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摘 要：本文主要从地铁及国铁视频监控系统的传输方式，系统硬件组成和系统的功能等方面分析了两者的不同点，为相关铁路的的设计提供了参考价值。
关键词：视频监控系统 传输网络 视频压缩
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0020-03
随着城市轨道交通的应用和铁路运输向高速、重载方向的发展，地铁与国铁调度管理实现全面自动化成为必然的发展方向。目前，地铁和国铁都安装了视频监控系统，它利用计算机多媒体、通信、图像处理技术，把字符、文字、声音、图像等信息的传播与计算机的计算、文本的处理、控制相结合起来，从而构成了灵活多样的人机接口形式。视频监控系统的应用，大大增强了电调中心人员对远程现场监控的直观性，为实现无人值守创造了条件。但是，由于地铁和国铁的运行环境和系统功能要求的不同也导致各自的视频监控系统也不尽相同。
1 系统组成
视频监控系统由远程现场、传输网络、监控中心三部分构成，其中传输网络是关键，远程现场和监控中心的配置由它而定。不同的传输方式决定了不同系统构成。下图（图1）就是一个典型的远程视频监控系统构成。
1.1 系统传输通道
远程传输通道的关键在于将视频信号、音频信号和数据信号经过压缩编码，形成符合通信的标准，然后送入光端机传输，在另一端可以将传输的数据流分解出来，形成独立的视频、音频和数据。
目前在国铁上视频传输网络大多都是2M带宽的专用传输网络。而地铁则多半采用100M带宽的独享专用传输网络。从网络的传输带宽上看地铁明显优于国铁。
1.2 系统硬件设备
（1）视频信号的传输。
国铁的视频信号传输模式如下。
在远程现场，摄像机输出的PAL制彩色图象信号送往画面分割器处理，处理之后将信号送往视频编码器。视频压缩编码采用帧间预测/DCT变换的混合编码方式进行处理。按照H.261标准经过复杂压缩编码的视频流与声音、数据叠加成一路信号，然后再通过光电转换器传到信道上。经过在光纤内的传输，经过视频解码器，再按照H.261标准进行解编码、解压缩，形成音频、视频和数据三个独立的数据流。视频信号一方面可接入彩色监视器，也可进入高质量的图象采集模块，经过监控软件的变换，被显示在显示器上。
地铁的视频信号传输模式如下。
在远程监控现场，摄像机输出的PAL制彩色图象信号送往数字视频编解码器转换为数字信号通过传输网络传送到网络视频服务器。数字视频编解码器将视频信号同时编制MPEG-2/4双码流数字压缩编码技术。MPEG-2的格式用于实时视频传输，MPEG-4的格式用于录像存储。图像传输采用全部数字编码方案，即对每个车站的摄像机的视频信号全部进行压缩编码，数字图像根据需要上传到中心或存储。
（2）关于控制信号的传输。
国铁视频控制信号传输如下。
远程现场通过分控键盘发出控制信号，送到云台解码器，解码器自动识别信号的类别、编码等，从而对选定的摄象机可进行控制。电调中心在界面选定摄像机，控制信号通过RS-485通讯口从计算机传到编解码器，经过与音频、视频的合成变成数据流，送上通道。到达远程现场，再经过编解码码器分离出控制信号，送到云台控制器上，由其解释命令，来进行控制。
地铁视频控制信号传输如下。
远程现场控制人员通过设置在本站的控制键盘或综合监控系统终端遥控本站摄像机，以各种程序进行循环显示或手动选择在监视器上显示单画面或4画面。中心的控制人员通过控制键盘及监视器，遥控全线摄像机。所有云台摄像机的预置位以图形方式设置，并可编写和修改。控制指令的传输可采用以太网的通道，传输延时应小于50 ms。
（3）关于报警信号的传输。
国铁：如果远程现场的报警传感器动作后，使其对应的继电器动作，然后进入报警处理器内，转换成RS-485的通信数据传送给解编码器，经与音频、视频的合成变成数据流，然后送到通道，到达中心，经过编解码器分离出报警信号，送到工控机内的数据处理模块，最后在显示器的电子地图上显示其动作，同时也可启动拨号报警器。
地铁：视频监控系统设置网管系统，可对视频监控系统的模拟视频矩阵、摄像机、模拟键盘、编解码器、画面分割器、存储设备、视频字符叠加及分配器等设备进行参数设置、编程及故障告警等综合管理。对系统设备的运行情况进行综合的监视与管理，能对系统数据及配置作及时的修改。此外，网管具有前端摄像机及云台检测的功能，根据设置手动或自动检测各摄像机及云台的状态，提供摄像机及云台状态的报表，便于维护人员及时了解各摄像机及云台的状态。
1.3 系统软件
在视频监控系统中，软件系统必须完成图像、声音及控制信息的传送，实现图像的显示、存储及回放，实现报警系列动作，实现对报警图像的事后增强、放大和去噪处理，实现对云台、摄象机的远程控制，实现易于操作的接口界面。为了实现复杂的控制和传输功能，同时提供人性化、可操作性强的控制界面。
（1）操作系统：国铁上大多采用中文WINDOWS或NT ，操作系统为抢先多任务操作系统，提供丰富的图形界面接口（GUI）和控制接口，足以保证实时监控和显示。地铁上多数采用Windows 2003， Linux，Novell NetWare 6.5，SCO OpenServer 6.0.0，SCO等操作系统。
（2）数据及图象的管理功能：一旦有报警信号传入，自动启动硬盘录象功能，所存的图象可回放，并能进行增强、放大和去噪处理。
（3）扩展功能：可扩展的数据库结构提供了对新增设备的数据管理能力，从而为扩展其它远程现场成为可能。
除了以上特点外，地铁的视频监控系统软件还具有网络管理功能，能实时监视系统内部设备的工作状态。
2 系统实现的功能
2.1 国铁视频监控系统功能
国铁的视频监控系统集成性能优越、稳定可靠的硬件配置和界面优雅、操作简单、功能齐全的软件设计，可轻松完成如下功能。
（1）实现远端及本地摄像机和云台的自由转动。
（2）实现对多个地点、多路图象的自由切换。在计算机多媒体界面上用鼠标操作设定，能够实现视频图像的时序切换、分组切换、关联切换、报警自动切换。
（3）实现对图象的显示、冻结和缩放。
（4）实现对图象的自由存放（硬盘录像）、回放及逐帧搜索画面。
（5）强大的报警联动功能。
（6）实现视频报警功能：在探测范围内出现移动目标时，发出报警信号。
（7）具有防盗的功能：在变电所及开闭所入口、主控室入口、高压室入口安装门禁传感器；在主控室的窗户上安装防碎传感器。
（8）具有防火、防烟、防潮功能：在主控室安装温度、烟感、湿度传感器；在高压室安装温度、烟感传感器。
（9）具有对设备运行监视的功能：在主控室内的控制盘前，安装全方位的CCD摄像机和云台；在高压室内，为了对一次侧进线和二次侧馈线断路器的电动隔开进行监视，可安装全天候黑白摄像机；在主控室内，计量表前安装CCD摄像机，达到用摄像机自动抄表的功能。
（10）视频防破坏报警功能：视频报警布防后的摄像机被遮挡时，能够产生无视频报警信号。
（11）报警信息存储、检索及处理功能：多媒体监视主机能对报警相关的视频、声音、报警时间进行有组织的存储，并能方便的分析、检索及增强、放大。
（12）多媒体技术：界面显示多层集成控制报警布防图，单画面/多画面分割图像；可同时显示九路实时视频图像；显示顺序切换的报警状态，用鼠标操作设置切换时间、顺序、报警布防、撤防、报警输出、云台、镜头位置预置。
2.2 地铁视频监控系统功能
2.2.1 监视功能
（1）车站值班员可监视本车站内情况，可以进行循环显示或手动选择显示单画面或4画面。
（2）中心调度员可监视全线各车站情况。可对各个车站所有摄像机摄取的画面进行选择多程序循环监视。
（3）上、下行站台设置的摄像机图像信号经视频分配器分出1路送入设置在站台两侧停车位的各1台42″监视器。供列车司机监视站台旅客上下车情况。
2.2.2 图像选择及控制功能
（1）中心调度员可以通过控制键盘遥控全线摄像机。还能以各种程序进行九画面显示、循环显示或手动选择在彩色监视器、大屏上显示任意一个画面。
（2）在中心未占用时，各车站值班员可以通过设置在本站的控制键盘或综合监控系统终端遥控本站摄像机，还能以各种程序进行循环显示或手动选择在监视器上显示单画面或4画面。
（3）车站监视器能显示摄像机被占用的情况。车站方只有在高级优先控制释放本站摄像机后，才可对该摄像机进行操作。
2.2.3 录像功能
（1）具备进行实时动态录像存储功能。
（2）数字监控录像存储设备具有接收统一时间校准的功能。
（3）各车站配置的本地网络视频存储设备提供2个千兆网络接口，存储容量、IO性能能满足本站全部视频存储15天（按24个小时/天）以上的能力。
（4）支持在线的对损坏磁盘的更换，支持硬盘容量的扩展功能。可依据事先的报警处理配置，自动实现事件全程的存储记录，支持离线DVD-R/W图像刻录和网络转存。
（5）存储的图像可在控制中心经进行网络回放、刻录，能按录像的时间、日期范围、站名和摄像机位置进行分类图像检索，回放速度可调。
2.2.4 字符叠加及视频分配功能
每台摄像机的图像都在叠加汉字后进入视频矩阵。字符的内容包括车站站名、摄像机位置等。
2.2.5 远程电源控制功能
中心各调度员能控制各车站的摄像机、监视器的电源，列车停运后关闭，开始运营前开启，以延长设备的使用时间。
2.2.6 数字编解码功能
（1）在每个车站设编码器，采用视频同时编制MPEG-2/4双码流数字压缩编码技术。MPEG-2的格式用于实时视频传输，MPEG-4的格式用于录像存储。
（2）数字图像能实现广播级的图像传输，能够根据不同的图像质量需求进行设置。
（3）具有视频全交叉切换功能，控制中心任意一路解码器的视频输出可显示全线的任意一个摄像机的图像。
2.2.7 系统网络管理功能
网管系统可对监控系统的所有设备进行参数设置、编程及故障告警等综合管理。对系统设备的运行情况进行综合的监视与管理，能修改系配置。
2.2.8 优先级设置功能
地铁视频监控系统可以设置控制优先级。当第一级操作员针对某一个快球云台进行操作时，第二级以及权限次之的其它操作员则无法与其抢控云台。只有待高一级的操作员自动释放了控制权限，低一级的操作员方可控制。
如果车站出现紧急情况，最高控制权限也可以在特定情况下进行快速调整。
由以上系统功能对比可以看出地铁的视频监控系统比国铁的视频监控系统要功能复杂的多，要求也相应高出许多。地铁的视频监控系统满足现代化地铁运营的需求。
3 系统配置
系统配置主要按地点不同分为两部分：一是监控中心的配置；二是远程现场的配置。
3.1 监控中心的配置
（1）国铁监控中心配置。
在监控中心内部从光端机接口传出的数据流到监控中心的计算机的通道应优先考虑同轴电缆传输，还可以用带屏蔽的双绞线电缆连接。在监控中心设有一台真彩色显示器，用来对远端开闭所视频信号进行监视。在监控中心内设有工业控制主机一台，用来处理视频信号、音频信号和数据信号。彩色显示器监视一个由计算机控制切换。该中心可以设有报警装置，用来对远端的报警信号进行处理。同时还设有视频、音频和数据信号解码器，用来处理从接口出来的数据流，以达到视频、音频和数据三个通道的独立传输。
（2）地铁监控中心配置。
地铁监控中心主要设备：网管设备、数字视频服务器、解码板、数字视频控制设备、彩色监视器、画面处理器、控制终端、录像回放终端等。
监控中心数字视频服务器接收中心对所需监视视频信号的需求，对各个车站接入本地传输设备的视频信号进行选择；被选中的图像信号经中心数字视频解码器解码后，输出至各调度员处设置的视频显示终端设备及录像设备，组成一个两级控制的电视监视网络。
3.2 远程现场的配置
（1）国铁远程现场配置。
从光端机接口传出的数据流到远程现场的计算机的通道应优先考虑光纤传输，这样可以减少损失并增强抗干扰能力。也可以用带屏蔽的通讯电缆或同轴电缆连接。在远程现场可对角设多个摄像头，每个摄像头分别对准要监视的重点区域。其次，在远程现场出入门处设门禁传感器，在窗户上设玻璃破碎传感器和在上方设烟感离子报警器。在远程现场内设画面图像分割器和视频编码器，用以完成对室内视频信号、音频信号和数据信号的处理。
（2）地铁远程现场配置。
车站主要设备：固定摄像机、云台摄像机、隔离地变压器、字符发生器、视频分配放大器、切换矩阵、视频编码器、录像存储设备、画面分割器、彩色监视器、控制键盘等。
在上、下行站台列车驾驶室停车位置的一端各设置1台42″彩色液晶监视器，接收本侧站台摄像机的图像供司机观看。
在车站通信设备室设置录像存储设备，对每个摄像机的图像进行实时录像，全实时每天按24小时计算至少保存15天，录像资料便于日后检索及查询，控制中心可通过录像回放设备进行录像调看。
可以看出地铁视频监控的配置比国铁要复杂的多，完成的功能也多。这与地铁的运营环境和国铁不同有关。
4 结语
变电站视频监控系统是一个集多媒体信息的综合性、计算机的交互性、通信的分布性和监控的实时性等技术于一体的综合系统，它的实施为实现变电站实现少人或无人值守创造了条件，也为推动铁路的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障，虽然由于运行环境的不同，国铁和地铁两种运行模式应用视频监控系统的侧重点不尽相同，但是相信随着信息的发展及变电站自动化运行水平要求的提高，两种运行模式应用此技术的交互性、借鉴性也越来越高，从而为推动视频监控系统的发展创造更加有利的条件。
参考文献
[1]刘江林.高级TCP/IP编程[M].中国电力出版社，2001.
[2]阮秋琦.数字图像处理学[M].电子工业出版社，2001.