基于3D技術(shù)的軌道交通視頻監(jiān)視布點(diǎn)設(shè)計(jì)

李守杰 趙敏

摘要：針對(duì)軌道交通車站公共區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)終端攝像機(jī)“無(wú)盲區(qū)”的覆蓋需求，結(jié)合應(yīng)用于軌道交通工程建設(shè)的BIM技術(shù)，提出將二者結(jié)合在軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)中應(yīng)用3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案。描述了3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)方法，針對(duì)3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)在車站公共區(qū)視頻監(jiān)視中應(yīng)用的技術(shù)分析進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并給出了相應(yīng)的解決方案。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用分析，說(shuō)明了3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)在軌道交通視頻監(jiān)視中的應(yīng)用是可行的。

關(guān)鍵詞：科學(xué)化；軌道交通；視頻監(jiān)視

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2019）08-62-3

0引言

建筑信息模型BIM逐漸應(yīng)用于軌道交通工程建設(shè)中，在管線碰撞檢測(cè)、精確組裝等方面已得到廣泛認(rèn)可[1]。。隨著反恐業(yè)務(wù)的需求及承載視頻監(jiān)視傳輸?shù)腎P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，攝像機(jī)在軌道交通車站公共區(qū)布點(diǎn)密度的要求越來(lái)越高，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，海量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和大量設(shè)備對(duì)系統(tǒng)管理和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等需求壓力俱增。

針對(duì)軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)行地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[2]中明確要求視頻監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)在售檢票大廳、乘客集散廳、上下行站臺(tái)、自動(dòng)扶梯和換乘通道等公共場(chǎng)所設(shè)置監(jiān)視攝像設(shè)備。而隨著城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，客流數(shù)量急劇攀升，運(yùn)營(yíng)安全日益嚴(yán)峻，反恐壓力與日俱增，在此基礎(chǔ)上，提出視頻監(jiān)視在車站公共區(qū)范圍內(nèi)“無(wú)盲區(qū)”的要求。

在寧波軌道交通2號(hào)線監(jiān)控布點(diǎn)時(shí)采用一種可量化地鐵視頻監(jiān)控智能布點(diǎn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上[3]，結(jié)合BIM的應(yīng)用，搭建適合于軌道交通的3D模型，將車站的公共區(qū)和無(wú)盲區(qū)方案在此模型中得到認(rèn)證，并通過(guò)3D模型的建立來(lái)指導(dǎo)車站公共區(qū)前端攝像機(jī)的科學(xué)布點(diǎn)。

1 3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)

為了在車站公共區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合車站的具體形式以及各專業(yè)終端設(shè)備，統(tǒng)籌前端攝像機(jī)布點(diǎn)的整體規(guī)劃，科學(xué)有效地評(píng)估前端攝像機(jī)布點(diǎn)位置的優(yōu)劣，提出了3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)的方法[4]。

3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)方法通過(guò)對(duì)攝像機(jī)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)，定義出三維立體范圍內(nèi)清晰識(shí)別區(qū)、模糊識(shí)別區(qū)和盲區(qū)[5]。假定一個(gè)攝像機(jī)位置已確定，包括安裝高度及三維坐標(biāo)，再結(jié)合此監(jiān)控?cái)z像機(jī)鏡頭的焦距，繪制單點(diǎn)位的立體錐形可視域（反映在平面CAD圖紙上為扇形區(qū)域）。將立體錐形可視域疊加至車站建筑的三維立體視角中，結(jié)合車站公共區(qū)“無(wú)盲區(qū)”的抽象要求進(jìn)行三維視角比對(duì)，并根據(jù)比對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整攝像機(jī)前期規(guī)劃，以科學(xué)合理的有效點(diǎn)位來(lái)滿足車站公共區(qū)視頻監(jiān)視“無(wú)盲區(qū)”的監(jiān)控要求，從而有效提高攝像機(jī)的利用率，實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)成本、提高監(jiān)控效率的目的，3D科學(xué)化布點(diǎn)的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2設(shè)計(jì)過(guò)程

3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括3D視場(chǎng)模擬、3D可視域設(shè)計(jì)和攝像機(jī)點(diǎn)位調(diào)整。

2.1 3D視場(chǎng)模擬

3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)的前提需模擬攝像機(jī)在車站公共區(qū)環(huán)境條件下的三維最佳視覺(jué)效果，模擬主要指標(biāo)有3D視場(chǎng)角和3D可視視場(chǎng)長(zhǎng)度。

（1）3D視場(chǎng)角

通常情況下，以攝像機(jī)的鏡頭為頂點(diǎn)，被測(cè)物體通過(guò)鏡頭左右邊緣之間的夾角，稱為水平視場(chǎng)角；被測(cè)物體通過(guò)鏡頭上下邊緣之間的夾角，稱為垂直視場(chǎng)角；通過(guò)水平視場(chǎng)角和垂直視場(chǎng)角的有效組合稱為3D視場(chǎng)角。3D視場(chǎng)角的大小決定了攝像機(jī)鏡頭的視線范圍，視場(chǎng)角越大，放大倍率越小，視線范圍越大；反之視場(chǎng)角越小，放大倍率越大，視線畫(huà)面中物體越大。一般情況下，視場(chǎng)角越大，焦距就越短。根據(jù)軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)行業(yè)內(nèi)常規(guī)攝像機(jī)鏡頭焦距和視場(chǎng)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以鏡頭尺寸為1/2.8英寸、分辨率為1 080 P的攝像機(jī)計(jì)算視場(chǎng)角數(shù)據(jù)，3D可視視場(chǎng)角如表1所示。

（2）3D可視視場(chǎng)長(zhǎng)度

軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)中圖像質(zhì)量可采用5級(jí)損傷制的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，然而清晰區(qū)和模糊區(qū)的圖像識(shí)別存在差異，需通過(guò)三維模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)確定常規(guī)攝像機(jī)在車站布點(diǎn)中有效的視場(chǎng)長(zhǎng)度，以鏡頭尺寸為1/2.8英寸、分辨率為1 080 P的攝像機(jī)，3D視場(chǎng)清晰。識(shí)別區(qū)和模擬識(shí)別區(qū)的分界面如表2所示。

選擇以人的面部占終端顯示屏的顯示比例為參考，以1 080 P（焦距為6 mm）攝像機(jī)為例，在5 m，10 m，15 m處終端顯示屏上截取畫(huà)面成像效果如圖2所示。

2.2 3D可視域設(shè)計(jì)

根據(jù)攝像機(jī)3D視場(chǎng)角和3D可視視場(chǎng)長(zhǎng)度的研究結(jié)論，結(jié)合軌道交通應(yīng)用的BIM技術(shù)以及視頻監(jiān)視系統(tǒng)中常用的攝像機(jī)，可繪制車站公共區(qū)三維立體圖以及各攝像機(jī)的3D可視范圍。通過(guò)三維立體圖可解決立體環(huán)境下前端攝像機(jī)的覆蓋范圍與其他各專業(yè)終端設(shè)備沖突點(diǎn)、視角最佳位置等，特別適用于具有人臉識(shí)別功能攝像機(jī)的定位，能有效地抓拍到清晰的視頻和圖片[6]。在3D科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)軟件中模擬車站公共區(qū)立體畫(huà)面和攝像機(jī)3D可視域設(shè)計(jì)，確保了3D可視域設(shè)計(jì)的可行性和真實(shí)性，為后續(xù)3D科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用和推廣提供了可靠依據(jù)。

2.3攝像機(jī)點(diǎn)位調(diào)整

在實(shí)際車站公共區(qū)攝像機(jī)布點(diǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，除考慮3D視場(chǎng)模擬和3D可視域設(shè)計(jì)因素外，還需考量車站公共區(qū)內(nèi)建筑布局、其他專業(yè)終端設(shè)備的遮擋及點(diǎn)位補(bǔ)盲等問(wèn)題。所以，從3D技術(shù)科學(xué)布點(diǎn)設(shè)計(jì)到攝像機(jī)實(shí)際布點(diǎn)的應(yīng)用仍需不斷地總結(jié)和優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整的原則包括：①公共區(qū)攝像機(jī)的分類、布點(diǎn)，應(yīng)關(guān)注客流量較集中的重點(diǎn)區(qū)域；②減少重復(fù)覆蓋率，保障“無(wú)盲區(qū)”要求；③結(jié)合車站的建筑裝修及各專業(yè)終端在三維空間的布置，合理地布設(shè)攝像機(jī)，減少?zèng)_突點(diǎn)。

3結(jié)果分析

以寧波軌道交通3號(hào)線一期標(biāo)準(zhǔn)車站公共區(qū)的攝像機(jī)覆蓋為模擬環(huán)境，在3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)中，參照3D視場(chǎng)模擬和3D可視域設(shè)計(jì)，在BIM三維立體技術(shù)空間中構(gòu)建前端攝像機(jī)的高度、視角及覆蓋范圍，設(shè)定前端攝像機(jī)的最佳可視范圍，從而優(yōu)化了車站公共區(qū)攝像機(jī)視角范圍外的盲區(qū)。結(jié)合車站公共區(qū)特點(diǎn)及其他各專業(yè)的相互影響，在實(shí)際布點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中不斷地優(yōu)化調(diào)整攝像機(jī)的點(diǎn)位，最終完成車站公共區(qū)攝像機(jī)的布點(diǎn)設(shè)計(jì)[7]。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)模擬對(duì)比分析，車站公共區(qū)前端攝像機(jī)的點(diǎn)位設(shè)計(jì)更具合理性，整體優(yōu)化調(diào)整了攝像機(jī)的焦段和點(diǎn)位，增加了部分?jǐn)z像機(jī)的布置，減少了盲區(qū)，與一種可量化地鐵視頻監(jiān)控智能布點(diǎn)設(shè)計(jì)相比，3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用，提高了攝像機(jī)的利用率。

4結(jié)束語(yǔ)

軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)智能分析業(yè)務(wù)正以多元化方向發(fā)展，如人臉識(shí)別、云平臺(tái)多線路融合和大數(shù)據(jù)分析等，而智能分析業(yè)務(wù)是基于行之有效的車站公共區(qū)終端攝像機(jī)無(wú)盲區(qū)覆蓋為基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)來(lái)源通過(guò)采用3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)設(shè)計(jì)，從業(yè)主需求、設(shè)備基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)層面等多角度對(duì)前端攝像機(jī)的點(diǎn)位給出合理化的建議和優(yōu)化方案，為軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)車站公共區(qū)無(wú)盲區(qū)的工程建設(shè)需求提供了一項(xiàng)全新的布點(diǎn)設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也為3D技術(shù)科學(xué)化布點(diǎn)在軌道交通視頻監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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