軌道交通監(jiān)控中智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

秦濤

摘 要：行業(yè)統(tǒng)計(jì)，城市交通是以鐵路為主導(dǎo)的，城市人口流量最大的城市，軌道交通各線路施工時(shí)間長(zhǎng)，行車(chē)性能一直處于世界領(lǐng)先水平，受施工過(guò)程技術(shù)條件的制約，新老線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全不同，既有模擬標(biāo)準(zhǔn)，也有數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)定義模式。隨著城市軌道交通數(shù)字化發(fā)展，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可控性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性的要求越來(lái)越高，5G將成為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略領(lǐng)域，并將在2019年進(jìn)入快速發(fā)展階段，利用5G通信網(wǎng)絡(luò)。對(duì)5G通信在城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，利用5G通信的網(wǎng)絡(luò)接口和邊緣計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建了5G視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：軌道交通;監(jiān)控;智能視頻;技術(shù);應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TN948.6;U298 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要功能和組成的介紹

1.1 對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能的分析

對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它可以對(duì)顯示設(shè)備的行為、車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)和指揮效率等多個(gè)方面進(jìn)行有效監(jiān)控。此外，該系統(tǒng)還能利用合適的列車(chē)攝像機(jī)、編碼器、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備，為安保人員提供準(zhǔn)確的信息，接收災(zāi)害預(yù)防和社會(huì)安全視頻信息。

（1）對(duì)監(jiān)視范圍的介紹。由于 U 型監(jiān)控室等關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備的不斷改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，使許多操作人員能夠在各自的顯示器上獲取相關(guān)信息。

（2） 對(duì)視頻存儲(chǔ)功能的介紹。該系統(tǒng)能夠有效存儲(chǔ)長(zhǎng)時(shí)間的視頻信息，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)各攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各自工作人員的通話、觀看等權(quán)利，保證證據(jù)的記錄。

（3）對(duì)控制功能的介紹。監(jiān)控室相關(guān)人員可在本地控制云攝像機(jī)遠(yuǎn)程優(yōu)先權(quán)丟失設(shè)置，對(duì)事項(xiàng)進(jìn)行分權(quán)管理。一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)先考慮的是操作者。使用者的使用環(huán)境是預(yù)先設(shè)定的，并能在緊急情況下迅速切換及調(diào)整。

1.2 對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的介紹

系統(tǒng)主要包括“中心、站、線、庫(kù)”子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的安全監(jiān)控。每個(gè)線路都有中心層和各車(chē)站。每個(gè)層次都可以有效地監(jiān)控系統(tǒng)中的圖像。監(jiān)測(cè)能力獨(dú)立，互不干擾，具有實(shí)時(shí)管理功能。本系統(tǒng)主要包括圖像采集、集中控制處理、信號(hào)傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理等部分，通過(guò)視頻處理裝置，可以將車(chē)站視頻信號(hào)傳輸?shù)浇粨Q存儲(chǔ)設(shè)備，并可與公安機(jī)關(guān)等有關(guān)部門(mén)進(jìn)行信息交換，從而加快了智能化進(jìn)程，提高了視頻清晰度，增強(qiáng)了監(jiān)控能力，保證和促進(jìn)了軌道交通的高效運(yùn)行。

2 軌道交通監(jiān)控中智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

2.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

5G端端通信技術(shù)能夠達(dá)到與專(zhuān)用網(wǎng)相同的安全和隔離水平。通過(guò)這種技術(shù)，可以構(gòu)建自主虛擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。磁盤(pán)上只能由授權(quán)的設(shè)備訪問(wèn)和通信磁盤(pán)。同時(shí)，端到端 NFV 和軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（SDN）能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)靈活分配，以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件增加的網(wǎng)絡(luò)資源情況，例如，在節(jié)日期間特定地區(qū)增加視頻監(jiān)控密度，5G 通信網(wǎng)絡(luò)具有較大的網(wǎng)絡(luò)靈活性、較高的靈活性和快速應(yīng)用實(shí)現(xiàn)能力，而不是自建光纖專(zhuān)用網(wǎng)。

2.2 邊緣計(jì)算技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用

高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心是提高計(jì)算性能，糾正高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸和存儲(chǔ)的瓶頸，如果攝像機(jī)連續(xù)采集高分辨率圖像，則需要對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行智能控制，為快速、及時(shí)地傳輸流媒體，采用邊緣計(jì)算方法，在 5G 通信載波網(wǎng)絡(luò)的邊緣上可以將視頻處理頁(yè)面?zhèn)魉偷接脩繇?yè)面，基站下攝像機(jī)采集的信息可以本地存儲(chǔ)，視頻數(shù)據(jù)分析的延時(shí)，同時(shí)可根據(jù)5G 通信技術(shù) + 邊緣計(jì)算平臺(tái)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于邊緣計(jì)算平臺(tái)和視頻服務(wù)質(zhì)量的動(dòng)態(tài)優(yōu)化處理，視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)流程不需要通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)，而是直接從邊緣計(jì)算平臺(tái)路由到本地網(wǎng)，確保業(yè)務(wù)流的私有化和安全管理與控制，同時(shí)本地流量的重新定向可以減少對(duì)提取帶寬的消耗，減少服務(wù)等待時(shí)間，提高服務(wù)體驗(yàn)。另外，在用戶頁(yè)面上建立 5G 通信技術(shù) + 基于云計(jì)算的邊緣計(jì)算平臺(tái)等對(duì)時(shí)延敏感的企業(yè)，可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求向邊緣計(jì)算平臺(tái)下沉，打造強(qiáng)大的客戶端計(jì)算能力，為城市軌道交通線路的智能化運(yùn)營(yíng)維護(hù)、無(wú)人值守運(yùn)營(yíng)、基于高清視頻的客流管理和人臉識(shí)別等信息創(chuàng)新應(yīng)用提供支撐。

2.3 智能分析協(xié)同

城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò)智能分析算法實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的自動(dòng)識(shí)別和報(bào)警，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是在中心服務(wù)器對(duì)采集到的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析，分析出結(jié)果后在后臺(tái)進(jìn)行信息顯示或報(bào)警提示，邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備不具備或僅具備簡(jiǎn)單的智能分析能力，易受監(jiān)控角度、光線、環(huán)境干擾，準(zhǔn)確率不高，反應(yīng)較慢。智能分析協(xié)同是指將包括人臉識(shí)別分析、軌跡跟蹤、行為識(shí)別、語(yǔ)音解析等各類(lèi)智能分析算法模型以及不同廠家針對(duì)同一場(chǎng)景的智能分析算法集成到云計(jì)算中心的平臺(tái)服務(wù)層進(jìn)行統(tǒng)一管理，根據(jù)邊緣節(jié)點(diǎn)本身性能限制和應(yīng)用需求，周期性選取最優(yōu)的分析模型以功能函數(shù)、容器鏡像、微服務(wù)、應(yīng)用程序的形式部署至邊緣節(jié)點(diǎn)。在日常運(yùn)營(yíng)中，云計(jì)算中心根據(jù)實(shí)際監(jiān)控應(yīng)用效果通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)對(duì)應(yīng)用模型進(jìn)行閉環(huán)反饋和迭代訓(xùn)練升級(jí)，通過(guò)這種自學(xué)習(xí)使系統(tǒng)對(duì)于各類(lèi)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的適應(yīng)性和智能分析能力不斷提升，邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備也同時(shí)具備了較強(qiáng)的智能分析能力和較快的輸出響應(yīng)能力，當(dāng)中心服務(wù)器出現(xiàn)宕機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)傳輸出現(xiàn)中斷時(shí)，不會(huì)影響車(chē)站視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能分析和異常事件報(bào)警提示等功能的正常使用，有效保證對(duì)車(chē)站各個(gè)區(qū)域的不間斷監(jiān)控，防止突發(fā)事件或關(guān)鍵視頻信息的遺漏，加快站務(wù)人員對(duì)突發(fā)事件和風(fēng)險(xiǎn)事件的應(yīng)急響應(yīng)。

2.4 視頻結(jié)構(gòu)化持續(xù)優(yōu)化，抗環(huán)境干擾

視頻結(jié)構(gòu)化算法對(duì)環(huán)境比較敏感，受環(huán)境干擾大，光線、雜物、惡劣天氣、晃動(dòng)都會(huì)影響實(shí)際效果。隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)前沿技術(shù)的日益成熟，深度學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算、海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練、多維信息結(jié)合、大數(shù)據(jù)挖掘分析、目標(biāo)跟蹤等技術(shù)都將快速推動(dòng)視頻結(jié)構(gòu)化分析技術(shù)、算法效果的逐步提升，以達(dá)到根據(jù)不同的復(fù)雜環(huán)境對(duì)視頻數(shù)據(jù)精準(zhǔn)高效地自動(dòng)學(xué)習(xí)和過(guò)濾的目的。

2.5 多種設(shè)備的數(shù)據(jù)融合

充分利用現(xiàn)有電子警察、監(jiān)控球機(jī)、卡口、魚(yú)眼等視頻監(jiān)控設(shè)備，采用視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)分析視頻圖像，獲取有價(jià)值的車(chē)牌號(hào)碼、行駛方向等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。按照 “點(diǎn) — 線 — 面”的模式，探索數(shù)據(jù)交互和服務(wù)交互的問(wèn)題。通過(guò)將同區(qū)域內(nèi)的不同結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，力爭(zhēng)使原本孤立的視頻點(diǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性的數(shù)據(jù)島。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的進(jìn)步，視頻監(jiān)控在現(xiàn)代社會(huì)中的重要性不言而喻。進(jìn)一步提取視頻中的有價(jià)值信息，充分利用非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的互補(bǔ)特性，能夠產(chǎn)出更多智慧化更高、實(shí)戰(zhàn)性更強(qiáng)、展示性更好的產(chǎn)品。目前，視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，特別是興起的智能網(wǎng)聯(lián)、自動(dòng)駕駛技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展了大面積技術(shù)驗(yàn)證。但總體來(lái)說(shuō)，在交管部門(mén)的應(yīng)用還不夠深入。下一步應(yīng)該結(jié)合交管實(shí)際需要，以 “組合 + 創(chuàng)新”的方式，解決視頻單一、數(shù)據(jù)孤島、應(yīng)用分離的具體問(wèn)題，推動(dòng)道路視頻監(jiān)控應(yīng)用和交管科技手段的快速發(fā)展，為提高城市道路交通治理能力提供更多技術(shù)支撐。

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