近十年，城市轨道交通视频监控系统经历了系列技术发展和进步。图像处理从模拟发展到模拟数字结合方式，再发展至全数字视频监控系统；图像编码格式从 H.264 发展到压缩算法效率更高的 H.265；图像分辨率从标清到高清，再出现超高清视频监控终端的应用；从专用、公安视频监控系统分别独立设置，到“公、专合一”的演进；功能上从单一的视频监控，到加入人脸识别、智能分析等相关为运营、公安部门服务的功能；视频监控系统平台从单线路平台，逐渐发展到线网视频平台的推广。本文将围绕视频监控系统，介绍一种城市轨道交通线网视频大数据平台的设计方案。
1. 系统平台架构设计
城市轨道交通线网视频大数据平台整体网络架构主要由车站、线路控制中心、线网中心、派出所、警务室、分局指挥中心、城市视频专网组成。在各车站设置1台以太网交换机、在线路中心设置 1 台汇聚交换机，在线网设置 1 台汇聚交换机，各交换机均通过光纤通道直接接入云平台。整体网络架构设计如下图所示。各车站、线路以及线网的交换机均通过 2 个 10GE 网络通道连接至云平台；在地铁公安分局采用两条 40GE 光纤通道直连至云平台；派出所通过公安骨干传输网的 10GE 端口连接至分局指挥中心。在分局指挥中心设置 2 台防火墙、13台物理隔离网闸设备，通过防火墙以及网闸设备实现与城市视频专网的互联互通；各车站警务监控机房设置 1 台千兆网络交换机，通过光纤直接接入专用视频监控的以太网交换机。线网视频监控系统全部部署在云平台上，云平台设置在线网控制中心，为线网级全云化平台。线路控制中心视频监控系统以车站的视频监控系统为基础，并和车站的视频监控系统构成一个完整的视频监控系统。控制中心由服务器、云存储硬件资源池组成，在云平台上部署视频监控系统应用软件。车站系统主要由摄像机、站台司机监视器、车站控制室监视器、警务室监视器、高清解码器、网络交换机、视频管理服务器、视频监控终端等设备组成。车站视频存储正常情况下通过云存储资源池实现录像保存 90 天的要求。在新建派出所设置万兆网络交换机、视频监控终端、人脸分析终端、解码器、视频电视墙（含显示控制器）；其中万兆网络交换机通过公安传输网的传输通道接入分局指挥中心的核心交换机，最终通过线网视频平台获取视频资源。在分局指挥中心设置万兆网络交换机、防火墙以及物理隔离网闸设备、视频监控终端、视频解码器、人脸分析终端。其中防火墙、物理隔离网闸设备用于与城市视频专网联网的接口设备。分局指挥中心的万兆网络交换机直接连接至线网云平台核心交换机，通过云平台获取视频资源。同时为城市视频专网设置一套地铁人脸分析系统，主要包括人脸分析设备，人脸图片存储设备等。设置在各车站的前端人脸抓拍机不仅将图片以及结构化数据上传至线网人脸分析系统，同时还通过线路中心以及线网中心的云平台流媒体转发服务器（虚拟机）转发至城市视频专网的人脸分析系统。
2. 系统平台功能设计
2.1 视频分析功能
线网视频监控系统能够向各线路、各车站的视频分析设备发起行为分析命令，各分析设备根据权限启动行为分析，及时将分析结果以及报警信息传送至线网操作终端；同时线网视频监控系统本地还具备对指定的 160 路超高清摄像机图像的行为分析能力，根据需要可对指定部位设置的摄像机采集的图像进行智能视频分析，报警时自动（可设定经人工确认后）弹出画面，并将所有数据传输到线路控制中心视频分析管理设备实施存储。视频分析设备支持入侵检测、徘徊检测、可疑物品遗留检测、图像异常告警等应用。入侵检测由用户设定禁入区域，并设置触发报警规则，本项功能应用在区间重点部位防护和段场周界防护。徘徊检测即当目标在禁入区域超过设定时间则触发报警，该项功能应用在站内和段场重点防护区域。可疑物品遗留检测即检测在某个区域内是否存在可疑物品遗留，该项功能应用在站内重点防护区域。图像异常告警即对信号丢失、图像模糊等图像异常状况进行检测和告警。视频分析功能采用视频设备＋软件方式实现，同时为保证视频分析功能实现的灵活性，进行视频分析功能的摄像机可根据使用需要灵活选择配置。
2.2 视频结构化及人脸识别功能
线网视频云大数据平台可对实时视频进行结构化分析，提取人员结构化信息（包括人像图片、结构化信息、半结构化信息），包括提供上下半身颜色、性别、年龄段、随身附件（挎包、背包、眼镜佩戴等）等特征检测；可对任务调度管理，上层业务系统发起视频智能分析任务时，通过管理节点对服务器进行合理调度，分配资源，平台共提供 600 路实时视频结构化的能力。线网人脸识别系统具备实时视频预览、实时抓拍图片、身份核验、1V1 比对、人脸查询、以脸搜脸、身份确认、人脸布控等各种功能。线网采用基于深度学习的人脸识别系统，通过接入高清视频摄像机以及人脸抓拍摄像机，具备对实时视频中的人脸进行检测、跟踪、抓拍处理（通过系统质量判断后的人像图片进行集中汇聚以及转发处理），同时具备动态比对预警等功能。通过人脸的获取、检测和比对，实现对目标人员的排查。线网视频监控系统可同步于其他图像资源库，并将图像资源发送至各线路人脸分析前端，各线路人脸分析前端实施人脸布控，并及时反馈结果以及报警信息。
2.3 视频浓缩及摘要功能
线网视频监控系统通过对视频中人、物、轨迹、颜色等要素进行提取分析，以在线或离线模式把视频浓缩成几分钟的摘要片段，实现对大量视频快速检索功能。系统具备对录像文件浓缩分析能力，可同时提供多任务并行分析。
2.4 移动视频监控功能
线网视频监控系统具备移动视频监控功能，包括移动视频前端的快速接入功能以及基于手机和 PAD 等移动终端的移动监控功能。移动视频前端具备快速部署功能，能够通过地铁移动网络快速接入线网视频监控平台，线网平台配置 5000 个移动监控客户端，每个移动终端具备同时查看 2 路视频监控的能力。本次工程视频监控系统具备通过外网访问各线路、车站的摄像机实时监控图像功能。地铁运营管理人员在外网环境下可通过手机移动客户端软件直接访问各车站前端摄像机实时图像。其他互联网用户可以直接通过地铁 APP 或者微信小程序提供的视频监控模块实现对各车站的视频监控前端图像的实时调看。
2.5 电扶梯运行检测功能
包含扶梯逆行监测、行人越界监测、异常行为监测等功能，并具备将视频分析结果推送给电扶梯专业的能力。
2.6 大数据平台应用功能
大数据平台采用分布式技术架构，能够提供百亿级别结构化、半结构化数据的存储和计算，具有分布式、集群化、统一存储、统一访问、动态扩容的特点，用于汇聚人脸卡口信息、位置信息、人脸特征属性、人脸及人像模型等数据，以及对接公安业务库人员信息，为多维度人像数据的融合应用提供支撑。平台支持实时、历史结构化数据，以及关系型数据库数据采集入库；能够实现对前端人脸抓拍单元采集的人脸图像，以及人像解析系统提取的结构化和半结构化数据的存储；具备对于乘客的各类特征进行分类、区别，并可根据特征进行检索；具备大数据的分析功能，能够利用时间和空间的特征设定计算规则。
3. 总结
近年来视频监控系统随着城市轨道交通运营服务水平的提高而发展，实际上视频监控系统所有功能的出发点是服务于运营管理的，所以视频监控系统的设计也应该由运营需求为出发点。本文基于运营（包括地铁公安）的使用需求，构建一个线网视频大数据平台，除实现目前运营管理下的功能外，同时也为未来视频监控应用的开发提供了基础平台，符合新时代城市轨道交通视频监控系统的发展趋势。
作者：石惠慧 单位：广州地铁设计研究院股份有限公司
