洪 波

(北京全路通信信號研究設(shè)計院集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 概述

隨著鐵路綜合視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的增長以及視頻技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能分析技術(shù)的發(fā)展，既有視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)服務(wù)性網(wǎng)絡(luò)，雖然承載了鐵路大量的業(yè)務(wù)，但在智能化分析、管理和運營等方面已經(jīng)不太能滿足業(yè)務(wù)的實際需求，因圖像識別技術(shù)在視頻系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，且在各種視頻對象處理分析上均有較好的解決方案和技術(shù)實現(xiàn)，所以，如何在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)可靠、靈活、高效的智能分析系統(tǒng)架構(gòu)，為今后鐵路綜合視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)系統(tǒng)向一體化平臺及扁平化架構(gòu)的遷移提供彈性可擴(kuò)展的系統(tǒng)架構(gòu)，充分支撐各專業(yè)的個性化智能分析應(yīng)用，具有重要現(xiàn)實意義。

2 鐵路綜合視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡介

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)由視頻節(jié)點（包括視頻核心節(jié)點、視頻區(qū)域節(jié)點、視頻接入節(jié)點）、視頻匯集點、視頻采集點、承載網(wǎng)絡(luò)和視頻終端（包括視頻管理終端、監(jiān)視終端）組成。視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口包括A、B、C、D、E、F、H、Na接口，其中A、B、H是視頻監(jiān)控系統(tǒng)外部接口，C、D、E、F是視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部接口，Na是設(shè)備管理接口。主體架構(gòu)分為核心-區(qū)域-接入3層，視頻核心節(jié)點實現(xiàn)了總公司-路局、路局-路局之間的音視頻流轉(zhuǎn)發(fā)，視頻區(qū)域節(jié)點實現(xiàn)了路局管內(nèi)的音視頻流存儲、轉(zhuǎn)發(fā)，視頻接入節(jié)點則負(fù)責(zé)視頻業(yè)務(wù)的接入。

目前正在構(gòu)建視頻監(jiān)控一體化平臺，提升智能化應(yīng)用水平。架構(gòu)將由三級控制、三級存儲簡化為兩級控制、三級存儲，對部分視頻節(jié)點功能簡化，在共享視頻資源的前提下，智能分析系統(tǒng)也將按需配置至各級視頻節(jié)點。

3 智能視頻分析技術(shù)簡介

智能視頻分析技術(shù)涉及圖像處理、跟蹤技術(shù)、模式識別、人工智能、數(shù)字信號處理等多個領(lǐng)域。主要的智能分析有以下幾個類別。

1）診斷類智能分析是針對常見的攝像頭故障、視頻信號干擾、視頻質(zhì)量下降進(jìn)行準(zhǔn)確分析、判斷和報警，一般服務(wù)于智能化管理系統(tǒng)。

2）識別類智能分析主要是對靜態(tài)場景的分析處理，通過圖像識別、圖像比對及模式匹配等核心技術(shù)，實現(xiàn)對人、車、物等相關(guān)特征信息的提取與分析。

3）行為類智能分析對動態(tài)場景的分析處理，如旅客逆行、防區(qū)入侵檢測、圍欄翻越檢測、站臺穿越檢測、物品遺留、軌跡追蹤、人群聚集度檢測以及客流統(tǒng)計等。

目前主要的智能分析技術(shù)在不考慮綜合成本的前提下，大部分在前端設(shè)備和后端設(shè)備中均可實現(xiàn)。前端智能是將一些視頻分析算法移植到攝像機中，在攝像機中實現(xiàn)對實時視頻的分析和檢查，如人像識別攝像機通過移動偵測、視頻觸發(fā)可對來往行人進(jìn)行識別。后端智能是指前端攝像機只負(fù)責(zé)采集視頻信息或僅做通用性分析的結(jié)構(gòu)化篩查，將原始碼流傳遞到后端服務(wù)器進(jìn)行深入智能化視頻分析。

4 智能視頻分析應(yīng)用需求及場景分析

鐵路綜合視頻監(jiān)控網(wǎng)作為路內(nèi)通用視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的服務(wù)性網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)為鐵路各專業(yè)視頻監(jiān)控的智能化服務(wù)需求提供條件。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已實現(xiàn)了對鐵路車站、區(qū)間線路、樞紐、關(guān)鍵卡口及相關(guān)環(huán)境場景下音視頻監(jiān)控信息業(yè)務(wù)的高效承載，但隨著高鐵建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和視頻采集設(shè)備的高清、超清化以及各類新視頻應(yīng)用系統(tǒng)的部署，滿足視頻用戶更便捷的使用需求、視頻資源的整體共享和系統(tǒng)的運營智能化是鐵路綜合視頻監(jiān)控網(wǎng)發(fā)展的方向。

因此，應(yīng)在鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化建設(shè)中滿足以下功能需求。

4.1 視頻內(nèi)容分析功能

視頻內(nèi)容分析功能應(yīng)符合越線檢測、人員逆流、物品遺留檢測、物品消失檢測、人群密度檢測、徘徊滯留檢測等一種或多種分析類型。

4.2 視頻智能分析功能

鐵路視頻智能分析功能主要針對區(qū)間和車站智能化需求來實現(xiàn)。

1）區(qū)間智能分析功能

a.入侵檢測

通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，基于視頻圖像分析，當(dāng)人或動物等物體入侵到鐵路沿線區(qū)域內(nèi)敏感區(qū)域時，產(chǎn)生告警信息。

b.列車追蹤

針對特定列車，在視頻終端能持續(xù)跟蹤顯示該列車運行畫面。

2）車站智能分析功能

a.人臉識別/人像抓拍功能

支持對人實時分析出來的人臉/人像圖片和特征入庫；支持對路人庫進(jìn)行檢索，并對檢索出來的目標(biāo)進(jìn)行軌跡展示。

b.視頻結(jié)構(gòu)化功能

視頻結(jié)構(gòu)化是指通過對視頻信息進(jìn)行解析，對一個或者多個視頻中的行人屬性進(jìn)行分析歸類，從而可以快速、準(zhǔn)確的從海量視頻中找到目標(biāo)人群的一種能力。

視頻結(jié)構(gòu)化應(yīng)支持提取視頻中行人的一些屬性類，包括但不限于性別、年齡段、衣著顏色紋理款式、面部特征發(fā)型特征及配戴（如眼鏡、口罩）、舉傘/傘色、體型（標(biāo)準(zhǔn)、胖、瘦）、手拎/持物、肩挎、背包、拉拽物、騎行自行車輛等。

c.視頻摘要功能

視頻摘要是通過對視頻進(jìn)行時間和存儲空間上的壓縮處理，生成簡短的視頻片段，可以快速關(guān)聯(lián)顯示完整的視頻內(nèi)容，減少查閱視頻時間，提高查閱視頻效率。

d.視頻搜索功能

視頻搜索是指用戶可以通過空間、時間、行為、類型等搜索條件過濾掉視頻信息中的大部分信息，從而可以快速、準(zhǔn)確的從海量視頻中獲取關(guān)鍵視頻。

4.3 專業(yè)智能分析接入功能

滿足其他各專業(yè)，根據(jù)自己業(yè)務(wù)特點定制智能化需求，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)接口，部署其他智能分析功能。

此外，視頻監(jiān)控智能分析還需要一些包括視頻圖像質(zhì)量診斷功能、云鏡控制功能以及視頻聯(lián)動功能。

由此可見，視頻監(jiān)控智能化應(yīng)用的需求應(yīng)著重解決3個問題，一是將視頻監(jiān)控操作人員從繁雜而枯燥的屏幕監(jiān)視、回看任務(wù)中解脫出來，由機器來完成這部分工作，而對異常情況能夠及時告警、處理等；二是在海量的視頻數(shù)據(jù)中快速搜索到想要找到目標(biāo)圖像；三要為智能化運營和管理系統(tǒng)的建立提供基礎(chǔ)條件和輸入數(shù)據(jù)。

5 鐵路綜合視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用策略討論

鐵路綜合視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)是構(gòu)架于鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)鐵路綜合視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的智能分析接入?yún)⒖键c接入，通過獲取所需視頻媒體流實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的通用或?qū)I(yè)智能分析應(yīng)用。

5.1 視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)接入?yún)⒖键c的設(shè)置

視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)設(shè)置的邏輯接入?yún)⒖键c包括視頻采集點、視頻節(jié)點、視頻終端接入?yún)⒖键c以及與視頻外部接口相連的接入?yún)⒖键c。

1) 視頻采集點接入?yún)⒖键c：位于攝像機進(jìn)行視頻采集后（一般為網(wǎng)絡(luò)攝像機）或數(shù)字/模擬攝像機經(jīng)匯聚/編碼器編碼IP化后的接口，屬于前端分析架構(gòu)。

2) 視頻節(jié)點接入?yún)⒖键c：位于視頻節(jié)點（包括視頻核心節(jié)點、視頻區(qū)域節(jié)點、視頻接入節(jié)點）后，屬于后端分析架構(gòu)。

3) 視頻終端接入?yún)⒖键c：位于視頻終端（包括視頻終端、視頻終端服務(wù)節(jié)點）后，屬于后端分析架構(gòu)。

4) 視頻外部接口接入?yún)⒖键c：位于鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)對外網(wǎng)提供視頻服務(wù)的互聯(lián)互通接口外側(cè)，屬于后端分析架構(gòu)。

因此，根據(jù)視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)接入不同參考點的設(shè)置，總體上可分為前端智能分析和后端智能分析兩種架構(gòu)應(yīng)用策略。

5.2 視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用策略

視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用有兩種方式，即基于采用前端分析設(shè)備或模塊的前端架構(gòu)方式和基于后端通用或?qū)I(yè)應(yīng)用服務(wù)器的后端架構(gòu)方式。

前端視頻分析是將智能視頻分析算法集成在前端攝像機處理器中，以目前產(chǎn)業(yè)的集成化能力，一臺攝像機即可以實現(xiàn)大部分單視頻的智能分析。基于后端服務(wù)器的智能視頻分析是指將智能算法軟件安裝在通用或?qū)I(yè)應(yīng)用服務(wù)器系統(tǒng)中，在視頻媒體流轉(zhuǎn)入服務(wù)器后對視頻流進(jìn)行圖像分析和處理。

兩類經(jīng)智能分析接入?yún)⒖键c部署智能視頻分析架構(gòu)的實現(xiàn)可以說是各有千秋，但是筆者認(rèn)為在鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，采用后端智能分析應(yīng)用服務(wù)的架構(gòu)相對優(yōu)于前端采集設(shè)備應(yīng)用的架構(gòu)，原因主要表現(xiàn)在以下幾點。

1) 在部署前端智能攝像機以取代傳統(tǒng)模擬攝像機之時，會涉及到大量增量資金的投入，且鐵路區(qū)間和車站大多數(shù)為相對單一的監(jiān)控場景，智能化需求差異明顯，在后端服務(wù)器進(jìn)行智能化升級則更具優(yōu)勢。

2) 在安裝運維中，后端部署的方式雖然對于網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)管理提出了較高要求，但結(jié)合目前鐵路視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)以視頻節(jié)點為視頻數(shù)據(jù)存儲中心的集中存儲方式，反而為基于后端視頻智能分析架構(gòu)的應(yīng)用提供了可行條件。

3) 以現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展速度，智能攝像機會不斷被新出現(xiàn)的具有更多智能化功能設(shè)備所取代，而升級后端服務(wù)和硬件系統(tǒng)比升級前端冗余處理能力相對有限的固件和網(wǎng)絡(luò)攝像機要簡單很多。

4）全國鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)各有先后，視頻采集設(shè)備新舊狀態(tài)會分布在較長的時間范圍內(nèi)，為控制項目的投資規(guī)模，有效利用現(xiàn)有生產(chǎn)能力，一般在設(shè)備壽命周期內(nèi)不會進(jìn)行大面積設(shè)備更新。因此，對于已建非智能高清/標(biāo)清攝像機，使用后端智能分析系統(tǒng)可更好的控制投入，同時也是快速實現(xiàn)系統(tǒng)智能化技術(shù)升級的有效手段。

5) 除了將原始視頻流與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)一并上傳的人像抓拍等智能攝像機外，一般的智能攝像機會按設(shè)定參數(shù)收集視頻數(shù)據(jù)信息，甚至把一部分經(jīng)智能分析后的無關(guān)視頻數(shù)據(jù)丟棄，以達(dá)到節(jié)省帶寬的目的，但如果用戶存在進(jìn)一步智能化分析的需求時，帶寬占用則會恢復(fù)，在改變了前端原有的智能化策略，增加了系統(tǒng)控制、設(shè)置復(fù)雜度的同時，也對業(yè)務(wù)操作和實時監(jiān)控提出了更高的技術(shù)要求，在一定意義上導(dǎo)致了系統(tǒng)故障率的增加。

因此，鐵路綜合視頻監(jiān)控智能分析系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)用策略應(yīng)根據(jù)鐵路行業(yè)自身的特點，盡量使用通用低成本的前端視頻采集設(shè)備，配以必須使用的標(biāo)準(zhǔn)化智能視頻采集設(shè)備和定制化視頻前端，通過配備通用和專業(yè)的智能分析應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化升級，并支撐鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)運營和管理的智能化建設(shè)。

6 結(jié)束語

簡單地對前端視頻采集設(shè)備做智能化更替并不能使系統(tǒng)升級為具有智能化功能的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。對于智能化的一致性、可用性，僅有智能前端是不夠的，更需要完整的智能化解決方案才能發(fā)揮智能分析系統(tǒng)的功能和作用。與前端單點智能化分析處理相比，擁有從前端到后端整體智能解決方案才能真正稱之為綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化實現(xiàn)。在高清數(shù)字化、大數(shù)據(jù)化的大背景下，未來鐵路綜合視頻智能化的格局將會更清晰，用戶需求的細(xì)化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提升、信息數(shù)據(jù)的豐富和高鐵建設(shè)的需要，推動著鐵路視頻監(jiān)控智能化的發(fā)展，但真正的視頻監(jiān)控智能化剛剛拉開帷幕，每一次技術(shù)的進(jìn)步，需求的完善，系統(tǒng)的優(yōu)化，都在為鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)人工智能時代的到來做著準(zhǔn)備。