董宇杰

（中鐵三局集團(tuán)，山西 太原 030000）

0 引 言

在當(dāng)前的城市軌道交通運(yùn)輸中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)得到了良好的普及。通過(guò)此類系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控城市軌道交通的運(yùn)行情況，以便實(shí)現(xiàn)各種異常情況的緊急調(diào)度與及時(shí)處理。而在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用5G技術(shù)，可以使其網(wǎng)絡(luò)通信功能上升到一個(gè)全新的高度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體應(yīng)用質(zhì)量的顯著提升。

1 5G通信技術(shù)與城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 5G通信技術(shù)

相較于4G通信技術(shù)而言，5G通信技術(shù)增加了端到端、設(shè)備到設(shè)備的通信功能，其傳感器的質(zhì)量和通信便攜性也實(shí)現(xiàn)了顯著提高。就理論而言，5G的傳輸速度可以達(dá)到10 Gb/s，是4G傳輸速度的數(shù)百倍[1]。同時(shí)，5G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性也更好。5G承載網(wǎng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G承載網(wǎng)總體架構(gòu)

1.2 城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控設(shè)備對(duì)城市軌道交通中的車輛運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并將實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面顯示在系統(tǒng)終端。通過(guò)合理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)、編碼器以及列車攝像機(jī)等設(shè)備，可以將準(zhǔn)確的監(jiān)控信息實(shí)時(shí)提供給安保工作人員，使其及時(shí)獲取到相應(yīng)的監(jiān)控信息并針對(duì)異常情況做出有效處理[2]。除此之外，借助視頻監(jiān)控系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)軌道交通車輛司機(jī)與安保人員之間的實(shí)時(shí)溝通，以便合理調(diào)度城市軌道交通車輛。

2 城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的5G相關(guān)技術(shù)

2.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

對(duì)于城市軌道交通的具體運(yùn)營(yíng)管理而言，視頻監(jiān)控系統(tǒng)至關(guān)重要。為了確保該系統(tǒng)的安全性，具體設(shè)置中需要對(duì)其內(nèi)部和外部進(jìn)行嚴(yán)格隔離。在此過(guò)程中，借助5G通信技術(shù)中的端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)便可有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。具體應(yīng)用中，通過(guò)該技術(shù)建立一個(gè)自主形式的虛擬化移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，外部設(shè)備只有在通過(guò)授權(quán)的情況下才可以與該切片相連接，并在其中實(shí)現(xiàn)通信。如果外部的用戶設(shè)備沒(méi)有經(jīng)過(guò)授權(quán)，便無(wú)法對(duì)該網(wǎng)絡(luò)切片進(jìn)行應(yīng)用[3-5]。與此同時(shí)，還可以借助端到端形式的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活化動(dòng)態(tài)分配，有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)資源需求增加等情況，例如在節(jié)假日時(shí)適當(dāng)提高一些特殊區(qū)域的視頻監(jiān)控密度等。相較于自建形式的專用光纖網(wǎng)絡(luò)而言，5G通信網(wǎng)絡(luò)具備更好的敏捷性和網(wǎng)絡(luò)彈性，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用，可以快速實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的業(yè)務(wù)部署。

2.2 邊緣計(jì)算技術(shù)

對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，要想滿足其高清化需求并解決高清視頻儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)等問(wèn)題，就需要進(jìn)一步提升相應(yīng)的計(jì)算能力。通過(guò)智能化方式進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)流媒體數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)等處理。將5G通信技術(shù)應(yīng)用到承載網(wǎng)絡(luò)的邊緣部署及其邊緣計(jì)算中，可以使視頻處理方面的業(yè)務(wù)下沉到用戶側(cè)，將基站攝像頭獲取到的信息儲(chǔ)存到本地，有效降低視頻數(shù)據(jù)處理與分析過(guò)程中的時(shí)延。與此同時(shí)，也可以將邊緣計(jì)算平臺(tái)作為基礎(chǔ)，通過(guò)個(gè)性化的策略來(lái)進(jìn)行監(jiān)控?cái)z像頭管理，根據(jù)獲取到的參數(shù)來(lái)進(jìn)行視頻質(zhì)量動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整。將5G通信技術(shù)和邊緣計(jì)算平臺(tái)相結(jié)合，可以直接通過(guò)邊緣計(jì)算平臺(tái)將視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)流分流至本地網(wǎng)絡(luò)，使其實(shí)現(xiàn)私有化，這對(duì)于業(yè)務(wù)流的安全管理更加有利[6,7]。此外，通過(guò)5G通信技術(shù)與邊緣計(jì)算平臺(tái)的有機(jī)結(jié)合，可以根據(jù)實(shí)際的業(yè)務(wù)需求將時(shí)延比較敏感的視頻處理業(yè)務(wù)也下沉至邊緣計(jì)算平臺(tái)，在用戶側(cè)提供強(qiáng)大的信息計(jì)算能力，以此來(lái)滿足當(dāng)前城市軌道交通運(yùn)輸中智能化運(yùn)維、高清視頻客流疏導(dǎo)、跟蹤定位、人臉識(shí)別以及無(wú)人駕駛等創(chuàng)新應(yīng)用需求。

3 以5G通信技術(shù)為基礎(chǔ)的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在城市軌道交通工程的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，5G技術(shù)的應(yīng)用會(huì)使其原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制方式等實(shí)現(xiàn)智能化改變。

3.1 總體結(jié)構(gòu)

以5G通信技術(shù)為基礎(chǔ)的城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分包括3C集控中心、軌道交通總隊(duì)、軌道交通分控中心、高速數(shù)據(jù)網(wǎng)、5G承載網(wǎng)、5G核心網(wǎng)、移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）平臺(tái)、集中單元（Centralized Unit，CU）、分布單元（Distribute Unit，DU）、有源天線單元（(Active Antenna Unit，AAU）以及攝像頭等，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

在城市軌道交通系統(tǒng)中，對(duì)于地下車站的站廳和站臺(tái)，可以通過(guò)分布式皮基站建設(shè)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)全面覆蓋；對(duì)于地面上的停車場(chǎng)和車站，可以通過(guò)宏基站的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)5G信號(hào)全面覆蓋。對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清攝像頭的接入一側(cè)，需要以CU/DU形式的兩級(jí)框架作為基礎(chǔ)，在CU位置建立5G區(qū)域處理中心，并將核心網(wǎng)中的一部分應(yīng)用功能下沉至部署在CU位置的邊緣計(jì)算服務(wù)器中。具體應(yīng)用中，邊緣計(jì)算服務(wù)器不僅能在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用，同時(shí)也可以用來(lái)進(jìn)行車輛連接平臺(tái)控制，充分滿足其低時(shí)延需求，為城市軌道交通線路及其車輛的運(yùn)維聯(lián)動(dòng)提供支持。

借助網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)城市軌道交通視頻監(jiān)控和5G公網(wǎng)中相關(guān)業(yè)務(wù)的有效隔離，如果用戶需要獲取監(jiān)控視頻，需要先通過(guò)上層的視頻控制系統(tǒng)下達(dá)相應(yīng)的指令，在接收到指令之后再抓取用戶所需的視頻，并借助5G通信網(wǎng)絡(luò)將其高速回傳給用戶[8]。本地處理中心不僅可以在本地對(duì)回傳的高清監(jiān)控視頻進(jìn)行儲(chǔ)存與處理，同時(shí)也可以將上一層的監(jiān)控系統(tǒng)具體要求作為依據(jù)來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的視頻監(jiān)控策略。通過(guò)這樣的方式，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化管理與控制。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造

利用5G通信技術(shù)對(duì)城市軌道交通中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，可以按照三級(jí)框架的形式對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化，兩邊分別是城市軌道交通的集中監(jiān)控點(diǎn)及其車站中的視頻監(jiān)控點(diǎn)，中間是業(yè)務(wù)承載層，主要進(jìn)行5G通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。通過(guò)這樣的方法對(duì)其進(jìn)行扁平化處理，有效減少中間級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)處理節(jié)點(diǎn)，為整體系統(tǒng)的日常運(yùn)維提供更多便利，同時(shí)也提高視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可控制性和可管理性。除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也讓城市軌道交通中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效的網(wǎng)絡(luò)連接[9]。對(duì)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中臨時(shí)加設(shè)的視頻監(jiān)控點(diǎn)和視頻監(jiān)控點(diǎn)物理位置的改變，利用5G技術(shù)均能有效應(yīng)對(duì)。同時(shí)，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，還可以充分滿足普通視頻到超高清視頻發(fā)展過(guò)程中成倍增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬業(yè)務(wù)需求，為整體視頻監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)擴(kuò)容和相應(yīng)業(yè)務(wù)的快速部署提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐，這對(duì)于城市軌道交通的智能化發(fā)展具有良好的推動(dòng)作用。在以5G技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)改造時(shí)，將成本投入最優(yōu)化作為原則，對(duì)其進(jìn)行分層建設(shè)，讓視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化[10]。例如，在對(duì)3C集控中心進(jìn)行智能化改造時(shí)，可以通過(guò)核心云的方式為整個(gè)線路網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用提供支撐。

4 結(jié) 論

綜上所述，5G通信技術(shù)憑借著高效、穩(wěn)定、低時(shí)延等諸多優(yōu)勢(shì)，目前在城市軌道交通工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)得到了良好應(yīng)用。尤其是其中的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)，更是在此類視頻監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮出強(qiáng)大的作用。在對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和城市軌道交通工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究的過(guò)程中，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等5G相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，并將其合理應(yīng)用到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，從而推動(dòng)城市軌道交通工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展。