浅析西安地铁2号线视频技术的应用

文｜西安地下铁道有限责任公司 邢凯利

1 工程概述

西安地铁2号线北起草滩镇陈家堡，南至长安区韦曲镇，线路整体呈南北走向，位于西安市南北向主客流走廊，将郑州至西安客运专线的西安北站、市新行政中心、南北大街及钟楼、省体育场、小寨商业文化中心、西安国际展览中心、长安区等大型客流集散点串联起来，全长32.402km，为西安市城市快速轨道交通的骨干线路，与1号线构成轨道交通网络中的十字骨架。共设北客站、北苑站、运动公园站、行政中心站、凤城五路站、市图书馆站、大明宫西站、龙首原站、安远门站、北大街站、钟楼站、永宁门站、南稍门站、体育场站、小寨站、纬一街站、会展中心站、三爻站、凤栖原站、航天城站、韦曲南站21座车站，均为地下车站。在线路南端韦曲南站附近设停车场1座。

1.1 系统概述

西安地铁2号线视频图像系统分为二部分：一部分是为运营服务的闭路电视监视系统，另一部分为公安服务的公安视频监控系统。

（1）闭路电视监视系统

闭路电视监视系统是城市轨道交通维护和保证运输安全的重要手段。它能够为控制中心的调度员、各车站值班员、列车司机等提供有关列车运行、防灾救灾、旅客疏导以及社会治安等方面的视觉信息，由控制中心监视和车站现场监视两大部分构成。采用中心远程监控和车站本地监控方式，组成完整的两级监视网络。组建一个数字与模拟相结合的视频网络，为控制中心的调度员、各车站值班员等提供有关列车运行、防灾救灾以及旅客疏导等方面的视觉信息。用户可在任何一个站点根据授权访问实时图像和历史图像。各车站视频信号，除本站监视外，可通过视频数字编码器编码后送至车站的以太网交换机及传输设备，控制中心接收并进行相应解码处理后，送入控制中心视频显示设备。

车站的图像摄取范围为每站的站台、站厅、自动扶梯、无人值守机房、变电所变压器室及10KV开关柜室等处，还应覆盖AFC的售票机和闸机、出入口、垂直电梯口及轿厢等；车辆段/停车场的图像摄取范围为信号楼的重要楼层（临时控制中心调度室、段/场控制室）、出入口、岔道口、停车列检库内、联合检修库内、轨道车库内、试车线及重要公共区域等。在车辆段的周界位置增设摄像机，加装以智能视频分析为核心、以周界防护及声光报警为补充的完善的自动监控报警系统。

（2）公安视频监控系统

公安视频监控系统是针对公安业务需要而建设的，因而其监控区域应尽量不留死角，要做到将整个地铁车站纳入民警的视线范围，系统由本地监视、异地监视（地铁分局监视全线、派出所监视辖区）两部分构成，组成一个统一的闭路电视监视网络。全网由图像摄取、图像显示及录制、本地控制、异地控制、视频信号传输等部分组成。

车站的图像摄取范围为除了共享所有运营前端摄像机以外，同时根据公安部门的监视需要，在地铁进出站口、通道及通道拐弯处、厕所通道、站外广场等位置增设摄像机以达到公安部门对视频覆盖的要求。

公安电视监视系统组建一个以IP网为传输平台，数字与模拟相结合的视频网络。采用公安分局、派出所远程监控及车站警务值班员本地监控方式。各车站新增加的摄像头，输出的模拟视频信号均接入本系统新设字符/视频分配器，经视频分配放大器分出2路信号分别接入公安视频切换矩阵、数字编码设备及以太网交换机；公安系统在各车站单独设置NVR数字录像系统，可对站内全部图像进行录制并保存；派出所、公安分局及其他部门可任意调看全线各车站任意画面。

2 系统的功能

2.1 运营闭路电视系统功能

（1）车站功能

① 各车站控制室值班员可以通过ISCS图形工作站或控制键盘对本站所有摄像机进行循环显示或手动选择在彩色液晶监视器上显示。

② 各车站控制室值班员可在高优先级方未占用时，遥控本站任意一台球形一体化摄像机云台的转动以及对变焦镜头调节。

③ 每台摄像机的图像都应在进入本站视频分配器前完成汉字叠加，字符的内容包括车站站名、摄像机位置等。

④ 站台司机监视功能：上、下行站台两端设置的摄像机图像信号经多功能控制器的分配输出，进入上、下行四画面处理器，四画面输出送入设置在站台两侧停车位的各1台32″司机监视器上。

⑤ 车站视频存储功能，车站所有摄像机可以满足图像以MPEG-4 4CIF格式储存15天（18小时/天）。

（2）中心功能

在运营中心调度大厅分别为以下调度员提供了21″液晶监视器和控制键盘：行车调度员2台、环控（防灾）调度员1台、总调1台。综合监控系统分别为行车调度员、环控（防灾）调度员、总调提供了一台控制终端，其CCTV控制部分软件的开发由我方配合综合监控系统进行。同时综合监控系统为行车调度员、环控（防灾）调度员提供了一个10路的综合显示大屏。

① 运营中心调度大厅调度员使用控制键盘或综合监控系统控制终端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。以各种程序进行循环显示或手动选择预置位，观看任意车站的任意图像或同时观看同一幅图像。

② 运营中心的所有监视终端可以同时显示同一台摄像机的图像，也可以显示同一车站不同摄像机的图像，或不同车站摄像机的图像，并保持图像正常显示。

③ 数字图像调用（在控制终端显示器上显示）。

④ 中心调度员利用综合监控系统控制终端CCTV软件可选择调看全线的任意实时数字图像和任意录像信息，并可按不同的帧率及全屏/多画面（1、4、7、9、10、16）显示在显示器上。实时浏览和录像回放可同时进行。

⑤ 中心调度员可以通过控制键盘或综合监控系统控制终端，按照相应的优先级遥控全线任意车站任何一台球形一体化摄像机云台的转动以及对变焦镜头的调节，对各车站的摄像机执行远程俯仰、左右以及焦距等控制操作。同时在控制终端软件界面上显示云台占用信息。

⑥ 车载视频调用功能：中心调度员可通过控制键盘或综合监控系统控制终端发送控制命令至PIS系统控制端口，调用列车图像，在21″液晶监视器、综合显示屏、控制终端显示器上监视全线列车情况，观看任意列车内的任意图像或同时观看同一幅图像。

⑦ 图像回放功能：运营中心的总调度在录像回放终端上可以调看任意车站的任意一幅视频录像，并能对所回放的录像进行光盘刻录复制。

2.2 公安视频监控系统功能

（1）车站功能

① 各车站公安值班员可以通过图形工作站或控制键盘对本站所有摄像机进行循环显示或手动选择在彩色液晶监视器上显示。

② 各车站公安值班员可在高优先级方未占用时，遥控本站任意一台球形一体化摄像机云台的转动以及对变焦镜头调节。

③ 视频分析报警时在指定车站公安监视器上自动弹出画面，同时控制终端伴有音频告警信号，并将数据传输到中心服务器。

④ 车站视频存储功能，车站所有摄像机可以满足图像以MPEG-2 4CIF格式储存15天（24小时/天）。

（2）派出所功能

① 由车站送来的MPEG-2格式的数字视频信号通过公安网络，提供给视频解码器，视频解码器将还原出的模拟视频信号送入电视墙的监视器。

② 派出所值班员的控制终端所发出的视频图像调用命令由编解码系统的虚拟矩阵功能来完成，云台控制命令由公安传输网络送入车站的多级调用管理器来完成，同时在软件界面上显示云台占用信息，并将云台占用信息叠加在图像上。

③ 派出所值班员的监视（录像回放）终端经授权可以对所管辖站点的任一录像图像进行回放调用。

（3）分局功能

本系统有一个公安分局，可对全线车站的所有摄像机图像及PIS系统的车载图像进行监视，并对全线车站的所有摄像机图像的录像进行回放。

本系统在公安分局的监视及回放设备如下所述：

由32台LCD液晶拼接屏（46″）组成的4×8显示大屏幕、4台指挥中心公安值班员控制终端（安装了视频控制软件）、4台分局值班室视频监视（录像回放）终端（安装了录像回放软件）、1台控制键盘。另外还有为车载图像监视使用的2台21″彩色监视器、1台车载图像控制终端（安装了视频控制软件）。

公安分局对全线车站的电视监视及回放功能与派出所相同。

对PIS系统的车载图像进行调用控制的软件需要根据实际车辆情况，按照车站模拟图像控制软件的模式进行二次开发。

（4）视频分析功能

视频分析是利用现代计算机视觉的方法，通过对摄像机拍摄的视频序列进行实时自动分析，实现对视频场景中所关注目标的定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，以侦测和应对异常情况的发生。西安地铁2号线每个车站设置了4路视频分析。能完成入侵检测、逗留（滞留）检测、可疑物品遗留检测、逆行检测、乘客追逐及剧烈运动监测、客流量突变告警、人流统计、图像异常告警识别、告警及显示场景重组等应用。具体如下：

① 逆行检测：识别人员、车辆等在禁行方向的运动并触发报警，逆行检测宜应用在单向通道等场合。在视频画面中可支持最多达4个区域的检测。

② 扶梯检测：探测自动扶梯在运行中的急停、倒转并触发报警，要求在电梯发生急停或倒转时3S内触发报警。

③ 乘客追逐及剧烈运动监测：是指对乘客在站台上追逐以及在通道剧烈活动进行报警监测。

④ 客流量拥挤告警：多应用于站台、通道等所监控区域单位面积内乘客分布的密集程度在单位时间内突然增加时所产生的报警。

⑤ 人流统计：统计乘客进入/离开通道人数，量度高峰期之客流量，统计值能实时显示于屏幕上，并以列表形式保存以供日后查看。系统最高可统计适应在300人/分钟情形下的人流量，并可以输出各种统计报表，准确率在高峰期≥95%。

⑥ 入侵检测即针对进入禁入区域的目标进行检测并按照用户设置的规则触发报警，入侵检测宜应用在线路防护和站内重点设施和区域防护。最小识别物体高度是摄像机视角（FOV）的5%～10%。

⑦ 逗留（滞留）检测：探测在禁停区域逗留的目标是否超过用户设定时间并触发报警，逗留（滞留）检测宜应用在线路重点区域和站内重点防护区域。

⑧ 可疑物品检测：自动检测可疑物品，对符合设定的目标自动报警。

⑨ 场景重组是指系统能够根据不同检测对象所提供的实时告警以及恢复信息，独立提供告警前和告警时刻（时段）的录像，即场景重组。

2.3 网管功能

通过网管系统，可对电视监视系统的设备进行参数设置、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，对系统数据及配置作及时的修改。此外，网管具有对前端摄像机检测的功能，根据设置手动或自动检测各摄像机的状态，提供摄像机状态的报表，便于维护人员及时了解各摄像机及云台的状态。

（1）故障管理

① 能识别系统故障，并能对设备发生的故障进行定位及迅速查询。

② 能报告所有告警信号及其记录的细节。

③ 具有告警过滤和遮蔽功能（不应产生误告警）。

④ 提供声光告警显示功能。

（2）系统管理

① 配置管理功能。可使用户利用图形化的界面、各种菜单，直观方便的对系统进行快速简单的设置，直观的以按钮、图像标识、地形图等表现形式，使操作和控制过程简化。

对于构建大规模视频网络系统，可提供集中的网络管理，实现针对视频网络系统全部资源（包括：视频输入/输出设备、视频编解码器及全体操作者的应用权限），进行统一的配置、管理、分发及实时设备运行状态检测，提供故障发生的声光报警提示及强大的系统日志功能。提供友好的图形化人机界面，方便网络的运营维护管理。

② 用户及权限管理。用户管理采用权限分级控制。权限将根据功能划分来定义（如进入和退出监控软件、修改口令、连接远端、控制远程摄像机和云台、控制远程受控端监控终端的输出设置图像自动切换的方式和时间等权限）。定义用户组（如超级管理员、普通管理员、一般操作员等），用户密码将进行加密。

提供完善的用户账号密码管理功能和严格的控制权限分级制度。根据控制权限分级制度，可以限定某些权限等级用户可以控制摄像机，某些用户仅能浏览，而无权控制，或者不能看到管理权限以外的其他摄像机。系统访问认证：用户进入远程视频监控系统必须事先进行输入用户名和密码注册，系统管理员根据用户授予相应的权限监视和控制权限。

监控权由监控管理服务器控制。当优先级较高的监控终端接管优先级较低的监控终端对某一远程图像的控制权时，优先级较低的监控终端上能给出相应的提示信息。

③ 自动适应光线变化不产生误报警。

④ 所有视频切换及系统各控制功能均应在该操作平台上点击屏幕或屏幕上的预置位即可实现。其模拟实际线路和站内摄像机位置的图像标识及分层点击站内摄像机的操作方式均可使操作和控制过程简化。

⑤ 远程的开机和关机。

⑥ 与多个传输厂家的协议兼容及适应各种传输模式，包括共线和点对点传输。

（3） 录像存储系统管理

运营中心应配备录像存储管理中心软件，车站所有录像存储设备的工作状态均要在网管终端上显示。

中心软件具有如下功能：控制车站录像状态的开启和停止；可以提供给网管系统录像存储设备的各种故障报警信息等；录像存储设备的状态同时也可以被中心网管系统灵活控制；可实现录像存储设备的死机告警，开启实时录像、开启移动侦测录像、提高录像画质等。

（4）对图像编解码设备进行控制管理

负责对系统内的编解码设备实现系统设置、故障告警等综合管理。识别系统故障，能对系统设备发生的故障进行定位。能报告所有告警信号及其记录的细节，具有告警过滤和遮蔽功能。

可提供声光告警显示功能、系统日志功能，并可根据维护需要查询、导出及打印系统数据及故障报告。

强大的设备配置管理功能，可使用户利用图形化的界面、各种菜单，直观方便的对系统进行快速简单的设置，直观的以按钮、图像标识、地形图等表现形式，使操作和控制过程简化。

实时向中心提供各车站机柜的温湿度，当温湿度超过预设值时网管中心可以自动报警。

接受来自时钟系统的时钟信号，并发送给全线CCTV设备，使其时钟与地铁标准时钟保持一致。

在紧急情况下车站通过CCTV电源紧急启动按钮，可经车站网管主机控制电源机箱，紧急开启CCTV设备的电源；中心通过CCTV电源紧急启动开关，可实现分站开关CCTV设备的电源的功能。

3 结束语

西安地铁2号线图像监控系统实现了以下目标：

（1） 系统建设的全面性：运营CCTV、公安视频监控系统针对各自需要布点，使监控范围更趋于完善。

（2） 可操作性人机界面：考虑到基层民警的应用情况，此系统的操作平台建设做到简单易学，能让基层民警在较短的时间内，学会操作维护、系统应用，这是科技建设贴近公安实战的重要方面。

（3） 监控系统报警功能：系统可以通过视频分析做到对重点区域、重要时段进行非法入侵报警，并能自动启动硬盘录像，实时将发生的事件记录下来，便于事后查询。

（4） 监控系统的资料保存：系统采用分布式录像即每个车站设储存设备，通过网络进行录像的查询，录像时间不低于15天。