城市轨道交通视频综合应用趋势研究

城市轨道交通视频综合应用趋势研究摘要：城市轨道交通综合安防监控系统是城市轨道交通中一项重要系统，随着国家对相关工程及运行安全的日益重视，其目前在国内的发展已趋于多领域及学科纵向发展，涉及材料学、工程学等多学科最新技术的行业性应用，综合其在以往行业的发展基础及各地城市轨道交通中的具体实施应用基础上，通过总结工程施工管理过程及运营维护管理过程中的不同经验和应用方法，以指导今后类似工程施工。关键词：安防监控；全数字系统；系统建设模式；视频行业趋势1概述城市轨道交通综合安防监控系统是城市轨道交通中一项重要系统，随着国家对相关工程及运行安全的日益重视，其目前在国内的发展已趋于多领域及学科纵向发展，涉及材料学、工程学等多学科最新技术的行业性应用，综合其在以往行业的发展基础及各地城市轨道交通中的具体实施应用基础上，通过总结工程施工管理过程及运营维护管理过程中的不同经验和应用方法，以指导今后类似工程施工。2系统发展情况2.1行业背景2.1.1模拟视频监控时代第一代视频监控系统也叫做闭路电视监控系统，简称CCTV（ClosedCircuitTelevision），是完全模拟的视频监控系统。此类技术产生于20世纪70年代，并逐步得到广泛应用，直到目前，模拟视频监控系统仍然因为其长期的应用积累而具有广大的市场占有率。最早应用“闭路电视监控“系统的是20世纪40年代的德国和美国，当时主要用来作为军事实验的辅助设备，而并非后来的”安全监控应用“目的。到20世纪70年代左右，英国开始部署大量的摄像机用于城市安全防范，如早期的伦敦，部署了数以万计的摄像机在公路、地铁、车站等公共场所。现在CCTV系统被我们广泛应用在安防，教育等行业，构建”平安“城市，创建”和谐“社会。2.1.2数字视频监控时代数字视频监控时代的标志性产品是硬盘录像机，简称DVR（DigitalVideoRecorder）。硬盘录像机起始于20世纪90年代，在本世纪初得到大规模应用，硬盘录像机取代了磁带录像机，并集音视频压缩编码、网络传输、视频存储、远程控制、解码显示灯各种功能。硬盘录像机并不是完全“数字化“的设备，其与模拟摄像机的连接仍然通过同轴线缆而不是网络接口，DVR实质是半模半数设备。硬盘录像机视频采集卡的A2D芯片将模拟信号转换成数字信号，之后编码压缩，然后写到硬盘录像机的硬盘中，而远端客户可以通过网络访问硬盘录像机的视频资源。2.1.3智能网络视频监控时代智能网络视频监控技术在近几年得到广发的应用和发展，智能网络视频监控系统的主要构成是网络摄像机（IPC）、视频编码器（DVS）、网络录像机（NVR）、视频内容分析单元（VCA）、中央管理平台（CMS）、解码设备（Decoder）、存储设备等。智能网络视频监控系统采用完全分布式的架构，系统架设在网络上，不受地域空间的限制，利用智能管理软件可以实现视频资源的管理、整合、配置、传输、调用、存储、报警、集成等。严格来说，利用模拟摄像机加视频编码器构成的视频监控系统不是真正的网络视频监控系统，因为摄像机到编码器之间是模拟信号，而不是网络信号传输，但是考虑到此架构实质功能与IP摄像机等价，并会长期存在，因此，模拟摄像机+视频编码器构成的视频监控系统也可当成是网络监控系统。2.2核心技术2.2.1光学成像器件光学成像器件是监控系统的核心技术部件，光学成像器件主要包括镜头及感光器件，目前感光器件主要是CCD和CMOS两种。CCD是英文ChargeCoupledDevice，即电荷耦合器件的缩写，它是一种特殊半导体器件，上面有大量的感光元件，每个感光元件叫一个像素。CMOS，是英文ComplementaryMetalOxideSemiconductor的缩写，本意是指互补金属氧化物半导体，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。CCD器件的主要优点是高解析、低噪音、高灵敏度等。早期的CMOS技术主要用于低端市场，但随着CMOS技术的不断完善，在高分辨率、高清摄像机中，CMOS迅猛发展起来，并显示出越来越强的技术优势和市场竞争力。2.2.2视频编码压缩算法视频编码压缩的目的是在尽可能保证使君效果的前提下减少视频数据量。由于视频可以看成是连续的静态图像，因此其编码压缩算法与静态图像的编码压缩算法有某些共同之处，但是运动的视频还有，其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目的。视频的编码压缩是视频监控系统数字化、网络化的前提条件，不经过编码压缩的视频信息的数据量大到计算机、网络带宽及硬盘存储均难以承受，因此，如何对大量视频数据进行有效的编码压缩就成为一个非常关键的问题。2.2.3视频编码压缩芯片视频编码压缩的核心是算法，但是，算法的实现是基于运算处理芯片的。视频编码算法在不断地改进以降低码流、提升图像质量，算法复杂程度的不断提升给芯片的处理能力带来不断的挑战。目前市场上流行的视频编码芯片主要有DSP和ASIC两大类，其中DSP为通用媒体处理器，即以DSP为核心并集成视频单元和丰富的外围接口，DSP通过软件编程来实现视频编解码且能扩展多种特色化功能。ASIC是专用视频解码芯片，它可以集成一些外围接口，通过硬件实现视频编解码。另外，还有利用CPU运行压缩算法的方式。2.2.4视频管理平台智能网络视频监控系统中不再具有类似矩阵的硬核心产品，所有的设备、组件、服务变得分散、多元化，在此情况下，网络是依托，而视频管理平台是灵魂。整个视频监控系统的“形散而神不散“架构完全靠管理平台的有效整合，尤其是在大型的系统中，平台将发挥越来越重要的作用，而视频监控系统也逐步走出安防监控领域，向其他领域应用扩展。2.3发展方向2.3.1数字化视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统信息采集、数据处理与传输、系统控制等的方式和结构形式，从而实现信息化的治安视频监控系统2.3.2网络化视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡，集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应，组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份、容错可靠等功能2.3.3集成化视频监控系统是由许多功能设备组成的，包括：视频捕获设备、云台控制设备、报警设备、视频处理设备、视频存储设备、网络通讯设备、视频回放设备等。为了简化系统的架设，保证系统的运行更加稳定可靠，我们必须尽可能多的将这些设备集成在一起，当前最理想的方法就是采用嵌入式系统。2.3.4智能化一套优秀的监控系统可以实时动态地汇报被监测点的情况，及时发现问题并进行处理，但是监控画面中突发事件可能只是数秒的时间，监控人员难免会错过这一瞬间。为了解决人工监控的低效性，必须借助于图像识别技术，让计算机来自动判断监控画面中的状态，实现监控系统的智能化。3系统设计原则3.1先进性图像采用先进的图像压缩方式，图像清晰、流畅。3.2实用性系统应支持用户的网络监控需求，可多用户多画面实时监控、远程控制、分布式录像、可连接多种报警设备、报警可定时布防撤防等功能。3.3兼容性系统可采用B/S或C/S架构，支持主流操作系统及平台，可与企业内部网络系统紧密结合；同时，前端系统可在原有的模拟监控系统的基础之上进行改造，保护用户设备投资。3.4扩展性系统软、硬件系统需采用模块化设计，用户系统升级时，只需要简单增加前端的视频服务器、网络摄像机等，并升级相应的系统软件即可，不用额外添加或者废弃原有设备。3.5灵活性系统组网灵活，适合在局域网、广域网、甚至Internet网中使用；在网络中的授权用户可以通过IE浏览器实时监控前端现场，客户端无需配置任何硬件。3.6实时性组成本系统的视频服务器需采用专用的视频压缩芯片，视频压缩采用MPEG4图像压缩格式，最高可传输25帧/秒的清晰图像。3.7可靠性各功能模块应设计相对独立，避免相互影响，保证系统能够可靠运行。4行业发展趋势4.1高清与标清监控结合基于多业务综合平台及各个分级设备，统一网内模拟摄像机和高清摄像机的资源，整合利用监控网内多种形式的监控资源，有效利用各年代工程业务资源。4.2多线联营，统一监控⑴统一参照最新国家标准：GB28181（安全防范视频监控联网系统信息传输交换控制技术要求），GB28181标准是目前行业内用以解决平台互连互通的唯一标准；⑵主要定位：解决平台之间监控业务的互联互通问题，尽量不涉及各级平台内部的管理及业务；⑶可实施性好：GB28181兼顾了现状和未来，统一各线互联互通方式，避免了不同平台厂商之间的协调；⑷解决了平台之间信息自动同步，当下级监控资源（监控点、编码器、DVR/DVS、存储等）发生变化时，上级平台自动获取同步信息；⑸完成了权限的统一划分，避免了上下级同时操作（对设备、对云台等）的冲突；⑹既解决了当前监控行业的关键问题-互联互通，又尊重现实，不陷入各个管理平台的内部细节，给各个厂家留有很大的发挥空间。5结束语本文着重介绍了视频监控在轨道交通行业内的发展应用情况的总结，以及对未来轨道交通和安防行业的项目发展进行展望。通过视频监控系统，地铁运营者可全方位、多角度的了解站内的安全情况，对于保障公民的日常出行有着不可或缺的作用。[参考文献][1]《地铁设计规范》（GB50157-2003）.[2]《安全防范工程技术规范》（GB50348-2004）.[3]《民用闭路电视监视系统工程技术规范》（GB50198-94）.[4]《安防天下智能网络视频监控技术详解与实践》.西刹子.2010年版.清华大学出版社.