一、引言
随着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)中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，道路擁擠、交通堵塞、秩序混亂成爲大 城市中的普遍現象。軌道交通由于(yú)其(qí)運量大、速度快、準時準點、安全性高、不發(fā／fà)生(shēng)堵塞等優點成爲各大城市緩和與改善城市 交通緊張的優先選擇，目前國内如(rú)北京、上海、廣州、南京、深圳等一線城市均已開通了地鐵。但是，縱觀全球軌道交通的發(fā／fà) 展史，軌道交通的安全防範問題一直是建設和管理部門面臨的嚴峻的挑戰。軌道交通視頻監控系統是軌道交通安全防範系統 中重要(yào / yāo)的一個組成部分，它能(néng)夠在第一時間以圖像、文字形式告知管理、維護和保安人員現場所(suǒ)發(fā／fà)生(shēng)的任何情況，使保安部 門有效地做出快速反應，并将所(suǒ)發(fā／fà)生(shēng)事(shì)件的全過(guò)程進行(háng / xíng)備份，對(duì)重要(yào / yāo)數據進行(háng / xíng)記錄，爲處理事(shì)故提供切實依據。
軌道交通視頻監控系統又是調度員和車站值班員監視列車運行(háng / xíng)、掌握客流大小和流向、提高行(háng / xíng)車指揮透明度的輔助通信工 具，是列車司機在車站停車後(hòu)監視旅客上下(xià)車、掌握開關車門時間的重要(yào / yāo)手段。當車站發(fā／fà)生(shēng)災情時，視頻監視子系統可(kě)作爲防 災調度員指揮搶險的指揮工具。以下(xià)筆者以南京地鐵爲例簡單闡述視頻監控系統在軌道交通安全防範系統中的應用(yòng)。
二、南京地鐵監控系統項目的需求分析
南京地鐵1 号線一期工程南起奧體中心，北至邁臯橋，形成南京主城區中軸線的快速交通走廊。整條線路全長21.72 公裏(lǐ)， 其(qí)中地下(xià)線14.33 公裏(lǐ)，地面及高架線7.39 公裏(lǐ)，共設車站16 座，其(qí)中地下(xià)車站11 座，地面及高架車站5 座，在小行(háng / xíng)站設車 輛基地一個，整個地鐵的控制中心設在珠江路地鐵大廈。
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監控，主要(yào / yāo)包含以下(xià)幾個内容：
(1) 運營管理監控，對(duì)每個車站的售票處、出入口、自(zì)動扶梯、站台等地點進行(háng / xíng)監控和記錄，便于(yú)及時發(fā／fà)現可(kě)疑人員和可(kě)疑 物件。
(2) 在突發(fā／fà)事(shì)件或災害發(fā／fà)生(shēng)時，通過(guò)實時監控，提高指揮、調度能(néng)力。
(3) 對(duì)監控點附近的其(qí)他環境參數、告警信息進行(háng / xíng)采集，并通過(guò)視頻監控系統統一傳送至監控中心。
(4) 通過(guò)網絡化視頻監控技術的應用(yòng)，使之能(néng)夠方便地進行(háng / xíng)全網集中管理，遠程調用(yòng)。
(5) 公安治安管理監控，地鐵沿線各站口周邊人流量大，這部分視頻系統與公安系統共享，保障人們出行(háng / xíng)安全。
三、南京地鐵視頻監控系統概述
南京地鐵視頻監控系統是由車站本地監控、中心遠端監控和傳輸通道三部分組成。系統設備主要(yào / yāo)包括攝像機、監視器、切 換矩陣、視頻分配器、畫面合成器、字符疊加器、數字錄像設備等。聯網視頻矩陣以及攝像機全部采用(yòng)恩斯迈産品。
1、地鐵視頻監控車站系統架構
在每個地鐵站出入口都裝有監控攝像機，進出地鐵站、檢票口的乘客都會(huì)被攝像機從正面拍攝到，對(duì)于(yú)人流量較大的地鐵 站大廳均安裝有一體化高速球形攝像機，以便能(néng)夠撐握整個大廳的情況。站内較偏僻的角落均單獨安裝攝像機，讓不法分子無 機可(kě)乘。地鐵站台上有規律的安裝若幹攝像機，使得(dé / de / děi)運營管理人員能(néng)夠及時了解地鐵站情況，列車司機也能(néng)直接從監控畫面中 了解當前乘客的上下(xià)車情況。
圖 1 車站地鐵視頻監控系統架構
如(rú)圖 1，所(suǒ)有車站，矩陣和碼分配器都設置于(yú)設備機房中，監視器和鍵盤放置在車站控制室中，控制人員在車控室通過(guò)V2116 鍵盤可(kě)以對(duì)車站内的所(suǒ)有前端攝像點進行(háng / xíng)切換和控制，從而(ér)可(kě)以對(duì)本站點的情況有全面的了解和掌握，每一個站點都相對(duì)獨立。
2、車站監控點的布局舉例 監控前端的功能(néng)是采集視頻信号，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(yú)地 鐵站内人員流動呈區域性和固定性特點，因此采用(yòng)快球對(duì)大範圍的站台進行(háng / xíng)監控，而(ér)在特殊通道和區域隻需采用(yòng)槍式攝像機。 每個站台均安裝固定攝像機用(yòng)于(yú)監視列車運行(háng / xíng)及停靠站情況，車站站台和大廳安裝一體化球形攝像機，樓梯出入口、自(zì)動扶手 梯等處設置固定攝像機，如(rú)圖2 所(suǒ)示。
整個系統前端視頻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的技術要(yào / yāo)求，分别采用(yòng)恩斯迈不同的前端産 品：
一體化球型攝像機用(yòng)于(yú)站廳大範圍監視，選用(yòng)了恩斯迈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(kě)手動 調用(yòng)，也可(kě)由報警信号自(zì)動激活。
該快球具有良好的操控性，用(yòng)戶可(kě)用(yòng)0.5°/秒到240°/秒之間的任意速度對(duì)球機進行(háng / xíng)控制，球機允許360°的水平轉動，并 具有自(zì)動翻轉功能(néng)，可(kě)以不間斷監控通過(guò)球機正下(xià)方的物體。
固定型攝像機用(yòng)于(yú)站台、樓梯出入口、自(zì)動扶手梯等處監控，采用(yòng)恩斯迈 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，黑白模式0.05lux。
3、控制中心架構
16 個車站和監控中心均采用(yòng)恩斯迈先進的V2020 中型聯網矩陣切換控制系統作爲該車站監控系統的控制核心。V2020 矩陣 切換控制系統大可(kě)達240 路輸入，32 路輸出，可(kě)根據具體需要(yào / yāo)靈活選擇配置(從16×4 至240×32)，采用(yòng)高密度設計減少設備 占用(yòng)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(yú)OTN 構建的局域網相互聯網。此外，每台矩陣都有8 路視頻 輸出接入OTN 的視頻輸入端口，通過(guò)OTN 傳輸至控制中心。
就(jiù)南京地鐵 1 号線視頻監控系統而(ér)言，位于(yú)珠江路的地鐵大廈是控制中心，調度員通過(guò)一套定制的多功能(néng)軟件可(kě)以在控制 大廳裏(lǐ)看到并且控制16 個車站的任一攝像機圖像。每一個車站的矩陣都以一個固定的IP 接入OTN 網絡，地鐵大廈的多功能(néng)控 制軟件也和OTN 相連。這樣，通過(guò)OTN 這種環形網絡，總控中心的控制信号可(kě)以發(fā／fà)到各地鐵站，而(ér)每個車站的圖像也通過(guò)OTN 的視頻通道上傳到中心，使中心能(néng)夠切換并控制各個車站的任何一路圖像。整個系統有完善的權限體系，控制中心的優先級高 于(yú)車站的優先級，當出現中心和車站同時控制同一個球機時，控制中心将取得(dé / de / děi)控制權，車站暫時無法實現控制，直到控制中心 釋放權限。
4、系統的權限劃分
地鐵站内的攝像機分爲兩個部分，一部分是公安部門既有的攝像機，通常分布在地鐵站出入口等地方，控制級别上需要(yào / yāo)公 安優先；另一部分是地鐵運營部門的攝像機，主要(yào / yāo)用(yòng)于(yú)觀測地鐵的運營情況及人流情況，控制級别上需要(yào / yāo)運營優先，因此整個 地鐵裏(lǐ)的控制權限是一個交叉的權限網絡。
本系統的權限劃分非常明确，控制級别從高到低依次爲地鐵站車控室、監控中心、警務中心。任何一個鍵盤對(duì)于(yú)任何一個 攝像機都可(kě)以設置不同等級的權限。也就(jiù)是說，同一個鍵盤對(duì)于(yú)不同的攝像機可(kě)以有不同的權限等級。
四、系統優勢分析
城市軌道交通系統站點多，如(rú)何對(duì)各站點成千上萬的視頻實現有條不紊的分級控制和集成管理？南京地鐵視頻監控系統采 用(yòng)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(yòng)老式的串口和RS485 通信，網絡非常笨重，需要(yào / yāo)許多 接線和轉接，如(rú)果網絡龐大的話，需要(yào / yāo)很多通信連線，而(ér)且還時常無法通信。使用(yòng)以太網，則網絡擴展及通信都不受限制，隻 要(yào / yāo)一根網線就(jiù)可(kě)以和網絡内的任何一個點取得(dé / de / děi)聯系，方便接入現有網絡、數據傳輸速率高、通用(yòng)的通信協議，并且使得(dé / de / děi)網絡（局 域網/城域網/廣域網）内的設備可(kě)以互相通訊，不論跨越多少建築，也不需要(yào / yāo)增加接線。
1、恩斯迈以太網聯網矩陣
普通聯網矩陣大都采用(yòng) RS232、RS485 等通訊方式實現通信和聯網，或者通過(guò)RS232 轉以太網，RS485 轉以太網來實現網 絡和遠距離的通信，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種控制端和控制距離的擴展，即相當于(yú)将矩陣 的控制鍵盤安裝在遠端，在另一台獨立矩陣中加入了矩陣的控制協議和相關程序，通過(guò)RS232、RS485 或其(qí)他網絡轉換設備實 現了遠距離通訊和控制。但這種控制方式有其(qí)蔽端，傳統的RS232、RS485 通訊方式傳輸距離有限、速率低，各廠家(jiā)設備協議不同，且RS232 通訊方式比較适合點對(duì)點，RS485 适合點對(duì)點或一點對(duì)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，不适合大規模網絡中多點這間的全交叉數據傳輸，尤其(qí)是不适合網絡覆蓋率極高、通信發(fā／fà)達的現代城市監控。
而(ér)以太網聯網矩陣猶如(rú)一台具有網卡的電腦，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多路訪問協議，可(kě)以有效的防止線路上的通訊沖突和提高線上利用(yòng)率，滿足與局域網多點設備的交叉通 訊能(néng)力。
恩斯迈以太網聯網矩陣采用(yòng)嵌入式操作系統，防病毒能(néng)力遠遠高于(yú)一般操作系統的電腦工作站，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調用(yòng)算法，可(kě)充分滿足城市監控等大規模矩陣聯網的使用(yòng)要(yào / yāo)求。
相比傳統的聯網架構，結合地鐵視頻監控的特點，恩斯迈以太網聯網矩陣具有以下(xià)優勢：
(1)系統結構統一，布局合理：選用(yòng)以太網聯網矩陣及網絡鍵盤，所(suǒ)有監控設備的控制信号(矩陣、矩陣鍵盤、視頻編解碼器、 硬盤錄像機、PC 等)都可(kě)以在網絡上傳輸，全部系統設備采用(yòng)統一IP 地址劃分，系統結構合理，标識清晰，不會(huì)産生(shēng)任何重複 的标識編碼。便于(yú)監控系統設備的統一管理。
(2)功能(néng)性強大：控制信号可(kě)以由系統中的任意一台設備發(fā／fà)往另外一台設備，整個系統便可(kě)以互控互連，更容易實現許多地 鐵應用(yòng)中特定的功能(néng)定制。
(3)權限管理分明：系統在以太網上架構一台權限服務器，所(suǒ)有的網絡控制信号通過(guò)權限服務器判别主控設備對(duì)受控設備權 限級别，通過(guò)這種方式可(kě)以精确到系統中任意一個受控設備的權限，從而(ér)實現不同主控(如(rú)車控室、警務室、維修機房等)在控制 同一監控設備時的級别高低。
(4)系統擴展方便：如(rú)果在現在的系統中增加新站點(如(rú)：軌道延長)，隻需在現有系統中增加一個獨立的分站監控，分配一個 新的IP 地址即可(kě)實現，可(kě)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(yú)系統集成：統一的網絡控制管理模式讓集成可(kě)以在網絡内的任意一個節點上實現，所(suǒ)有的軟件功能(néng)性開發(fā／fà)基于(yú)以太 網來進行(háng / xíng)，一台PC+一套集成軟件可(kě)以集中管理系統中的所(suǒ)有設備。
(6)系統網絡校時功能(néng)：爲了保障列車運行(háng / xíng)安全、高效，軌道交通控制對(duì)系統時間要(yào / yāo)求很高，這跟傳統視頻監控系統有較區 别。爲了保證所(suǒ)有站點視頻系統的顯示時間完全同步，時鍾發(fā／fà)生(shēng)器每分鍾向每個矩陣分送命令進行(háng / xíng)同步時間設置，以保證整個 地鐵視頻監控系統中的各設備時間同步。
2、視頻丢失轉發(fā／fà)、報警轉發(fā／fà)
各站點矩陣系統可(kě)以接收各報警器的報警信息（如(rú)消防、防盜等）和所(suǒ)有的視頻丢失報警信息，并通過(guò)矩陣之間聯網将信 息轉發(fā／fà)給中心管理服務器。中心管理服務器收到報警信息後(hòu)，可(kě)以彈出報警信息窗口，響起報警鈴聲，報警燈閃爍等。全網視 頻和報警集成不需借助别的設備，簡單可(kě)靠。
五、結語
軌道交通是城市公共交通主動脈，在南京每天(tiān)都有數十(shí)萬人流乘坐地鐵，地鐵的安保工作關系到城市人民的生(shēng)命财産安全， 對(duì)城市經濟建設也有較大影響。在南京地鐵視頻監控系統中，恩斯迈矩陣系統把矩陣聯網，視頻丢失轉發(fā／fà)，報警轉發(fā／fà)，權限判 别，校時等功能(néng)通過(guò)一根網絡線全部實現，使得(dé / de / děi)空間距離幾十(shí)公裏(lǐ)的監控系統真正統一到了一體。南京地鐵已運營的1 号線和 在建2 号線，均采用(yòng)恩斯迈視頻監控系統，主要(yào / yāo)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。
