地铁综合安防系统(ISDS)的设计探讨

摘要：伴随各大城市地铁轨道交通项目建设“热潮”，中国已然成为世界上最大的城市地铁轨道交通建设市场之一。在全国各大城市风风火火加速开展地铁设施建设的同时，其安防监控安全问题引起社会各界高度重视。安防系统综合运用入侵探测、入侵阻止、入侵报警等多种技术防范手段，对敏感区域实施监控，可以及时发现、阻止非法闯入者，并记录监控区域的访问记录，维护地铁安全运营的秩序，提高管理效率。地铁综合安防系统由安防网络子系统、综合电视监控子系统，门禁子系统、电子围墙子系统、紧急告警子系统和安防集成管理子系统等构成。本文对地铁综合安防系统（ISDS）各子系统的设计进行了探讨。

关健词：地铁工程；综合安防系统（ISDS）；设计

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

一 、地铁综合安防系统（ISDS）概述

地铁综合安防系统（ISDS）分为中央级、车站级和终端级三级结构。一般情况下，综合安防系统与监控子系统在中央级和车站级互联，接受综合监控系统的模式控制信息，由监控子系统协调综合安防系统与火灾自动报警系统、环境与设备监控系统等之间的联动。随着自动化集成技术的成熟，国内的地铁项目逐渐开始通过综合安防系统建立统一的软硬件平台，实现资源共享、互联互通、设备集中管理和维护，同时还可对其各个子系统进行故障监测，并为紧急情况下事件的处理提供全面、及时的信息和控制能力，提高地铁整体运营调度管理水平。地铁综合安防系统过去是属于地铁通信的子系统，但近年来，随着全数字视频安防监控系统的发展，同时为了满足运营监控和公安监控的需求，及其对多媒体资讯的要求，综合安防系统的建设规模越来越庞大，经常独立设置标段招标。

目前，国内城市地铁轨道交通行业对综合安防系统的划分不尽相同。以深圳地铁为例，其综合安防系统一般由安防网络子系统、安防集成管理子系统、监控子系统、门禁子系统、报警子系统以及车站紧急告警子系统等构成。地铁综合安防系统主要针对全线车站、车辆段、停车场、主变电所的设备和管理用房、出入口、票务室、进出站闸机、客服中心、银行等重点区域实现出入管理、登记、实时视频安防监控和入侵探测等功能，从而有效保障运营安全。国内的很多地铁项目都采用了综合安防系统，如深圳地铁1号线续建工程、2号线、5号线及广州地铁3号线、北京地铁10号线等。鉴于综合安防系在国内外地铁项目的成果应用，今后地铁建设工程采用综合安防系统解决运营安全问题和提高管理效率是大势所趋。

二、地铁综合安防系统的设计原则

1、技术先进性

系统应采用结构化、规范化、模块化、集成化的方式进行设计，方便系统维护和升级扩展。系统采用模块化设计，可方便进行系统的软硬件升级以及终端的增减。同时系统应实现技防、物防、人防的结合，其探测、延迟、反应等环节应相互协调。

2、编码技术优化

视频编码技术的选择对城市轨道交通数字视频安防架构的设计和造价会产生巨大的影响，同时采用MPEG-2和MPEG-4两种压缩方式来解决图像质量和存储空间之间的矛盾问题，是一种巨大的投资浪费。随着编解码技术的发展，特别是可伸缩编码技术的应用，使图像质量和带宽之间的矛盾得到解决。如果选用可伸缩编码技术，以前需要由MPEG-2和MPEG-4双编码方式来完成的工作现在便只需单一算法即可得到完美的实现。目前地铁车站级至中心级图像传输推荐采用MPEG-4或H.264数字压缩编码方式。另外，长期以来，在地铁安防中的视频监控系统一直有运营和公安两方面的需求，由于关注的内容不同，管理要求不同，目前通常是建立两套独立的系统，相互不干扰，独立管理。而如果采用网络化、数字化的软硬件结合的视频解决方案，可以轻易实现系统的扩展，并根据运营、公安的不同管理需求，确定控制的权限和先级，使运营和公安既能共享资源，同时又不相互影响，很大程度上减少重复投资的问题。

3、智能化

随着技术的发展，地铁安防系统对智能化的要求也在不断提高，希望把之前的被动安防逐渐转变为主动安防，从而大大降低对人员及其工作强度的需求，视频智能分析应用就是其中典型的表现。

现阶段地铁安防建设基本上都提出了对智能视频分析的需求，但在大范围的应用并不多，主要原因是：很多智能视频分析功能对应用环境有着较高的要求，而且误报率通常达不到实际应用的需求。因此，必须根据智能视频分析现阶段的技术水平，结合地铁的实际情况应用，才能达到满意的效果。

4、安防大集成

系统应实现入侵监测、入侵报警、入侵记录、入侵阻止等的联动控制功能，以及系统的统一授权和管理功能。系统应采用通用的标准通信协议，通过网络层进行系统软件的集成，而非简单的硬件联动。

地铁安防对系统集成度要求也非常高，实际上，与地铁安防相关的系统不只是视频、门禁和报警，像设备监控系统、消防报警系统、数据传输平台和信息播报系统等相关系统都与安防系统存在接口关系。综合安防系统与综合监控系统（含FAS、BAS、SCADA）互联，为综合监控系统提供系统状态信息和控制信息，并接受综合监控系统的模式控制。

随着用户对安防的日益重视，整体安防系统的集成已经成为一个趋势，在一些地铁项目中也得到应用。并且，正是由于地铁安防系统集成涉及众多子系统，因此只有在各系统协调工作的情况下，在上层进行深度集成，才能满足轨道交通发展对安防系统的要求。

三、深圳地铁综合安防系统设计实例

1、综合安防系统总体概况

-深圳地铁一号线续建工程共有12个地下车站、3个高架车站、1个车辆段和1个运营控制中心以及2个主变电所，我们针对其环境特点以及将来运营管理的业务需求情况进行了综合安防系统的设计。

综合安防系统由安防网络子系统、综合电视监控子系统，门禁子系统、电子围墙子系统、紧急告警子系统和安防集成管理子系统等构成，系统结构划分为中央级、车站级和终端级三级形式。综合安防系统在运营控制中心设置中央级设备，以满足中央级安全防范的监控管理使用需求，并可实现与其他专业系统之间的信息交互。在各车站，车辆段和主变电所设置车站级设备和终端设备，以满足车站级安全防范的监控管理使用需求，并可接受中央级的监控和管理。

综合安防系统内部各个子系统以及与外部系统之间在功能上相互独立，并在安防集成管理子系统的协调、管理和调度下统一运作。

深圳地铁一号线续建工程综合安防系统的系统结构具体如下图所示：

综合安防系统根据监控管理需求，分为车站级系统和中央级系统两个管理层，续建工程全线共设16个车站级系统和1个中央级系统。车站级系统设于各个车站或车辆段本地，通过车站级安防集成管理系统实现对车站或车辆段本地以及车站相邻主变电所的安全防范管理，各个车站级系统之间相互独立运行；中央级系统设于运营控制中心，通过中央级安防集成管理系统实现对全线的安全防范管理，中央级系统依赖于各个车站级系统。

2、安防网络子系统

安防网络子系统是综合安防系统信息传输的基础平台，由骨干层和接入层两层形式组成，采用IP传输方式构建。接入层主要担负车站级系统和中央级系统各自本地数据交换的传输任务，骨干层则担负车站级系统与中央级系统之间数据交换的传输任务。

骨干层传输网络利用乘客资讯系统提供的综合信息万兆以太网，为双环冗余结构的三层交换网络，环内共16个节点(15个车站和1个车辆段各一个节点)，与深圳地铁一号线一期工程的综合信息千兆以太网在运营控制中心互联。接入层传输网络利用各个车站、车辆段和主变电所以及运营控制中心设置的接入层交换机构建，相关服务器、工作站和部分前端网络设备等通过双绞线直接连接至各自区域内的接入层交换机。

安防网络子系统各车站、车辆段和运营控制中心的接入层交换机接入本地骨干层交换机，主变电所的接入层交换机接入邻近车站骨干层交换机，利用综合信息万兆以太网提供的传输通道实现车站级系统与中央级系统之间的互联。

3、综合电视监控子系统

3.1视频监控技术比选

目前视频监控技术大致可分为模拟采集＋光纤传输监控技术（简称方案一）、模拟采集+数字传输视频监控技术（简称方案二）和全数字视频网络监控技术（简称方案三）三种，以下对三种方案进行比选。

① 方案一

是一种基于视频切换矩阵的模拟视频解决方案，车站前端普通模拟摄像机（或带云台）采集的视频信号直接送到车站视频矩阵，车站值班员通过对视频切换矩阵的控制，完成车站一级的监视。同时将视频切换矩阵环路输出的视频信号采用高品质无压缩数字技术，借助光端机及其光纤资源将视频信号传送至控制中心。控制中心采用点对点光端机接收车站视频信号并送入大容量视频切换矩阵。中心调度人员通过对矩阵的操作完成中心一级的监视。

② 方案二

这种方案的车站一级摄像机监视和方案一相同。不同点在于摄像机视输出的视频信号是直接送到数字视频编码设备完成视频信号的A/D转换和数字压缩，车站值班员通过对数字视频切换矩阵的控制，完成车站一级的监视，有关视频流通过传输网络送到控制中心，中心对应的解码器将信号进行解码输出还原为视频信号。由于在中心采用的是数字方式的图像切换控制，因此在控制中心无需设大容量的视频切换设备。

③ 方案三

数字视频网络监视系统是一种基于计算机网络技术的新型闭路电视监控系统。该系统在前端使用网络高清摄像机，后端为交换机及图像处理设备。各站内分支交换机通过传输系统与控制中心主干交换机相连构成一个覆盖全线的计算机网络，控制中心各监视平台及视频数字存储设备只需连入主干交换机即可实现对全线范围内任一站点的图像监视及保存。

对以上三种方案分别进行经济技术比较，见下表1。

技术经济比较表1

从上表可以看出，模拟闭路电视监控技术虽然目前在轨道交通还有运用，但占用得光纤资源多，光纤辅助设备复杂，使用不灵活，导致管理维护困难且扩容难度大也不符合监视领域的发展方向，因此不应采用。

全数字视频网络监控技术方案在建设投资、技术先进性、组网灵活性等方面都优于模拟+数字闭路电视监控方案，同时数字闭路电视监控方案还可接收报警信号的输入，与安防系统方便实施联动，这对于地铁管理具有很高的实用价值。但全数字视频网络监控技术在全国轨道交通行业成功实施应用案例较少，成本较高，是地铁电视监控系统未来的一种发展趋势。如深圳地铁三期工程（7、9、11号线等）就趋向于采用此视频监控技术。

方案二即模拟采集+数字传输视频监控技术，对复杂的网络结构有着较强的处理及权限设置能力，使得运营管理的复杂性得以降低，同时由于系统具有一体化特性，整合力度强，在日后的网络扩展上亦有较大的优势。此技术是当前轨道交通行业应用最为广泛，实施最为容易、性价比最高的监控技术。如深圳地铁二期工程（1号线续建、2号线、5号线）均采用了此视频监控技术。

3.2综合电视监控系统设计

深圳地铁1号线续建综合电视监控子系统采用模拟采集+数字传输的网络视频监控系统，是全国轨道交通行业率先采用模数结合视频解决方案的地铁线路，包括运营电视监控系统和警用图像监控系统两个相对独立的系统。

综合电视监控系统在地铁各个车站、主变电所、车辆段及地面和高架区间根据视频监控需求，合理选择安装不同类型的前端摄像机设备，实现对车站公共区、出入口、设备用房、管理办公区、地面和高架区间等重点区域进行视频监控。

运营电视监控系统和警用图像监控系统仅在车站共用前端摄像机设备，摄像机输出的模拟视频图像经过视频分配后，分别接入运营电视监控系统和警用图像监控系统。

(1)运营电视监控系统

运营电视监控系统主要是为地铁车站、车辆段和运营控制中心提供实时视频监控功能，分为车站级和中央级两个监控级别，用于地铁内部安全防范管理和组织安全生产等运营业务。

运营电视监控系统在各个车站或车辆段以及主变电所通过数字视频编码器，实现对相关区域摄像机输出的模拟视频图像的数字化转换，并将编码压缩后的数字视频图像输入安防网络系统，本地或运营控制中心设置的其他网络设备可以通过安防网络系统获取数字视频图像进行显示或存储。选用的数字视频编码器采用MPEG-4或H.264双码流形式的编码压缩技术，码流大小动态可调，支持单播和组播传输方式，且两种视频码流均可作为显示视频流或者存储视频流。

运营电视监控系统设置的数字视频编码器，可以通过安防网络系统接收相关设备发送出来的摄像机控制命令，并转发至对应的摄像机设备以实现视频图像的控制功能。

运营电视监控系统在各个车站还同时设有智能视频分析单元，借助专业的视频分析设备提升视频图像的监视水平。

(2)警用图像监控系统

警用图像监控系统共四个监控级别，主要是为市公安局控制指挥中心、地铁治安大队、地铁治安中队和车站警务室值班民警提供实时视频监控功能，用于查处各类治安事件、侦破各类刑事案件和防止各类破坏活动，并在突发事件中及时组织、控制和疏导人群，以提高地铁治安管理水平和维护地铁正常运营秩序。

警用图像监控系统在各个车站设置数字硬盘录像机，实现视频图像的本地存储和数字化转换，并借助警用图像监控系统全市统一联网软件实现各个监控级别的监控管理功能。

4、门禁子系统

门禁系统通过在关键区域设置门禁设备，实现对车站、车辆段和主变电所设备和管理用房、出入口、票务室，银行等重点区域的自动化出入管理，登记功能，以及车站考勤管理功能。

门禁系统采用中央管理级、车站管理级、现场设备三层网络结构，由设置在控制中心的中央级门禁管理层(含发卡和授权中心)和设置在车站，车辆段、控制中心大楼的车站级门禁管理层，现场级设备层以及相关通信网络等组成，主要包括门禁服务器、门禁管理工作站、门禁网络控制器、前端设备(门禁就地控制器、读卡器、出门按钮、门磁，自动闭门器、电控锁)及相关管理软件等。

5、电子围墙子系统

电子围墙系统主要是通过设置激光入侵探测设备，实现对车辆段周界、地面和高架区间的入侵探测和防护功能，有效保障地铁车辆段和线路的运营安全，达到实现预防性报警的功能目标。

6、紧急告警子系统

紧急告警系统主要由求助电话，紧急报警按钮、公安值班室报警灯(或警铃)和监控管理终端构成，通过在车站站台层，站厅层公共区和重要设备管理用房(票务室、售票问讯处)设置紧急告警终端设备，实现紧急情况下乘客或工作人员与车控室值班人员的语音通话功能和报警功能。

7、安防集成管理子系统

安防集成管理子系统是整个综合安防系统的运行和管理核心，以安防网络子系统作为数据通信的传输网络，通过相关软件或硬件接口综合实现对综合安防系统内部各个子系统的集成，以及与其他专业系统之间的信息交互。

安防集成管理子系统按照“集散管理、本地自治”的策略进行设计，采用开放式系统架构和先进的系统集成技术进行构建，由中央级安防集成管理系统和车站级安防集成管理系统两级数据库方式构成。

安防集成管理子系统通过系统集成的方式，提供对安防内部各个子系统的集中监控管理，并协调安防内部各个子系统之间的协同工作。安防集成管理子系统同时与综合监控系统互联，管理与综合监控系统（包括FAS、BAS）之间的联动。

随着科学技术的发展和地铁运营维护的需要，随时可能会引入新的安全防范措施。完全可以结合其他领域的一些安全防范管理手段，关键时期可在地铁内部设置一些常规的安检设备，如安全检查门、通道检测器和手持金属探测器等，并合理配置一些重要的安全防护设备以应对突发事件，奥运会期间北京地铁就使用了金属探测器和通道检测器等安检设备。

综合安防系统虽然可以有效提高地铁内部的安全管理水平，减少安全管理的人员，以降低运营维护成本，但是不能从根本上取代传统的以人管理为主的安全管理方式，需要我们进一步将人防和技防相互结合起来才能在地铁内部有效地实现可靠的安全管理。

四、结束语

地铁安防已经是国内外众多城市除信号系统外重点建设的系统之一，2005年伦敦地铁爆炸案给全球轨道交通行业敲响了警钟，国内对于轨道交通安防的重视度及投资力度都呈上升趋势。本文在结合深圳地铁1号线续建工程项目，分析安防网络子系统，综合电视监控子系统 、门禁子系统、告警子系统、电子围墙子系统的构成及功能等，并对目前的视频监控技术进行了详细比较，最后得出了较好的方案，对未来的智能视频分析系统的发展有一定的借鉴价值。

参考文献

[1] GB50157―2003 地铁设计规范. 北京: 中国计划出版社,2003.．

[2] 深圳市地铁有限公司. 深圳地铁一号线续建工程综合安防系统技术要求,2007.4.224 - 380．

[3] 郑涛 柴宝玉.浅谈地铁安防系统设计. 《中国新技术新产品》 2008年17期