上海地铁13号线列车视频监控系统

67现代城市轨道交通 1/2014MODERNURBANTRANSIT技术装备地铁流动性强，是人员高度集中的公共场所，存在诸多不安全因素，为保证地铁列车安全运营，在地铁列车上安装视频监控系统(CCTV)非常必要，通过视频监控系统可以对司机室、客室进行实时监控，对监控视频进行存储并事后下载或回放，能够为安防备案提供有力的证据。 上海地铁13号线列车视频监控系统采用全数字网络化传输，简化了布线。该系统设计考虑了多重冗余，并选用数字全景摄像机作为终端图像采集设备，在全景摄像机的设备布局、结构设计以及画面处理上均做了充分考虑，保证了最佳监控效果以及系统可靠性，系统功能更具备人性化设计，方便司机查看与操作。1系统方案地铁列车视频监控系统在地铁列车的每节车厢内安装摄像机，实时采集客室以及司机室的画面，并配置视频服务器进行视频图像的存储，结合监控触摸屏辅助司机对列车进行实时监控。上海地铁13号线列车采用6节编组的A型车，4动2拖，列车编组形式为“Tc+Mp+M=M+Mp+Tc”。图1为上海地铁13号线列车视频监控系统的网络拓扑图。上海地铁13号线列车视频监控系统采用全数字网络化监控方案。Tc车、Mp车和M车的客室网络结构相同，每个摄像机均通过以太网电缆连接到本车厢的车厢控制器上，车厢控制器和媒体服务器挂在列车上海地铁13号线列车 视频监控系统刘国菲张伟康旭摘要：上海地铁13号线列车视频监控系统采用全数字网络化传输，具备高冗余性以及较强的抗干扰能力，整个系统性能稳定，监控效果良好。从系统技术方案、设备配置以及系统功能方面对13号线列车视频监控系统进行了详细的介绍。该系统选用了区别于普通摄像机的数字全景摄像机，并介绍了数字全景摄像机的拍摄视角、机械结构以及画面处理等功能。关键词：地铁列车；视频监控系统；全数字网络化；全景摄像机中图分类号：U29-39图1上海地铁13号线列车视频监控系统拓扑图刘国菲：南车南京浦镇车辆有限公司动车设计部，工程师，江苏南京210031WLANWLAN68MODERNURBANTRANSIT1/2014现代城市轨道交通技术装备以太网上，使得监控视频数据从摄像机终端到媒体服务器全部采用数字网络传输，大大简化了系统结构。以太网电缆使用标准的CAT5e双绞线电缆，连接器压接简单并容易布线，避免了以往模拟传输采用同轴电缆所带来的施工弊端。网络连接器采用M12类型的金属连接器，对电缆的屏蔽层能够有效接地，避免信号的干扰，接口简单，便于维护。贯穿全列车的列车以太网总线采用2条100  Mbit/s总线，以太网交换机采用端口汇聚技术，2条以太网总线互为冗余，单点故障不影响通信，当1条以太网总线失效时，系统会自动跳转到另一条以太网通信，保持网络畅通，当2条以太网总线同时工作的时候，带宽能达到200 Mbit/s，能够完全满足摄像机网络传输的带宽要求，而且还能为车载多媒体播放系统提供传输通道。以太网交换机集成在车厢控制器中，具有自动旁路功能，保证了当1个交换机损坏的时候，后续车辆网络连接的通畅，大大提高了网络通信的可靠性。每个摄像机内部都集成编码器，带有独立的IP地址，直接输出压缩的数字视频流，车厢控制器对监控视频流无需任何处理，直接传输到Tc车的媒体服务器中，使得2个媒体服务器同时存储，相互冗余，当1个媒体服务器故障时，视频监控的数据不会丢失。每个媒体服务器配置了8  T的数字硬盘，由4块2  T的数字硬盘组成，1块数字硬盘故障，其他数字硬盘仍能正常工作，提高了系统的冗余性。 媒体服务器在进行视频数据存储的同时，能够解码输出模拟的VGA视频信号，通过VGA电缆传输到监控触摸屏上显示，在监控触摸屏上安装有监控软件，人性化界面，方便司机操作。此外，还预留有多余的以太网接口，可以连接地面无线设备，通过WLAN无线传输，将列车视频实时传输到控制中心或其他指定的地方。2系统配置列车视频监控系统由媒体服务器、车厢控制器、摄像机、监控触摸屏构成。设备布置如图2所示。(1）媒体服务器。安装在每个Tc车司机室的右侧电气柜中，1列车共2台。它是列车视频监控系统的核心，用于监控视频的管理和存储，提供整个系统对外的接口。外形采用19英寸标准5U机箱，具有非常高的可靠性，也有很好地抗冲击和振动的特性。(2）车厢控制器。安装在每节车厢的二位端电气柜中，1列车共6台。集成度高，不仅能够管理本节车厢的摄像机以及网络传输功能，还提供LCD多媒体播放解码功能。采用模块化设计，由电源模块、网络交换机模块、多媒体音视频处理模块等组成，外形采用19英寸标准3U机箱。(3）摄像机。每个司机室配置1台全景摄像机，每个客室配置3台全景摄像机，用于司机室以及客室的视频采集，全列车共20台。(4）监控触摸屏。采用12.1英寸的电阻屏，亮度高，视角宽。设置在两端Tc车司机室的主司机台上，用于司机查看监控画面以及执行操作，1列车共2台。3关键设备摄像机是视频监控系统采集画面的终端，是直接关系监控效果好坏的关键设备。上海地铁13号线列车采用的数字全景摄像机，视角广阔、画面分割技术良好、可维护性设计，提升了列车视频监控系统的性能。3.1摄像机视角以往列车视频监控系统所用的短焦距半球形摄像机，1个客室安装2台，由于拍摄视角以及拍摄距离的限制，整个车厢的监控往往会有死角。而数字全景摄像机监控视角为水平360。，垂直180。(图3)，监控无死角，画面更清晰，能真正达到全方位的拍摄。每个全景摄像机的最佳透射半径距离为0～5  m。13号线列车每个客室长约22  m，每个客室上海地铁13号线列车视频监控系统刘国菲等图2设备布置图监控触摸屏监控触摸屏媒体服务器媒体服务器客室摄像机1客室摄像机1客室摄像机1客室摄像机2客室摄像机2客室摄像机2客室摄像机3客室摄像机1客室摄像机2客室摄像机3客室摄像机1客室摄像机2客室摄像机3客室摄像机1客室摄像机2客室摄像机3客室摄像机3客室摄像机3司机室摄像机司机室摄像机车厢控制器车厢控制器车厢控制器车厢控制器Tc车Tc车Mp车Mp车M车M车69现代城市轨道交通 1/2014MODERNURBANTRANSIT技术装备顶部均匀排布3个全景摄像机，达到最佳监控效果。 3.2摄像机结构数字全景摄像机与一般模拟摄像机的主要区别就是将视频信号的A/D转换、压缩编码、通信控制和接口等部分直接置于摄像机内部，因此，需要机械外壳对这些元器件进行封装。摄像机的外形设计如图4所示，矩形外壳，镜头微凸出面板，内置的元器件封装在面板的后部，设计采用与内装顶板齐平的安装方式，通过表面的4个螺钉直接固定，非常方便拆卸与维护。司机室的全景摄像机带有红外功能，红外灯直接封装在数字全景摄像机中，司机室在隧道中光线很暗，该摄像机能够在低照度下清晰地显示和回放司机在相应位置的所有操作动作。3.3摄像机画面处理全景摄像机采集到的图像是球面图像，需要经过摄像机内部的软件转化为正常的平面视图进行显示，即对画面进行展开分割矫正处理。通常将1幅球面图像展开为2幅或4幅平面图像。在地铁列车上，要清楚拍摄到门区上、下客的情况，故将球面图像分割成4幅图像展开，即客室的横向两侧各为1幅画面，客室的纵向两侧各为1幅画面，每幅图像监控90。的区域。图5为1台全景摄像机拍摄的监控画面。3.4摄像机故障诊断数字全景摄像机能够进行故障诊断，当某个摄像机发生故障时，带有IP地址的故障信息传输到媒体服务器记录，并在监控触摸屏进行故障指示，提醒用户及时维护。此外摄像机还具有遮挡检测功能，当有恶意遮挡的时候，在监控触摸屏可显示黑屏，并有故障报警，维护人员可找到故障摄像机进行维护。4系统功能地铁列车视频监控系统具备视频录像显示、存储、下载以及回放等基本功能。4.1视频录像显示系统上电后，摄像机自动启动录像功能，司机可通过监控触摸屏实时查看各车厢的监控情况，包括另一个司机室的图像。司机选择指定的摄像机后，媒体服务器即调用所选择摄像机的视频信号在监控触摸屏上显示。监控触摸屏可以分屏显示各客室和司机室的视频图像，能够同时观察4 台摄像机图像，如果司机双击任一图像则可以全屏幕观察。在视频图像显示时叠加有车厢号、图像摄取时间、摄像机编号等信息，便于查找索引以确定视频的具体时间、地点。4.2视频存储系统视频数据采用H.264压缩技术，传输以及图像存储的分辨率为D1(720×576)的格式，视频帧率可调节，最大可达到实时30帧/s压缩，每个摄像机网络传输速率最大为2 Mbit/s，在视频服务器中可连续存储超过360  h。当存储空间不足时，硬盘录像机启动覆盖机制，按照先进先出的方式，自动覆盖最早录制的视频文件。为了防止记录的视频数据的篡改，图像存储到硬盘之前运用了数字水印防伪技术，系统将原始采集的图像进行水印处理，将水印嵌入到图像中。对于报警等特殊的视频片段，在视频存储时做了标签技术，以便用户可以通过标签快速查找和回放这些特殊的图像。4.3报警联动当客室车门紧急解锁装置解锁图4数字全景摄像机图5全景摄像机监控画面上海地铁13号线列车视频监控系统刘国菲等图3全景摄像机拍摄视角图示360。全景摄像机拍摄视角360。垂直180。水平0。水平角度垂直角度70MODERNURBANTRANSIT1/2014现代城市轨道交通技术装备（包括司机室隔门解锁）、乘客紧急对讲装置激活、火灾报警事件发生时，媒体服务器在接收到紧急事件触发信号后，自动在监控触摸屏上显示该车厢的全部视频图像，同时该车厢的图标变成红色进行告警提示。如果存在多个报警，则以轮巡的方式显示所有报警点所对应车厢的视频监控图像，使司机及时了解报警发生点的情况。4.4视频下载和回放只有授权的管理员可以访问媒体服务器存储硬盘，进行视频文件查询并下载，能够检索任何时间段的视频进行查看。视频存储采用保护措施，不可以删除和随意拷贝，除用管理软件可以下载媒体服务器硬盘的视频文件外，系统禁止使用移动硬盘、U盘、共享目录等方式直接从媒体服务器拷贝文件，防止视频数据丢失。系统提供视频录像文件回放功能，授权的系统管理员可以登陆系统连接系统内部网络访问媒体服务器硬盘，可按日期、时间、车厢号便捷地检索回放。在回放时，管理员可以选择开始、暂停、快进（多级）、快退（多级）、慢进、慢退、单帧进退等基本功能。视频支持多路同时回放，可以在监控触摸屏或用维护笔记本电脑同时回放硬盘中存储的视频数据。参考文献[1]张卿，尹思刚，齐博.360度全景摄像：狭小空间监控的新生力量[J].安防知识网，2010(6).[2]刘潍清，方鸣，张宇.基于局域网的城轨列车视频监控系统[J].现代城市轨道交通,2007(1).[3]文军.摄像机技术的发展趋势[J].中国安防，2007(7).[4]杨远锋.地铁监控系统的设计[J].中国交通信息产业，2004(5).                                                       收稿日期2013-04-22责任编辑毛静上海地铁13号线列车视频监控系统刘国菲等（上接第66页）[6]刘恒学，曾崇培，李果凤，等.第二代身份证用作城市轨道交通乘车凭证的探讨[J].城市轨道交通研究,2013(9):18-22.[7]樊留群.实时以太网及运动控制总线技术[M].上海：同济大学出版社，2009.[8]白生谦.提高通信网络可靠性的方法探讨[J].移动通信,2009(16):9-11.TrainCCTVSurveillanceSystemsonShanghaiMetroLine13LiuGuofei,ZhangWei,KangXuAbstract:MetrotrainCCTVsurveillancesystemwithfulldigitalnetworktransmissiononShanghaimetroline13hashighredundancyandstronganti-interferenceability.Thesystemhasstableperformance,andmonitoringeffectisgood.Thepaperhasdescribedt