主要任务。摄像机传感器选用高像素CCD(像素主要参考指标有200万、500万、800万、1000万等)。这类摄像机以帧内压缩为主(选用MJPEG或JPEG2000图像编码方案)，可做无延时高质量的高清编码或无延时的高压缩比图像编码。其缺点主要有图像比例很少支持宽幅16∶9，帧率在3~15 fps视频流畅性差，摄像机接口标准以工业智能视觉为基础发展而来有局限性，不宜用于大规模视频监控组网建设，支持厂家较少，摄像机昂贵。

　　以上可以看出，高清监控绝不仅仅只是高清摄像机，而是一整套的系统解决方案。规划建设地铁高清监控系统需要根据地铁建设特点和业务需求进行解决方案的选择。

　　· 首先要考虑地铁行业特点，明确对监控业务品质的要求;

　　· 明确系统建设规模，是否支持持续扩容建设，是否需要控制综合建设成本;

　　· 在大规模部署情况下业务系统的可靠性是否不下降。

　　随着地铁线路的延长和多条线路的交汇，地铁监控有持续扩容的需求，因此对监控系统的技术开放性有要求，同时甲方对系统建设成本会有严格的控制。地铁监控应用对图像质量、图像延时、系统的可靠性都有很高的要求。无论系统规模多大，需要做到任意图像编解码延时必须做到300ms以内。车站、监控中心上墙任意图像调度与PC终端任意图像调度时间要小于500ms。IP高清监控系统使用H.264Main Profile 以上级别图像编码技术，实况、录像图像质量好，低延时，投资最低，扩容简单成本低，通用性较好，是高清地铁运营方案的理想选择。[nextpage]

　　目前地铁视频监控系统有两种主流IP数字监控解决方案：IP流媒体监控联网方案和IP全交换数字监控方案，因篇幅原因，这里就不做展开分析。

　　网络架构设计

　　传统网络架构不能满足监控业务的需要，IP高清监控网络需要专门设计，网络设计原则应考虑全光专网设计，二层架构，可利用组播协议将交换机背板的数据复制能力利用起来，完成高清监控大数据量的快速复制。

　　图像存储设计

　　随着监控技术的快速发展，早期的硬盘录像机(DVR)由于其存储空间，网络并发访问量，无RAID冗余保护和无法备份等技术限制，已从地铁监控存储设备选型中淡出。现在地铁线路普遍使用了IPSAN存储技术。对于地铁视频监控系统，平均每个车站前端摄像头一般在60路左右，大的换乘站超过100路，录像存储时间一般要求15天，高清1080P的存储码流一般最低要求6M，一般车站的有效存储量近70TB，大的换乘站的有效存储量超过100TB，加上RAID冗余盘和热备盘，实际需要的存储量更大。海量的数据存储对IPSAN存储设备的性能和空间提出了很高要求，如果是超大型的换乘站可考虑更高端的设备。

　　为了进一步提高地铁视频监控存储的可靠性，防止IPSAN存储设备出现故障可能带来的巨大风险，可以采用IPSAN的N+M备份技术在系统级提高存储可靠性。在OCC配置一台冗余IPSAN设备对整条线路进行数据备份，监控图像在存储过程中，当出现存储卷损坏、存储设备损坏的情况时，可由备份的存储设备直接接管，进行备份存储。无论视频数据在原有存储设备还是备份存储设备，均可以实现统一管理和调度。

　　运营监控和公安监控的共享建设

　　在D1标清时代，运营监控和公安监控分别是一套完整的系统，两套系统通过视频分配器共享前端摄像机，但是有各自的编解码器、存储和管理服务器，两者可谓井水不犯河水。如果高清时代仍然采用这种模式，势必造成投资的激增。从目前已经招标的地铁城市建设模式上来看，普遍一致的思路是使原来泾渭分明的运营监控和公安监控尽量共享设备，如前端IPC，或高清HD-SDI摄像机、或存储，尤其考虑到共享存储IPSAN，以尽量减少成本。存储IPSAN的共享，将不可避免地给监控平台架构带来挑战：车站IPSAN归属车站监控平台管理，而它还必须被两套互不相关的上级平台(运营中心OCC平台和轨道公安分局平台)，同时调阅、查询。

　　目前许多地铁采用的监控方案都会在OCC配置一台全局管理服务器，该服务器完成所有用户权限，设备资源配置管理，这台服务器是唯一的，然后由它下发给各个车站监控平台。此方案不符合运营监控和公安监控分别管理的业务需求，全局管理服务器是整个系统的全局故障点，造成系统可靠性降低(图2)。解决之道是构建多级多域体系架构，在车站、OCC和轨道分局/TCC建设三级平台，各平台负责所管辖域的用户权限，设备资源配置管理;各平台根据其角色完成不同的业务需求;平台间通过信息交互，实现摄像机、编解码器以及IPSAN等设备的共享，达到节省投资目的。

　　视频监控建设的其它问题

　　为了更好的缓解城市交通的压力，各城市地铁的发展逐渐成网状，一个城市不仅仅是1条、2条线路的建设、规划，地铁视频监控建设如果仅仅考虑一条线路内的情况，那么带来的将是视频监控的孤岛。多条地铁线路的换乘站的对各线的图像调阅的问题、紧急情况下的应急指挥协作、跨线运营、拆线运营等，越来越多的需求期望有一个能通过平台间的信息共享，解决地理上和逻辑上业务划分的问题，使整个城市地铁视频监控系统成为一个信息共享，业务逻辑划分清晰的联网监控大系统，这样才能给用户带来真正的价值，在关键时刻发挥其更加重要的作用。