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[摘 要]本文主要介绍了轨道交通视频监视系统的需求、常规设计方案并进行对比，并对于轨道交通行业应用提出了一些问题及相应的解决方案。
[关键词]轨道交通、视频监视系统、设计方案
中图分类号：TQ261 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0295-02
概述
轨道交通视频监视系统主要有专用通信系统的专用视频监视系统和公安通信系统的公安视频监视系统。专用视频监视系统主要服务于轨道交通运营管理人员，公安视频监视系统主要服务于公安。两者服务的对象不同，应用的需求也不尽相同。
一、视频监视系统的需求分析
1.1 专用视频监视系统需求分析
专用视频监视系统是轨道交通运营、管理现代化的配套系统，是轨道交通用于对车站公共区以及重要设备、管理区域进行全方位监控，及时发现并处置突发事件的重要工具；同时还负责对车辆段、停车场等进行全方位监控，为本线后勤保障提供安全防范技術支持。系统供运营、管理人员实时监视车站客流、列车出入站、乘客上下车等情况，以加强运行组织管理，提高效率，确保安全正點地运送乘客的重要手段。发生灾害时，由环控（防灾）调度员或车站防灾值班员使用本系统随时监视灾害和乘客疏散情况。专用视频监视系统从使用上满足中心调度员、车站值班员对相应的管辖区域进行监视。
根据运营需求具体来说，系统可为车站值班员提供对车站的站厅、站台、楼梯及自动扶梯、垂直电梯、进出闸机、自动售检票机、出入口、隧道口、票务室、重要设备用房以及管理区等主要区域的监视；为列车司机提供对相应站台乘客上、下车等情况的监视；为停车场/车辆段值班员提供对车辆段/停车场范围内的出入段线、平交道口及轨行区、运用库内外、洗车库外、周界、重要单体出入口以及重要设备用房等处情况的监视；为中心调度员提供对全线范围内的监视。
1.2 公安视频监视系统需求分析
公安视频监视系统可为公安机关提供轨道交通公共区域的直观、详细的图像，已成为公安部门对轨道交通公共区域实施监视、提高轨道交通治安水平、保障乘客生命财产安全和轨道交通安全运营的不可缺少的工具，为公安机关及时发现、快速处置突发性事件提供了最得力的技术手段。
根据公安管理一般架构，警务站公安警务人员可监视本站站厅、站台及出入口等区域治安情况；派出所警务人员监视所管辖车站的情况；公安分局警务人员监视全线车站情况。
二、视频监视系统的方案
专用视频监视系统和公安视频监视系统从技术角度来讲没有本质区别，所以北京、上海等地考虑资源集约化采用构建一套视频监视系统，有些地区考虑系统的安全性和维护管理界面清晰考虑分别建设，但尽量利用一些公用的设备，以降低投资等。
2.1 主流的视频监视系统技术
视频监视系统主要由前端摄像机、视频切换控制器、监视终端及视频存储几部分组成。视频监视技术分为模拟视频监视和数字视频监视两种技术。
随着数字技术的发展，从20世纪90年代开始，以数字控制的视频矩阵替代模拟视频矩阵，以数字硬盘录像机替代模拟录像机，实现了视频监视从模拟向数字转变。随着视频采集技术、视频处理（编、解码）理技术、计算机技术和网络技术的进一步发展，视频监视系统从前端摄像机、视频切换控制器、监视终端、视频存储视频传输各部分全部进入了数字化，在此基础上形成了全数字化的视频监视系统。目前，被行业广泛认可的高清摄像机分为二种，一种是HD-SDI，另一种是IP网络高清。
①HD-SDI高清技术
SDI接口是数字分量串行接口，SDI接口是数字分量串行接口（serialdigitalinterface）的首字母缩写。按速率：SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI，对应速率分别是270Mb/s、1.485Gb/s和2.97Gb/s。在安防领域主要是以HD-SDI为主。
HD-SDI摄像机不失真原始图像，不经过压缩和打包，以未压缩数字信号在同轴电缆上高速传输。不受传输网络影响，没有图像延迟问题，可以保持图像的完整性和原始性。
但是，SDI摄像机的传输距离非常受限制，只能传输100米左右，且需敷设专用的视频同轴电缆，普通的75Ω支持的距离更小。由于前端SDI摄像机采集的数据量较大，其传输过程又不经编解码器压缩，给数据的存储提出了很大挑战。SDI架构大规模组网难度较大，经过编解码组网后丧失了SDI的优势。
目前由于SDI摄像机存储及组网灵活性的瓶颈，标准化程度不高，造成SDI在轨道交通等大规模组网的系统中较少应用，在小型对视频质量要求较高的场景中有局部应用，基于这些原因SDI生产厂商、产品链和配套设备较少，在轨道交通领域厂商推广的力度不大。
②IP网络高清技术
IP网络摄像机是基于网络传输的数字化设备，网络摄像机除了具有普通复合视频信号输出接口外，还有网络输出接口，可直接将摄像机接入本地局域网。每一个IP网络摄像机都有自己的IP网址，具有数据处理功能和内置的应用软件，可以实现许多特殊功能，比如移动探测、警报讯号输出/输人设备等功能。
IP网络摄像机采用数字图像压缩技术，可大幅压缩视频带宽，压缩方式大为H.265、H.264、M-JPEG、MPEG2、MPEG4等几种。其中H.264和MPEG4为现在的主流压缩方式。且现在大部分IP摄像机都支持多码流输出，为存储和组网提供了较大的灵活性。IP网络摄像机经过编解码和网络传输后，增加了时延。
由于高清视频系统的广阔前景，各大厂商纷纷加入了IP高清系统的研发和生产，ONVIF、GB/T28181、H.264等相关标准的也大大标准化了各厂商的产品，这些标准确保不同厂商生产的网络视频产品具有互通性，产业合作模式得到了加强，各厂商的接口平台也具互通性，终端用户和集成用户不需要被某些设备的固有解决方案所束缚，降低了开发成本。 2.2 网络监控图像压缩编码方式
目前用于轨道交通视频监视系统的图像编解码方式主要包括MPEG-2、MPEG-4和H.264三种图像压缩编码方式。
①MPEG-2图像压缩编码方式
MPEG-2是以ISO/IEC113818-1为关键部分的全球化标准，是运动图像专家组（MPEG）颁布的活动图像及声音编码的正式国际标准之一，主要针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定。MPEG-2虽能提供DVD级别的画质，但因其占用带宽大，对传输及存储要求相对较高。
②MPEG-4图像压缩编码方式
MPEG-4与MPEG-2间有很大的不同。MPEG-4（ISO14496）是由运动图像专家组（MPEG）发展的广泛的开放标准。采用了一系列新技术，来满足在低带宽下传输较高视频质量的需求。MPEG-4定義了广泛的次级标准。通常我们所说的MPEG-4指的是MPEG-4“Part2”，也就是MPEG-4ASP。正因为MPEG-4标准众多，有的标准互相之间并不兼容，故不同供应商的编解不兼容。
③H.264图像压缩编码方式
H.264是由ITU-T和ISO两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成的联合视频组（JVT，JointVideoTeam）开发的标准。H.264（MPEG-4AVC）与MPEG-4ASP相比，在压缩算法及效果上有着巨大的区别。在同等的图像质量情况下，AVC比ASP能够更加有效的减少30%的带宽但其运算量比ASP复杂10倍以上。因其运算量极其巨大，目前芯片厂商都采用最新一代的系统芯片SOC（SystemOnChip）来做H.264的编解码芯片，因此目前真正的H.264产品相对比较贵，且目前由于各种技术上的客制化导致不同厂家的SOC的兼容性仍较差。但随着产品的日渐普及，H.264的设备成本也将逐渐下降，兼容性的问题也可以通过转码或软解等方式得以解决，目前主流使用此种编码方式。
2.3 系统存储方式及存储容量计算
视频存储容量的计算一般根摄像机的性能，存储的备份方式等有关系，具体来说一般视频存储数据容量（单位TB）=码流（Mbps）÷8×3600秒×24小时×天数×视频路数÷1024÷1024。测算出视频存储容量与需要配置的存储容量之间还需要考虑到采用哪一种RAID方式等进行综合考虑。
三、軌道交通应用的特殊需求及建议方案
3.1 前端到接入交换机的远距离传输问题
目前设计及招标过程中，希望能够将系统各设备接口指标和线缆进行标准化。这就需要考虑到一些特殊情况。例如常规RJ45接口的网络摄像机只能传输90米左右，而考虑到现实情况，前端有一些超过的则要考虑光转，光转换则需要考虑光纤收发器的配电及转接跳线等。故为了简化结构，可以考虑摄像机的结构上标配电口和光口（带单模SFP），交换机招标全部配置光接口板，这样解决远距离传输问题。这样在设计、招标和施工过程中，只需考虑信号连接线路网线或者光缆及配套接头即可，更有甚者要求全部配置为光缆。
3.2 解码器至监视器/大屏的远距离传输问题
显示系统也如上类似，目前车站需要考虑站台监视、车控室及调度大厅监视，最远可能达到300米，这就考虑远距离的解码显示，原来模拟的视频传输没有问题，现在数字高清DVI和HDMI的主流接口均需要考虑光转，可以考虑监视器和解码器硬件上标配光口（带单模SFP），满足视频信号远距离传输，简化系统接口及现场制作的故障节点。
3.3 公专视频的隔离问题
公安视频监视系统一般当地公安系统有要求和专用视频监视系统进行物理隔离。目前均采用网络摄像机，公安视频合用部分专用前端，则导致无法做到真正的物理隔离。现在考虑到HD-SDI摄像机方案和网络方案并用，则可以通过专用视频监视系统方案采用HD-SDI摄像机方案，公安采用网络摄像机方案，将专用的HD-SDI视频信号经过在设备室进行分配，分一路给公安进行编码实现共用，用以解决物理隔离问题。
四、小结
本文简述了轨道交通行业视频监视系统的需求，以及考虑到轨道交通的集成和施工单独招标两家单位，为了减少接口界面及系统故障点而考虑的对于终端设备接口的一些优化建议。目前轨道交通行业的这种需求已经不是个案，如何实现标准化，减小施工过程中对于设备厂家的依赖已成为共识。
参考文献
[1] 《地铁设计规范》（GB50157-2013）[S].中国计划出版社，2013.
[关键词]轨道交通、视频监视系统、设计方案
中图分类号：TQ261 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0295-02
概述
轨道交通视频监视系统主要有专用通信系统的专用视频监视系统和公安通信系统的公安视频监视系统。专用视频监视系统主要服务于轨道交通运营管理人员，公安视频监视系统主要服务于公安。两者服务的对象不同，应用的需求也不尽相同。
一、视频监视系统的需求分析
1.1 专用视频监视系统需求分析
专用视频监视系统是轨道交通运营、管理现代化的配套系统，是轨道交通用于对车站公共区以及重要设备、管理区域进行全方位监控，及时发现并处置突发事件的重要工具；同时还负责对车辆段、停车场等进行全方位监控，为本线后勤保障提供安全防范技術支持。系统供运营、管理人员实时监视车站客流、列车出入站、乘客上下车等情况，以加强运行组织管理，提高效率，确保安全正點地运送乘客的重要手段。发生灾害时，由环控（防灾）调度员或车站防灾值班员使用本系统随时监视灾害和乘客疏散情况。专用视频监视系统从使用上满足中心调度员、车站值班员对相应的管辖区域进行监视。
根据运营需求具体来说，系统可为车站值班员提供对车站的站厅、站台、楼梯及自动扶梯、垂直电梯、进出闸机、自动售检票机、出入口、隧道口、票务室、重要设备用房以及管理区等主要区域的监视；为列车司机提供对相应站台乘客上、下车等情况的监视；为停车场/车辆段值班员提供对车辆段/停车场范围内的出入段线、平交道口及轨行区、运用库内外、洗车库外、周界、重要单体出入口以及重要设备用房等处情况的监视；为中心调度员提供对全线范围内的监视。
1.2 公安视频监视系统需求分析
公安视频监视系统可为公安机关提供轨道交通公共区域的直观、详细的图像，已成为公安部门对轨道交通公共区域实施监视、提高轨道交通治安水平、保障乘客生命财产安全和轨道交通安全运营的不可缺少的工具，为公安机关及时发现、快速处置突发性事件提供了最得力的技术手段。
根据公安管理一般架构，警务站公安警务人员可监视本站站厅、站台及出入口等区域治安情况；派出所警务人员监视所管辖车站的情况；公安分局警务人员监视全线车站情况。
二、视频监视系统的方案
专用视频监视系统和公安视频监视系统从技术角度来讲没有本质区别，所以北京、上海等地考虑资源集约化采用构建一套视频监视系统，有些地区考虑系统的安全性和维护管理界面清晰考虑分别建设，但尽量利用一些公用的设备，以降低投资等。
2.1 主流的视频监视系统技术
视频监视系统主要由前端摄像机、视频切换控制器、监视终端及视频存储几部分组成。视频监视技术分为模拟视频监视和数字视频监视两种技术。
随着数字技术的发展，从20世纪90年代开始，以数字控制的视频矩阵替代模拟视频矩阵，以数字硬盘录像机替代模拟录像机，实现了视频监视从模拟向数字转变。随着视频采集技术、视频处理（编、解码）理技术、计算机技术和网络技术的进一步发展，视频监视系统从前端摄像机、视频切换控制器、监视终端、视频存储视频传输各部分全部进入了数字化，在此基础上形成了全数字化的视频监视系统。目前，被行业广泛认可的高清摄像机分为二种，一种是HD-SDI，另一种是IP网络高清。
①HD-SDI高清技术
SDI接口是数字分量串行接口，SDI接口是数字分量串行接口（serialdigitalinterface）的首字母缩写。按速率：SD-SDI、HD-SDI和3G-SDI，对应速率分别是270Mb/s、1.485Gb/s和2.97Gb/s。在安防领域主要是以HD-SDI为主。
HD-SDI摄像机不失真原始图像，不经过压缩和打包，以未压缩数字信号在同轴电缆上高速传输。不受传输网络影响，没有图像延迟问题，可以保持图像的完整性和原始性。
但是，SDI摄像机的传输距离非常受限制，只能传输100米左右，且需敷设专用的视频同轴电缆，普通的75Ω支持的距离更小。由于前端SDI摄像机采集的数据量较大，其传输过程又不经编解码器压缩，给数据的存储提出了很大挑战。SDI架构大规模组网难度较大，经过编解码组网后丧失了SDI的优势。
目前由于SDI摄像机存储及组网灵活性的瓶颈，标准化程度不高，造成SDI在轨道交通等大规模组网的系统中较少应用，在小型对视频质量要求较高的场景中有局部应用，基于这些原因SDI生产厂商、产品链和配套设备较少，在轨道交通领域厂商推广的力度不大。
②IP网络高清技术
IP网络摄像机是基于网络传输的数字化设备，网络摄像机除了具有普通复合视频信号输出接口外，还有网络输出接口，可直接将摄像机接入本地局域网。每一个IP网络摄像机都有自己的IP网址，具有数据处理功能和内置的应用软件，可以实现许多特殊功能，比如移动探测、警报讯号输出/输人设备等功能。
IP网络摄像机采用数字图像压缩技术，可大幅压缩视频带宽，压缩方式大为H.265、H.264、M-JPEG、MPEG2、MPEG4等几种。其中H.264和MPEG4为现在的主流压缩方式。且现在大部分IP摄像机都支持多码流输出，为存储和组网提供了较大的灵活性。IP网络摄像机经过编解码和网络传输后，增加了时延。
由于高清视频系统的广阔前景，各大厂商纷纷加入了IP高清系统的研发和生产，ONVIF、GB/T28181、H.264等相关标准的也大大标准化了各厂商的产品，这些标准确保不同厂商生产的网络视频产品具有互通性，产业合作模式得到了加强，各厂商的接口平台也具互通性，终端用户和集成用户不需要被某些设备的固有解决方案所束缚，降低了开发成本。 2.2 网络监控图像压缩编码方式
目前用于轨道交通视频监视系统的图像编解码方式主要包括MPEG-2、MPEG-4和H.264三种图像压缩编码方式。
①MPEG-2图像压缩编码方式
MPEG-2是以ISO/IEC113818-1为关键部分的全球化标准，是运动图像专家组（MPEG）颁布的活动图像及声音编码的正式国际标准之一，主要针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定。MPEG-2虽能提供DVD级别的画质，但因其占用带宽大，对传输及存储要求相对较高。
②MPEG-4图像压缩编码方式
MPEG-4与MPEG-2间有很大的不同。MPEG-4（ISO14496）是由运动图像专家组（MPEG）发展的广泛的开放标准。采用了一系列新技术，来满足在低带宽下传输较高视频质量的需求。MPEG-4定義了广泛的次级标准。通常我们所说的MPEG-4指的是MPEG-4“Part2”，也就是MPEG-4ASP。正因为MPEG-4标准众多，有的标准互相之间并不兼容，故不同供应商的编解不兼容。
③H.264图像压缩编码方式
H.264是由ITU-T和ISO两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成的联合视频组（JVT，JointVideoTeam）开发的标准。H.264（MPEG-4AVC）与MPEG-4ASP相比，在压缩算法及效果上有着巨大的区别。在同等的图像质量情况下，AVC比ASP能够更加有效的减少30%的带宽但其运算量比ASP复杂10倍以上。因其运算量极其巨大，目前芯片厂商都采用最新一代的系统芯片SOC（SystemOnChip）来做H.264的编解码芯片，因此目前真正的H.264产品相对比较贵，且目前由于各种技术上的客制化导致不同厂家的SOC的兼容性仍较差。但随着产品的日渐普及，H.264的设备成本也将逐渐下降，兼容性的问题也可以通过转码或软解等方式得以解决，目前主流使用此种编码方式。
2.3 系统存储方式及存储容量计算
视频存储容量的计算一般根摄像机的性能，存储的备份方式等有关系，具体来说一般视频存储数据容量（单位TB）=码流（Mbps）÷8×3600秒×24小时×天数×视频路数÷1024÷1024。测算出视频存储容量与需要配置的存储容量之间还需要考虑到采用哪一种RAID方式等进行综合考虑。
三、軌道交通应用的特殊需求及建议方案
3.1 前端到接入交换机的远距离传输问题
目前设计及招标过程中，希望能够将系统各设备接口指标和线缆进行标准化。这就需要考虑到一些特殊情况。例如常规RJ45接口的网络摄像机只能传输90米左右，而考虑到现实情况，前端有一些超过的则要考虑光转，光转换则需要考虑光纤收发器的配电及转接跳线等。故为了简化结构，可以考虑摄像机的结构上标配电口和光口（带单模SFP），交换机招标全部配置光接口板，这样解决远距离传输问题。这样在设计、招标和施工过程中，只需考虑信号连接线路网线或者光缆及配套接头即可，更有甚者要求全部配置为光缆。
3.2 解码器至监视器/大屏的远距离传输问题
显示系统也如上类似，目前车站需要考虑站台监视、车控室及调度大厅监视，最远可能达到300米，这就考虑远距离的解码显示，原来模拟的视频传输没有问题，现在数字高清DVI和HDMI的主流接口均需要考虑光转，可以考虑监视器和解码器硬件上标配光口（带单模SFP），满足视频信号远距离传输，简化系统接口及现场制作的故障节点。
3.3 公专视频的隔离问题
公安视频监视系统一般当地公安系统有要求和专用视频监视系统进行物理隔离。目前均采用网络摄像机，公安视频合用部分专用前端，则导致无法做到真正的物理隔离。现在考虑到HD-SDI摄像机方案和网络方案并用，则可以通过专用视频监视系统方案采用HD-SDI摄像机方案，公安采用网络摄像机方案，将专用的HD-SDI视频信号经过在设备室进行分配，分一路给公安进行编码实现共用，用以解决物理隔离问题。
四、小结
本文简述了轨道交通行业视频监视系统的需求，以及考虑到轨道交通的集成和施工单独招标两家单位，为了减少接口界面及系统故障点而考虑的对于终端设备接口的一些优化建议。目前轨道交通行业的这种需求已经不是个案，如何实现标准化，减小施工过程中对于设备厂家的依赖已成为共识。
参考文献
[1] 《地铁设计规范》（GB50157-2013）[S].中国计划出版社，2013.