摘要：视频监控系统是保证城市轨道交通行车组织和安全的重要手段。城市轨道交通中视频监控系统的发展基本上是从早期的模拟视频监控系统向模数结合的视频监控系统和现在的数字视频监控系统演变的过程。但是最终的趋势必然是全面数字化，即视频在前端进行数字化、网络化，利用网络进行传输，采用分布式存储系统，模块化结构，完成视频监控任务。
关键词：城市轨道交通 模拟视频监控系统 半数字视频监控系统 数字视频监控系统
1 概述
视频监控系统是保证城市轨道交通行车组织和安全的重要手段。调度员和车站值班员利用它监视列车运行、客流情况、变电所设备室设备运行情况，提高行车指挥透明度的辅助通信工具。当车站发生灾情时，视频监控系统可作为防灾调度员指挥抢险的指挥工具。本系统的特点是：各级监视相互独立、多个子系统可共享图像资源、按优先级控制云台和摄像机焦距。
2 视频监控系统的发展历程
视频监控系统随着社会的进步，近来越来越被广泛地应用到各个领域。同时随着社会的发展，视频监控系统也随之经历了三个时代。
第一代：模拟时代。
视频以模拟方式采用同轴电缆进行传输，并由控制主机进行模拟处理。
第二代：半数字时代。
视频以模拟方式采用数字技术进行传输，由多媒体控制主机或硬盘录像主机进行数字处理与存贮。
第三代：数字时代。
视频以数字方式采用网络技术进行传输，基于国际通用的TCP/IP协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，并通过设在网上的网络虚拟（数字）矩阵控制主机来实现对整个监控系统的指挥、调度、存贮、授权控制等功能。
3 城市轨道交通中视频监控系统
近年来，随着现代科学技术的不断发展特别是网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高以及各种实现视频信息处理技术的出现，视频监控技术也有所长足的发展。城市轨道交通中视频监控系统的发展基本上是从早期的模拟视频监控系统向模数结合的视频监控系统和现在的数字视频监控系统演变的过程。
3.1 模拟视频监控系统
控制中心和车站的组网方式以及控制中心与车站间的视频信号传输均采用模拟方式。
将车站摄像机的模拟信号通过车站矩阵送入模拟视频复用光发送器变成光信号，利用专用光纤将视频信号传输至控制中心对应的模拟视频复用光接收器，还原成多路独立的模拟信号，经视频矩阵切换输出到各调度员处的监视器上。
本系统的优点是系统独立、视频信号清晰、无延时。缺点是每站占用光纤，资源利用率太低；点对点传输图像，车站与中心之间通道无保护；系统一旦设定，扩容非常困难；定向传输图像，只能满足一个中心的监控；中心矩阵庞大，维护不便；现已很少使用。
3.2 半数字视频监控系统
控制中心和车站的组网方式仍采用模拟视频技术，只在硬盘录像以及控制中心与车站的视频传输采用了数字技术。
将各车站的控制和模拟视频信号送入本地模拟矩阵，输出多路视频信号，供本地监视和进行数字压缩编码，送入传输系统提供的以太网接口进行共线传输。控制中心将接收到的数字视频信号进行解码，并转换为模拟视频信号，接入显示系统；同时模拟视频信号和控制信号一起送入至网络设备，各个调度值班员能够任意选取各站的图像。
本系统的图像传输是架构在光传输系统上，不独占光纤，且享有传输系统的环网保护机制；中心可利用软件进行图像切换，设备规模小；只需增加编解码板即可扩容；易维护；满足多点监控的需求，是目前各地铁采用的主流方案。
3.3 数字视频监控系统
控制中心和车站的组网方式均采用计算机局域网组网方式，并通过城轨专用传输网连接成为广域网。
采用将各车站的控制和模拟视频信号送入本地视频数字编码板进行压缩编码或接入视频网关，再送入本地以太网交换机。以太网交换机输出的信号，一路给本地监视器，另一路输送给传输设备的以太网接口进行共线传输。控制中心将接收到的数字视频信号进行解码，并转换为模拟视频信号输出给监视器；同时模拟视频信号和控制信号一起送入至网络设备，各个调度能够任意选取各站的图像。
本系统具有多点观看图像、资源共享、组网简单、易扩容优点。但由于整个系统的传输依赖于以太网，Qos无法保证，若产生网络风暴，会造成网络瘫痪。
4 数字视频监控系统的优点
与传统的模拟视频监控相比，数字视频监控具有许多优点。
第一，便于计算机处理。由于对视频图像进行了数字化，所以可以充分利用计算机的快速处理能力，对其进行压缩、分析、存储和显示。通过视频分析，可以及时发现异常情况并进行联动报警，从而实现无人值守。
第二，适合远距离传输。数字信息抗干扰能力强，不易受传输线路信号衰减的影响，而且能够进行加密传输，因而可以在数千公里之外实时监控现场。特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的情况下，数字视频监控能达到亲临现场的效果。即使现场遭到破坏，也照样能在远处得到现场的真实记录。
第三，便于查找。在传统的模拟监控系统中，当出现问题时需要花大量时间观看录像带才能找到现场记录；而在数字视频监控系统中，利用计算机建立的索引，在几分钟内就能找到相应的现场记录。
第四，提高了图像的质量与监控效率。利用计算机可以对不清晰的图像进行去噪、锐化等处理，通过调整图像大小，借助显示器的高分辨率，可以观看到清晰的高质量图像。此外，可以在一台显示器上同时观看16路甚至32路视频图像。
第五，系统易于管理和维护。数字视频监控系统主要由电子设备组成，集成度高，视频传输可利用有线或无线信道。这样，整个系统是模块化结构，体积小，易于安装、使用和维护。
正是由于数字视频监控具有传统模拟监控无法比拟的优点，而且符合当前信息社会中数字化、网络化和智能化的发展趋势，所以数字视频监控正在逐步取代模拟监控，广泛应用于各行各业。
5 视频监控系统的发展方向
现今视频监控系统已经步入了全数字时代。这将彻底打破视频监控系统模拟方式的结构，从根本上改变了视频监控系统从信息采集、传输处理、系统控制的方式和结构形式，也标志着监控正在走向现代“四化”阶段即：
前端一体化：视频监控系统前端一体化意味着多种技术的整合、嵌入式构架、适用和适应性更强以及不同探测设备的整合输出，为系统集成化奠定了基础。
传输网络化：视频监控系统的网络化意味着系统的结构将由集总式向集散式系统发展，集散式系统采用多层分级的结构形式，将使整个网络系统硬件和软件资源以及任务和负载得以共享，这也是系统集成与整合的重要基础。
处理数字化：信息处理数字化意味着信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统，以实现抢先任务调度算法的快速响应，硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等功能。
系统集成化：系统集成化正是由于构建系统的各子系统均实现了网络化和数字化，特别是使视频监控系统与弱电系统中其它各子系统间实现无缝连接，从而实现了在统一的操作平台上进行管理和控制。
6 视频监控系统发展的特点
前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。
6.1 数字化
数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。
视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心的结构，根本上改变视频监控系统从信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。
6.2 网络化
视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源的共享以及任务和负载的共享，这也是系统集成的一个重要概念。
7 总结
综上所述，随着计算机技术及网络技术的迅猛发展，世界掀起一股强大的数字化、网络化浪潮，对于城市轨道交通中视频监控系统的发展，必须经历模拟数字混合的阶段，但是最终的趋势必然是全面数字化，即视频在前端进行数字化、网络化，利用网络进行传输，采用分布式存储系统，模块化结构，完成视频监控任务。