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摄像机地铁论文范文

【摘　要】本文从高清技术标准、前端设备、传输系统、视频平台、解码显示等方面介绍高清视频技术在城市轨道交通系统的应用特点.视频监视系统利用高清视频的细节清晰度提升、有效信息量提升,让高清图像为地铁的行车、防灾、调度等业务更好的服务.

【关键词】地铁；高清；监控；应用

0　前言

随着科技的进步,视频监控技术经历了模拟、数字化、网络化的变迁,现在已经广泛应用于各行各业之中,同时也随着人们对图像质量的要求越来越高,促使着视频监控技术不断向前发展.在数字网络监控潮流下,对图像清晰度的追求成为了视频监控一个重要的发展趋势.近年各城市轨道交通线路数量和车站规模日益剧增,如何通过直观有效的方式对人员复杂密集的车站、列车进行监控管理,并对突发事件进行事前预先判断,事中应急调度,事后追述查询已成为地铁管理方的关键需求.而传统以数模混合系统为主的地铁CCTV监控系统,常常出现“我们记录下现场大致的图像,却无法看清某些细节”的现象,以及不能够适应如今大规模联网和长时间集中存储的需.因此,地铁高清视频监控应用需求呼之而出.

1.　高清技术标准

当百万像素网络摄像机出现后,模拟与IP摄像机两者间的高清就有了两种不同的概念即标清和高清.在安防监控系统中,这种划分更多参照国家广电级图像标准.衡量图像清晰度的标准是分辨率,单位是像素.这个值越大,图像越清晰.所谓高清、标清,差异也就体现在这里.两者之间的分界线就是百万像素或720p,视频的垂直分辨率为≥720线的隔行或逐行扫描、视频宽纵比为16：9的视频源即为高清,高清视频信号又分高清（720P 专业称谓：HD）和全高清（1080P 专业称谓FULL HD）两个级别.具体区别如下：

标清：是物理分辨率在720P（1280*720）以下的一种视频格式（D1/DCIF/CIF）.具体的说是指分辨率在400线及以下的VCD、DVD、电视节目等“标清”视频格式,即标准清晰度.它不是高清.

高清：物理分辨率达到720P（1280*720）以上则称作高清,（英文表述：Hing Definition）简称：HD,720P是指视频的垂直分辨率为720线逐行扫描,它作为高清的入门级标准,相当于2.5个D1的分辨率.

全高清：物理分辨率最高可达到1920*1080,简称Full HD,分1080P/1080I显示设备水平分辨率达到1080线,从视觉效果看,1080P为最高规格的电视信号,其图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平.1080P的图像分辨率相当于6个D1的分辨率.1080i是指1080线的隔行扫描,1080P是指1080线的逐行扫描.

由此可见,当前端摄像机是论文范文摄像机,1080P、1080i、720P才是高清,其中1080i采用的是隔行扫描模式,每一帧都是通过两次扫描来完成的,每次实际扫描线数只有一半即1080/2等于540线,分为奇数线和偶数线,实际的图像清晰度和720P差不多,此种格式在安防监控中不会成为主流.1080P和720P采用的是逐行扫描方式是主流.

表１　常用像素分辨率对应像素数

当前端摄像机是模拟摄像机,传统监控系统多以摄像机及监视器的分辨线数（TV Line）来标示,水平分辨率480线,540线或580线的摄像机就宣称高清,它是指摄像机在拍摄垂直黑白线条时,在水平方向相应于垂直屏的区间内所能分辨出的黑白线条数,在传统数模结合的监控系统里,模拟图像经数字编码的352*288像素（CIF分辨率VCD质量）、704*576像素（4CIF分辨率DVD质量）、720*576像素（D1分辨率SDTV质量）.

从表1可以看出,720P的约100万像素摄像机相当于模拟高清摄像机4CIF的2倍,1台相当于2台；1080P的约200万像素摄像机相当于模拟高清摄像机4CIF的5倍,1台相当于5台.在传统数模结合的监控系统里,4CIF有较高的分辨率,但4CIF远远低于高清电视的标准.

２　地铁高清监控需求分析

２.１　功能需求

视频监控系统作为地铁交通维护和保证运输安全的重要手段,对运营部门来说,可以通过它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、客流量,以及工作人员上岗情况等方面的视觉信息；对公共论文范文门来说,可以通过它为各类乘客纠纷、意外伤亡事件、治安刑事案件等提供客观的图像依据,甚至利用它来反恐、防恐,通过它及时看到并记录事故和灾害发生现场发生的情况,同时也可以对所有警力做出科学正确的调整,通过它实现图像跟着客流走、图像跟着秩序走、图像跟着发案走,建立点对点的扁平化勤务指挥模式.

地铁视频监控系统可看成由机房内和机房外两大部分所组成.机房外的核心设备为摄像机,主要分布在站台、站厅、自动扶梯、部分机房、变电所变压器室、10KV开关柜室、AFC的售票机和闸机、出入口、垂直电梯口及轿厢、出入段线、平交道口及轨行区、停车列检库内外、洗车库等重要公共区域.通过选择不同种类的摄像机和合理的工程布局,来完成整个车站的视频采集,做到无死角、全方位覆盖.机房内的核心设备主要分布在车站、换乘站、停车场控制室、运营中心控制中心和车辆段备用控制中心等,通过这些设备来完成系统媒体流的处理、智能分析、控制信令的交互等功能.根据上述分析,可以看出机房内外设备呈现出地域分布广泛、使用环境复杂、设备种类繁多、跨技术体系等特点,因此也对系统的维护管理、互联互通能力要求极高.

综上所述整个系统需要具有如下功能：实时监看、图像选择调用、录像存储、摄像范围控制、优先级设置、字符迭加、智能分析和远程系统管理控制,且能够被综合监控系统所集成等.

２.２　高清需求分析

当前地铁监控采用数模结合的监控系统,前端摄像机采用的是模拟摄像机,监控存储图像采用CIF或4CIF分辨率,CIF存储图像回放质量是比较差的,4CIF存储图像回放质量相对较好,在记录事件发生经过上,信息量基本够用,但在分辨嫌疑人面部细节特征上,还有不足,特别是前端模拟摄像机在清晰度一般要求达到480线,视频源清晰度就不高,加上模拟传输环节视频信号损失,经数字编码压缩监控图像显示,要看清大场面某个细节也不易；用高速球型摄像机来对局部画面进行放大（镜头拉近）,那必须附近有高速球型摄像机,并且事件过程长,需要有专人操作,对地铁不可预知恐怖袭击后,从录像中在密集人流中找到嫌疑人面目细节特征上帮助不大.数字高清摄像机引入地铁监控是大势所趋,不仅有清晰的宏观记录,还有清晰的微观细节,能作为取证资料.当然除了更清晰的细节以外,高清视频监控还能为地铁用户带来其他好处,单台摄像机可以监控更大的范围,如站台的监控,可能需要一台高速模拟球机和多台固定论文范文机才能完全覆盖,而采用高清数字摄像机只需要一两台高清摄像机即可.在位置像素数和整体视场不变前提下,可以大量减少摄像机数量；视频智能分析技术在地铁视频监控中逐步有所应用,但限于基础算法、硬件芯片、复杂环境等因素,其分析准确率还有待提高.而高清视频监控恰恰为视频智能分析提供一个更高的平台,因为有了更高质量的视频源,智能分析的准确率也必将大大提高.

３　地铁高清视频监控系统

地铁高清视频监控系统是一个整体解决方案,并非单纯采用高清摄像机就得以实现.由于高清视频流的数据量大幅增加,也就对传输带宽、数据交换、媒体转发、平台稳定性提出更高的要求,而不同于标清的分辨率,又对解码上墙、视频显示等提出了不一样的要求.因此,在地铁视频监控中要实现真正的高清,必须从视频源的采集、视频信号的编码压缩、视频信号的传输、视频的浏览、录像文件的回放等环节全面支持高清,即需要对前端设备、传输系统、管理平台等各个环节进行重新的规划设计.

３.１　地铁整体高清解决方案

地铁视频监控系统分为两套子系统：运营视频监控系统、论文范文视频监控系统,二者仅共享摄像机等前端处理设备,系统其余部分相对独立.

其中运营视频监控系统为二级架构,在车站/换乘站设立二级监控中心,负责监控本站相关情况,在控制/备用中心设立一级监控中心,负责整个线路的远程监控,架构示意如图1所示.控制中心和车站级调度员通过该系统实时监视车站客流、乘客上下车及车上状况等,确保安全运送乘客,在发生紧急情况时,指挥现场救援及乘客疏导,同时全部摄像机图像的全方位录像可为事后分析原因及查明责任提供相关的视频图像依据.

论文范文视频监控系统为论文范文架构,在车站/换乘站论文范文值班室设立论文范文监控中心,负责监控本站相关情况,在派出所设立二级监控中心,负责监控辖区所在车站/换乘站相关情况,在地铁论文范文分局设立一级监控中心,负责整个线路的远程监控.

系统提供云台控制及图像选择、实时监看、字符迭加、视频分配、数字监控录像存储、图像回放、优先级设置、智能分析、网管等功能,并可被地铁交通综合监控系统所集成,以使视频监控系统的应用得到进一步扩展.

３.２　在整体高清解决方案中,我们需要关注以下一些方面：

３.２.１　前端摄像机的选则

（1）网络摄像机是能直接输出图像数字化信号的摄像机,与普通的模拟摄像机相比,其内部增加了数字化处理、数字视频压缩以及网络接入功能.网络摄像机的优点在于网络中能实时传输数字音视频,安装简单、集成度高、成本较低,且朝着高清图像、POE供电、智能化、无线化等方向发展.网络摄像机产品根据传感芯片可划分为以下两类：

A.以CCD作为成像器件的网络摄像机

此类摄像机在经历了Sonyg公司推出的130万像素的网络摄像机后,开始逐渐向高清迈步,其特点是灵敏度高但响应速度较低,故不太适合作为采用高分辨率逐行扫描方式的论文范文摄像机.

B.以CMOS作为成像器件的网络摄像机

如Sanyo公司的VCC-HDN4000PC 10倍AF变焦网络摄像机,采用400万像素的逐行扫CMOS传感器,解析度均为传统VGA摄像机的9倍,并有H.264和JPEG二种引擎压缩技术.又如Axis公司新推出的高端500万像素的1/2.5逐行扫描CMOS芯片网络摄像机P1347E,其分辨率更是高达2560*1920.

由于CMOS在高像素方面有着一定的优势,且成本较CCD低,因此业内用于监控的高清摄像机基本都是以CMOS传感器直接输出数字化视频信号的网络摄像机.未来CMOS传感器提高的方向是改善低照度和黑暗环境下降低噪声的能力.

（2）考虑到高清摄像机自身的一些局限性,如：夜视效果相对较弱、不适宜云台控制、传输带宽要求高等,并非所有地铁监控场景都需要设置高清摄像机.根据其特点和局限性,可以考虑在两类场景设置高清摄像机：大场景监控场所（比如大厅这样面积较大的区域）和对细节要求高的场所（比如出入口这样人流密集的区域）.

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当然,在不同场景中采用的高清摄像机类型也不一样：

自动光圈定焦镜头高清固定彩色摄像机：站台每侧设置2台,提供整个站台重迭无盲点的图像,如站台有弯度或监视范围不全,可能需多设固定摄像机以提供足够的监视覆盖.

自动光圈变焦镜头高清固定彩色摄像机：站厅、站内每个自动扶梯、人行步道处、车站出入口、自动/人工售票处、检票口、出入口自动扶梯、闸机、通道拐弯处.

一体化球型高清数字摄像机：各变电所内分别设2~3台、各车站票务室内设置一台、站厅、出入口、换乘通道、闸机等.

３.２.２　传输系统

高清视频流在带来更高分辨率图像的同时,其传输码流也是标清的数倍,720P视频码流一般为2～5M,1080P视频码流一般为4～8M.因此在设计地铁传输系统时,需要考虑其对于高清视频码流的承载能力.在前端接入部分,建议采用光纤接入方式,如PON接入还可以节约光纤铺设的成本.而在车站与总控制中心之间的传输带宽建议不低于100M.当传输带宽资源紧张时,为了降低高清码流对传输的压力,也可进行基于发端的速率控制,对码流进行抽帧或打包等处理.

３.２.３　视频平台

高清码流的大数据量,不仅要求更大的传输带宽,也对平台的管理能力、分发能力、存储能力都提出了更高的要求,在建设地铁高清视频监控系统时,应对平台的这三方面能力进行优化和提升.同时高清视频监控平台需要考虑与现有标清系统的兼容,以及对不同编码协议的兼容.

（1）对于大数据量的视频监控平台,采用模块化设计是一种常见的做法,从而能够支持集中式或者分布式部署系统平台,也便于系统根据实际的数据需求进行平滑扩容.同时平台软件对于视频流和数据流的路径优化也尤为重要,即采用数据流与视频流分离技术（图2）,可以减轻对重要管理模块的流量冲击,使系统更加稳定.

（2）数字图像存储

①适用于中小型系统的技术有硬盘录像机DVR、网络视频录像机NVR、混合型H-DVR、纯数字视频录像机PDVR.

②大型联网系统,存储的图像是整个视频联网监控系统的核心资源,选择何种存储机制和装置相当关键,需要根据具体要求和应用调节来确定,总体而言主要有：

A.直接链接存储DAS,采用SCSI或FC技术,将外置存储设备通过连接电缆,直接连接到一台计算机上,数据存储是整个服务器结构的一部分.

B.网络附加存储NAS,是一种专业的网络文件服务器,或称为网络直联存储设备,使用NFS或CIFS协议,通过TCP/IP进行文件级访问.

C.存储区域网络SAN,是以数据存储为中心的专用存储网络,网络结构可伸缩,可实现存储设备和应用服务器之间数据块的I/O数据访问.按照所使用的协议和介质,SAN分为FC-SAN（网络介质为光纤）、IP-SAN（使用标准的以太网,以iSCSI协议来进行数据传输）、IB-SAN（通道连接使用Infiniband标准）.

主要的IP存储技术是IP-SAN,它兼容了传统SAN的高性能与传统NAS的数据共享优势.当前的视频监控存储主流技术是DVS+IP-SAN的架构,形成了以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心,以智能实用的图像分析为特色的论文范文视频监控方案.

目前地铁常见的存储方式是在车站的集中式存储,其最大的特点是易于管理维护、容灾成本低,但是对主干要求带宽要求高.高清码流存储时,存储设备需要更大的吞吐量、更强的扩展性和更高的整合效率,最终能够实现海量数据的实时存储.因此DNS+IP-SAN是高清监控的基础,它的高扩展性、高可靠性、低维护成本是今后地铁电视监控的选择.

（3）高清视频平台对于前端高清摄像机兼容的方式主要有两种：一、平台与摄像机均支持某些标准协议,高清协议如国际标准ONVIF；二、针对不同厂家的SDK进行二次开发,但这种方式后期的开发成本更高.

３.２.４　解码显示

如果在建设地铁视频监控时,前端采用720P甚至1080P的高清摄像机,但在后端解码输出的却是标清图像,那无疑是投资的巨大浪费.因此,地铁高清视频监控系统必须采用具备高清解码能力的*,常见的接口有HDMI、VGA等.目前市面的高清*包括嵌入式和工控机式两种,嵌入式高清*具备更好的稳定性,而工控机式高清*具备更佳的兼容性,需根据实际情况进行选择.

从高清图像分辨率和人视觉舒适度上来说,16:9的显示设备显然更加适合显示高清图像.但实际的监控场景不一样,16:9未必适合所有场景,因此需要高清的输出也能够9:16、4:3、3:4等比例.

在客户端上,也需要根据地铁高清视频的特点实现某些功能,如局部放大功能、全景调用功能、智能布局功能等,这样能让高清图像为地铁的行车、防灾、调度等业务更好的服务.

４　结束语

在我国,今后地铁的建设将会非常普及,因此对于地铁系统的安全要求会越来越高.由于地理位置和管理模式的不同,很多地铁视频监控设计、需求的细节都会发生变化,因此本文不对过多的设计做讲解,而只是着重考虑了一些共性关心的、而又特殊的问题.利用高清视频的细节清晰度提升、有效信息量提升,使未来智能化视频监控系统能够实现看得更清、判得更明的目标,共创和谐平安地铁.

【参考文献】

［1］GB 50157-2003 地铁设计规范[S].

［2］李伟章,徐幼铭,林瑜筠,严禅玲.城市轨道交通通信[M].北京:中国铁道出版社,2008.

［3］GB/T50314-2000 智能建筑设计标准[S].

［4］谢俊超.高清视频技术在城市轨道交通的应用特点[J].城市轨道交通研究,2011,A01:44-45.

［责任编辑：王洪泽］

总结：本文关于摄像机地铁论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。

索尼4k运动摄像机引用文献: