智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通的運(yùn)用分析

李旭東

（北京警察學(xué)院 北京 102202）

1 引言

視頻監(jiān)控技術(shù)在軌道交通管理方面的應(yīng)用優(yōu)勢比較明顯，可以實(shí)時(shí)獲取交通運(yùn)營信息，為運(yùn)營管理以及問題處理提供可靠的支持。尤其是現(xiàn)在我國城市軌道交通建設(shè)越來越復(fù)雜，通過智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化以及數(shù)字化管理，能夠更加及時(shí)地發(fā)現(xiàn)存在的問題，減少甚至避免交通損失的發(fā)生，對軌道交通的安全運(yùn)行提供了可靠保障，這是改善城市軌道交通管理效果的重要措施。

2 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的作用原理

城市軌道交通大大提高了人們出行的便利性，并且在運(yùn)行安全方面具有更大的保障，越來越多的人們選擇利用軌道交通出行。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在城市軌道交通管理中的應(yīng)用，最終目的便是進(jìn)一步改善運(yùn)營管理質(zhì)量，在高新技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化與數(shù)字化的管理，保證軌道交通運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其技術(shù)水平更高，以計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)與人工智能技術(shù)為支持，由計(jì)算機(jī)對人類的視覺認(rèn)知原理進(jìn)行模擬，對系統(tǒng)前端拍攝所獲取的圖像做進(jìn)一步的科學(xué)分析，對其中隱藏的潛在目標(biāo)進(jìn)行追蹤，排除存在的隱患[1]。運(yùn)營管理人員可以通過智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)功能，對報(bào)警規(guī)則進(jìn)行靈活設(shè)置，一旦系統(tǒng)拍攝并分析確定前端存在符合報(bào)警規(guī)則的行為或者事物，系統(tǒng)便可自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)采取措施處理，排除各類事故發(fā)生的可能性。智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)流程見圖1 所示。

圖1 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)作流程

3 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

城市軌道交通的建設(shè)日益完善，整個(gè)交通體系也更加復(fù)雜，對運(yùn)營管理工作提出了更加嚴(yán)格的要求，需要全面掌握軌道交通的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，保證能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并排除隱患，為人們的安全出行提供保障。并且，因?yàn)檐壍澜煌ㄟ\(yùn)行環(huán)境的特殊性，空間具有密閉性特點(diǎn)，且人流量集中，相對更容易發(fā)生違法犯罪行為，對乘客的人身財(cái)產(chǎn)安全存在較大的威脅。

以往對于城市軌道交通也設(shè)置有配套的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中逐漸暴露出了各種問題。例如軌道交通安保人員無法做到現(xiàn)場環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，多數(shù)情況下是在事情發(fā)生后作為調(diào)查取證的依據(jù)存在，無法起到有效的防范作用。并且，傳統(tǒng)所應(yīng)用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息非常多，即便是調(diào)查取證依然需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間對有效信息進(jìn)行檢索，可利用效果較差[2]。相比來講，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用方面具有更加明顯的優(yōu)勢：（1）響應(yīng)速度快。對于符合報(bào)警特征的目標(biāo)監(jiān)控對象，系統(tǒng)可以做到毫秒級的報(bào)警觸發(fā)。（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過計(jì)算機(jī)來模擬人類視覺認(rèn)知原理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控，不需要人工來進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，運(yùn)營管理以及安保人員只需要關(guān)注是否存在報(bào)警信息即可。（3）分析功能。系統(tǒng)可做到多種功能、數(shù)據(jù)分析以及檢索功能，為城市軌道交通的運(yùn)營以及安全管理提供更大的保障。

面對城市軌道交通復(fù)雜的運(yùn)營環(huán)境，通過智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用支持，可以做到異常目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤、分析以及監(jiān)控，確?？梢栽诖_定的第一時(shí)間自主報(bào)警，并對相關(guān)的視頻信息進(jìn)行記錄，便于后期的調(diào)查取證。完全可以滿足對異常安全事件的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，大大降低了違法犯罪行為的發(fā)生，為乘客的安全出行提供保障，并且也為軌道交通的運(yùn)營管理提供了巨大的支持[3]。

4 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

4.1.1 控制中心監(jiān)控系統(tǒng)

該部分主要包括了主機(jī)、分機(jī)、顯示器、數(shù)字圖像編解碼器以及存儲器等設(shè)備，主要負(fù)責(zé)將視頻信號切換到各種監(jiān)控位置，對實(shí)時(shí)監(jiān)控屏幕進(jìn)行錄像。在確保終端等各部分均無異常的情況下，監(jiān)控?cái)z像機(jī)是主機(jī)優(yōu)先控制的對象。另外，還可以根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展，經(jīng)過權(quán)限設(shè)置切換操作，對監(jiān)控視頻進(jìn)行控制與保存。視頻編解碼器的主要功能是完成網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字信號以及圖像的壓縮處理，并根據(jù)需求來進(jìn)行相應(yīng)的編碼與解碼操作。

4.1.2 終端監(jiān)控系統(tǒng)

該部分可分為車站與人員兩個(gè)監(jiān)控子系統(tǒng)，除了監(jiān)控位置以及監(jiān)控功能不同以外，系統(tǒng)的硬件組成并無太大區(qū)別。終端監(jiān)控系統(tǒng)的組成包括終端監(jiān)控主機(jī)、攝像頭、視頻編解碼器、均衡器等硬件設(shè)備[4]。車站現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)一般面向的是公共場所實(shí)際環(huán)境與實(shí)時(shí)狀況的監(jiān)控與管理，而列車駕駛員監(jiān)控子系統(tǒng)面向的則是駕駛情況的監(jiān)控管理。

4.1.3 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)可以看作是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通過控制電纜的有線傳輸，在站內(nèi)完成視頻可靠傳輸。各站點(diǎn)之間視頻傳輸以及控制層視頻傳輸時(shí)，可以通過以太網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)等通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，保證了傳輸視頻信息的有效性。

4.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 智能視頻分析

以深度學(xué)習(xí)目標(biāo)檢測以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)智能視頻分析功能，來完成各項(xiàng)特征的分類，對監(jiān)控視頻內(nèi)的人體特征進(jìn)行有效識別。并且還能夠檢測與跟蹤個(gè)體，以及對群體目標(biāo)的行為狀態(tài)進(jìn)行分析，完成監(jiān)控目標(biāo)行為類型的判斷分類。例如可完成行為檢測、周界防范檢測（物品遺留檢測、區(qū)域入侵檢測等）、扶梯事件檢測（扶梯逆行、扶梯摔倒等）、態(tài)勢檢測（客流統(tǒng)計(jì)、區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計(jì)、密度估計(jì)等）以及人員滯留等，并且以智能監(jiān)控視頻系統(tǒng)所提供的事件監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，來分析判斷存在的可疑事件，提前做好突發(fā)時(shí)間的預(yù)警與應(yīng)急管理，避免事故的發(fā)生，以及減少事故帶來的損失[5]。

4.2.2 目標(biāo)檢測

以獲取的監(jiān)控視頻信息為基礎(chǔ)，對圖片以及視頻幀中物體信息進(jìn)行識別分類，并且確定該物體對應(yīng)的坐標(biāo)位置，掌握該物體的實(shí)際情況。目標(biāo)檢測的前提在于既定目標(biāo)檢測模型，可實(shí)現(xiàn)的檢測范圍是由檢測模型庫來決定的。在對目標(biāo)物體進(jìn)行檢測時(shí)，最常用的便是中心坐標(biāo)或者極坐標(biāo)法表示，通過坐標(biāo)數(shù)值來表示目標(biāo)物體在圖片或視頻內(nèi)的位置，為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析處理提供支持[6]。在人工智能技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下，目標(biāo)檢測技術(shù)在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢更為突出，可有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對象的跟蹤監(jiān)控，便于軌道交通的監(jiān)控管理。

4.2.3 目標(biāo)分類

目標(biāo)分類技術(shù)的功能在于判斷輸入圖像中是否出現(xiàn)感興趣的類別，并相應(yīng)地會輸出一系列帶分?jǐn)?shù)的標(biāo)簽，由此來表明感興趣類別物體在輸入圖像中出現(xiàn)的可能性。深度學(xué)習(xí)可通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來完成特征的構(gòu)造，先是在分類任務(wù)中來突破性能，對應(yīng)的便是深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)下的目標(biāo)分類技術(shù)。目前來講，針對靜態(tài)圖片的目標(biāo)檢測技術(shù)已經(jīng)成熟，需要研究的重點(diǎn)更多的是基于視頻時(shí)序信息的目標(biāo)檢測。

5 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能應(yīng)用

5.1 視頻移動(dòng)偵測

城市軌道交通對應(yīng)的公共環(huán)境比較復(fù)雜，人流量密集度高，且具有非常大的流動(dòng)性，視頻監(jiān)控管理的難度也就比較大。以視頻移動(dòng)偵測技術(shù)為支持，便可以完成對目標(biāo)的精準(zhǔn)偵測與識別，以及還能夠?qū)蓽y目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、方向以及特征完整的記錄下來。其功能的應(yīng)用可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）絆線報(bào)警。主要面向的是部分劃定線路的區(qū)域環(huán)境，包括高架線路、地面線路以及地鐵界限等區(qū)域的視頻偵測，如果該區(qū)域界線內(nèi)有非工作人員出現(xiàn)，系統(tǒng)將會自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息。（2）禁區(qū)報(bào)警。針對的是重要地點(diǎn)的監(jiān)控報(bào)警，包括部分工作區(qū)域，如果偵測到界線內(nèi)出現(xiàn)非工作人員或者乘客，經(jīng)過分析確認(rèn)后，系統(tǒng)可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息提醒管理人員及時(shí)處理[7]。（3）尾隨檢測。如果在偵測范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有犯罪分子存在特定目標(biāo)尾隨行為，監(jiān)控系統(tǒng)會將其判定為異常情況，且自動(dòng)完成對其的跟蹤與報(bào)警。（4）運(yùn)動(dòng)方向。如果監(jiān)控范圍內(nèi)出現(xiàn)與正常客流相反的運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，視頻偵測會將其作為目標(biāo)對象加強(qiáng)運(yùn)動(dòng)檢測，以便能夠更加及時(shí)地發(fā)現(xiàn)監(jiān)控目標(biāo)的異常行為。

5.2 人群控制

通過對區(qū)域內(nèi)人群特征的監(jiān)控結(jié)果，來向運(yùn)營以及安全管理提供支持，包括以下幾點(diǎn)：（1）乘客上車過程的監(jiān)控，判斷是否存在人群擁擠情況，以免通過人群數(shù)量過多造成誤傷。（2）局部人流量較大或比較集中區(qū)域的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)后由管理人員技術(shù)進(jìn)行疏導(dǎo)，避免人流過于密集產(chǎn)生危險(xiǎn)。（3）分析判斷軌道交通內(nèi)部的客流量，如果已經(jīng)超出最高承受能力，需要由工作人員在入口采取措施控制客流量，將人數(shù)控制在安全范圍內(nèi)。

5.3 面部識別

可對人臉面部特征進(jìn)行自動(dòng)識別，與數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行比對，驗(yàn)證人員的身份信息。該功能可分為兩類，一類是合作型應(yīng)用，即與軌道交通門禁系統(tǒng)配合，對需要進(jìn)入到指定區(qū)域的人員身份進(jìn)行識別認(rèn)證，認(rèn)證不通過不予放行[8]。另一類則是非合作型應(yīng)用，面向的是公共空間的個(gè)人人員識別，可用于對犯罪嫌疑人的身份認(rèn)定。

5.4 煙火檢測

煙火檢測一直都是軌道交通管理的重要內(nèi)容，通過智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)煙火的可靠檢測。如果軌道交通內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，將會在第一時(shí)間觸發(fā)相關(guān)監(jiān)控設(shè)備，完成該區(qū)域視頻信息的上傳與報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)處理。并且還能夠通過前端獲取的火災(zāi)視頻信息，分析預(yù)判火災(zāi)趨勢，更利于火災(zāi)的控制與人員疏散。

6 結(jié)語

在城市軌道交通建設(shè)日益完善的情況下，鑒于軌道交通運(yùn)行的特殊性，為確保其運(yùn)行安全性，以及提高運(yùn)營效率，通過智能視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對軌道交通運(yùn)營狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保隨時(shí)都可以掌握現(xiàn)場情況，以便于在第一時(shí)間采取措施應(yīng)對解決各種問題，避免事故的發(fā)生。