一(yī)、引言
随着中(zhōng)國城市化進程的加快，城市人口急劇增加，城市交通承受的壓力越來越大(dà)，道路擁擠、交通堵塞、秩序混亂成爲大(dà) 城市中(zhōng)的普遍現象。軌道交通由于其運量大(dà)、速度快、準時準點、安全性高、不發生(shēng)堵塞等優點成爲各大(dà)城市緩和與改善城市 交通緊張的優先選擇，目前國内如北(běi)京、上海、廣州、南(nán)京、深圳等一(yī)線城市均已開(kāi)通了地鐵。但是，縱觀全球軌道交通的發 展史，軌道交通的安全防範問題一(yī)直是建設和管理部門面臨的嚴峻的挑戰。軌道交通視頻(pín)監控系統是軌道交通安全防範系統 中(zhōng)重要的一(yī)個組成部分(fēn)，它能夠在第一(yī)時間以圖像、文字形式告知(zhī)管理、維護和保安人員(yuán)現場所發生(shēng)的任何情況，使保安部 門有效地做出快速反應，并将所發生(shēng)事件的全過程進行備份，對重要數據進行記錄，爲處理事故提供切實依據。
軌道交通視頻(pín)監控系統又(yòu)是調度員(yuán)和車(chē)站值班員(yuán)監視列車(chē)運行、掌握客流大(dà)小(xiǎo)和流向、提高行車(chē)指揮透明度的輔助通信工(gōng) 具，是列車(chē)司機在車(chē)站停車(chē)後監視旅客上下(xià)車(chē)、掌握開(kāi)關車(chē)門時間的重要手段。當車(chē)站發生(shēng)災情時，視頻(pín)監視子系統可作爲防 災調度員(yuán)指揮搶險的指揮工(gōng)具。以下(xià)筆者以南(nán)京地鐵爲例簡單闡述視頻(pín)監控系統在軌道交通安全防範系統中(zhōng)的應用。
二、南(nán)京地鐵監控系統項目的需求分(fēn)析
南(nán)京地鐵1 号線一(yī)期工(gōng)程南(nán)起奧體(tǐ)中(zhōng)心，北(běi)至邁臯橋，形成南(nán)京主城區中(zhōng)軸線的快速交通走廊。整條線路全長21.72 公裏， 其中(zhōng)地下(xià)線14.33 公裏，地面及高架線7.39 公裏，共設車(chē)站16 座，其中(zhōng)地下(xià)車(chē)站11 座，地面及高架車(chē)站5 座，在小(xiǎo)行站設車(chē) 輛基地一(yī)個，整個地鐵的控制中(zhōng)心設在珠江路地鐵大(dà)廈。
爲了保障地鐵交通安全和提高運營管理效率，在地鐵沿線全程實施視頻(pín)監控，主要包含以下(xià)幾個内容：
(1) 運營管理監控，對每個車(chē)站的售票(piào)處、出入口、自動扶梯、站台等地點進行監控和記錄，便于及時發現可疑人員(yuán)和可疑 物(wù)件。
(2) 在突發事件或災害發生(shēng)時，通過實時監控，提高指揮、調度能力。
(3) 對監控點附近的其他環境參數、告警信息進行采集，并通過視頻(pín)監控系統統一(yī)傳送至監控中(zhōng)心。
(4) 通過網絡化視頻(pín)監控技術的應用，使之能夠方便地進行全網集中(zhōng)管理，遠程調用。
(5) 公安治安管理監控，地鐵沿線各站口周邊人流量大(dà)，這部分(fēn)視頻(pín)系統與公安系統共享，保障人們出行安全。
三、南(nán)京地鐵視頻(pín)監控系統概述
南(nán)京地鐵視頻(pín)監控系統是由車(chē)站本地監控、中(zhōng)心遠端監控和傳輸通道三部分(fēn)組成。系統設備主要包括攝像機、監視器、切 換矩陣、視頻(pín)分(fēn)配器、畫面合成器、字符疊加器、數字錄像設備等。聯網視頻(pín)矩陣以及攝像機全部采用英飛拓産品。
1、地鐵視頻(pín)監控車(chē)站系統架構
在每個地鐵站出入口都裝有監控攝像機，進出地鐵站、檢票(piào)口的乘客都會被攝像機從正面拍攝到，對于人流量較大(dà)的地鐵 站大(dà)廳均安裝有一(yī)體(tǐ)化高速球形攝像機，以便能夠撐握整個大(dà)廳的情況。站内較偏僻的角落均單獨安裝攝像機，讓不法分(fēn)子無 機可乘。地鐵站台上有規律的安裝若幹攝像機，使得運營管理人員(yuán)能夠及時了解地鐵站情況，列車(chē)司機也能直接從監控畫面中(zhōng) 了解當前乘客的上下(xià)車(chē)情況。
圖 1 車(chē)站地鐵視頻(pín)監控系統架構
如圖 1，所有車(chē)站，矩陣和碼分(fēn)配器都設置于設備機房中(zhōng)，監視器和鍵盤放(fàng)置在車(chē)站控制室中(zhōng)，控制人員(yuán)在車(chē)控室通過V2116 鍵盤可以對車(chē)站内的所有前端攝像點進行切換和控制，從而可以對本站點的情況有全面的了解和掌握，每一(yī)個站點都相對獨立。
2、車(chē)站監控點的布局舉例 監控前端的功能是采集視頻(pín)信号，傳輸到矩陣控制主機；同時接收控制主機的遠程控制命令，控制攝像機的動作。由于地 鐵站内人員(yuán)流動呈區域性和固定性特點，因此采用快球對大(dà)範圍的站台進行監控，而在特殊通道和區域隻需采用槍式攝像機。 每個站台均安裝固定攝像機用于監視列車(chē)運行及停靠站情況，車(chē)站站台和大(dà)廳安裝一(yī)體(tǐ)化球形攝像機，樓梯出入口、自動扶手 梯等處設置固定攝像機，如圖2 所示。
整個系統前端視頻(pín)監視點由各站站廳和站台組成,根據監視的不同環境以及标書(shū)的技術要求，分(fēn)别采用英飛拓不同的前端産 品：
一(yī)體(tǐ)化球型攝像機用于站廳大(dà)範圍監視，選用了英飛拓V1747 快球，該快球具有23×12 變焦倍數，高達540TVL 的水平線 數、彩色模式0.1Lux，黑白(bái)模式0.01Lux 的低照度。提供多128 個預置位和4 個花樣掃描，方便定點監控，預置位可手動 調用，也可由報警信号自動激活。
該快球具有良好的操控性，用戶可用0.5°/秒到240°/秒之間的任意速度對球機進行控制，球機允許360°的水平轉動，并 具有自動翻轉功能，可以不間斷監控通過球機正下(xià)方的物(wù)體(tǐ)。
固定型攝像機用于站台、樓梯出入口、自動扶手梯等處監控，采用英飛拓 V1026 高解析度日夜轉換型攝像機，水平解析度 達540TVL，低照度達到彩色模式0.4Lux，黑白(bái)模式0.05lux。
3、控制中(zhōng)心架構
16 個車(chē)站和監控中(zhōng)心均采用英飛拓先進的V2020 中(zhōng)型聯網矩陣切換控制系統作爲該車(chē)站監控系統的控制核心。V2020 矩陣 切換控制系統大(dà)可達240 路輸入，32 路輸出，可根據具體(tǐ)需要靈活選擇配置(從16×4 至240×32)，采用高密度設計減少設備 占用空間。
各矩陣的以太網口都與 OTN 的網絡口相連，矩陣之間借助于OTN 構建的局域網相互聯網。此外(wài)，每台矩陣都有8 路視頻(pín) 輸出接入OTN 的視頻(pín)輸入端口，通過OTN 傳輸至控制中(zhōng)心。
就南(nán)京地鐵 1 号線視頻(pín)監控系統而言，位于珠江路的地鐵大(dà)廈是控制中(zhōng)心，調度員(yuán)通過一(yī)套定制的多功能軟件可以在控制 大(dà)廳裏看到并且控制16 個車(chē)站的任一(yī)攝像機圖像。每一(yī)個車(chē)站的矩陣都以一(yī)個固定的IP 接入OTN 網絡，地鐵大(dà)廈的多功能控 制軟件也和OTN 相連。這樣，通過OTN 這種環形網絡，總控中(zhōng)心的控制信号可以發到各地鐵站，而每個車(chē)站的圖像也通過OTN 的視頻(pín)通道上傳到中(zhōng)心，使中(zhōng)心能夠切換并控制各個車(chē)站的任何一(yī)路圖像。整個系統有完善的權限體(tǐ)系，控制中(zhōng)心的優先級高 于車(chē)站的優先級，當出現中(zhōng)心和車(chē)站同時控制同一(yī)個球機時，控制中(zhōng)心将取得控制權，車(chē)站暫時無法實現控制，直到控制中(zhōng)心 釋放(fàng)權限。
4、系統的權限劃分(fēn)
地鐵站内的攝像機分(fēn)爲兩個部分(fēn)，一(yī)部分(fēn)是公安部門既有的攝像機，通常分(fēn)布在地鐵站出入口等地方，控制級别上需要公 安優先；另一(yī)部分(fēn)是地鐵運營部門的攝像機，主要用于觀測地鐵的運營情況及人流情況，控制級别上需要運營優先，因此整個 地鐵裏的控制權限是一(yī)個交叉的權限網絡。
本系統的權限劃分(fēn)非常明确，控制級别從高到低依次爲地鐵站車(chē)控室、監控中(zhōng)心、警務中(zhōng)心。任何一(yī)個鍵盤對于任何一(yī)個 攝像機都可以設置不同等級的權限。也就是說，同一(yī)個鍵盤對于不同的攝像機可以有不同的權限等級。
四、系統優勢分(fēn)析
城市軌道交通系統站點多，如何對各站點成千上萬的視頻(pín)實現有條不紊的分(fēn)級控制和集成管理？南(nán)京地鐵視頻(pín)監控系統采 用了以太網聯網矩陣系統，以太網使安防系統集成達到了新的高度，使用老式的串口和RS485 通信，網絡非常笨重，需要許多 接線和轉接，如果網絡龐大(dà)的話(huà)，需要很多通信連線，而且還時常無法通信。使用以太網，則網絡擴展及通信都不受限制，隻 要一(yī)根網線就可以和網絡内的任何一(yī)個點取得聯系，方便接入現有網絡、數據傳輸速率高、通用的通信協議，并且使得網絡（局 域網/城域網/廣域網）内的設備可以互相通訊，不論跨越多少建築，也不需要增加接線。
1、英飛拓以太網聯網矩陣
普通聯網矩陣大(dà)都采用 RS232、RS485 等通訊方式實現通信和聯網，或者通過RS232 轉以太網，RS485 轉以太網來實現網 絡和遠距離(lí)的通信，這種矩陣聯網方式從控制原理上來講隻是原非聯網矩陣的一(yī)種控制端和控制距離(lí)的擴展，即相當于将矩陣 的控制鍵盤安裝在遠端，在另一(yī)台獨立矩陣中(zhōng)加入了矩陣的控制協議和相關程序，通過RS232、RS485 或其他網絡轉換設備實 現了遠距離(lí)通訊和控制。但這種控制方式有其蔽端，傳統的RS232、RS485 通訊方式傳輸距離(lí)有限、速率低，各廠家設備協議不同，且RS232 通訊方式比較适合點對點，RS485 适合點對點或一(yī)點對多點的數據傳輸，但都沒有很的好的沖突檢測多路訪問 協議機制，不适合大(dà)規模網絡中(zhōng)多點這間的全交叉數據傳輸，尤其是不适合網絡覆蓋率極高、通信發達的現代城市監控。
而以太網聯網矩陣猶如一(yī)台具有網卡的電(diàn)腦，通訊是同時面向整個網絡上的設備和站點，它完全滿足局域網 CSMA/CD 帶 有沖突檢驗的載波監聽(tīng)多路訪問協議，可以有效的防止線路上的通訊沖突和提高線上利用率，滿足與局域網多點設備的交叉通 訊能力。
英飛拓以太網聯網矩陣采用嵌入式操作系統，防病毒能力遠遠高于一(yī)般操作系統的電(diàn)腦工(gōng)作站，網絡安全問題不必擔憂， 同時具備完善的矩陣聯網控制程序和視頻(pín)調用算法，可充分(fēn)滿足城市監控等大(dà)規模矩陣聯網的使用要求。
相比傳統的聯網架構，結合地鐵視頻(pín)監控的特點，英飛拓以太網聯網矩陣具有以下(xià)優勢：
(1)系統結構統一(yī)，布局合理：選用以太網聯網矩陣及網絡鍵盤，所有監控設備的控制信号(矩陣、矩陣鍵盤、視頻(pín)編解碼器、 硬盤錄像機、PC 等)都可以在網絡上傳輸，全部系統設備采用統一(yī)IP 地址劃分(fēn)，系統結構合理，标識清晰，不會産生(shēng)任何重複 的标識編碼。便于監控系統設備的統一(yī)管理。
(2)功能性強大(dà)：控制信号可以由系統中(zhōng)的任意一(yī)台設備發往另外(wài)一(yī)台設備，整個系統便可以互控互連，更容易實現許多地 鐵應用中(zhōng)特定的功能定制。
(3)權限管理分(fēn)明：系統在以太網上架構一(yī)台權限服務器，所有的網絡控制信号通過權限服務器判别主控設備對受控設備權 限級别，通過這種方式可以[敏感詞]到系統中(zhōng)任意一(yī)個受控設備的權限，從而實現不同主控(如車(chē)控室、警務室、維修機房等)在控制 同一(yī)監控設備時的級别高低。
(4)系統擴展方便：如果在現在的系統中(zhōng)增加新站點(如：軌道延長)，隻需在現有系統中(zhōng)增加一(yī)個獨立的分(fēn)站監控，分(fēn)配一(yī)個 新的IP 地址即可實現，可以在不改動系統任何設置的情況下(xià)，方便的擴展新的站點。
(5)易于系統集成：統一(yī)的網絡控制管理模式讓集成可以在網絡内的任意一(yī)個節點上實現，所有的軟件功能性開(kāi)發基于以太 網來進行，一(yī)台PC+一(yī)套集成軟件可以集中(zhōng)管理系統中(zhōng)的所有設備。
(6)系統網絡校時功能：爲了保障列車(chē)運行安全、高效，軌道交通控制對系統時間要求很高，這跟傳統視頻(pín)監控系統有較區 别。爲了保證所有站點視頻(pín)系統的顯示時間完全同步，時鍾發生(shēng)器每分(fēn)鍾向每個矩陣分(fēn)送命令進行同步時間設置，以保證整個 地鐵視頻(pín)監控系統中(zhōng)的各設備時間同步。
2、視頻(pín)丢失轉發、報警轉發
各站點矩陣系統可以接收各報警器的報警信息（如消防、防盜等）和所有的視頻(pín)丢失報警信息，并通過矩陣之間聯網将信 息轉發給中(zhōng)心管理服務器。中(zhōng)心管理服務器收到報警信息後，可以彈出報警信息窗口，響起報警鈴聲，報警燈閃爍等。全網視 頻(pín)和報警集成不需借助别的設備，簡單可靠。
五、結語
軌道交通是城市公共交通主動脈，在南(nán)京每天都有數十萬人流乘坐地鐵，地鐵的安保工(gōng)作關系到城市人民的生(shēng)命财産安全， 對城市經濟建設也有較大(dà)影響。在南(nán)京地鐵視頻(pín)監控系統中(zhōng)，英飛拓矩陣系統把矩陣聯網，視頻(pín)丢失轉發，報警轉發，權限判 别，校時等功能通過一(yī)根網絡線全部實現，使得空間距離(lí)幾十公裏的監控系統真正統一(yī)到了一(yī)體(tǐ)。南(nán)京地鐵已運營的1 号線和 在建2 号線，均采用英飛拓視頻(pín)監控系統，主要設備包括：約70 套聯網矩陣，900 多台快球，360 多台攝像機和160 多台控制 鍵盤。
