地铁视频监控技术发展简史

文 | 邵冬珺

　　有三个时间，它们是轨道交通发展的里程碑，值得我们铭记在心。第一个是1943 年，查尔斯·皮尔逊律师向英国议会提出建设“大都市铁道”的建议；第二个是1863 年，世界第一条地铁线在伦敦开通。第三个是1969 年，中国第一条地铁线在北京开通，由此北京开始了“地铁上城市”的发展。回顾历史，地铁从不可实现的设想到今天世界最高效的交通工具，145 年来它的发展史无时无刻不伴随着科学技术的推陈出新。正如地铁列车由蒸汽机车发展到电力机车；又如地铁信号系统从模拟信号系统到数字化信号系统；地铁中的视频监控系统也从模拟转向数字最终走向IP 智能监控。

　　今天，即便是查尔斯也不能预见北京地铁日载客量达到8.97 万人次，日开通列车达2475 次，地铁俨然就是一座“地下之城”。但是东京地铁沙林毒气惨案、伦敦地铁爆炸惨案、马德里地铁爆炸惨案向各国地铁运营者敲响警钟。因地铁袭击具有受伤人员数量巨大、灾难引起源难定位、引起国家损失惨重等特点，使得地铁成为恐怖主义袭击的重要目标, 也因此地铁的运营者对闭路电视监控系统提出更高的要求。地铁中的闭路电视监控系统不仅提供行车调度人员对站台人流、列车开关门情况和站厅出入口等重要区域的图像进行实时监视和控制, 还应该能够智能分析图像、提取敏感事件并联动告警，各站图像除由本站行车值班员监视外,还要传送到几十公里之外的控制中心, 供OCC( 中央控制中心) 调度人员( 总调、列调和环调) 监视, 从而实现图像的远程监控。如今最新的视频监控技术——IP 智能监控技术能够满足轨道交通行业日益增长的监控需求，更加有效的保障轨道交通安全。让我们通过监控技术的发展历史共同见证IP 智能监控的成长历程。

监控系统发展及演变

模拟监控系统

　　矩阵设备是模拟监控系统的核心，图像信号通过同轴电缆或光端机传送到视频矩阵设备。这种模拟信号传输过程中，视频信号对传输距离和转换环节的增加十分敏感，当传输距离大于1Km 时，信号易产生衰耗、畸变、群延时，易受干扰和噪声积累而使接收端图像质量下降。但轨道交通闭路电视监控系统中车站数量多、图像传输距离长，且必须保证将车站图像信号不失真地传输至控制中心。模拟视频信号的传输介质主要是同轴电缆，而同轴电缆传输模拟视频信号的距离不大于1Km，这就决定了模拟监控只适合于单个大楼、小的居民区以及其它小范围的场所，难以满足轨道交通长距离传输的要求。

　　模拟监控系统存储空间有限，不具备冗余功能。模拟监控系统采用传统的硬盘录像机进行音视频存储，不支持RAID 硬盘冗余保护功能，难以扩展，因此模拟监控存储不能满足大规模监控存储的可分布性和冗余性；

　　模拟系统维护与扩展非常复杂。根据矩阵设备不同，对输入视频信号路数有不同限制，当输入视频信号路数超出单台视频矩阵输入限制，则需要增加视频矩阵形成复杂的近距离矩阵网络，系统的扩展能力差。对于已经建好的模拟系统，如要增加新的监控点，往往是牵一发而动全身。此外，矩阵系统的报警联动只能采用硬联动，对于大规模的报警系统联动接线复杂繁琐，工程上几乎无法实施。在模拟监控系统中，由于各部分独立运作，相互之间的控制协议很难互通，联动只能在有限的范围内进行。因此大规模视频源的控制与管理基本不可实现。

　　由以上分析来看，模拟监控通常更适合于小范围的区域监控，对于跨区域、长距离、点数规模大、存储量大的视频监控系统，模拟监控系统已捉襟见肘，力不从心了。

数字监控系统

　　数字监控系统是模拟监控系统的下一代产品， 是以硬盘录像机为核心的监控系统， 硬盘录像机（Digital VideoRecorder），即数字视频录像机，相对于传统的模拟视频录像机，采用硬盘录像，故常常被称为硬盘录像机，也被称为DVR。硬盘录像机采用的是数字记录技术，将数字化视频图像记录与多画面图像显示功能和监视报警功能结合在一起，已逐步取代传统模拟视频矩阵和模拟录像机。DVR 具备简单IP 网络通讯功能，可处理的网络访问有限。因此，数字监控系统非常适合以本地监控存储为主，仅有少数网络浏览需求的监控环境。

　　DVR 数字监控系统最大的优点在于它将模拟视频信号转化成数字视频数据，但自身的不足使它更像是模拟监控迈向IP 监控的过渡产品。首先DVR 不具备大规模的级联能力。单台DVR 由于集成编码功能、存储功能和IP 通信功能于一体，可处理的视频输入数目有限，通常为16 路，而轨道交通闭路电视监控系统的规模一般在数百个摄像头以上，数字监控系统应该需要几十台DVR级联，由于DVR 单机集成工作的业务模式，多台DVR 级联系统缺少安全性和稳定性，随着监控规模扩大，几十台或上百台DVR 很难组成稳定的联网系统；其次，DVR 的IP 通信功能较弱，不能满足大量访问网络客户端的视频回看和实时观看需求。一般一台DVR 最多支持12 个网络客户端的同时访问，不具备QoS 业务流质量服务。最后，数字监控系统没有解决模拟监控存储无分布性和冗余的问题，数据存储仍存在可靠性差，硬盘无RAID 保护、存储数据丢失无法恢复的严重缺陷。

IP 智能监控系统

　　IP 智能监控系统采用编码器将模拟视频信号转换成数字视频信号，根据图像质量和带宽要求不同，由编码器提供多种编解码方式，例如：MPEG II、MPEG IV、H.264、JPEG 等。由于IP 网络长距离传输无损耗的特点，数字图像在IP 网络上可以进行几千公里的长距离传送。传输到OCC 控制中心的数字信号可直接显示在视频数字客户端，也可以通过解码器显示在模拟视频终端上。调度员的访问权限可以由专用的视频管理服务器统一管理。现有的IP智能监控用户管理系统可对用户进行8 级划分，细化用户权限，避免监控录像非法窃取和破坏系统行为。IP 智能监控系统在继承了数字监控系统诸多功能外，它解决了不易扩展、弱IP 通信和存储无冗余等诸多监控领域的棘手问题。例如：IP 智能监控无性能瓶颈。首先一个理想的监控系统在局部区域内是多设备分工协作，避免单个设备完成所有功能而存在瓶颈效应。IP 智能监控中的模拟视频信号数字化编码由编码器单独完成，视频数据的存储由单独的存储服务器完成，客户端用户的视频访问由单独的视频管理服务完成。由此实现多个设备协同工作，提高系统性能，防止像DVR 一样单个设备的系统瓶颈。其次，IP 智能监控对于可访问网络的用户数目没有限制，只要网络可达，只要用户有访问权限就可以访问IP 智能监控系统，让视频共享及综合利用变得简单灵活。再次，IP 智能监控解决了存储的无分布性，无冗余的缺点。IP 智能监控系统通过专有设备进行存储管理，具有专业的存储管理能力：IP 监控解决方案采用专业的IP SAN 存储系统，不同于传统监控采用的硬盘储存。IP SAN 存储系统在分布式部署、集中管理、可扩展性、数据共享等方面拥有独特的优势，使之尤其适合于大规模监控应用。视频信息存储可采用块写入方式操作，既减少了系统资源开销，又提高了稳定性。最后，IP 智能监控提供多种数据存储保护措施。如可实现Active-Passive 模式的故障保护，主用切换到备用时，切换过程对EC、IPC、IP SAN 等其他监控设备透明。支持存储资源的整机冗余保护，当系统中的一台存储设备发生故障时，可以手动把数据切换到备用存储设备上等。再后，IP 智能监控提具备灵活高效的管理机制。提供多种自动化的存储管理机制，如可为每个监控接入设备制定存储计划，使之可以根据策略实现自动存储；可制定存储备份计划，实现数据自动备份等。

　　在IP 智能监控中不能不谈到智能监控的功效。2005 年7 月8 日，伦敦发生震地铁爆炸案，是及9.11 之后世界再次震惊。在惨案发生之后，我们常说：“如果没有发生那该多好。”研究员Lipton 说：发生概率极低的袭击事件，具有90％的概率会被智能监控发现并报警。如果伦敦地铁当时的CCTV 系统具备智能监控功能，也许伤害就不会发生。经历惨痛的教训之后，IP 智能监控已被应用到纽约地铁和海底隧道、伦敦地铁、马德里火车站和芝加哥交通枢纽。IP 智能监控系统具备统计乘客人数、定位长期逗留在车站人员为可疑人员，智能分析人员从车站进入轨道的异常行为，并与告警联动及时通知管理者制止恶性事件发生等功能。监控系统IP 化和智能化绝不是技术自行提高，它是轨道交通行业安全运营的必要实现。

　　虽然数字监控方兴未艾，IP 监控已然迈出取代数字监控的脚步，在雅典奥运会、伦敦地铁、都灵冬奥会等项目上，IP 智能监控已经得到大规模应用，监控技术的日新月异让轨道交通对监控的需求得以满足。今天，IP 智能监控系统为轨道交通事业全面保驾护航。