摘要：早期的地鐵車站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)模擬矩陣與網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器相結(jié)合的方案，但隨著視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬系統(tǒng)逐漸顯示出其固有的不足。與之相比，高清數(shù)字化視頻技術(shù)具有較強通用性，且支持進一步智能分析和標準化管理，為其帶來了更多的應(yīng)用場景，因此，需對上海軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清數(shù)字化技術(shù)進行深入研究。依托上海地鐵14/15/18號線新線視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)工程，本文對視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清數(shù)字化技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)進行了闡述。采用拆解專項功能模塊的方法，詳細分析了高清數(shù)字化技術(shù)的模塊功能特點和技術(shù)優(yōu)勢，并進一步分析了基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清數(shù)字化技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)運維應(yīng)用場景。高清數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備卓越的視頻質(zhì)量、強大的可擴展性，便于視頻存儲與管理，并融合了智能分析與警報功能，為各類應(yīng)用場景提供了全面的視頻監(jiān)控解決方案。結(jié)合數(shù)字化運維應(yīng)用的運維平臺，實現(xiàn)對故障的主動感知，為管理人員提供更加高效、可靠的監(jiān)控解決方案，為城市軌道交通的穩(wěn)定運行提供安全保障。

關(guān)鍵字 城市軌道交通；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；高清數(shù)字化；數(shù)字化運維

上海軌道交通早期線路的視頻監(jiān)控系統(tǒng)多采用“模擬視頻設(shè)備+數(shù)字傳輸組網(wǎng)”的技術(shù)方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備種類多，對故障的感知能力比較差，大多數(shù)情況下只能依賴人工邏輯或經(jīng)驗進行分析處理，維護管理難度大，故障處置復(fù)雜性高。隨著軌道交通的快速發(fā)展，上海地鐵的運營里程正式突破800公里，由此對城市軌道交通的安全、可靠運行提出了更高的要求。

基于此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清數(shù)字化技術(shù)應(yīng)運而生，目前已應(yīng)用于諸如14/15/18號線新線及老線路的大修改造建設(shè)中。相較于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，基于高清數(shù)字化技術(shù)的新系統(tǒng)具有較強的通用性，有利于進行深度應(yīng)用。本文將對該技術(shù)進行詳細分析，以期為后續(xù)線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計提供一定的啟發(fā)參考。

一、高清數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下，數(shù)字化運維模式的建立使設(shè)備運維產(chǎn)生重大變化，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的維護維修管理數(shù)字化需求日益提升。近年來，智慧城市建設(shè)背景下，城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，可以采用嵌入式協(xié)議構(gòu)架，結(jié)合監(jiān)控需求設(shè)置不同的系統(tǒng)模塊，并設(shè)計多樣化的功能呢，以更好的滿足日常監(jiān)控的需求。[1]

（一）高清數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備

上海軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)以單個車站作為一個監(jiān)控域，各上層監(jiān)控點（包括C3、公安分控中心和軌交總隊等）作為一個監(jiān)控域。車站設(shè)備主要有攝像機、智能安防箱、光端機、數(shù)字視頻交換設(shè)備、監(jiān)視器、控制鍵盤、存儲設(shè)備和錄像回放工控機等。

通信機房內(nèi)設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器，另配置維修鍵盤和維修監(jiān)視器（KVM維護終端），供維護人員日常巡檢和故障處理時使用。

在車站車控室內(nèi)設(shè)視頻控制終端。機房內(nèi)設(shè)置的視頻解碼器解碼后，圖像通過HDMI光端機傳送至車控室、司機位監(jiān)視器處顯示。各車站站長室內(nèi)配有錄像回放終端。

COCC側(cè)及公安側(cè)設(shè)備基本相同，主要包括交換機、網(wǎng)絡(luò)光端機、回放終端、解碼器、視頻服務(wù)器等。

（二）高清數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向

視頻控制服務(wù)器調(diào)度攝像機，按需傳輸視頻數(shù)據(jù)至高清解碼器或視頻軟件終端，并上傳至運營控制中心的流媒體服務(wù)器?；跀?shù)字信號傳輸?shù)牧髅襟w服務(wù)器不僅滿足對視頻圖像提供多路并發(fā)訪問的需求，還能進行擴展，以滿足海量視頻圖像的接入要求。解碼器將視頻圖像輸出到車站各個監(jiān)視器上，實現(xiàn)本地視頻調(diào)看。視頻控制服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)接收到各控制終端的指令后，將指令通過網(wǎng)絡(luò)傳送到前端球機上。

運營控制中心視頻服務(wù)器接收控制鍵盤或視頻軟件終端的視頻調(diào)看請求后，通知到車站視頻控制服務(wù)器，由車站流媒體服務(wù)器將視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到運營控制中心的大屏顯示系統(tǒng)、視頻軟件終端上，實現(xiàn)中心電視墻視頻調(diào)看，或軟件終端視頻調(diào)看。

運營控制中心視頻服務(wù)器在接收到各控制終端的指令后，將指令通過網(wǎng)絡(luò)傳送到相應(yīng)車站視頻控制服務(wù)器，車站視頻控制服務(wù)器再將指令發(fā)送到前端球機上。

運營控制中心視頻軟件終端查詢回放錄像，由流媒體水印服務(wù)器獲取車站視頻數(shù)據(jù)并疊加水印后，傳送到視頻軟件終端上進行顯示。

運營控制中心服務(wù)器在滿足全線視頻圖像調(diào)度控制下，接受來自其他系統(tǒng)的視頻圖像調(diào)閱請求，完成相應(yīng)信令交互操作并協(xié)調(diào)所轄線內(nèi)范圍的視頻資源受限許可訪問。

二、高清數(shù)字化系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢

數(shù)字視頻技術(shù)具有較強的通用性，可利用標準化邏輯部件對各類數(shù)碼系統(tǒng)進行合理組建[2]。

（一）視頻編碼技術(shù)

高清數(shù)字視頻技術(shù)中的核心技術(shù)為視頻編碼技術(shù)。視頻編碼技術(shù)的發(fā)展演變始終以提高壓縮性能為目標，即在保持較高視覺質(zhì)量的前提下，盡量減少編碼后視頻流對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。

數(shù)字編碼技術(shù)發(fā)展至今，目前公認較先進的視頻編碼技術(shù)是HEVC，即H.265編碼。通過 H.265/HEVC 選取色度幀內(nèi)預(yù)測參數(shù)，確定參數(shù)格式，同時完成幀內(nèi)和幀間預(yù)測。標準H.265的壓縮效率得到了大幅度提升，節(jié)省了大量成本，能夠提高編碼性能，降低視頻處理成本。[3]

（二）視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)

視頻數(shù)據(jù)一般被結(jié)構(gòu)化為從大到小的4個層次：視頻幀、鏡頭、場景和視頻。視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)實現(xiàn)的重點是對視頻圖像中內(nèi)容的分析，通過提取視頻段中的關(guān)鍵幀，能反映視頻段主要信息的圖像，依據(jù)一系列數(shù)字特征或者描述特征，對圖像本身的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)性的描述。

（三）視頻傳輸協(xié)議

為輔助視頻數(shù)據(jù)流的傳播，統(tǒng)一定義流媒體傳輸與播放的控制協(xié)議，可優(yōu)化客戶端與服務(wù)端之間的實時媒體通道。

以上三種高清數(shù)字化視頻技術(shù)的同時應(yīng)用，即視頻編碼技術(shù)結(jié)合視頻結(jié)構(gòu)化技術(shù)達成的高傳，有利于提高視頻數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測功能；同時，再結(jié)合匹配的視頻傳輸協(xié)議則能增強視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蒎e力和抗干擾能力。通過多措并舉，達到提升視頻監(jiān)控系統(tǒng)整體效率的目的。

三、高清數(shù)字化系統(tǒng)模塊功能特點

相對于模擬視頻監(jiān)控而言，采用高清數(shù)字化技術(shù)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要模塊功能特點有：數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)視頻質(zhì)量高、可擴展性強、視頻存儲和管理方便、智能分析和警報功能強等。

基于數(shù)字高清視頻技術(shù)的高清數(shù)字化視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能特點體現(xiàn)在：

1.畫面質(zhì)量更高。支持視頻圖像高清化、傳輸信號數(shù)字化，減少視頻傳輸?shù)氖д妫嵘曨l圖像質(zhì)量。

2.兼容擴容強化。系統(tǒng)可大量擴容，接入高清視頻圖像，兼容原有模擬視頻圖像調(diào)看和控制；提高系統(tǒng)并發(fā)訪問能力，對同一路視頻訪問可滿足多終端同時調(diào)看。

3.滿足支持標準。可擴展支持“上海城市軌道交通技術(shù)防范系統(tǒng)建設(shè)指導(dǎo)意見——基于H.264/AVC的高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求”標準；可支持滿足“GB/T28181 公共安全視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求”標準的系統(tǒng)共享互聯(lián)。

4.監(jiān)控水平高。全數(shù)字設(shè)備組網(wǎng)使得系統(tǒng)更為簡單，設(shè)備種類減少，設(shè)備穩(wěn)定性和故障率降低，提高運維便捷度，節(jié)約運維成本。

5.圖像智能化。在監(jiān)控畫面中出現(xiàn)異常情況后，圖像智能化作為視頻數(shù)字化后的進一步高階應(yīng)用，可以快速反應(yīng)，及時向工作人員發(fā)出報警信息。從而將視頻監(jiān)控系統(tǒng)從以往的用于事后調(diào)查取證提升轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑暗姆治?、預(yù)警，事中的跟蹤、調(diào)度、協(xié)調(diào)的綜合安全防范集成系統(tǒng)。通過這一方式，可以為工作人員對各種危機事件進行分析和有效控制提供極大的便利，同時也有利于提高報告的準確性，減少誤漏報情況的出現(xiàn)。[4]

四、高清數(shù)字化系統(tǒng)應(yīng)用

隨著時代的發(fā)展，城市軌道交通快速發(fā)展，線網(wǎng)情況日益復(fù)雜，在管理軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，也需要不斷改善管理模式，逐步提升管理模式的集約化、中心化、線網(wǎng)化水平。結(jié)合軌道交通不同線路的特點和實際情況，針對不同類型的線路實施針對性、標準化管理。[5]視頻數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)運維的應(yīng)用包括如下方面：

（一）視頻診斷

通過自動輪巡方式從監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)字視頻流信號，利用視頻診斷技術(shù)對其運行狀態(tài)和故障信息進行分析、檢測和鑒別，篩選、識別影響或可能即將影響系統(tǒng)正常運行的故障報警，及時向系統(tǒng)操作終端發(fā)出通知以提醒值班操作人員。

（二）視頻摘要

監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，所監(jiān)控到的視頻內(nèi)容大多較為復(fù)雜、邏輯性較差。針對這一情況，可通過視頻摘要方式對相關(guān)的內(nèi)容進行預(yù)處理。通過科學處理，可以采用自動化智能分析方式，從大量雜亂、無序的監(jiān)控視頻內(nèi)容中快速、準確的獲取到所需的目標內(nèi)容，并最終生成具體的視頻內(nèi)容摘要。圖1所示為自動獲取目標內(nèi)容后生成視頻摘要的基本流程。

視頻摘要技術(shù)可實現(xiàn)如下功能：1.縮短錄像查看時間。借助該技術(shù)，可以對監(jiān)控視頻的內(nèi)容進行快速的分析，在短時間內(nèi)即可復(fù)雜的內(nèi)容從提取出有價值的信息，并對其進行合并，處理為短片，便于工作人員對相關(guān)內(nèi)容的高效查閱，提高錄像倒查的工作效率和正確率。2.事件特征檢索。監(jiān)控視頻內(nèi)容繁多、復(fù)雜，應(yīng)用視頻摘要技術(shù)，可以結(jié)合實際需求和具體的事件特征，在大量的信息中快速的進行搜索，準確的濾掉到多余、無用信息。3.長期保存有價值視頻錄像。應(yīng)用視頻摘要技術(shù)，可以結(jié)合人們的實際需求，對監(jiān)控視頻中的部分內(nèi)容進行搜索，截取，并通過數(shù)據(jù)庫文件形式進行保存。

（三）視頻分析

借助一定的計算機智能圖像分析技術(shù)，可以對監(jiān)控視頻內(nèi)容進行視頻分析。視頻分析過程中，可以針對不同的實際需求，從視頻信息中快速的提取出可檢索的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對于監(jiān)控系統(tǒng)中的內(nèi)容，結(jié)合具體需求，借助視頻分析技術(shù)可以實現(xiàn)快速、智能化分析，從中提取出特定的視頻片段，例如特定的人員、符合一定條件的行為等。通過這一方式，可以顯著提高視頻的瀏覽效率，幫助工作人員快速的鎖定目標視頻。

通過以上這些數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)及其功能優(yōu)勢，運維方可通過數(shù)字化運維平臺實現(xiàn)對故障的主動感知。自動化、周期性地采集前端視頻設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)進行分析診斷識別、篩選可能發(fā)生故障的設(shè)備。當系統(tǒng)檢測設(shè)備異常，系統(tǒng)經(jīng)分析后可通過智能系統(tǒng)自動感知故障、自動推送故障信息，指導(dǎo)一線班組第一時間對故障進行處理，從而減少人為因素對搶修的影響。同時，系統(tǒng)管理人員在進行錄像回放調(diào)查事件時可通過視頻摘要的事件檢索快速定位事件發(fā)生時間段內(nèi)的視頻錄像段，從而大大提高故障處理效率，實現(xiàn)對故障的快速響應(yīng)和解決。

五、結(jié)束語

視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清數(shù)字化技術(shù)在上海軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅可以提高監(jiān)控的精度和效率，能夠提供更加清晰、逼真的監(jiān)控畫面，還能夠提高監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，為軌道交通的安全運營提供更加可靠的保障。

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，對軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也會越來越高。傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代軌道交通的需求，而高清數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用則成了軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。未來，高清數(shù)字化技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用。

作者單位：錢衛(wèi)中 上海地鐵維護保障有限公司通號分公司

參考文獻

[1]王濤，李曉陽，劉遠高，等.智慧城市建設(shè)背景下城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技，2022，19（16）：102-104.

[2]馮曉曉.數(shù)字技術(shù)在數(shù)字視頻開發(fā)中的應(yīng)用[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2014，（08）：108.

[3]高彥軍.基于標準H.265的監(jiān)控視頻壓縮編碼方法[J].電子設(shè)計工程，2024，32（02）：167-170+175.

[4]尹曉捷，尹曉東.視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸與發(fā)展[J]. 移動信息，2017，（02）：101-102.