鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)應(yīng)用探討

張寧

（浙江大華技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310053）

1 鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)信息化建設(shè)現(xiàn)狀

隨著鐵路提速、高速鐵路（客運(yùn)專線）的大力建設(shè)，我國鐵路行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，同時對鐵路運(yùn)輸安全提出更高要求。當(dāng)前鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)信息化建設(shè)面臨以下問題：

（1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方面：視頻監(jiān)控系統(tǒng)以鐵路局集團(tuán)公司電務(wù)、工務(wù)、供電、客運(yùn)、貨運(yùn)、機(jī)務(wù)、車輛、車務(wù)、公安等業(yè)務(wù)部門重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控建設(shè)為主。主要實(shí)現(xiàn)對安全防護(hù)監(jiān)控管理，輔助其他生產(chǎn)業(yè)務(wù)正常運(yùn)營。目前視頻采集設(shè)備存在分辨率低、存儲分散、管理低效等問題，急需對重要部位、重要場所的視頻監(jiān)控進(jìn)行增補(bǔ)和高清升級改造建設(shè)。

（2）系統(tǒng)多級聯(lián)網(wǎng)規(guī)范方面：根據(jù)中國鐵路總公司相關(guān)綜合視頻技術(shù)規(guī)范以及其他部門的建設(shè)要求，只有電務(wù)部門實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控三級聯(lián)網(wǎng)，沿線視頻資源向上級推送。其他業(yè)務(wù)部門視頻應(yīng)用仍是獨(dú)立系統(tǒng)，造成信息孤島化，資源沒有共享，未形成一個整體的安全防護(hù)管理體系。

（3）系統(tǒng)業(yè)務(wù)融合方面：視頻資源目前處于大量存儲的初級階段，已經(jīng)產(chǎn)生多維數(shù)據(jù)，需要整合實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化分析評估。亟待進(jìn)行“煙囪”建設(shè)，以解決數(shù)據(jù)無法打通、業(yè)務(wù)無法聯(lián)動等問題。同時，視頻動態(tài)數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)靜態(tài)數(shù)據(jù)缺少關(guān)鍵數(shù)據(jù)挖掘和相關(guān)性融合。

綜上所述，傳統(tǒng)安全防范建設(shè)比較落后，亟待高清化升級、補(bǔ)強(qiáng)；信息數(shù)據(jù)孤立，缺乏統(tǒng)一管理，急需開展視頻資源整合；面對海量視頻數(shù)據(jù)，無法快速鎖定價值信息，需要多維數(shù)據(jù)融合。

2 建設(shè)鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)的意義

在系統(tǒng)前端建設(shè)層面，改善基礎(chǔ)視頻采集點(diǎn)建設(shè)落后情況，進(jìn)行高清化、智能化升級；在系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)建設(shè)層面，在滿足中國鐵路總公司Q/CR 575—2017《鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多個業(yè)務(wù)化的資源整合；在業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，打破各專業(yè)管理壁壘，實(shí)現(xiàn)區(qū)域節(jié)點(diǎn)資源數(shù)據(jù)池統(tǒng)一建設(shè)，按權(quán)限進(jìn)行視頻資源共享。在海量視頻數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)云化服務(wù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化特征提取，業(yè)務(wù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)融合碰撞，構(gòu)建智能化模型框架，最終實(shí)現(xiàn)深挖業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、行業(yè)深化應(yīng)用的目標(biāo)。

從基礎(chǔ)的安全防范模式向業(yè)務(wù)管理模式轉(zhuǎn)換，整合各業(yè)務(wù)部門已有的安防監(jiān)控資源，建設(shè)綜合視頻為中心的統(tǒng)一管理應(yīng)用。由傳統(tǒng)的鐵路視頻監(jiān)控建設(shè)升級為鐵路局集團(tuán)公司數(shù)據(jù)化視頻資源服務(wù)建設(shè)階段。

3 建設(shè)階段規(guī)劃與要素

3.1 建設(shè)階段規(guī)劃

圍繞鐵路“業(yè)務(wù)安全管理”這一核心，綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)可分基礎(chǔ)級、專業(yè)級、綜合級3個階段進(jìn)行建設(shè)（見圖1）。

（1）第1階段（基礎(chǔ)級）：視頻云平臺資源建設(shè)。通過建立云平臺和云存儲[1-2]，將鐵路局集團(tuán)公司內(nèi)既有監(jiān)控以及轄區(qū)內(nèi)客運(yùn)專線監(jiān)控資源統(tǒng)一到1個平臺之下，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控最基本的“事后查詢”，一旦發(fā)生事故，倒查問題時，確保基礎(chǔ)視頻數(shù)據(jù)能提供依據(jù)。

（2）第2階段（專業(yè)級）：視頻結(jié)構(gòu)化建設(shè)。通過視頻結(jié)構(gòu)化，能夠?qū)σ恍┌踩a(chǎn)事故做出提前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)防范于未然。如人臉識別系統(tǒng)對客運(yùn)站人流進(jìn)行實(shí)時比對分析；通過人數(shù)統(tǒng)計功能，當(dāng)人員突然聚集時發(fā)出報警，以及時發(fā)現(xiàn)突發(fā)事件；通過車站站臺智能劃線、智能分析，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)輸、安全生產(chǎn)。同時，梳理不同專業(yè)視頻數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，產(chǎn)生數(shù)據(jù)軌跡碰撞，提供生產(chǎn)效率提高的參考數(shù)據(jù)。

（3）第3階段（綜合級）：融合業(yè)務(wù)通信建設(shè)。在前2個階段的基礎(chǔ)上，融合各專業(yè)部門的其他通信系統(tǒng)（如各車站工務(wù)車務(wù)段、各車間、各通信機(jī)械室通信系統(tǒng)，調(diào)度室監(jiān)控系統(tǒng)，語音對講系統(tǒng)，視頻會議系統(tǒng)和應(yīng)急指揮系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)對鐵路內(nèi)部管理、業(yè)務(wù)操作、維修故障遠(yuǎn)程處理等工作的輔助。實(shí)現(xiàn)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)和鐵路局集團(tuán)公司內(nèi)部業(yè)務(wù)的深度融合，成為提高管理水平、減員增效的有效手段和措施。

圖1 綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)建設(shè)階段規(guī)劃

3.2 建設(shè)要素與模式

3.2.1 建設(shè)要素

綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)系統(tǒng)見圖2。其建設(shè)要素如下：

（1）云平臺管理方面：新增局級視頻云平臺和局內(nèi)補(bǔ)點(diǎn)資源，統(tǒng)一建設(shè)視頻云存儲做新增資源整合。新增視頻云平臺整合業(yè)務(wù)部門視頻資源，實(shí)現(xiàn)一級業(yè)務(wù)管理。實(shí)現(xiàn)局級統(tǒng)一資源整合，進(jìn)行直接業(yè)務(wù)分配管理。

（2）云架構(gòu)數(shù)據(jù)方面：視頻云存儲業(yè)務(wù)必不可少。目前鐵路局集團(tuán)公司的視頻采集點(diǎn)已達(dá)到上萬路規(guī)模，原有傳統(tǒng)安防存儲系統(tǒng)的擴(kuò)容難、硬盤損壞、數(shù)據(jù)讀寫能力差等問題日益凸顯，各方面的不足已無法滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用，新一代的視頻云存儲系統(tǒng)升級勢在必行。視頻云存儲系統(tǒng)具備PB級別數(shù)據(jù)備份、節(jié)點(diǎn)級及硬盤容錯、高達(dá)4 GB/s讀寫性能、無限彈性擴(kuò)展等性能。同時，支持海量數(shù)據(jù)視頻結(jié)構(gòu)化分析。

圖2 綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)系統(tǒng)

3.2.2 建設(shè)模式

（1）在云架構(gòu)建設(shè)初級階段采用“多云”模式（見圖3），在Ⅰ/Ⅱ接入節(jié)點(diǎn)新建視頻云存儲系統(tǒng)，接入原有的綜合視頻平臺（或新建的綜合視頻平臺），完成節(jié)點(diǎn)部署。在區(qū)域節(jié)點(diǎn)部署綜合視頻管理平臺（或利用原有的綜合視頻平臺）進(jìn)行多級管理。

（2）云架構(gòu)（云平臺+云存儲業(yè)務(wù)）融合模式（見圖4）則采用“一朵云”模式，在Ⅰ/Ⅱ接入節(jié)點(diǎn)升級視頻云存儲系統(tǒng)，替代接入原有的綜合視頻平臺，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)就近轉(zhuǎn)發(fā)媒體流。在區(qū)域節(jié)點(diǎn)部署云平臺，進(jìn)行單級管理。

圖3 綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)系統(tǒng)初級模式

圖4 綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)云架構(gòu)系統(tǒng)融合模式

4 構(gòu)建鐵路物聯(lián)大數(shù)據(jù)

隨著鐵路應(yīng)用業(yè)務(wù)的信息化技術(shù)發(fā)展，基于視頻感知數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融合的需求日益凸顯，視頻資源通過結(jié)構(gòu)化處理提取鐵路客運(yùn)人像數(shù)據(jù)、貨運(yùn)運(yùn)維數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)的關(guān)鍵特征，統(tǒng)一納入云應(yīng)用架構(gòu)系統(tǒng)，逐漸形成鐵路業(yè)務(wù)的物聯(lián)大數(shù)據(jù)資源池，為各專業(yè)部門提供綜合監(jiān)測管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鐵路物聯(lián)大數(shù)據(jù)資源池示意見圖5，旅客特征提取見圖6，貨運(yùn)車廂號識別見圖7，旅客行李安檢特征識別見圖8，供電環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)提取見圖9。

（1）鐵路客運(yùn)人像數(shù)據(jù)：包括旅客特征提取、人員態(tài)勢趨勢、重點(diǎn)人員人臉圖譜等數(shù)據(jù)信息。

（2）鐵路貨運(yùn)運(yùn)維數(shù)據(jù)：包括工業(yè)視覺采集貨運(yùn)車廂號碼、車廂類型等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；分析車廂貨運(yùn)狀態(tài)、貨物狀態(tài)特征等；重點(diǎn)人員分配調(diào)度數(shù)據(jù)、貨運(yùn)車輛到發(fā)數(shù)據(jù)等。

圖5 鐵路物聯(lián)大數(shù)據(jù)資源池示意圖

（3）機(jī)車車輛數(shù)據(jù)：融合機(jī)車安全信息綜合檢測裝置（TAX）信息數(shù)據(jù)[3]，分析車次、車號、風(fēng)壓、管壓等數(shù)據(jù)；重點(diǎn)監(jiān)測車輛上行、下行視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（4）其他數(shù)據(jù)：采集運(yùn)行線路接觸網(wǎng)狀態(tài)、故障監(jiān)測圖像（接觸網(wǎng)懸掛狀態(tài)監(jiān)測裝置C4）數(shù)據(jù)；分析尖軌爬行數(shù)據(jù)、道岔狀態(tài)圖像等；重點(diǎn)供電基礎(chǔ)設(shè)施測溫數(shù)據(jù)診斷（接觸網(wǎng)及供電設(shè)備地面監(jiān)測裝置C6[4]）數(shù)據(jù)監(jiān)測。

系統(tǒng)采用深度學(xué)習(xí)算法，對人、車、物、其他視頻數(shù)據(jù)作結(jié)構(gòu)化處理，識別獲取關(guān)鍵特征的圖像、屬性、文本等海量的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行業(yè)務(wù)分類數(shù)據(jù)挖掘，并推送給各專業(yè)部門作為評估考核依據(jù)。

云架構(gòu)采用全網(wǎng)融合云計算（前端計算+邊緣計算+云端計算）框架，根據(jù)鐵路各專業(yè)部門的業(yè)務(wù)場景彈性配置計算資源，在邊緣側(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時性計算，在云端實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)運(yùn)算。

圖6 旅客特征提取

圖7 貨運(yùn)車廂號識別

圖8 旅客行李安檢特征識別

（1）區(qū)域節(jié)點(diǎn)（視頻云中心）：統(tǒng)一匯聚數(shù)據(jù)、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析，提供PaaS和SaaS能力，形成應(yīng)用生態(tài)。物理上可以靈活部署，邏輯上為“一朵云”。

（2）Ⅰ/Ⅱ類接入節(jié)點(diǎn)（邊緣域）：靠近前端設(shè)備端的智能處理一體化節(jié)點(diǎn)能就近對視頻和物聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、局部管理及應(yīng)用，將處理后的數(shù)據(jù)同步到視頻云中心，并可與云中心形成協(xié)同的業(yè)務(wù)智能（如客運(yùn)人員屬性、貨運(yùn)列車或物品特征）。

（3）視頻采集點(diǎn)（智能感知硬件）：智能視頻前端和物聯(lián)感知設(shè)備可接入邊緣智能節(jié)點(diǎn)或直接接入視頻云中心，并可與邊緣智能節(jié)點(diǎn)以及云中心形成協(xié)同的業(yè)務(wù)智能。

圖9 供電環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)提取

（4）行業(yè)解決方案：基于視頻云中心開放數(shù)據(jù)和能力的行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，包括沿線安全、客運(yùn)調(diào)度、工務(wù)巡檢、貨運(yùn)運(yùn)營、供電保障、車輛運(yùn)行監(jiān)測等。通過視頻云平臺提供的基礎(chǔ)能力（基礎(chǔ)視頻、熱成像、出入口、門禁、報警、人臉、車輛抓拍、電子地圖、動力環(huán)境監(jiān)測、客流統(tǒng)計、AR、可視對講、車載圖像、無人機(jī)等）多元化可視化數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)多維度電務(wù)（通信線路安全監(jiān)控、安全事件預(yù)警、事故倒查分析、事件憑證提取、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、應(yīng)急指揮接入、視頻會商）、客運(yùn)（車站安全監(jiān)控、列車到發(fā)信息融合、安檢系統(tǒng)智能分析、廣播系統(tǒng)服務(wù)、時鐘信息服務(wù)、售票信息服務(wù)、客運(yùn)人員調(diào)度決策）、貨運(yùn)（貨物運(yùn)輸安全、人員作業(yè)安全、人員調(diào)度分配、作業(yè)考勤、貨物存放監(jiān)控、物流信息回溯、貨場管理決策分析）、機(jī)務(wù)（機(jī)車狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)行線路監(jiān)控）、車輛（車輛狀態(tài)監(jiān)控、車輛維護(hù)檢測）、公安（車站治安監(jiān)控、突發(fā)事件應(yīng)急、反恐事件預(yù)警、案件取證回溯）等業(yè)務(wù)融合智能輔助研判。視頻云平臺業(yè)務(wù)展示見圖10，安全業(yè)務(wù)管理綜合業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)展示見圖11。

圖10 視頻云平臺業(yè)務(wù)展示

圖11 安全業(yè)務(wù)管理綜合業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)展示

5 結(jié)束語

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為行業(yè)應(yīng)用輔助系統(tǒng)的重要性日益凸顯，視頻圖像數(shù)據(jù)作為最直觀的傳感數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)管理中必將發(fā)揮越來越大的作用。云架構(gòu)大數(shù)據(jù)模式通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)整合、目錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)管理和運(yùn)維監(jiān)控等，整合視頻數(shù)據(jù)，解決各專業(yè)部門業(yè)務(wù)中的“信息孤島”問題。

以“視頻技術(shù)和安全管理為中心”的架構(gòu)力圖實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)價值鏈的閉環(huán)，業(yè)務(wù)狀態(tài)的實(shí)時感知；算力、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源和諧分布；特征數(shù)據(jù)分析評估，業(yè)務(wù)統(tǒng)一調(diào)度，以及生產(chǎn)應(yīng)急事件提前預(yù)警防范。智能鐵路綜合視頻業(yè)務(wù)安全管理建設(shè)趨勢見圖12。作為鐵路行業(yè)視頻技術(shù)應(yīng)用的頂層設(shè)計規(guī)劃架構(gòu)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新將逐漸實(shí)現(xiàn)行業(yè)化的定制企業(yè)云服務(wù)，開啟智能鐵路的管理新模式。

圖12 智能鐵路綜合視頻業(yè)務(wù)安全管理建設(shè)趨勢