轨道交通高清网络视频监控系统接入方案的应用研究

张 媛

（中国中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

视频监控系统是保障城市轨道交通行车组织和安全的重要手段，主要为运营、公安两个部门的各级管理人员提供有关列车运行、防灾救灾、旅客疏导以及社会治安等方面的音视频信息。随着视频监控技术的飞速发展，基于IP网络高清视频监控系统已成为轨道交通行业的主流配置。系统的可靠性会给运营管理造成巨大的风险，影响对事故的及时处置和案件的快速侦破。系统可采用全IP软交换、云监控、云存储等先进技术，提升在管理、控制、存储方面的可靠性，与此同时，接入方案的技术选型会直接决定工程的实施复杂度和可维护性，最终影响整个系统的可靠性。

1 典型应用环境

地铁典型地下车站普遍为两层结构，设置4个出入口。车站管辖范围按功能分区可分为：站厅、站台、出入口通道、设备区、区间5个区域。车站设备室常设置于设备区一侧，从设备室到车站前端摄像机的线缆长度在20～400 m之间，其中90%以上的线缆长度超过100 m。车站站厅、站台、出入口通道设置装修吊顶和离壁墙。站内摄像机设置数量一般不少于120台，普遍采用吊挂式安装。

2 方案选型要点

接入方案的选型需适应摄像机密度高、线缆长度大的现状，在可靠性、安装调试便利性、可维护性、投资方面进行综合评估。

1）可靠性：应采用冗余架构，降低单点故障的风险。从前端摄像机到机房侧平台设备的任何硬件出现故障，不影响其他摄像机正常接入，不影响系统正常运行。

2）安装调试便利性：应采用信息集中引入、电源集中供给的方案。引入机房的主干线缆应尽可能少，便于施工，同时，预留足够的线缆资源用于应对摄像机数量的增加。

3）可维护性：应避免在吊顶以上设置需要经常性维护的设备，在源头上减少登高作业维护的需求。

4）投资：应选用通用型产品，避免选用定制化产品和非标产品。

3 接入设备对比

系统采用高清网络摄像机（IP Camera，IPC）作为前端设备。IPC是基于网络传输的数字化设备，所采集的高清视频信号转换为基于TCP/IP网络标准的数据包，与控制信号数据包一并通过相应的接入设备接入本地局域网。主流的IPC均支持以太网电口或SFP光口，匹配接口类型的接入设备主要分为：光纤收发器、以太网光端机、无源光网络设备、工业级以太网交换机、企业级以太网交换机（固定端口）、企业级以太网交换机（模块化）。接入设备对比如表1所示。

4 接入方案分析

1）采用光纤收发器

前端摄像机配置以太网电口，利用非屏蔽双绞线连接至临近的光纤收发器。现场光纤收发器与光缆终端盒、电源适配器等一并安装在与摄像机同吊杆安装的控制箱内，机房侧光纤收发器采用机架式安装，并与机房侧以太网交换机采用双绞线连接。光纤收发器与摄像机按1：1数量配置，配套的光电缆以点对点的方式引接至机房侧设备。

此方案的优点是长距离采用光纤传输，单个传输链路或电源线路的故障仅影响单个摄像机，且结构清晰，缺点是大量设备安装在吊顶之上，且线缆

表1 接入设备对比表Tab.1 Comparison among access equipment

用量庞大，给维护工作带来困难，后期遇到增加监控点位，仍需要从机房敷设至前端摄像机处的线缆，实施难度大。系统结构如图1所示。

2）采用以太网光端机

前端摄像机配置以太网电口，利用非屏蔽双绞线连接至临近的以太网光端机。现场以太网光端机与光缆终端盒、电源适配器等一并安装在与部分摄像机同吊杆安装的控制箱内，机房侧以太网光端机采用机架式安装，并与机房侧以太网交换机采用双绞线连接。以太网光端机与摄像机按1：N（3≤N≤7）数量配置，配套的光电缆以点对点的方式引接至机房侧设备。此方案相对于采用光纤收发器方案，能有效减少现场设备和线缆用量，维护量较小，但存在区域性单点故障的风险，光端机对应的传输链路或电源线缆故障将导致所对应的摄像机信息丢失。系统结构如图2所示。

3）采用无源光网络

前端摄像机配置以太网电口，利用非屏蔽双绞线连接至临近的光纤网络单元(Optical Network Unit，ONU)。现场ONU与光缆终端盒、电源适配器等一并安装在与部分摄像机同吊杆安装的控制箱内。按车站功能区域划分设置少量壁挂式控制箱，箱内配置二级分光器、光纤配线单元、电源适配器等器件，并与机房内的一级分光器连接。一级分光器通过光跳线与光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)连 接。ONU 与 摄 像 机 按 1：N（3≤N≤7）数量配置，ONU与摄像机的电缆，ONU与OLT之间的光缆以点对点的方式连接。

此方案相对于采用以太网光端机方案，可进一步减少线缆用量，但也同样存在区域性单点故障的风险，ONU、OLT故障将导致所对应的摄像机信息丢失。系统结构如图3所示。

4）采用以太网交换机方案

方案一：前端摄像机配置以太网电口，利用非屏蔽双绞线连接至临近工业级以太网交换机（以下简称交换机）。交换机与光缆终端盒、电源集中转换器（冗余配置）等设备一并安装在壁挂式控制箱内，并与机房内交换机用光缆以点对点或环网连接。交换机与摄像机按1：N（1≤N≤23）数量配置，配套的光电缆以点对点的方式连接。需要注意的是，采用这种方案需要提前在站厅或出入口通道结构墙上预留一定尺寸的槽位，便于控制箱的安装。该方案能简化安装调试的工作量，便于后期摄像机终端数量的增加，提高了系统的可靠性，但同样存在交换机故障导致所连接的摄像机信息丢失的风险。系统结构如图4所示。

方案二：前端摄像机配置以太网SFP光口，利用4芯光缆连接至临近壁挂式控制箱，箱内设有光缆配线单元、电源集中转换器（冗余配置）等。每个控制箱以点对点方式从机房侧设备引入光电缆。光缆配线单元容量与摄像机按1：2数量配置，并预留20%资源。该方案同样需要提前预留控制箱安装槽位。因该方案控制箱中不需要设置交换机，故控制箱尺寸可设计得更小，安装适应性更高。

该方案将所有摄像机以点对点方式直接接入到机房侧交换机，减少外置的光电转换设备，简化了系统结构，并且节省了线缆用量。此方案在车站吊顶上仅设置4芯光缆终端盒，极大减少了后期维护工作量；通过设置对交换机主控、交换、电源单元的冗余配置，提高了系统可靠性，大幅减少区域性单点故障的风险。系统结构如图5所示。

在工程应用中，视频监控系统需要解决车站公共区吊顶拆卸代价大、车站出入口通道交付时间不确定、现场温湿度条件差等实际困难，因此采用现场接入设备少、设备之间的关联简单等原则，可以有效提升系统的可靠性、降低后续零星工程的实施难度，故推荐选用前端光口摄像机+交换机接入方案。

5 结束语

通过以上几种视频接入方案的研究和分析，采用前端光口摄像机+后端交换机接入方案具有设备成熟、成本低、带宽高、扩展性强、兼容性好、维护量少、可靠性高、管理方便、接入距离受限少等优点，适用于车站的应用环境。随着全自动无人驾驶技术在轨道交通领域的推广应用，对区间实现全程监控的需求已日渐凸显，仍需在今后的工程应用中对接入方案做进一步研究。