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智能视频分析系统如何应用高速客运专线

甬台温、温福和福厦铁路是国内近年来铁道部规划“四纵,四横”高速客运网中的组成部分。三条铁路作为中国铁路沿海通道的重要组成部分,是连接中国最具经济活力的长三角、珠三角地区的重要纽带,对完善浙江省、福建省乃至中国铁路网布局...
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  背景及需求分析

  甬台温、温福和福厦铁路是国内近年来铁道部规划“四纵,四横”高速客运网中的组成部分。三条铁路作为中国铁路沿海通道的重要组成部分,是连接中国最具经济活力的长三角、珠三角地区的重要纽带,对完善浙江省、福建省乃至中国铁路网布局,促进区域经济和社会协调发展,加强国防建设都有着重要意义。

  面临的问题

  甬台温、温福和福厦铁路既是我国目前已开工建设的铁路项目中建设标准最高的铁路之一,又是地质条件最为复杂、施工难度最大的铁路之一。整条线路途经地区地形复杂,桥梁、隧道占线路总长的78.84%,此外铁路与多条主干高速交错,大大增加了人工监控的难度。

  整条铁路存在的监控难度主要有以下几点。

  · 铁路全线为高速客运线,列车通过速度高,在列车进出站台口确保没有人员穿越或闯入;

  · 为保证列车安全通过,咽喉、隧道口等重要区域轨道无遗留物;

  · 公跨铁路段防止有不明物从公路坠落至铁轨,造成道路受阻;

  · 沿线基站无人值守,为保障线路安全运行,防止盗窃或破坏行为发生;

  · 高架的应急通道只有在紧急避难时使用,平时防止闲杂人员进入。

  解决方案

  高铁安防的特点是系统跨度大、地理分布广,视频分析的环境复杂,因此对网络化、数字化、集成化要求很高。高铁视频监控系统已经从第二代监控系统逐步进入第三代、第四代监控系统,高铁视频监控应用的具体设备包括摄像机(多数是室外PTZ云台摄像机及室内快球一体摄像机)、编码器、硬盘录像机(DVR)、网络录像机(NVR)、中央管理平台(CMS)、视频分析设备(IVS)及存储设备。对高铁视频监控系统的总体要求是:安全、可靠、开放、可扩充,做到技术先进、经济合理、实用可靠。

  应用特点

  智能分析设备作为第四代监控系统的代表,也是高铁视频监控的一大亮点,其功能及应用要求已经明确写进了《铁路综合视频监控系统技术规范》。然而智能分析设备不是单独存在的个体,要成为整个监控系统的一部分,需要具备以下三点。

  1、架构灵活

  架构灵活主要体现在部署方式和视频源的接入。通常前端部署的设备为嵌入式架构,体积小,功耗低,稳定性强,接入以模拟视频为主;后端部署的设备为服务器架构,性能强大,集中管理,视频接入方式多样,如模拟视频、DVS/DVR、IP Camera、VMS等。高铁应用有其特殊性,由于安防设备都是沿铁路线部署,很多基站为无人值守,因此针对这种情况前端嵌入式设备更具有优势。高铁干线已经遍布全国,从东北地区到华南地区,不论是严寒气候还是潮湿环境,设备的稳定性非常重要。嵌入式设备架构简单,直接接入模拟视频就能分析,部署非常方便,没有任何兼容性问题。

  2、功能丰富

  智能分析设备通常具有入侵、徘徊、滞留、聚集、取走、计数等功能,功能上基本满足高铁安防的需求。但实际应用中发现,高铁监控与其他场所还有很大的区别。首先,高铁监控应用主要在室外,外部环境异常复杂。比如沿海地区气候多变,光照、雨雪、阴影、昆虫都会造成影响。其次,列车对摄像机造成的干扰,由于摄像机杆与铁轨距离仅两三米,当列车高速驶过时会造成摄像机剧烈晃动,造成干扰。夜晚列车大灯直射摄像机,也会产生误报。因此,优秀的分析设备不仅仅具备基本功能,还必须具备过滤干扰的功能。比如优化的算法能够主动适应环境的变化,通过不断的学习过程达到适应背景变化的效果;忽略区域,能够屏蔽掉干扰较多的复杂场所;参数微调,可以根据实际场景调节算法的各项参数;复合规则,可将多个报警功能逻辑叠加形成新的报警。通过一系列功能组合运用,能将误报漏报降至最低,充分发挥智能分析设备的优势。[nextpage]

  3、整合性强

  智能分析设备作为高铁视频监控的一部分不是孤立存在的,与其他设备、软件的整合联动是能否效发挥作用的关键。作为后端部署,系统中的视频源可能多种多样,是否支持各品牌的IPCamera,DVR/DVS的各种编码类型。对于大型监控系统,视频都由VMS的流媒体服务器转发,智能分析设备可以直接从流媒体服务器获取视频,能够有效地解决多品牌多型号多编码类型设备的兼容问题。在高铁的监控中,由于采用的是前端部署嵌入式设备,因此不存在此问题;但对于系统平台如何获取报警信息,也需要智能分析设备具有丰富的对外接口。拥有Metadata服务机制,可以将报警信息封装成XML形式的报文推送给系统平台,系统平台解析后获取报警的摄像机ID、报警类型、报警名称、报警开始结束时间、报警截图甚至可以获取实时报警轨迹坐标。通过将坐标轨迹叠加到高清视频图像上用来上电视墙显示,既可以获得带有分析结果的高清实时的视频,又有效地节约了系统资源,达到事半功倍的效果。

  实施要点

  铁路项目中,智能视频监控主要应用于室外。而铁路沿线环境异常复杂,如,阴影变化,灯光投射,天气影响,鸟虫干扰,都会对分析的准确性造成影响。因此,为了使智能视频分析准确性达到理想效果,必须要历经现场,长时间观察,经过多次调校,既要保证灵敏度,不出现遗漏,又不能过于灵敏导致误报。

  在实施中应该注意以下几点:

  1、摄像机角度的调整,一个正确的视野角度才能保证视频分析的准确性。目前,很多现场安装了快球摄像机,由于快球可以随意变换角度和焦距,因此很容易破坏原先设置好场景的规则。对此,可以为快球定义好预置位,当快球转动后,能够自动归位,保持原先的角度,从而获得准确的分析结果。

  2、监控区域与物体尺寸的设置,由于视频图像存在透视效果,对于监控区域的绘制,不能只沿场景边缘绘制,还要考虑到通过物体的高度,因此要在二维画面上绘制出覆盖到场景空间的区域。而物体尺寸的绘制,也要考虑画面中物体近大远小的情况,不能遗漏远处目标。通过透视功能,能够设置同一物体近点和远点的不同尺寸,确保活动目标在近处和远处都能被准确捕获。

  3、规则的逻辑判断(复合规则),一种规则往往存在盲区,导致误报或漏报产生。通过多种规则的逻辑叠加判断,可以大大减少漏报误报的产生。但准确的逻辑叠加,需要在现场通过多次验证和测试。

  使用效果与现状

  在项目实施初期,由于铁路线尚未开通,并且摄像机安装不到位,网络运行不稳定。因此,给视频分析实施调试带来较大的困扰。在项目后期,随着铁路线的试运行,可以根据现场环境和实地情况,进行反复测试与调整。运用多种功能和方法,误报率大大降低,为整条线路的运行提供了强有力的安全保障。

  技术亮点

  1、新规则的使用

  智能视频分析系统原有功能,基本都是对目标的路径移动分析及目标的出现消失判断。由于系统性能的约束,和算法自身的问题,难免会有误报及漏报的情况发生。之前的规则都是以移动目标位单位,对于目标过多或场景较复杂的环境下,系统可能遗漏部分目标。

  密度监测和活动监测的出现,完善了原来的规则算法。新规则可以分析整个监控范围内,画面像素点的密度变化和活跃程度,用户通过调节像素变化的百分比设定警戒阈值。由此可设定一个较为精确的报警触发条件,并可以通过与其他规则的复合提高准确性。

  2、规则间的逻辑叠加(复合规则)

  智能分析系统原有规则都为独立报警,即当一个规则被触发后报警。但由于自身问题,系统会有漏报和误报产生。通过设定复合规则,增加规则间的逻辑判断,从而降低误漏报率。复合规则有四种模式,为同时发生,顺序发生,重复发生和独立发生,另外可以设置规则之间的持续时间。例如:列车驶过时车身的部件可能会引起误报,通过使用复合规则,可以设置多个规则之间的逻辑关系,只有当多个规则都被触发且安装逻辑发生时才会报警,这样有效的降低了误报率,大大增强了系统的可用性。

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