鈕佩華

（中國鐵路通信信號上海工程集團有限公司，上海 200436）

既有的軌道交通運營CCTV系統(tǒng)在一定程度上滿足地鐵車站、控制中心的安全防范，為各車站、控制中心列車司機等提供有關列車運行、防災、救災、乘客疏導等方面的視覺信息，并用于地鐵公安分局監(jiān)控室對全線各車站公共區(qū)域的安全監(jiān)視。各車站主要監(jiān)視本站與行車安全、客流量有關的現(xiàn)場，控制中心監(jiān)視全線各車站客流量、行車安全和防火救災相關的場面。

但是以上設備只解決了地鐵車站的安全防范，對移動的列車和列車上的乘客而言還是一個空白。為解決地鐵全方位的安防和信息發(fā)布需求，軌道交通車載可采用千兆骨干交換網(wǎng)、車地無線雙向傳輸系統(tǒng)、車載CCTV系統(tǒng)和電源等設備有機結合的方式，解決地鐵列車的安防和信息發(fā)布需求，實現(xiàn)高清晰數(shù)字視頻在地鐵運行車輛的實時播出，車站值班員、控制中心調度員、車輛段車務人員對駕駛人員和列車車廂內的實時圖像監(jiān)控，列車駕駛員對前方車站旅客候車情況的實時監(jiān)控。

目前CCTV系統(tǒng)正從模擬系統(tǒng)向模數(shù)結合演變，隨著計算機技術進一步發(fā)展與應用，CCTV系統(tǒng)將向全數(shù)字化方向發(fā)展，采用數(shù)字化技術，可以充分發(fā)掘數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)點，使大型網(wǎng)絡化電視監(jiān)控系統(tǒng)的設計更為合理，并為智能CCTV系統(tǒng)的應用提供較有利的條件。

網(wǎng)絡化技術的引進，打破了模擬CCTV系統(tǒng)相對封閉的形式，解決了與其他系統(tǒng)連接較為困難的問題。從理論上說，只要網(wǎng)絡可以到達的地方，就可接收電視監(jiān)控的信號，并可進行相應的控制，因此對運行的列車進行實時監(jiān)控成為可能。

1 車載CCTV系統(tǒng)組成

每節(jié)車廂內外設若干臺攝像機（建議攝像機分別安裝于列車的各車廂和首尾，形成一個獨立的實時圖像監(jiān)控系統(tǒng)，外部攝像頭安裝在列車的兩端，提供軌道和隧道內的圖像）；對應每臺攝像機設1臺數(shù)字編碼器；每節(jié)車廂內設1臺以太網(wǎng)交換機，各節(jié)車廂的以太網(wǎng)交換機以環(huán)接方式構成1個自愈局域網(wǎng)；每輛車兩端各設置1套車載服務控制器和1套車載網(wǎng)絡錄像機，分別管理、存貯車載圖像信息，保證系統(tǒng)的可使用性，并能控制攝像機圖像從車載系統(tǒng)向軌旁設備的傳輸(支持同時傳輸1～14個攝像機的圖像至控制中心)。其中列車兩端的2套視頻服務器互為備份（熱備方式），2套網(wǎng)絡錄像機則為冗余備份。車載CCTV系統(tǒng)結構如圖1所示。

2 車載CCTV系統(tǒng)功能

車載CCTV必須能夠可靠有效地監(jiān)控列車內部情況，將相關情況以圖像方式進行錄像，并通過車地之間的無線網(wǎng)絡按照調度員的要求實時傳輸?shù)絆CC，還必須實現(xiàn)與車載其他系統(tǒng)的聯(lián)動等功能。具體來說，本方案能夠實現(xiàn)如下功能。

（1）車廂內攝像機，安裝在合適位置，可以有效覆蓋車輛兩側的車門、緊急對講點，做到整個車廂無盲點視頻監(jiān)控。

（2）車頭車尾攝像機，監(jiān)視車輛兩端的逃生門及駕駛操作臺，具備高靈敏度，可以在車輛高速行駛時有效辨別車輛外部指示燈的形狀及顏色。

（3）車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)的每個圖像都可以通過車載視頻編碼器的內置字符功能疊加車體號及攝像機號，并標注經同步后的時間戳和日期信息。

（4）車載CCTV系統(tǒng)可以通過車載視頻編碼器直接發(fā)送低碼流速率的視頻流，跨越車地無線網(wǎng)到達OCC。如果車地無線網(wǎng)不具備路由功能，車載視頻編碼器發(fā)送出來的低碼流速率視頻流可以通過車載視頻服務器轉發(fā)到OCC，無論哪種方式都可以最高限度保證圖像實時性。

（5）車載視頻編碼器采用先進的編碼技術，具備良好的壓縮比及抗誤碼性。由于無線通道（尤其在車輛高速行駛時）的高誤碼率特點，視頻編碼器必須采用最有效的編碼技術，他具備對不同包長的支持、對TCP傳輸方式的支持、亂序重組等功能，能夠在誤碼率相對高的無線網(wǎng)絡上最大限度保證實時圖像質量。

（6）車載視頻錄像機可以在列車啟動后自動開始錄像，在車輛進入停車場后自動停止錄像。車載視頻編碼器直接發(fā)送高碼流速率的視頻流到車頭車尾的視頻錄像機，錄像存儲時間可以達到100 h。

（7）車載錄像可以在車輛運行時通過車地無線網(wǎng)實現(xiàn)遠程調用（需占用車地無線系統(tǒng)帶寬），也可以在車輛非運營時通過實地更換內置的錄像硬盤而實現(xiàn)。

（8）車載CCTV系統(tǒng)可以通過車載服務器與車載TMS系統(tǒng)進行聯(lián)動，如調用車頭車尾的圖像時可以將相關互動信息發(fā)送給車載服務器，由服務器轉發(fā)給TMS系統(tǒng)并打開相關電燈。車載TMS同時可以將一些命令通過車載服務器轉發(fā)給車載CCTV系統(tǒng)，如視頻切換、設置、傳輸甚至緊急剎車觸發(fā)的TMS命令，并可以同時觸發(fā)車載CCTV系統(tǒng)以便將覆蓋相關區(qū)域的圖像實時發(fā)送到OCC。

（9）車載CCTV系統(tǒng)基于車載工業(yè)級以太環(huán)網(wǎng)，以太環(huán)網(wǎng)具備環(huán)網(wǎng)自愈功能，能夠在傳輸介質發(fā)生斷裂時自動恢復，不影響整體系統(tǒng)的任何功能。

（10）車載CCTV系統(tǒng)采用雙視頻服務器和錄像機結構，兩端的視頻服務器和錄像機對所有圖像進行同時錄像，實現(xiàn)圖像的備份。但是對OCC實時圖像的調用采用一主一熱備的工作方式，如果無線系統(tǒng)支持路由功能，兩端的視頻服務器和錄像機可以同時工作，同時支持OCC對車載圖像的實時調用。

（11）車載CCTV系統(tǒng)具備全部設備的自檢及日志功能，所有設備的自檢信息同時發(fā)送給兩端的視頻服務器，兩端的視頻服務器將此信息和自身的自檢信息發(fā)送給TISCS服務器，也將相關日志發(fā)送給其他子系統(tǒng)。

（12）車載CCTV系統(tǒng)還具備實時報警功能，發(fā)生任何故障都可以實時將CCTV系統(tǒng)信息通過車載服務器主動匯報給TMS。

（13）車載圖像一旦到達OCC后，會通過數(shù)字視頻編碼轉換器在數(shù)字領域無損轉換為符合要求的編碼格式，最大限度上保證實時調用的車載圖像質量。

（14）車載CCTV系統(tǒng)符合上海軌道交通上層網(wǎng)《指導意見》所規(guī)定的協(xié)議規(guī)范，只需要通過數(shù)字視頻編碼轉換器轉換其視頻編碼格式就可被本線和上層網(wǎng)所有節(jié)點調用。

（15）OCC通過改變車載視頻編碼器與視頻編碼轉換器的對應關系實現(xiàn)對車載圖像的實時調用。

（16）車載圖像的共享全部在OCC通過數(shù)字視頻編碼轉換器實現(xiàn)。

（17）能夠通過與OCC所獲得的無線網(wǎng)絡帶寬容量信息及目前調用的車載圖像路數(shù)進行動態(tài)互動，最大限度地利用無線網(wǎng)的帶寬資源為監(jiān)控中心提供高質量的圖像。

（18）能夠保證視頻流和控制命令在傳輸、存儲、交換過程中的機密性、完整性和正確性。車載視頻系統(tǒng)及視頻服務器要求能夠提供多種方式以確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全，如所有控制及設置命令具備確認功能，防止誤操作，如果出現(xiàn)錯誤指令，不會導致系統(tǒng)運行中斷或出現(xiàn)黑屏；具備完善的人員管理機制，確保移動介質在非授權狀況下不可植入系統(tǒng)；數(shù)字視頻傳輸及控制系統(tǒng)中所有的控制命令可以通過加密方式在傳輸系統(tǒng)內進行傳輸，確保控制命令的完整性；網(wǎng)絡控制器、視頻管理臺、視頻編解碼器在建立連接時使用權限及身份認證機制，具備完全的握手協(xié)議，防止連接盜用；視頻編碼器可以發(fā)送經過加密的數(shù)字視頻流，使其無法篡改或模仿；所有的用戶名和密碼經過加密后存貯在系統(tǒng)中，防止非授權的盜用；具備將系統(tǒng)全部信息自動備份功能，能夠在最短時間內使系統(tǒng)恢復到正常運行狀態(tài)。

（19）車載圖像通過無線方式傳輸，并接入傳輸系統(tǒng)后轉換成MPEG 2，由OCC的視頻解碼器還原并顯示在監(jiān)視器或大屏上。車載的視頻編碼器采用一體化H.264視頻編碼器，每個編碼器通過同軸電纜與攝像機連接一一對應。每個編碼器通過其自身獨立的10/100 M以太網(wǎng)口與傳輸設備上的100 M以太網(wǎng)端口一一連接。

（20）車載數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為無線網(wǎng)絡帶寬的最大用戶，必須具備網(wǎng)絡風暴的防止及抑制機制。車載視頻編碼器及視頻管理臺能夠提供多種方式對網(wǎng)絡風暴進行防止及抑制，如果發(fā)現(xiàn)視頻編碼器無法與對應的視頻解碼器進行通訊，則停止發(fā)送數(shù)字視頻流。一旦網(wǎng)絡或視頻解碼器恢復正常狀態(tài)，視頻編碼器自動重新啟動數(shù)字視頻流的發(fā)送。這種機制確保車載視頻能夠最安全地使用車地之間的無線通道。

3 結論

總之，CCTV系統(tǒng)為地鐵運營管理者提供一個直觀、實時、真實的現(xiàn)場圖像畫面，是地鐵運營管理中一種極為有效的安全防范工具，也是公安部門在治安防范中事前預防、事中發(fā)現(xiàn)、事后處置的有效手段。對達到有效組織、指揮列車運營、提高軌道交通運營能力、保障運營安全和加強車站治安管理都具有重要意義。根據(jù)國際、國內相關技術的發(fā)展和有關設計規(guī)范，可以明確以下幾點。

（1）城市軌道交通重要部位安全技術防范的要求和標準越來越高。

（2）車載CCTV系統(tǒng)在地鐵運營管理中所起作用越來越大。

（3）網(wǎng)絡安全性是CCTV系統(tǒng)永恒考慮的課題。

（4）基于IP技術的網(wǎng)絡必須具備網(wǎng)絡風暴的防止及抑制機制，以免影響相關業(yè)務。

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