CN102123274B - 一种具有分散存储功能的车载视频监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于包括：两台视频服务器、媒体网关、LCD触摸屏显示器、360°全景摄像机、半球红外摄像机、网络电缆、视频电缆和电源电缆；360°全景摄像机和半球红外摄像机采集模拟视频信号，媒体网关将接收到的模拟视频信号通过模拟/数字变换，并进行压缩，再将压缩后的数字视频信号存储在当地媒体网关的硬盘中，同时，该数字视频信号通过由网络电缆组成的1000M环形冗余以太网同时传输到头、尾车司机室的视频服务器存储，并显示在LCD触摸屏显示器上，形成视频文件三层分散存储机制。本发明可对摄像机采集的列车车厢内部视频图像进行同时存储和实时监控，并分三层存储视频数据。

Description

一种具有分散存储功能的车载视频监控系统

技术领域

本发明涉及一种视频监控系统，特别是一种具有分散存储功能的车载视频监控系统。

背景技术

轨道交通因快速、准点、出行方便、不受恶劣气候影响等，成为人们出行的主要选择。但由于轨道交通的人流密集，影响和辐射面广，非常容易成为恐怖袭击的主要目标，一旦发生这种危险，会造成人员重大伤亡和交通大动脉中断，使社会产生恐慌。如2003年2月18日的韩国大丘地铁事件和2005年7月7日的英国伦敦地铁爆炸事件。

随着公众使用轨道交通这种交通工具的日益密集并鉴于上述公共安全形势，与轨道交通有关的站台管理、车辆管理和乘客管理相关的需求也日益突出，所以必须建设相应的轨道交通列车车载视频图像监控系统，对列车运营情况进行实时图像监控。

由于目前列车上的监控装置采用100M有线以太网络组网，网络电缆在通过车厢与车厢之间的车钩时，有物理介质断开，网络带宽衰减严重，其实际有效带宽不超过40M，无法支撑全列车视频图像向头尾车司机室的同时传输，所以只能实现在时间短、视频输入数量少的情况下传输及存储视频数据。同时，当列车车厢遭到破坏或中间网络断开的情况下，不能保证存储视频数据的安全性和完整性，而且监控系统装置不兼容列车上复杂的电磁环境和振动环境，同样无法保证视频数据存储的安全完整性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有分散存储功能的车载视频监控系统，该系统可对摄像机采集的列车车厢内部视频图像进行同时存储和实时监控，并分三层存储视频数据。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种具有分散存储功能的车载视频监控系统，包括用于监控和存储全车视频数据的视频服务器，用于视频信号采集、编码和存储的媒体网关，用于视频监控图像显示的LCD触摸屏显示器，用于客室内拍摄的360°全景摄像机，用于采集司机室和轨道视频数据的半球红外摄像机，用于以太网网络数据传输的网络电缆，用于视频模拟信号传输的视频电缆和用于上述所有装置供电的电源电缆；

客室车厢内的360°全景摄像机和司机室内的半球红外摄像机采集模拟视频信号，由TNC连接器通过视频电缆传输给相应的媒体网关，媒体网关将接收到的模拟视频信号通过模拟/数字变换后进行压缩，再将压缩后的数字视频信号存储在当地媒体网关的硬盘中，同时，该数字视频信号通过由网络电缆组成的1000M环形冗余以太网同时传输到头、尾车司机室的视频服务器进行存储，视频服务器通过VGA接口和RS232接口将选择的视频信号解码显示在LCD触摸屏显示器上，形成视频数据的三层分散存储机制。

本发明所述视频服务器安装在头、尾司机室，该视频服务器包括CPU底板、电源转换模块、通信接口、VGA接口、抗振硬盘和CF卡。

本发明所述通信接口包括RS232接口、RS485接口、USB接口和至少两个1000M的网卡接口，其中一个网卡接口连接媒体网关，另一个网卡接口连接外部用于用户管理和维护视频数据的便携式诊断单元。

本发明所述视频服务器安装有操作系统和用于视频数据管理操作的系统软件，其中，操作系统和系统软件安装在上述CF卡中，视频数据储存在视频服务器内的抗振硬盘里。

本发明所述视频服务器内的RS485接口一路与外部列车管理系统连接，另一路与外部列车电源延时开关连接，第三路作为数字报警输出接口与媒体网关的报警输入模块接口相连。

本发明所述视频服务器的电源转换模块通过电源电缆输入车辆提供的电源，输出转换后的电源给LCD触摸屏显示器供电。

本发明所述媒体网关安装在列车的每节客室车厢，其包括视频压缩/记录模块、通信控制模块、电源转换模块、报警输入模块、工业交换机模块、抗振硬盘和用于断电保护硬盘的不间断电源模块。

本发明所述媒体网关的电源转换模块通过电源电缆输入车辆提供的电源，输出转换后的电源给360°全景摄像机或半球红外摄像机供电。

本发明所述媒体网关中的工业交换机模块包括至少两个用于与其它媒体网关或冗余环路连接的1000M网络接口。

本发明所述的各个客室车厢的媒体网关之间用一根网络电缆贯串连接，通过工业交换机模块的网络接口组成一个1000M的环形冗余以太网。

本发明所述媒体网关的工业交换机模块中还包括用于与地面通信的无线通信设备接口。

本发明所述电源电缆的接口和所述网络电缆的接口均采用抗振抗冲的端子排。

本发明的系统装置还包括网络电缆过车钩处时可以避免带宽衰减的专用航空连接器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明可以实现摄像机同时传输数据存储在头、尾司机室的视频服务器内和当地媒体网关的硬盘中，实现三层分散存储机制，保证数据的完整性和安全性；

(2)本发明采用一根网络电缆贯串整车，组成一个1000M环形冗余以太网，布线简洁，扩展性强；

(3)网络电缆过车购处采用专用的航空连接器，避免了网络因过车钩时的传输介质有物理断开导致网络传输带宽衰减；

(4)本发明的抗振抗冲设计，可以兼容复杂的电磁环境和振动环境。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的系统结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例视频服务器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明所述的一种具有分散存储功能的车载视频监控系统进一步加以阐述。

如图1所示，本系统应用于8节客室车厢和2个司机室的地铁列车环境，包括型号为GL-5002的视频服务器1，型号为MGW501E的媒体网关2，型号为PDS-1201A的LCD触摸屏显示器3，型号为M3的360°全景摄像机4，型号为GL-423W/TA的半球红外摄像机5，型号为LAN-FTP5的网络电缆6，型号为SYV-75-3的视频电缆7和型号为PW2*0.75的电源电缆8。

视频服务器、媒体网关、LCD触摸屏显示器、360°全景摄像机和半球红外摄像机均通过IEC61373-1999《铁路应用机车车辆设备冲击和振动试验》检测和EN50121-3-2-2000机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限值》检测，可以在复杂的电磁环境和振动环境中工作。

网络电缆、视频电缆和电源电缆为低烟无卤电缆，均通过BS6853:1999《英国载客列车设计与构造防火通用规范》的检测，具有阻燃性能。电源电缆的接口和网络电缆的接口均采用抗振抗冲的端子排。

客室车厢内的共计32台360°全景摄像机4和司机室内的2台半球红外摄像机5将采集模拟视频图像信号传输给相应的媒体网关2。每节车厢的媒体网关2将接收到的模拟视频图像信号通过模拟/数字变换，然后按MPEG-4格式进行压缩，再将压缩好的高品质的D1（720×576分别率）格式数字视频信号存储在本节车厢媒体网关的硬盘中。同时，也将压缩好的高品质的D1格式数字视频信号通过车载工业以太网传输到列车头、尾车司机室的视频服务器1，进行存储记录，并将选择的摄像机视频信号解码显示在LCD触摸屏显示器3上。

媒体网关2在本地存储本节车厢的视频图像数据，同时将本节车厢的视频图像数据通过车内的环形冗余以太网网络，传输至头、尾司机室的视频服务器1，由头、尾视频服务器1同时存储，形成视频文件三层存储备份机制。正常情况下，媒体网关2存储的视频文件是用于本地或者远程回放，而视频服务器1存储的视频文件用于存储备份。

本系统还包括有与外部列车TMS（列车管理系统）通信的时钟接口，可以从TMS系统获得地铁全线统一的时钟信息，并通过系统软件中的校时功能对全线视频服务器1、媒体网关2等主要设备设定统一时间。

本系统通过媒体网关2的工业交换机模块中的无线通信设备接入接口，可以将压缩视频图像信号、列车主要设备的工作状态和故障信息通过无线网络上传到地面车站或者运营控制中心，供地面使用。

视频服务器1安装在列车头、尾车司机室，该主机采用无风扇车载抗振抗冲工控计算机硬件结构，如图2所示，该视频服务器1包括CPU底板、电源转换模块、通信接口、1T容量的抗振硬盘、2G容量的CF 卡和VGA接口。其中，电源转换模块通过输入DC110V车辆提供的电源，输出DC12V电源给LCD触摸显示屏供电；通信接口包括RS232接口、RS485接口、USB接口和10/100/1000Base-T双网卡接口，可提供1000Mbps的传输速率，其中一个网卡接口连接媒体网关2，另一个网卡接口连接外部PTU（便携式诊断单元）；视频服务器1的硬盘用于存储整列车所有摄像机的视频压缩信号，存储时间大于72小时；在CF卡中安装XPE操作系统和系统软件，使数据存储与操作系统分开，提高系统可靠性；视频服务器通过RS232接口和VGA接口连接LCD触摸屏显示器3；RS485接口一路与TMS连接，另一路与列车电源延时开关连接，第三路作为数字报警输出接口与媒体网关的报警输入模块接口相连。

本系统调试时，还可通过视频服务器1中的鼠标和键盘接口，通过一分二的转接头，连接鼠标和键盘进行操作。

本系统启动后，按照接收到TMS给出的信号（确定哪个司机室是使用中），确定两个视频服务器1的主备关系。若无TMS信号，系统随机确定主备用关系。

两台视频服务器1之间采用每秒1次的心跳信号确认对方的存在，当主用主机出现故障时，备用主机将在3秒钟左右发现故障的存在，并自动启动切换程序。当主备用主机的一台出现故障时，另外一台主机仍然正常工作，可继续完成监控、记录等功能。

当车内网络发生单点故障时，由于整个局域网是环网结构，媒体网关2的图像数据仍然可以分别发送至头、尾车的两个视频服务器1，进行备份记录存储。一台视频服务器1可以同时存储全列车26路按照D1格式处理的MPEG-4标准的视频数据。

视频服务器1定期收集系统网络中各个设备的运行状态和故障告警信息。运行状态信息包括LCD触摸屏显示屏3显示画面的开始、结束时间和触发类型等信息，视频服务器硬盘容量信息，媒体网关CPU占用率、硬盘容量信息、运行时间、内部温度以及网络状态。故障告警信息包括硬盘存储空间不足、硬盘读写故障、网络中断、摄像机视频丢失、媒体网关故障等。

所有运行状态和故障告警信息送到视频服务器1进行汇总及存储，同时故障告警信息也会在司机室LCD触摸屏显示器3上进行报警提示。操作人员可直接通过系统软件查询系统设备的运行状态和故障告警信息，并可以通过专用软件或设备下载。系统保存1周的运行状态信息和故障告警信息供用户进行数据分析。

在列车的每节客室车厢内均安装有媒体网关2，其基于嵌入式系统设计，媒体网关2包括视频压缩/记录模块、不间断电源模块、通信控制模块、电源转换模块、报警输入模块、1T容量的抗振硬盘和工业交换机模块。

非头、尾客室车厢的媒体网关2提供4路网络摄像机视频输入接口，用于将各客室车厢内的4个360°全景摄像机头4的视频数据处理，而头、尾客室车厢的媒体网关2则增加1路视频输入接口，用于将头或尾司机室半球红外摄像机5的视频数据处理。为提高设备集成度，减少车内设备数量，所有客室车厢内的媒体网关提供DC12V、2A的直流电源输出，直接向本车厢的360°全景摄像机4或半球红外摄像机5供电；为防止系统突然断电对媒体网关2内的硬盘造成损坏，其不间断电源模块，可实现断电保护硬盘。

媒体网关2内部集成一个8口工业交换机模块，对外提供3个1000M的网络接口，用于主机、PTU设备和车厢间媒体网关2之间互联，媒体网关2之间用一根网络电缆6贯串连接，组成一个1000M的环形冗余以太网。网络电缆6过车钩的连接器采用可避免带宽衰减的专用航空连接器9。

媒体网关2自带的硬盘用于本地实时存储图像视频数据，其存储记录时间大于30天。外部OOC控制中心可以通过无线传输网络，进入车内网络，访问媒体网关2，实时调用列车视频监控图像数据。

视频服务器1和媒体网关2的硬盘均采用专业抗振抗冲硬盘作为存储介质，降低由于振动冲击而损坏硬盘的概率，采用先进先出的存储方式存储视频图像，当视频服务器1或者媒体网关2的存储空间不足时，系统将会在司机室触摸屏人机界面上发出报警，并开始启动覆盖机制，自动覆盖最早存储的视频图像文件。

头、尾司机室的半球红外摄像机5主要是采集司机室内及轨道的图像，通过视频电缆7传输存储在媒体网关2中，这种摄像机是低照度、红外线摄像机，镜头焦距为2.8mm，由视频服务器1通过电源电缆8输入DC12V电源供电，平时采用彩色模式，当环境照度低于1.2lux时，转为黑白模式，适合地铁运营环境的地下隧道和司机室内平时无灯光的环境，其采用安装座固定形式安装于列车司机室天花顶板上，位置距左侧墙约二十公分处。

根据列车内部空间构造，以及客室的监视重点，在每个客室都安装有4台360°全景摄像机4，4台摄像机安装位置均稍微偏移客室中间（以避开车厢中间的乘客拉手杆），并在保证能够完整记录整个客室的影像之下，使360°全景摄像机4布置在尽可能让车门紧急制动阀位置图像最大的位置。同时摄像机紧贴车厢天花顶板安装，并考虑客室装饰环境融为一体。该360°全景摄像机4采用三百万像素高分辨率彩色图像传感器和超广角镜头，使单台摄像机就能实时监控整个空间(10mx10m)。

该360°全景摄像机4由本地媒体网关2通过电源电缆8提供DC12V电源，无云台，无任何机械旋转部件，无需旋转即可实现全局监控，在静止状态实现360度总体范围的宏观拍摄，整个过程可实现不间断拍摄。所拍摄采集的图像分辨率为D1（720×576点），帧率为12frame/s，然后将视频数据通过视频电缆7传输至本节客室内的媒体网关2进行处理，媒体网关2将列车车体号、图像摄取时间、摄像机编号、图像水印等信息写入视频图像数据后，按标准MPEG-4格式对视频图像数据进行压缩，采用D1格式压缩后码率1.5-4Mbit/S。

头、尾司机室内的LCD触摸屏显示器3可感知100g的触摸力（可调节），并可承受超过500000次以上的单点触摸。视频服务器1通过系统软件连接车内网络访问媒体网关2，调用所选择摄像机信号在触摸屏的人机界面上显示，提供给司机室工作人员观看。

由于单屏幕显示方式下，司机不能快速查看每个客室的现场情况，另外由于触摸屏比较小，9分屏和16分屏使得每个图像所占显示面积比较小，司机不能直接看清客室的图像，因此，系统默认为采用4分屏轮巡显示客室和司机室的视频图像。

本系统还具有报警联动功能。当有客室车门紧急解锁手柄解锁、客室紧急对讲点工作、司机室隔间门打开等报警发生时，为方便司机及时查看到报警事件所对应的视频监控图像，视频服务器1在接收到TMS发送的紧急事件触发信号后，通过其数字报警输出接口与媒体网关2的报警输入模块的通信控制，立即在司机室LCD触摸屏显示器3上显示对应的视频图像，LCD触摸屏显示器3以1个大画面实时显示报警事件相对应摄像机拍摄的客室的视频图像，对应摄像机的图标变成红色，同时相应的叠加字符也变成红色进行告警提示。如果存在多个报警，则以轮巡的方式显示所有报警事件所对应的视频监控图像。

正常情况下，司机室LCD触摸屏显示器3为屏保灰屏状态（无图像显示），当司机点击显示屏或报警联动触发时，显示屏才显示相关图像的画面。视频服务器1自动记录显示屏显示画面的开始、结束时间和触发类型等信息，并通过显示屏查询显示及通过专用软件或设备下载有关记录。操作人员也可以根据需要，通过触摸屏操作或PTU管理控制软件更改其显示方式为1分屏显示查看本列车的任意1路摄像机视频监视图像。

在LCD触摸屏显示器3上，授权的操作人员可以通过登录系统软件或使用PTU视频管理软件连接到系统内部网络访问媒体网关2或者视频服务器1，进行视频文件回放或下载。在操作人员查询出需要的视频录像文件后，通过回放功能，可实现查看视频录像的具体内容。在回放时，操作人员可以选择正常速度、快进（多级）、快退（多级）、慢进、慢退、单帧进退、暂停等基本功能，并支持功能扩展。由于摄像机的编号信息、时间信息以及列车车体号、车次号等信息也同时存储在MPEG-4格式的视频录像文件中，在图像回放的过程中将被显示在图像上方的标题栏中，可以避免在图像画面直接叠加字符对用户查看图像造成干扰。

除PTU软件可以下载车载视频服务器1内的文件外，车载视频服务器1不提供任何方式的文件下载，禁止使用移动硬盘、U盘、共享目录等方式直接从车载视频服务器1上拷贝文件。

系统软件具有系统操作员、系统管理员两种权限管理。其中操作员登录系统软件后，只能进行与其工作相关的一些图像预览、校时、操作日志查询、故障日志查询和图像回放等操作，而管理员登陆系统软件后，可以进行系统设置、下载存储图像、密码修改等操作员所不能进行的操作。

本系统还提供软件开发包(SDK)，以实现对本系统的二次开发，以及在本系统嵌入其他应用软件。软件开发包提供管理、配置、监控、报警等功能的开发支持，并提供车载设备和地面设备的通信控制协议。

本发明的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均可实现本发明目的。

Claims (10)

1.一种具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于包括：用于监控和存储全车视频数据的视频服务器，用于视频信号采集、编码和存储的媒体网关，用于视频监控图像显示的LCD触摸屏显示器，用于客室内拍摄的360°全景摄像机，用于采集司机室和轨道视频数据的半球红外摄像机，用于以太网网络数据传输的网络电缆，用于视频模拟信号传输的视频电缆和用于上述所有装置供电的电源电缆；

客室车厢内的360°全景摄像机和司机室内的半球红外摄像机采集模拟视频信号，由TNC连接器通过视频电缆传输给相应的媒体网关，媒体网关将接收到的模拟视频信号通过模拟/数字变换后进行压缩，再将压缩后的数字视频信号存储在当地媒体网关的硬盘中，同时，该数字视频信号通过由网络电缆组成的1000M环形冗余以太网同时传输到头、尾车司机室的视频服务器进行存储，视频服务器通过VGA接口和RS232接口将选择的视频信号解码显示在LCD触摸屏显示器上，形成视频数据的三层分散存储机制。

2.根据权利要求1所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述视频服务器安装在头、尾司机室，该视频服务器包括CPU底板、电源转换模块、通信接口、VGA接口、抗振硬盘和CF卡。

3.根据权利要求2所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述通信接口包括RS232接口、RS485接口、USB接口和至少两个1000M的网卡接口，其中一个网卡接口连接媒体网关，另一个网卡接口连接外部用于用户管理和维护视频数据的便携式诊断单元。

4.根据权利要求2所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述视频服务器内安装有操作系统和用于视频数据管理操作的系统软件，其中，操作系统和系统软件安装在CF卡中，视频数据储存在视频服务器内的抗振硬盘里。

5.根据权利要求3所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述视频服务器内的RS485接口一路与外部列车管理系统连接，另一路与外部列车电源延时开关连接，第三路作为数字报警输出接口与媒体网关的报警输入模块接口相连。

6.根据权利要求1所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述媒体网关安装在列车的每节客室车厢，其包括视频压缩/记录模块、通信控制模块、电源转换模块、报警输入模块、工业交换机模块、抗振硬盘和用于断电保护硬盘的不间断电源模块。

7.根据权利要求6所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述媒体网关中的工业交换机模块包括至少两个用于与其它媒体网关或冗余环路连接的1000M网络接口。

8.根据权利要求6所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述媒体网关之间用一根网络电缆贯串连接，通过工业交换机模块的网络接口组成一个1000M的环形冗余以太网。

9.根据权利要求7所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述工业交换机模块中还包括用于与地面通信的无线通信设备接口。

10.根据权利要求1所述的具有分散存储功能的车载视频监控系统，其特征在于：所述电源电缆的接口和所述网络电缆的接口均采用抗振抗冲的端子排。

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