城市轨道交通闭路电视监控系统

第六章闭路电视监控系统城市轨道交通闭路电视（CCTV）监控系统为控制中心调度管理人员、车站值班员、列车司机及站台工作人员等对所管辖车站的站厅、站台、出入口、机房等主要区域提供实时视频监控服务，以确保城市轨道交通（以下简称城轨）系统正常安全地运行。城轨CCTV监控系统采用车站、控制中心两级互相独立的监控方式，平常以车站值班员控制为主进行视频监控，控制中心调度员可任意选择上调各车站的任一摄像头的监控画面。在紧急情况下则转换为以控制中心调度员控制为主进行视频监控。在一个城市有多条线路的情况下，上层的线网管理中心可以设置为线网闭路电视监控中心，根据需要调看各线路监控画面，从而形成车站、控制中心和线网管理中心的三级视频监控系统。出于安全与事故取证要求，车站和控制中心还应具有录像功能。第一节城轨对闭路电视监控系统的需求城轨闭路电视监控系统是城轨运行、管理、调度的配套设备，使城轨中各工种的管理、调度人员能实时地看到现场情况，可以根据实际情况进行判断，下达调度指挥命令。城轨CCTV监控系统可以为车站值班员提供对站厅的售票亭、自动售票机、闸机出入口、自动扶梯出入口、站台、机房等主要区域的监控；可以为列车司机和站台工作人员提供对相应站台的旅客上、下车情况；为控制中心的行车、环控、电力、公安等调度员或值班员提供对各个车站或机房的监控点画面。控制中心调度员可根据其权限选择上调各车站摄像机的监控图像，并能对该摄像机的云台和电动镜头进行控制。控制中心和车站的监控中心应具有录像功能。城轨对闭路电视监控系统的基本需求如下：1．城轨的CCTV监控系统监控画面的质量，应达到广播级标准清晰度（标清）电视或DVD的质量标准。车站值班人员、控制中心调度员应能对监控图像进行选择显示，以自动循环显示方式或画面分割方式调看已设置分组的图像，或调看某一监控点的图像。2．系统可实现控制中心、车站和司机的三级监控。三级监控应是自成系统的，控制中心应有权调看车站级的监控点图像或回放历史图像。3．车站一级的用户包括车站值班员或/和防灾值班员，应能任意地选择、控制本车站中任意一台或是一组摄像机的图像，并切换到相应的监视器上。4．控制中心的用户包括行车调度员、环控（防灾）调度员、电力调度员、维修调度员、公安值班人员应能选择、控制全线所有车站（含机房）内的任意一台或一组摄像机的图像，并切换在其相应的监视器上。5．通过合理安排2～4台站台定焦摄像机的位置，给列车司机提供能观察到全站台乘客上下列车情况的监控画面，用以控制车门和屏蔽门的开闭，防止夹伤乘客。站台摄像机无控制功能，其输出的视频信号送列车司机可以看到的站台监视器，或采用无线传输方式传至列车驾驶室的监视器上。6．控制中心和车站的监控画面能进行选择与控制，可采用人工切换或自动扫描方式，平时循环或分割画面显示。7．安防、门禁、烟雾等告警可与图像切换功能、摄像头控制进行联动。即报警时，环控（防灾）调度员所监控的画面自动切换至告警点相关的摄像机画面。若采用一体化摄像机，在安防告警时，摄像机的摄像头自动对准报警点并自动监听现场的声音；在门禁告警时，摄像机的摄像头自动对准被非法开启的门；烟雾告警时，摄像头自动对准烟雾告警区域等。若同时出现多处告警，则监视器循环显示事故现场。8．各级用户的监视器是独立分设的，数量根据用户的需要而确定。9．各个城轨车站配置有硬盘录像设备，各摄像机的监控画面均需进行自动录像，并能保存一定的时间，以备日后调看。在控制中心亦配置有硬盘录像设备，用以录制切换到中心监视器上的图像。控制中心行车调度员使用的监控设备具有人工/自动录像和放像的功能。10．城轨闭路电视监控系统的车站监控区域，按上、下行站台区及站厅区（进/出口、电梯、闸机、自动售票等）划分。11．城轨闭路电视系统目前采用CCD彩色摄像机。分为带有云台、电动镜头的一体化摄像机和不可控制的定焦距的固定摄像机。车站值班员或控制中心调度员可通过操作控制键盘对一体化摄像机进行遥控，控制摄像机的角度、焦距、光圈和距离。12．车站一级视频监控系统的视频信号采用射频同轴电缆连接，控制信号采用屏蔽2芯线连接；车站至控制中心的上行视频信号和下行控制信号，通过城轨专用传输系统进行传输。13．各监视器显示的图像上应叠加有车站名称、监控区域名称、摄像机编号以及摄像日期和时间等信息，维护人员可以更改以上信息。14．主要设备应具有人工或自动检查功能，自动部分包括：自测试、自诊断、故障寻迹等自检功能，并可上传故障告警信息，或由控制中心集中采集检测结果。15．设备应具有抗电磁干扰的能力。第二节闭路电视监控系统的组成闭路电视监控系统由摄像机（含监听头，即话筒）、控制部分、传输部分、监视器、报警部分和网管部分等六部分组成，见图6－1。图6－1闭路电视监控系统的组成一、摄像机摄像机是一种视频输入设备，在视频监控系统中所采用的摄像机分为一体化摄像机和固定摄像机两大类。其中的一体化摄像机是受控摄像机，其摄像头安装在云台上，可以上下左右四个方向受控移动；另外摄像头上的镜头亦能受控调节焦距与光圈。1．摄像头摄像头的基本工作原理为，景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器的表面，然后转换为电信号。图像传感器是一种半导体芯片，其主要部分是感光器，表面包含有几十万至几百万个光电二极管。光电二极管在受到光照射时，产生电荷，即将光图像转换为电图像，再通过电子扫描读取各光电二极管所产生的电信号，形成模拟视频信号输出。若是数字摄像头还需经过A/D转换和数字信号处理，形成数字视频信号输出。（1）摄像头的组成①光学镜头（LENS）光学镜头由几片透镜组成，通常有塑胶镜头和玻璃镜头。对光学设备而言，镜头很大程度上决定了画面的质量，而当前摄像头质量的瓶颈在于感光器，故镜头的因素并不凸显。根据不同的功能需求，摄像头中可以配置有下列几类镜头：定焦距镜头，焦距不变，只改变光圈大小；广角镜头，扩大监控范围；自动光圈、自动聚焦和电动变焦镜头，可通过旋转云台和电动变焦改变拍摄方向和目标；电动变焦距镜头，常用的变焦镜头有6倍、8倍和10倍等规格。②感光器感光器是摄像头的重要组成部分，半导体感光器件分为CCD和CMOS两大类。a．CMOS感光器CMOS感光器优点是体积小、集成度高、制造成本低和功耗较小，缺点是对光源要求较高。主要应用于要求不高的影像产品中，例如：可视话机、摄像手机和用于网络视频通信的低档摄像头等产品。b．CCD感光器CCD感光器具有成像质量高、分辨率高、灵敏度高、信噪比高、动态范围宽和抗震动等优点，缺点是生产工艺要求高、制造成本高和功耗较大。主要应用于高要求的影像产品中，例如：数码摄像机、数码相机和高性能的监控器等产品。CCD感光器具有很宽的感光范围，其感光范围延伸到红外区域。利用此特性，夜间若利用红外线光源照明，也可在CCD感光器上清晰地成像。c．CMOS感光器与CCD感光器的比较需要强调的是：CCD感光器通常需要3组以上的高压电源，而CMOS感光器只需单一低压电源（3.3V或5V）。CMOS感光器生产工艺简单，可以方便地将时序控制、A/D转换、数字图像处理等周边电路与CMOS感光器集成在同一块芯片上制成单片数字摄像机。CMOS感光器与CCD感光器相比，CMOS感光器在分辨率、光照灵敏度和信噪比等方面处于劣势，但近年来有了显著的改进。特别是采用CMOS感光器的百万像素级的数码相机已经问世，其分辨率已超过CCTV中所使用的CCD感光器的摄像头。（2）摄像头的分类目前所使用的摄像头分为：模拟摄像头、数字摄像头和网络摄像头。有带夜视（红外线）摄像功能的摄像头，也有不带此功能的摄像头。①模拟摄像头模拟摄像头多数采用CCD感光器件。此类摄像头输出的是模拟视频信号，故可通过视频电缆送视频监视器，直接显示所摄图像。模拟摄像头要与PC机配合工作时，需要在PC机内插入视频捕捉卡或外置视频捕捉器进行A/D转换。②数字摄像头数字摄像头多数采用CMOS感光器件。数字摄像头将模拟摄像头和视频捕捉单元结合在一起，此类摄像头输出的是经压缩编码的数字视频信号。数字摄像头的输出可通过USB接口直接插入PC机，由该PC机显示所摄图像，或通过该PC机进入IP网络由远端的PC机显示所摄图像。③网络摄像头网络摄像头多数采用CCD感光器件。网络摄像头类似于数字摄像头，其不同点在于数字摄像头输出直接连接PC机的USB接口，而网络摄像头输出直接连接计算机局域网（LAN）的以太网接口。网络摄像头价格较高，多数用于企业的监控系统。2．数字信号处理芯片（DSP）数字信号处理芯片仅用于数字或网络摄像头。该芯片对模拟视频信号进行压缩编码。3．云台云台是承载一体化摄像机进行水平和垂直方向（左/右、上/下）转动的装置，它可有以下几种选择：（1）室内或室外使用的平台。（2）不同承重的平台，可根据摄像机和防护罩的总重量来选择。（3）几种控制方式的平台，一般有电源端口和控制端口。4．防护罩（1）室内防护罩：结构简单、价格低，并具有防尘、防盗、防破坏等防护作用。（2）室外防护罩：具有降温、升温和防雨等防护功能，无论何种恶劣天气，防护罩内摄像机均能保证正常工作。二、控制部分闭路电视监控系统分为网络闭路电视监控系统（简称网络CCTV）和模拟闭路电视监控系统（简称模拟CCTV）。控制部分是整个闭路电视监控系统的核心，由主控制台、副控制台与远端解码器组成。1．主控制台（主机）系统主控制台亦称主机，对系统中各个设备进行控制。其主要功能为：视频信号的放大与分配、图像信号的校正和补偿、视频网络控制、图像信号的切换和分割、图像信号的记录、摄像机及其辅助部件的控制。如图6－2所示，主控制台由视频网络控制器、视频切换器、画面分割器、帧场切换处理机、视频放大器、视频分配器、时间/日期发生器、字符叠加器、录像机等设备组成。图6－2控制台设备组成框图（1）视频切换器视频切换器亦称为视频矩阵器或视频交换设备。若摄像头与监视器数量相等，就不需要有视频切换器，一般情况下监视器数量远少于摄像头数量，就需要配置视频切换器，对所监控的图像进行有选择性的显示。其技术原理类似于空分电话交换机的技术原理，但视频切换器所交换的是视频信号。图6－3为8入4出矩阵切换方式示意图，由图可见矩阵切换方式是由多条视频输入子线与多条视频输出母线构成的，所有子母线的交叉点均可由开关控制其通断。因此，每一条视频母线都是一个“N选1”的开关排，母线上的每一个交叉点即一个开关。在图中第3行第6列处交叉点闭合，则可将第6路视频输入信号切换到第3路输出端口上。在上述切换方式中，在同一条母线上的各个交叉点可以按一定的顺序依次闭合（图像轮巡功能），但不可同时闭合。图6－38入4出矩阵切换方式示意图视频切换器的摄像头与监视器的集线比一般为2:1、4:1、8:1或16:1，用户可根据所配置的摄像头与监视器的数量选择视频切换器的容量与集线比。视频切换设备可以通过本地键盘操作产生的控制信号直接调看图像，亦可利用远端键盘操作所产生的控制信号实现远程调看图像。（2）视频网络控制器视频网络控制器可以与一个或多个控制键盘相连接。在有多个控制键盘相连接的情况下，该设备根据控制键盘的权限，选择输出优先级最高控制键盘的控制信号，控制视频矩阵设备选择输出图像；控制一体化摄像机的动作；控制画面分割器的分割画面数以及控制录像机的录、放像。（3）视频分配器如图6－4所示，视频分配器将一路视频输入信号转换为多路（1、2、4、8路）视频输出信号，而要求输出信号频响、电平、阻抗不变（例如：6MHz视频带宽、1V峰－峰电压、75Ω输出阻抗），故视频分配器中需要有包含有视频放大器。另外，为了使各路输出互相隔离在每路的输出端，加入了缓冲电路。图6－41分4视频分配器原理图视频分配器的应用如图6－5所示，例如：将其输出的各路信号，分别送视频切换设备、录像机、画面分割器等。图6－5视频分配器的应用（4）画面分割器画面分割器的作用是在一台监视器上同时显示1、4、9、16个窗口的监控画面。（5）帧、场切换处理机帧切换处理机与场切换处理机必须与录像机配合使用，它可将由多个摄像头传来的多路视频信号以帧间隔（40m