基于3G技術與無線局域網相結合設計城市軌道交通列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)

軌道交通是城市公共交通系統(tǒng)的一個重要組成部分，主要類型包括地鐵、輕軌、有軌電車、磁懸浮列車等。

由于軌道交通在引導城市布局調整、節(jié)約土地資源、保護環(huán)境、節(jié)約能源、解決居民出行、促進產業(yè)經濟發(fā)展等方面都擁有非常明顯的優(yōu)勢，因此一直受到世界各國的重視。

2008年下半年，受國際金融危機的影響，中國及時調整宏觀經濟政策，提出了擴大內需、保持經濟增長的政策，政府進一步加大了基礎設施的建設力度，各地方政府也紛紛出臺政策規(guī)劃，大批城市開始籌建軌道交通。根據國務院批準的第一批城市軌道交通項目規(guī)劃，至2015年，規(guī)劃線路長度是2400公里，投資規(guī)模近7000億。

這些數據都表明了中國軌道交通建設正在各種因素的影響下迎來了大規(guī)模發(fā)展的歷史性機遇。而作為軌道交通安全防范的重要組成部分，軌道交通行業(yè)的安防視頻監(jiān)控也因此獲得了前所未有的市場發(fā)展機遇。

城市軌道交通系統(tǒng)作為流動性高、人員高度集中的公共場所，人員擁擠等不安全因素給了犯罪分子以可乘之機。偷竊、搶劫等犯罪行為時有發(fā)生，因此城市軌道交通系統(tǒng)尤其需要利用視頻監(jiān)控實現(xiàn)全程、全方位的安全防范。城市軌道交通視頻監(jiān)控一般包括兩部分：車站內監(jiān)控和列車內監(jiān)控。目前，中國各大城市的城市軌道交通車站內都已安裝了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通常站臺、站廳內都裝有攝像機來實現(xiàn)站內監(jiān)控；然而，城市軌道交通的車廂內監(jiān)控在國內還剛剛起步，為防范城市軌道交通突發(fā)事件的發(fā)生，貫徹科學發(fā)展觀和以人為本的理念，確保人民群眾乘車安全，積極發(fā)展城市軌道交通的列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是當前十分緊迫而重要的任務。

系統(tǒng)發(fā)展技術探討

城市軌道交通列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由兩部分組成：車內監(jiān)控和傳輸、控制中心監(jiān)控兩個部分。第一部分實現(xiàn)司機室對每節(jié)車廂的實時視頻集中監(jiān)控，以利于司機對車廂內出現(xiàn)的突發(fā)情況迅速做出反應；第二部分由城市軌道交通控制中心和鄰近車站所組成，通過無線視頻傳輸技術實現(xiàn)對運行中的列車車廂內的實時監(jiān)控，使控制中心能夠在第一時間內了解現(xiàn)場情況，并迅速做出總體指令和解決措施。

由于列車是由幾節(jié)車廂連接而成，車廂之間的視頻信號傳輸可通過跨接電纜連接器（一般采用航空插頭）實現(xiàn)。系統(tǒng)先將各節(jié)車廂前端設備（攝像機）所獲取的視頻數據實時地傳輸至列車司機室，通過監(jiān)視器顯示并存儲在存儲介質中，實現(xiàn)司機室對每節(jié)車廂的實時視頻集中監(jiān)控。而要實現(xiàn)城市軌道交通控制中心對運行中的列車車廂內的實時監(jiān)控，將行駛中列車車廂內的視頻監(jiān)控圖像實時傳輸至控制中心，則必須采用無線傳輸方式來實現(xiàn)，構建無線視頻傳輸系統(tǒng)，以實現(xiàn)監(jiān)控圖像的傳輸。

現(xiàn)在能夠實現(xiàn)視頻無線傳輸技術有多種，如3G移動通信、無線局域網（Wi-Fi）、寬帶無線網絡（WiMAX）等等。通過綜合比較，選擇3G移動通信與無線局域網（Wi-Fi）相結合的方式，是比較成熟的解決方案，一方面在3G網絡信號較強的地方，借助移動運營商的成熟網絡覆蓋，進行3G信號的視頻信號傳輸，節(jié)省基站基礎建設的成本；另一方面在3G信號較差或無法覆蓋的地方，進行無線局域網（Wi-Fi）基站的建設，實現(xiàn)車站內部及地鐵隧道內的全程無線網絡信號覆蓋，達到無線視頻信號的連續(xù)性傳輸。

系統(tǒng)解決方案

針對城市軌道交通列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研制與應用，目前主要研發(fā)方向為視頻壓縮技術和無線傳輸技術的應用、信息安全技術的研發(fā)和應用、以及專用短程通訊技術的應用。

此軌道交通車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一套完善的、高效率的、性價比極高的網絡多媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它整合了無線數據通訊功能和數字視頻編碼功能，并且采用嵌入式一體化設計，集成度高，安裝維護方便。

高清晰度攝像機采集到的圖像由視頻壓縮編碼模塊進行壓縮，再由智能無線通訊終端通過3G與Wi-Fi無線網絡相結合的網絡組成方式，將實時視頻信號傳輸到Internet上，實現(xiàn)視頻數據的交互、發(fā)送/接收、加解密、加解碼等功能。監(jiān)控中心可通過Internet從系統(tǒng)終控端得到實時圖像信息。該系統(tǒng)整合了無線網絡和互聯(lián)網的優(yōu)勢，在空間和距離上實現(xiàn)了突破性拓展。

系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由前端設備、傳輸網絡、監(jiān)控中心和監(jiān)控終端組成

圖1：基于Wi-Fi/3G網絡的系統(tǒng)結構

·前端設備：高清晰度攝像機采集前端視頻；車載機編碼加密模塊進行視頻數據的編碼壓縮及加密；再通過信號傳輸模塊進行視頻壓縮數據的傳輸發(fā)送；

·傳輸網絡：通過3G與Wi-Fi無線網絡相結合方式，將視頻壓縮加密信號傳輸到公網上，實現(xiàn)視頻遠程傳輸；

·監(jiān)控中心：接入到Internet網絡的中心服務器，它需要具有獨立、固定不變的IP地址或者域名，這樣前端無線傳輸設備和監(jiān)控終端都可以在Internet網絡上訪問到它；

·監(jiān)控終端：辦公電腦、筆記本、PDA通過互聯(lián)網訪問服務器，以實時、多樣化的監(jiān)控方式來調取監(jiān)控畫面

圖2：辦公電腦、筆記本、PDA手機多樣化訪問方式

系統(tǒng)軟件構成

該系統(tǒng)平臺基于IP寬帶無線網絡，可實現(xiàn)圖像遠程監(jiān)控、海量存儲、遠程傳輸、分級管理和諸多增值業(yè)務的分布式視頻監(jiān)控解決方案。它具備開放的體系架構、穩(wěn)定的系統(tǒng)性能、豐富的業(yè)務體驗、電信級運營維護的特點?？蔀楦餍袠I(yè)管理層提供一種直觀、交互式、可運營、可管理、還可二次開發(fā)的視頻監(jiān)控管理工具。

圖3城市軌道交通列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件構成圖

1、中心服務器軟件

ServerKit服務控制軟件：

設置服務運行基礎參數，控制各種服務的啟動與停止。

后臺服務群（Back-endServices）

VideoService視頻服務：

·數據交換服務——在前端設備、后臺服務器、以及監(jiān)控終端之間實現(xiàn)數據的雙向交換；

·實時視頻廣播服務——根據請求向客戶端進行視頻直播；

·視頻數據后臺錄存——對所有收到的視頻數據進行后臺錄存?zhèn)錂n；

·監(jiān)控終端連接管理——客戶端軟件連接支持。

TransServer文件傳輸服務：

為客戶端提供后臺錄像的檢索與下載服務，文件下載支持斷點續(xù)傳。

2、ManagementService遠程管理服務

遠程管理中間層——接入遠程管理客戶端軟件，轉譯和執(zhí)行系統(tǒng)管理指令。

3、VideoSurveillant視頻監(jiān)控客戶端軟件

·前端視頻調閱——根據權限選擇性地調閱前端視頻；

·前端編碼參數設置——根據監(jiān)控需求和前端實際網絡條件，靈活調整編碼參數設置。

系統(tǒng)優(yōu)勢

·盡可能充分利用現(xiàn)有的無線基站和網絡資源，系統(tǒng)安裝方便、開通快捷、布線簡單、節(jié)省實施費用、工程建設周期短；

·前端設備可任意部署在有3G、WI-FI網絡信號的地方，不受距離限制、監(jiān)控范圍廣、擴充能力強；

·傳輸距離遠、低時延（對視頻應用非常關鍵）、系統(tǒng)軟件和前端設備性價比高，可提供高效和經濟的視頻傳輸解決方案；

·所選無線網絡穩(wěn)定可靠、傳輸速率高、實時性強，可以保證不間斷的視頻監(jiān)控；

·系統(tǒng)運行費用低，適于大規(guī)模部署；

·具有配套的有線寬帶視頻監(jiān)控設備，可以將有線設備和無線設備接入到同一個監(jiān)控平臺中；

·信息安全：充分利用網絡隧道、128位加密算法、防火墻/VPN、加密鎖、權限管理、安全認證、實時時鐘等技術，保證監(jiān)控系統(tǒng)和錄像資料不被越權使用和破壞；

·強大的管理平臺：分布分級式管理，用戶可以不受時間、空間的限制，對監(jiān)控管理目標進行實時監(jiān)控、實時管理、實時查看、實時指揮。