简析轨道交通车载CCTV技术

钮佩华

（中国铁路通信信号上海工程集团有限公司，上海 200436）

既有的轨道交通运营CCTV系统在一定程度上满足地铁车站、控制中心的安全防范，为各车站、控制中心列车司机等提供有关列车运行、防灾、救灾、乘客疏导等方面的视觉信息，并用于地铁公安分局监控室对全线各车站公共区域的安全监视。各车站主要监视本站与行车安全、客流量有关的现场，控制中心监视全线各车站客流量、行车安全和防火救灾相关的场面。

但是以上设备只解决了地铁车站的安全防范，对移动的列车和列车上的乘客而言还是一个空白。为解决地铁全方位的安防和信息发布需求，轨道交通车载可采用千兆骨干交换网、车地无线双向传输系统、车载CCTV系统和电源等设备有机结合的方式，解决地铁列车的安防和信息发布需求，实现高清晰数字视频在地铁运行车辆的实时播出，车站值班员、控制中心调度员、车辆段车务人员对驾驶人员和列车车厢内的实时图像监控，列车驾驶员对前方车站旅客候车情况的实时监控。

目前CCTV系统正从模拟系统向模数结合演变，随着计算机技术进一步发展与应用，CCTV系统将向全数字化方向发展，采用数字化技术，可以充分发掘数字系统的优点，使大型网络化电视监控系统的设计更为合理，并为智能CCTV系统的应用提供较有利的条件。

网络化技术的引进，打破了模拟CCTV系统相对封闭的形式，解决了与其他系统连接较为困难的问题。从理论上说，只要网络可以到达的地方，就可接收电视监控的信号，并可进行相应的控制，因此对运行的列车进行实时监控成为可能。

1 车载CCTV系统组成

每节车厢内外设若干台摄像机（建议摄像机分别安装于列车的各车厢和首尾，形成一个独立的实时图像监控系统，外部摄像头安装在列车的两端，提供轨道和隧道内的图像）；对应每台摄像机设1台数字编码器；每节车厢内设1台以太网交换机，各节车厢的以太网交换机以环接方式构成1个自愈局域网；每辆车两端各设置1套车载服务控制器和1套车载网络录像机，分别管理、存贮车载图像信息，保证系统的可使用性，并能控制摄像机图像从车载系统向轨旁设备的传输(支持同时传输1～14个摄像机的图像至控制中心)。其中列车两端的2套视频服务器互为备份（热备方式），2套网络录像机则为冗余备份。车载CCTV系统结构如图1所示。

2 车载CCTV系统功能

车载CCTV必须能够可靠有效地监控列车内部情况，将相关情况以图像方式进行录像，并通过车地之间的无线网络按照调度员的要求实时传输到OCC，还必须实现与车载其他系统的联动等功能。具体来说，本方案能够实现如下功能。

（1）车厢内摄像机，安装在合适位置，可以有效覆盖车辆两侧的车门、紧急对讲点，做到整个车厢无盲点视频监控。

（2）车头车尾摄像机，监视车辆两端的逃生门及驾驶操作台，具备高灵敏度，可以在车辆高速行驶时有效辨别车辆外部指示灯的形状及颜色。

（3）车载视频监控系统的每个图像都可以通过车载视频编码器的内置字符功能叠加车体号及摄像机号，并标注经同步后的时间戳和日期信息。

（4）车载CCTV系统可以通过车载视频编码器直接发送低码流速率的视频流，跨越车地无线网到达OCC。如果车地无线网不具备路由功能，车载视频编码器发送出来的低码流速率视频流可以通过车载视频服务器转发到OCC，无论哪种方式都可以最高限度保证图像实时性。

（5）车载视频编码器采用先进的编码技术，具备良好的压缩比及抗误码性。由于无线通道（尤其在车辆高速行驶时）的高误码率特点，视频编码器必须采用最有效的编码技术，他具备对不同包长的支持、对TCP传输方式的支持、乱序重组等功能，能够在误码率相对高的无线网络上最大限度保证实时图像质量。

（6）车载视频录像机可以在列车启动后自动开始录像，在车辆进入停车场后自动停止录像。车载视频编码器直接发送高码流速率的视频流到车头车尾的视频录像机，录像存储时间可以达到100 h。

（7）车载录像可以在车辆运行时通过车地无线网实现远程调用（需占用车地无线系统带宽），也可以在车辆非运营时通过实地更换内置的录像硬盘而实现。

（8）车载CCTV系统可以通过车载服务器与车载TMS系统进行联动，如调用车头车尾的图像时可以将相关互动信息发送给车载服务器，由服务器转发给TMS系统并打开相关电灯。车载TMS同时可以将一些命令通过车载服务器转发给车载CCTV系统，如视频切换、设置、传输甚至紧急刹车触发的TMS命令，并可以同时触发车载CCTV系统以便将覆盖相关区域的图像实时发送到OCC。

（9）车载CCTV系统基于车载工业级以太环网，以太环网具备环网自愈功能，能够在传输介质发生断裂时自动恢复，不影响整体系统的任何功能。

（10）车载CCTV系统采用双视频服务器和录像机结构，两端的视频服务器和录像机对所有图像进行同时录像，实现图像的备份。但是对OCC实时图像的调用采用一主一热备的工作方式，如果无线系统支持路由功能，两端的视频服务器和录像机可以同时工作，同时支持OCC对车载图像的实时调用。

（11）车载CCTV系统具备全部设备的自检及日志功能，所有设备的自检信息同时发送给两端的视频服务器，两端的视频服务器将此信息和自身的自检信息发送给TISCS服务器，也将相关日志发送给其他子系统。

（12）车载CCTV系统还具备实时报警功能，发生任何故障都可以实时将CCTV系统信息通过车载服务器主动汇报给TMS。

（13）车载图像一旦到达OCC后，会通过数字视频编码转换器在数字领域无损转换为符合要求的编码格式，最大限度上保证实时调用的车载图像质量。

（14）车载CCTV系统符合上海轨道交通上层网《指导意见》所规定的协议规范，只需要通过数字视频编码转换器转换其视频编码格式就可被本线和上层网所有节点调用。

（15）OCC通过改变车载视频编码器与视频编码转换器的对应关系实现对车载图像的实时调用。

（16）车载图像的共享全部在OCC通过数字视频编码转换器实现。

（17）能够通过与OCC所获得的无线网络带宽容量信息及目前调用的车载图像路数进行动态互动，最大限度地利用无线网的带宽资源为监控中心提供高质量的图像。

（18）能够保证视频流和控制命令在传输、存储、交换过程中的机密性、完整性和正确性。车载视频系统及视频服务器要求能够提供多种方式以确保视频监控系统的安全，如所有控制及设置命令具备确认功能，防止误操作，如果出现错误指令，不会导致系统运行中断或出现黑屏；具备完善的人员管理机制，确保移动介质在非授权状况下不可植入系统；数字视频传输及控制系统中所有的控制命令可以通过加密方式在传输系统内进行传输，确保控制命令的完整性；网络控制器、视频管理台、视频编解码器在建立连接时使用权限及身份认证机制，具备完全的握手协议，防止连接盗用；视频编码器可以发送经过加密的数字视频流，使其无法篡改或模仿；所有的用户名和密码经过加密后存贮在系统中，防止非授权的盗用；具备将系统全部信息自动备份功能，能够在最短时间内使系统恢复到正常运行状态。

（19）车载图像通过无线方式传输，并接入传输系统后转换成MPEG 2，由OCC的视频解码器还原并显示在监视器或大屏上。车载的视频编码器采用一体化H.264视频编码器，每个编码器通过同轴电缆与摄像机连接一一对应。每个编码器通过其自身独立的10/100 M以太网口与传输设备上的100 M以太网端口一一连接。

（20）车载数字视频监控系统作为无线网络带宽的最大用户，必须具备网络风暴的防止及抑制机制。车载视频编码器及视频管理台能够提供多种方式对网络风暴进行防止及抑制，如果发现视频编码器无法与对应的视频解码器进行通讯，则停止发送数字视频流。一旦网络或视频解码器恢复正常状态，视频编码器自动重新启动数字视频流的发送。这种机制确保车载视频能够最安全地使用车地之间的无线通道。

3 结论

总之，CCTV系统为地铁运营管理者提供一个直观、实时、真实的现场图像画面，是地铁运营管理中一种极为有效的安全防范工具，也是公安部门在治安防范中事前预防、事中发现、事后处置的有效手段。对达到有效组织、指挥列车运营、提高轨道交通运营能力、保障运营安全和加强车站治安管理都具有重要意义。根据国际、国内相关技术的发展和有关设计规范，可以明确以下几点。

（1）城市轨道交通重要部位安全技术防范的要求和标准越来越高。

（2）车载CCTV系统在地铁运营管理中所起作用越来越大。

（3）网络安全性是CCTV系统永恒考虑的课题。

（4）基于IP技术的网络必须具备网络风暴的防止及抑制机制，以免影响相关业务。

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