公交车监控解决方案.docx
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公交车监控解决方案
公交车监控解决方案
1.
需求概述
1.1安全需求
提高市民出行安全、减少案件和事故发生：
公交车是一个流动的社会，以下现象取证困难：
乘客携带危险品乘车，偷、抢的治安案件，司机违规操作、严重超载等，乘客下车时顺手拿走别人的行李和物品等。
1.2管理需求
提高运营收入：
很多公交公司存在司乘人员（或与司机配合）收钱不给票，或给假票等情况，给公司造成损失。
提高服务质量：
车辆运行中乘客与司机和司乘人员之间不时会产生一些矛盾和争议，导致公司时常遭到投诉，因为没有有力的证据，解决起来无从下手，公司形象受到很大影响。
无法有效的督促司机严格按照规章操作、文明驾驶。
提高内部管理水平
能够记录司机对车辆的驾驶行为和司乘人员的工作情况，为服务考评提供可靠依据。
1.3满足公交车使用环境
能有效防振
由于公交车运行路段和车况各异，车上振动表现出振动频率高、振动幅度大等特点。
适应车辆电源特点
由于蓄电池和发电机及启动电机在不同公交车上的差异很大，车上电源具有如下特点，电压变动范围大，存在干扰特别是在发动机启动和刹车过程中，存在高的脉冲电压。
适应车上环境特点
城市公交车有空调车和非空凋车，四季运行，露天停放，在夏天会出现启动时车内温度高达55度，无空调车存在灰尘大，空调车在雨季的时候存在湿度大，清洗车辆时有冲水的作业现象，故车上环境存在温度高，湿度高，灰尘大，有水淋等现象。
2.设计原则
2.1稳定性
车载监控系统的是安防监控系统的一种，稳定性是车载监控系统的基本要求。
公交车载监控系统的稳定性需要通过设备稳定，安装稳定等多个方面。
2.2实用性
公交监控系统的关键功能是录像，录像功能易用好用可大大提高系统系统的实用性。
2.3经济性
在能够满足需求的情况下，系统建设的费用越低，经济性就越好。
2.4可扩充
系统应留出充分的扩充接口，当系统扩建和增加功能时，通过升级软件和硬件实现功能和性能扩充。
3.公交车监控使用的相关技术介绍
公交车监控结合了多项先进的电子技术，包括卫星定位技术、数字视频编解码技术、数据存储技术、无线网络传输技术、移动数字媒体传播技术等。
卫星定位技术。
车载终端机将接收到的全球卫星定位系统GPS的定位信息通过无线网络传输系统定时发送至公交调度管理中心，车辆调度管理人员在指挥中心可获取公交车辆的行驶轨迹、速度和方向等信息，并做出调度决策。
数字视频编解码技术。
目前车载视频编解码技术主要应用有MPEG-2、MPEG-4和H.264等，H.264编码技术是目前最优秀的编码方式，适用于低码流下的数据存储和窄带网络传输。
未来的数字编码技术将会有更高的压缩比和更清晰的图像质量。
数据存储技术。
硬盘是一种单位容量成本最低的存储介质，对于需要长时间保留数据的场合是首选存储介质。
闪存是以FlashMemory为介质，所以具有可多次擦写、速度快而且防磁、防震、防潮的优点。
随着闪存技术的越来越成熟，闪存市场规模急剧扩大，高速、大容量的闪存被应用到PC存储、便携式PC存储、PDA存储等，未来的移动车载设备存储也将会大量地应用闪存技术。
无线网络传输技术。
随着通信事业的发展，尤其是数据业务的发展和3G时代的来临，4G网络的设计也在进行当中，越来越多的移动终端可以使用宽带来进行数据通信，第一代3G系统数据网络的传输速度为384kbit/s，不久的将来下载速度最终可达到100Mbit/s左右甚至更高，而4G网络的起始速度在1Gbit/s左右。
这意味着，车载通讯数据能够通过带宽传输逐渐满足音视频传输的需要。
4.系统设计
4.1设计依据
◆《安全防范系统通用图形符号》（GA1T77）
◆《安全防范工程费用概算编制方法》（GA/T70）
◆《防盗报警中心控制台》（GB/T16572台7072）
◆《防盗报警控制器通用技术条件》（GB/T16572）
◆《数字通讯接口标准》（G.703）
◆《国际图像音视频编码标准》（ISO11172）
◆《报警图像信号传输装置》（GB/T16677）
◆《安全防范系统验收规则》（GA308-2001）
◆《社会治安动态视频监控系统技术规范》（DB33/T502-2004）
◆《民用闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198-94）
◆《信息网络数字视频应用系统规范》（BJ/Z0001-2003）
◆《信息技术开发系统互连网络层安全协议》（GB/T17963）
◆《电子计算机机房设计规范》（GB50174-93）
◆《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
◆《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
◆《中华人民共和国公共安全行业标准》GA/T75-94
◆《视频安防平台技术要求》（GA/T367-2001）
◆《安全防范工程程序与要求》（GA/T75-94）
◆《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）
◆《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004）
◆《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16-92）
◆《电子计算机房安装工程施工及验收规范》（GB50174-93）
◆《中国电器安装工程施工及验收规范》（GBJZ32-90-92）
4.2系统构成
如上图基本的公交车载监控系统包括前端车载子系统、无线网络和后台定位监控平台。
公交视频监控系统通过车载音视频摄录装置将车内、外监控信息实时摄录存储于车载存储设备中。
司机可通过车载终端的报警装置实现数据主动上传（通过无线网络）。
同时，监控中心也可根据需要利用无线网络对特定车辆进行音视频、图片上传或点播。
当发生紧急事件时，可为现场指挥提供音视频及图片。
另外，车载存储设备中存储的音视频数据能方便的通过相关设备下载。
4.3前端车载监控子系统
车载终端基本功能如下：
◆视频采集：
图像采集，系统前端采用高清晰、全天候车载摄像机，可将车内情况实时采集至监控终端中。
◆声音采集：
系统前端可通过拾音器将车内、外音频信号采集到终端中。
◆无线网络传输功能：
采用基于运营商的无线网络平台传输视音频信号，适用于车辆远程监控使用，传输距离远、覆盖范围大。
◆GPS信息获取：
系统可通过GPS接收装置进行车辆定位等功能，并可以通过网络将定位信息上传至指挥中心，在指挥中心的电子地图上显示车辆所在位置和车辆行驶轨迹，并对定位信息进行存储。
达到警示和求救的双重作用。
◆延时关机功能：
延时关机是指在断开点火控制信号后，设备延时用户实现设定的时间进入安全关机模式，自动关机。
◆司机监控7寸液晶监视器，悬挂与司机右上方，方便司机对车内的情况进行实时监控，及时发现异常情况。
◆报警：
公交车内发上异常情况下，乘客或者司机可以通过按下车内的报警按钮向平台发送报警信号。
◆录音、录像：
采用硬件把音视频信号同步压缩成两个数据流：
分辨率、帧率高的图像存储于本地硬盘。
◆本地预览：
采用液晶监视器作为车载终端的显示设备，显示监控画面，回放历史录像。
通过显示屏对系统进行操作，可对对图像进行切换和缩放等的管理。
◆本系统设置延时关机的功能，在车辆点火开关关闭后5分钟到6小时（可进行设置）继续工作，再关机。
车载监控终端采用GPS方式获取车辆当前的位置信息，借助无线网络向中心平台上传定位、速度等信息。
在车辆安装的摄像枪采集视频信号，发送给硬盘录像机，硬盘录像机接收到信号进行编码、压缩，然后本地存储，同时通过无线网络向中心平台发送视频数据。
车载监控终端的供电采用车载电源，为防止电源波动对设备的影响，采用开关稳压和线性稳压相结合的稳压方法，既保障供电稳定，又保证车载电源转换过程的高效率，以节省车载电源有限的容量。
车载前端模块包含车载硬盘录像机、路由器、报警器、摄像枪、液晶监视器、拾音器等。
4.3.1车载前端子系统组成
在车辆上安装车载监控终端，对车内部情况进行实时监控；监控中心对车载前端模块获取的实时数据进行分析。
其中车载前端模块包含车载硬盘录像机、移动通讯模块、报警器、摄像枪、GPS定位器等设备。
其次，通过安装在车辆上1个报警按钮（，司乘人员可根据事件大小和紧急程度，按动相应报警控制按钮，硬盘录像机接收到报警信号，及时产生报警，并向中心平台发送报警信息，监控平台接收到报警信息可立即弹出提醒。
司机可利用车上的7寸液晶显示器，实时监控公交车内实时画面。
选用的GPS模块，采用GPS全球定位技术，可实时定位车辆的位置，通过无线网络向中心平台发送定位信息，监控中心的监控人员可借助平台实时监控车辆的运行轨迹，并将这些信息存储在GIS服务器里。
公交车发动机停止后，在30分钟内，车载系统会自动关闭。
车载硬盘录像机：
车载硬盘录像机连接车辆的摄像头、报警器和拾音器等设备，采用双码流技术，支持4路本地录像直接存储，图像质量达到4路CIF格式，采用H.264编码技术对视频数据加以压缩和存储。
（上传视频数据采用CIF视频流或704X576JPEG格式，采用H.264压缩技术，不仅支持变码率，而且支持变帧率。
可设定视频图像质量，也可设定视频图像的压缩码流。
并且利用双码流技术解决无线网络带宽低的问题。
移动通讯模块：
如果只传输定位和报警信息，可以采用3G/CDMA中的任意一种，如果后期需要传送图像，可以采用3G模块/
报警按钮（可选）：
报警按钮直接连接车载硬盘录像机设备，1个安装在司机位附近，方便危机情况下司机可以在不引起犯罪分子的注意下触动，并且可以有灯提示,系统在报警后将报警信号传给公交智能调度系统并自动上传音视频或抓拍图片到监控中心（可远程设置默认视频或图片传输方式）。
摄像头：
车上安装4个配置不低于1/3CCD、480线低照度的固定镜头彩色摄像头作为视频采集数据的设备；4个摄像头在车内控制面达到90%以上，由车载监控终端直接供电。
司机监控：
安装7寸液晶屏显示器悬挂于司机右上方，方便司机对车内的情况进行实时监控，及时发现异常情况并选择相应的处理方案。
4.3.2车载前端模块硬件设计
音视频采集/存储、报警和定位是车载系统通信的核心内容。
设备负责定位数据的获得、信息的传输、收集外部接口采集的信息、控制LCD显示屏的显示，使系统中各部分协调工作。
其中定位通信模块由GPS模块、无线通信模块、电源适配器和外部接口组成。
车载前端设备按设定的时间间隔通过无线通讯网络向中心平台发送车辆的定位、速度等信息，中心平台接收到信息进行实时的监控、采集和分析。
传送数据时，车载前端设备（车载录像机）获取定位数据，和时钟、报警等一起叠加到视频中，供本地录像、远程视频使用。
4.3.3设备关键技术分析
◆宽幅电源输入
公交车大多采用24V电源，行驶过程电源稳定在24～28V，但是在车辆点火时汽车电源会突然降低到16V左右，下降过程约为40ms，然后恢复至24V以上。
电源的瞬间降低会导致电子设备重新启动、甚至设备死机，所以对车载电源的适应性要求很高。
根据车载电源的需求为车载监控终端配置宽幅的输入电源，电源适应范围为10～36V，可满足各种公交车的应用。
该电源经过特殊的设计，具备了断路、短路、过流保护功能，对设备保证正常运行起了重要作用。
◆减振加固技术
公交车监控终端应用在颠簸、震动、摇摆等恶劣环境下，要保证设备长期稳定工作，对加固技术提出有较高的要求，尤其是对硬盘减振加固技术是该系统重点难题。
本系统提供低成本、高性价比的减振加固技术。
◆延时关机功能
根据公交对车载前端设备的需求，电源应满足在点火开关关闭后继续工作一段时间，但是又不能24小时不关机，因为这样可能导致电瓶内的电全部耗光，车辆无法启动。
本系统设置延时关机的功能，在车辆点火开关关闭后30分钟（可进行设置）继续工作，再关机。
◆抗恶劣环境
系统对散热、防尘、防水等需求进行了特殊处理，可满足公交车运行的特殊环境要求。
◆先进的视音频编解码技术
本系统选择压缩效率较高的H.264标准。
先进的视音频编解码技术适用无线网络的优势在于：
（1）高效的带宽利用
在无线链路速率较低的情况下采用压缩效率高的编码标准尤为重要，先进的编解码技术可在低带宽的条件下传输高质量的图像，达到良好的效果。
（2）优秀的图象质量
在视频监控应用中，对视频图像质量要求较高，先进的编码技术具有预处理、避免马赛克、容错处理等特殊功能，图像效果比其他标准更好。
4.3.3.1录像保留时间设计
以下是不同录像录像格式下不同帧率录像需要占用磁盘空间
分辨率
CIF
CIF
D1
D1
码率
512Kbps
384Kbps
2M
1.5M
帧率
25fps
25fps
25fps
25fps
每小时存储空间占用
200MByte
150Mbyte
800Mbyte
600Mbyte
16小时存储空间占用
3.2G
2.4G
12.8G
9.6G
建议采用CIF512Kbps进行录像存储，按照每天16小时车辆运行和录像时间，4个摄像机采用CIF分辨率每天存储空间占用（3.2*4）=12.8G,采用160G硬盘可保留时间为12天。
4.3.3.2车载录像设备选型
为了提高确保车载录像设备防振效果，我们选用了H3的车载硬盘录像机，
H3车载硬盘录像机采用高集成度H.264ASIC，图像画质优秀，除采用硬盘作为录像存储介质外还可使用SD卡作为录像存储介质，提高录像数据的稳定性。
通过内置的USB接口能够快速进行录像备份。
经过市场验证的电源确保系统的稳定性，密封机壳设计非常适合于车载环境使用。
H3除集成了行车信息记录仪外，还具有良好的可扩展性，可扩展支持GPS和3G等模块。
配套的客户端软件不仅能实现多通道同步和异步回放外，还能实现录像和GPS等数据的同步回放，方便录像分析。
H3可广泛应用于公交车，出租车，警车，运钞车，执法车等各种车辆。
车载录像机具有如下特点：
✧1/2/4路音视频输入，视频输入输出采用航空插头
✧采用H.264压缩算法，
✧支持独立双码流网络传输，支持独立双码流录像
✧支持硬盘和SD卡同时录像存储，且SD卡与硬盘码流可不相同
✧USB录像备份，网络备份
✧可插拔式硬盘2.5”硬盘盒，具有减振技术
✧独立6个行车记录仪接口，其中1个可测速
✧4路报警输入接口，2路报警输出接口
✧支持报警图像抓拍
✧6-36V电源输入
✧可独立关断对外12V5V电源输出
✧密封机壳
4.3.3.3车载摄像机选型
考虑到公交车上光线变化较大，我们选用SF-6052H摄像机，该摄像机具有如下特点：
采用1/3"SONYCCD
水平分辨率450线
内置镜头可更换
自动增益控制
彩色/黑白自动切换,最低照度0.05Lux
信噪比：
大于50dB
自动增益控制，自动白平衡，自动背光补偿
4.3.3.4车载液晶显示器选型
车载液晶显示器选用创维公司70ACT：
主要特点如下：
显示尺寸：
7
显示格式：
16：
9
分辨率：
1440×234
两路视频输入
带耳机插孔
台式/头枕安装方式
4.3.3.5摄像机安装位置
摄像机安装示意图如下：
为了满足需求规划每车安装4个摄像机：
安装位置
前门摄像机
中门摄像机
车前部摄像机
车中部摄像机
拍摄对象
上车乘客
下车乘客
车厢前部乘客
车厢后部乘客
配备镜头
6mm
6mm
3.6mm
3.6mm
拍摄范围
53度
53度
78度
78度
通过以上布置基本实现车厢内90%的地方都可以被监控到。
4.3.4车载前端模块功能
车载前端模块是负责信息采集、传送、处理、接收及车内控制的设备，是整个系统的关键数据来源和执行手段之一，在整个系统中起着举足轻重的作用，其工作状况和功能、性能直接影响到整个系统的运行，是公交视频平台中的关键设备。
前端设备不但具备图片录像和语音对讲的功能，更是加入了GPS定位、自动关机、备份等要求，车载子系统具备下列功能：
4.3.4.1录像功能
每辆车安装4个摄像头，可对车内的全部范围进行拍摄，并可压缩后以4路CIF格式存储于车载硬盘中，并支持码流变换。
4路CIF录像格式，不仅支持变码率，而且支持变帧率。
可设定视频图像质量，也可设定视频图像的压缩码流；
音视频同步显示/录像，每路最高可达25帧/秒（PAL）,30帧/秒（NTSC），录像帧率可调，本地存储码流为最高1Mbps；
提供手动紧急录像、定时录像、报警录像及报警预录等多种录像方式；
报警录像支持开门报警录像功能，只有在车辆门打开时进行录像，可减少录像存储空间占用，方便录像机检索。
录像质量可调；
提供开机自动录像功能；
支持OSD，日期和时间的位置、灰度可以设置，日期和时间自动增加。
支持双码流录像。
4.3.4.2报警功能
车上可以根据需要选择安装报警按钮，发生警情时司机和乘客均可按下按钮向系统求救和提醒车内人员，并将报警信息上传给系统平台，平台收到报警后，存储前端的图像，系统并将根据报警信息查询车辆实时的位置，有效预防非正常事件。
具体的报警类型包括移动报警、遮挡报警和异常事件报警等。
4.3.4.3GPS信息获取
系统可通过GPS接收装置进行车辆定位等功能，并可以通过网络将定位信息上传至指挥中心，在指挥中心的电子地图上显示车辆所在位置和车辆行驶轨迹。
这种功能可以实现车辆的实时调度，提高公交运营效率。
低于息控制的设备，是整个系统关键。
4.3.4.4司机监控
司机通过安装在右前上方的液晶监视器，可以看到车辆内的所有信息，以便及时的发现报警信息。
4.3.4.5视频丢失报警
当视频源异常丢失时，DVR将丢失视频源的车辆信息上报中心平台，以方便及时恢复。
4.3.4.6录像存储
硬盘录像文件可直接在PC端播放；
支持录像段锁定功能，硬盘录满后，可设定停止录像或循环覆盖；
录像内容断电保护功能，来电时自动恢复；
本地硬盘支持SMART技术，录像码流1.5—2Mbps。
4.3.4.7录像检索
支持按时间、按日期和通道号检索；
支持按报警事件检索，在系统接受报警时，会自动记录报警类型（如开关门等），可根据报警事件查询录像，方便调查取证。
4.3.4.8录像回放
录像/回放双工实时同步进行；
录像回放支持快进、快退、暂停、帧进、播放、静音功能等。
录像回放支持按报警事件（如开关门）回放功能。
4.3.4.9云镜控制
RS485双向通讯接口，支持多种云镜控制协议；
支持云台预置点设置；支持云台控制速率设置的调整；
支持云台上、下、左、右移动；并支持镜头拉近、拉远、聚焦控制。
出现异常时将自动调节镜头重点侦测重点区域。
4.3.4.10网络功能
支持无线网络高速传输的功能，实现远程实时监视；
提供网络远程控制软件，方便集中于监控管理平台进行远程配置和管理系统；
可以远程检索录像数据，并能通过网络播放；
可以远程控制云台和镜头；
提供网络双向对讲功能；
采用嵌入式，有助于系统的正常运作和维护。
4.3.4.11安全管理
提供多级权限控制，灵活区分不同用户的管理权限，分别执行不同操作，动态记录系统运行日志，在系统操作上，上一级权限者比下一级拥有绝对的优先操作权。
提供多语言操作平台，操作方便，交互界面友好；
详细丰富的系统运行状态提示，实时情况一目了然；
提供红外遥控器控制或外接键盘控制两种方式。
4.3.4.12录像备份
通过网络进行数据备份，通过无线网络上传至监控端进行网络存储，并做备份处理，方便当本地存储损坏或调用本地存储不方便时调用此存储；
支持USB2.0接口高速传输，通过移动硬盘、U盘，进行高速数据备份，方便快速的调查取证。
4.3.4.13电源供电与硬件安装设计
宽范围电源输入，6～36VDC，为设备的选择提供了多种可能；
12VDC/2A电源输出，可为摄像机供电，节省了电源数量的供应；
系统采用特殊的减振加固处理，可减少车辆外部振动对磁盘数据记录的影响，保证了设备安全稳定运行；
车载硬盘录像机具备防水、防尘等功能。
车载监控布线是系统能够稳定运行的因素之一，以下是一些布线和安装要求：
所有线缆通过空调通道走线，保证接头牢固，所有连接设备处预留出约0.5M的余量，保证设备连接方便和检修方便。
线缆线束在发动机仓内的走向，必须“横直竖平”，不影响日后维修工作。
所有外露线缆采用护管保护，主线束的护管必须全线覆盖，无法用护管时则用黑色电工胶布缠绕，外露线束不得超过100mm。
在需要钻孔的情况下，要对恢复性工作有足够的把握；钻孔时要小心不要破坏到通道内原有线束或物品。
钻孔位过大的情况下，必要时除了有套管，还必须打减磨胶（热融胶或者玻璃胶）或者加装减磨胶套。
钻孔时切记准确设计孔位，杜绝不必要的孔位，影响车内整体美观。
设备安装后，立即对孔位进行处理，加减磨胶套或打热融胶（若设备为摄像头，则在最后才处理，因为摄像头的摄像角度需要调整，线束需要活动）
车辆电源控制箱—车载硬盘录像机的电源线
采用专用电源线套管安装，每隔一定距离用扎带绑扎固定，在车辆电源控制箱连接DC24V/DC12V电源和车辆钥匙开关点，从发动机上穿孔进入车辆空调通道，沿空调通道到司机位后，接入车载硬盘录像机。
红色线经过保险管后接DC24V+或DC12V+，黑色线接地，黄色线接钥匙打火点。
4.3.4.14车辆黑匣子功能
行车状态记录，车载传感器黑匣子功能，需要设备支持。
可准确记录汽车的行车状态，如：
左转、右转、刹车、倒车，并可对这些信息根据客户要求进行存储并上传至监控中心服务器；
具有车速采集、显示与校准功能。
在车速超过界定时提醒司机降低速度。
4.3.5车载GPS接入模块设计
4.3.5.1子模块设计
根据需求分析，本系统的设计时在车载录像机设备中增加GPS模块，实时获取公交车的坐标数据，通过移动通讯模块将公交车辆的定位信息发送到中心平台，中心GPS定位服务器接收数据，立即保存，对上传的数据进行处理和加以使用。
设计分为前端设备接入模块、GPS传输模块和GPS定位信息的处理模块。
4.3.5.2前端设备接入模块
通过外接GPS模块，实时获取公交车的坐标数据，通过移动通讯模块将公交车辆的定位信息发送到中心平台，中心GPS定位服务器接收数据，立即保存，对上传的数据进行处理和加以使用。
4.3.5.3GPS传输模块
GPS传输模块由车载硬盘录像机负责对GPS数据的上传功能，。
按照接口的标准协议，车载硬盘录像机正常接收数据，会自动加以缓存每隔一段时间（可由中心平台统一配置或者在前端车载硬盘录像机内配置）向中心平台发送数据。
目前在数据传输模块已经支持，不用作其他的开发工作。
4.3.5.4GPS定位信息的处理模块
GPS定位信息的处理模块是指中心平台正常接收数据之后，对数据加以保存，并进行处理。
目前中心平台已经实现可正常接收前端设备上传的GPS定位数据，对上传的地理信息加以修正，入库，根据需要在GIS地图上显示车辆的位置和轨迹的回放等。
目前这些功能已经支持，同时可以满足公交视频监控项目的需求。
4.3.6GPS系统功能需求
（1）、实时车辆轨迹监控。
实时查询车辆的位置和行驶数据信息对于所查询车辆实时位置信息和行驶数据信息将向管理中心报告。
位置信息包含经纬度值，行驶状态信息包括时间、速度、方向、设备故障信息等。
（2）、历史轨迹回放。
车辆的历史运行轨迹记录可以由管理中心通过无线方式按照时间段提取后存储于管理中心，轨迹点可以在管理中心电子地图上回放以重现车辆的行驶过程。
4.3.7地图功能需求
升级会员 