張 蕾

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司地鐵院通號處，四川成都610031）

城市軌道交通視頻拼接技術(shù)探討

張 蕾

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司地鐵院通號處，四川成都610031）

城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)是運(yùn)營組織和安全維穩(wěn)的重要技術(shù)手段，文章從應(yīng)用需求出發(fā)，探討了城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)建立立體化的視頻拼接平臺的必要性、迫切性，并結(jié)合目前成都軌道交通地下停車場視頻拼接的案例，提出了該系統(tǒng)的解決方案、功能要求和顯示方案。

城市軌道交通；視頻監(jiān)控；視頻拼接；全景融合視頻

目前，軌道交通在國內(nèi)各大城市蓬勃發(fā)展，因其便利、高效、省時，在人們的生活中起著越來越重要的作用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在保證人們出行安全、提高運(yùn)營管理水平等方面發(fā)揮著巨大作用，然而隨著反恐壓力的增強(qiáng)，前端設(shè)備布點越來越密集，視頻監(jiān)控的需求已經(jīng)從傳統(tǒng)的“看得清”功能發(fā)展為“看得懂”的“智慧監(jiān)控”展示模式。本文結(jié)合成都地鐵視頻監(jiān)控建設(shè)的方案，為視頻監(jiān)控系統(tǒng)立體化、平臺化演進(jìn)的路線提供思路。

1 城軌交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)

城市軌道交通視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為運(yùn)營視頻監(jiān)控系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。運(yùn)營視頻監(jiān)控系統(tǒng)為控制中心調(diào)度員、車站值班員、DCC 值班員、列車司機(jī)提供有關(guān)列車運(yùn)行、防災(zāi)控制、客流疏導(dǎo)及重要場所等音視頻信息，為管理者有效開展運(yùn)營組織、搶險救災(zāi)等工作提供技術(shù)支撐。公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)為車站、派出所及分局等公安民警提供現(xiàn)場實時信息，在維護(hù)社會治安、處理突發(fā)犯罪、后期調(diào)查取證方面發(fā)揮重要作用。

由于公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在視頻對象的特定需求，因此，成都地鐵運(yùn)營視頻監(jiān)控系統(tǒng)和公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用獨立建設(shè)，公安共享運(yùn)營視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備，分離使用的模式。

2 城軌運(yùn)營及公安對視頻監(jiān)控的需求

2.1 大型換乘車站

為了給市民提供更加便利的交通換乘方式，出現(xiàn)了不少多線換乘車站，以及結(jié)合高鐵站、機(jī)場的換乘站，這些換乘站的共同點是車站面積大、出入口多、車站結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，同時視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端設(shè)備較多，給運(yùn)營視頻監(jiān)控系統(tǒng)及公安視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控人員的工作帶來了很大壓力。

（1）常規(guī)建設(shè)的前端監(jiān)控攝像機(jī)采集的多路攝像視頻，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)杰嚳厥?警務(wù)室，監(jiān)控人員需要同時監(jiān)控多個分鏡頭畫面。研究表明，人眼最多可以同時觀察15個分鏡頭畫面，而且對于跨鏡頭區(qū)域的運(yùn)動，由于人眼無法快速、準(zhǔn)確的切換分鏡頭，很難對運(yùn)動物體進(jìn)行連續(xù)的追蹤觀察，海量的監(jiān)控信息讓監(jiān)控人員感覺“看不過來”的同時也出現(xiàn)了“看不清楚”的困惑。

（2）多線換乘的車站，由于各線建設(shè)時序不同，帶來各線在建設(shè)過程中，更關(guān)注本線的監(jiān)控區(qū)域，由于缺乏綜合視頻監(jiān)控平臺來融合各線的視頻分鏡頭，集中展現(xiàn)換乘區(qū)域的整體監(jiān)控效果，不可避免的會出現(xiàn)“重復(fù)監(jiān)控”以及“監(jiān)控盲點”等問題。

（3）多線換乘的車站會出現(xiàn)1個站擁有2個車控室/警務(wù)室的情況，不同的車控室/警務(wù)室只能調(diào)看所屬線路的視頻圖像，由于建設(shè)時序的問題，整個車站的視頻監(jiān)控區(qū)域被各線劃分的“支離破碎”。為運(yùn)營指揮管理、公安監(jiān)控帶來極大的不便。

2.2 地下車輛段/停車場

當(dāng)前大城市的發(fā)展建設(shè)進(jìn)入了軌道交通時代，從城市可持續(xù)發(fā)展、城市土地的利用率、城市環(huán)境的優(yōu)化等多個角度出發(fā)，越來越多的城市選擇了地下車輛段/停車場的建設(shè)模式。地鐵運(yùn)營管理現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)受各種主客觀因素的制約，在以下2個方面不能完全滿足運(yùn)營管理業(yè)務(wù)的實際需要，成為制約地鐵管理發(fā)展、創(chuàng)新管理的瓶頸性亟待解決的難題。

（1）針對地下車輛段/停車場這類特殊的建筑模式，其咽喉區(qū)等區(qū)域的指揮調(diào)度缺乏精確感知的能力，從而無法為地鐵運(yùn)營管理部門在上述區(qū)域開展精確調(diào)度指揮的日常運(yùn)營及治安綜合管理業(yè)務(wù)工作提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

（2）缺乏對多模式多數(shù)量圖像信息的無縫融合集中展示，從而影響地鐵管理部門宏觀指揮監(jiān)測、整體關(guān)聯(lián)、綜合調(diào)度和事件處置能力。

3 視頻拼接技術(shù)在成都地鐵視頻監(jiān)控中的應(yīng)用

圖1 成都地鐵某停車場視頻拼接區(qū)域標(biāo)示圖

成都地鐵某車輛段及停車場均采用了地下建設(shè)模式，從對工程可實施性、可行性、性價比以及運(yùn)營指揮調(diào)度便利性等角度出發(fā)，確定視頻拼接區(qū)域為車輛段/停車場咽喉區(qū)的“進(jìn)”、“出”重點區(qū)域，見圖1。地下咽喉區(qū)（拼接區(qū)域）的全場景監(jiān)控展示可以克服目前典型的視頻監(jiān)控技術(shù)無法解決的承重立柱對車輛出入庫狀態(tài)的遮擋問題，提升運(yùn)營調(diào)度管理的精準(zhǔn)性以及便利性。通過結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)對道岔的監(jiān)控，同時輔助三維仿真，進(jìn)行立體式的、融合的視頻監(jiān)控平臺，實時展現(xiàn)在地下車輛段/停車場地下區(qū)域整體三維地形以及地鐵列車在其中的行進(jìn)狀態(tài)。

3.1 拼接視頻功能要求

在實現(xiàn)地下停車場/車輛段咽喉區(qū)全景視頻展示的同時，結(jié)合三維仿真技術(shù)，實現(xiàn)地下監(jiān)控區(qū)域的三維場景中列車運(yùn)行仿真模擬，實時展示地下車輛運(yùn)行咽喉狀態(tài)，其系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。拼接視頻的功能主要包括以下方面。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）對停車場/車輛段咽喉區(qū)進(jìn)行3D GIS 重建，3D GIS 直觀地表達(dá)監(jiān)控區(qū)域的三維空間位置、真實結(jié)構(gòu)及相關(guān)信息，指揮調(diào)度人員通過3D GIS 可以直觀了解咽喉區(qū)域的三維空間信息。

（2）系統(tǒng)基于在拼接區(qū)域設(shè)置的攝像機(jī)采集的視頻數(shù)據(jù)，將處在不同位置、具有不同視角的分鏡頭監(jiān)控攝像實時拼接融合到3D GIS 中，在單一畫面中實現(xiàn)對咽喉區(qū)域整體大場景的實時全局監(jiān)控。各個攝像機(jī)的圖像信息之間在空間和時間上是結(jié)合到一起的，將每個攝像機(jī)所拍攝的圖像信息嵌入到真實的環(huán)境之中。

（3）基于在道岔等重點部位的攝像機(jī)視頻（咽喉區(qū)，即 A 區(qū)范圍內(nèi)），將處在不同位置、具有不同視角的監(jiān)控視頻以視頻標(biāo)簽的形式展示在3D GIS 中，在三維空間中實現(xiàn)對整體區(qū)域監(jiān)控視頻的觀察瀏覽。

（4）在地鐵三維仿真環(huán)境下，將地下軌道運(yùn)營區(qū)間、隧道、線路等設(shè)施以靜態(tài)三維模型的方式呈現(xiàn)，基于列車定位輔助裝置對列車在三維空間實時位置的計算，在系統(tǒng)中直觀地演示列車在三維場景中的運(yùn)行狀況和運(yùn)行過程，與咽喉區(qū)全景視頻同步展示，便于調(diào)度人員在 DCC（車輛段/停車場調(diào)度中心）直觀了解列車運(yùn)行全過程。

3.2 拼接視頻顯示方案

為了呈現(xiàn)最佳監(jiān)控效果，整個視頻拼接采用拼接屏的方案。針對地下停車場/車輛段，采用以下大屏分配方案，見圖3。圖3左側(cè)顯示停車場/車輛段咽喉區(qū)（拼接區(qū)域）整體大場景下的全景融合視頻?？紤]到 DCC 控制室場地限制，若新建拼接大屏高度不能清晰顯示所有車道，可以根據(jù)車輛運(yùn)行狀態(tài)采取人工切換的方法對有列車通過的車道進(jìn)行展示，若長度不能顯示全部內(nèi)容，可按需設(shè)置自動巡航顯示。列車運(yùn)行三維仿真結(jié)果與咽喉區(qū)全景融合視頻同步展示，緊鄰全景融合視頻展示區(qū)，使用戶能夠在 DCC 直觀了解列車運(yùn)行全過程?；诓糠?jǐn)z像機(jī)監(jiān)控各個道岔點形成的視頻標(biāo)簽或者分鏡頭視頻，可根據(jù)需要與全景監(jiān)控視頻同步顯示在三維模型上或根據(jù)需求單獨展示。

圖3 大屏布局示意圖

3.3 拼接視頻應(yīng)用擴(kuò)展

在已搭建的立體的、融合的拼接視頻監(jiān)控平臺基礎(chǔ)上，下階段可以進(jìn)一步擴(kuò)展其應(yīng)用場景。

（1）點位規(guī)劃。通過在三維模型中設(shè)置新增攝像機(jī)點位，快速規(guī)劃，提高監(jiān)控點位的合理性及全面性。

（2）資源管理。在三維場景模型中整合監(jiān)控視頻資源與其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源，如資產(chǎn)管理系統(tǒng)等，實現(xiàn)多類型數(shù)據(jù)融合的三維可視化，實現(xiàn)資源的綜合管理。

（3）關(guān)鍵路徑自動巡檢。運(yùn)營及公安監(jiān)控人員都可根據(jù)需要靈活設(shè)定路線進(jìn)行日常巡檢，可以按照巡視人員日常關(guān)注的角度、巡視的速度依次進(jìn)行巡邏。

（4）人流密度統(tǒng)計。這個功能有助于運(yùn)營人員的日常調(diào)度指揮，對于人流密度較大的車站、線路采取特殊的人流疏導(dǎo)措施。

3.4 有待解決的問題

成都地鐵采用的視頻拼接方案存在一些需要進(jìn)一步解決的問題：

（1）在為運(yùn)營指揮調(diào)度帶來便利的同時提升了維護(hù)檢修的難度。就地下停車場而言，為保障最佳的監(jiān)控效果，所有拼接區(qū)域前端攝像頭都安裝在接觸網(wǎng)上方，檢修維護(hù)必須在夜間停運(yùn)后請點作業(yè)。

（2）目前的視頻拼接平臺為定制化產(chǎn)品，后臺軟件的市場化程度不夠高，存在備品備件、產(chǎn)品升級、設(shè)備維護(hù)等風(fēng)險。

（3）由于該視頻拼接技術(shù)方案在地鐵應(yīng)用案例較少，軟件開發(fā)人員不是非常了解地鐵運(yùn)營管理的模式、公安監(jiān)控人員的具體需求，因此，如何將視頻拼接與城市軌道交通場景完美結(jié)合還有大量的工作要做。

[1] GB50490-2009城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] 康彥肖，龐超. 實時視頻圖像拼接在工程中的應(yīng)用[J].信號與信息處理，2008，38（5）.

[3] 田瑞娟. 圖像拼接融合技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 兵工自動化，2009（3）.

[4] 方賢勇，潘志庚，徐丹. 圖像拼接的改進(jìn)算法[J]. 計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，2003（11）.

[5] 冷曉艷，薛模根，韓裕生，等. 基于區(qū)域特征與灰度交叉相關(guān)的序列圖像拼接[J]. 紅外與激光工程，2005（5）.

責(zé)任編輯 朱開明

Discussion on Video Splicing Technology for Transit

Zhang Lei

Urban rail transit video monitoring system is an important technical means of operation organization, safety and security stability. Starting from the application requirements, the paper discusses the necessity of the establishment of three-dimensional video splicing platform of urban rail transit video monitoring system and it is urgent. Meanwhile it takes the current underground parking lot in Chengdu metro video splicing case as an example, and puts forward the solution, the functional requirements of the system and display program.

urban rail transit, video surveillance, video splicing, panorama fusion video

TP391.41

2016-03-29

張蕾（1982—），女，高級工程師