目前IVS已成功應(yīng)用在銀行、超市等較穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境，并且有著較為優(yōu)異的表現(xiàn)，另外在機(jī)場、軍隊(duì)的應(yīng)用表現(xiàn)也不錯(cuò)。但是在鐵路上的IVS應(yīng)用還是不簡單的，一條鐵路線縱橫幾千里，一年四季寒暑變化，各種環(huán)境都有，而且鐵路運(yùn)營都處在動(dòng)態(tài)之中，這對IVS策略的制定和攝像機(jī)及IVS參數(shù)設(shè)定都帶來極大的困難。
文/凌寧
鐵路是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施、國家的大動(dòng)脈、大眾化交通工具，在綜合交通體系中處于骨干地位。目前中國大量的長距離物資運(yùn)輸和中長途旅客運(yùn)輸主要由鐵路承擔(dān)，每年完成的旅客周轉(zhuǎn)量約占全社會(huì)旅客周轉(zhuǎn)量1/3多，完成貨物周轉(zhuǎn)量約占全社會(huì)貨物周轉(zhuǎn)量的55%。
保障安全運(yùn)營是鐵路運(yùn)輸?shù)牡谝灰獎(jiǎng)?wù)，而視頻監(jiān)控系統(tǒng)是運(yùn)營安全保障體系的重要組成部分。環(huán)境條件復(fù)雜、監(jiān)控范圍廣、通信資源緊張等都對鐵路圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)、利用和發(fā)展提出挑戰(zhàn)。正確運(yùn)用IVS產(chǎn)品可以有助于節(jié)省帶寬資源、降低人員疲勞損失、加快預(yù)警響應(yīng)速度，充分發(fā)揮視頻資源的作用。
需求分析
中國的鐵路建設(shè)正進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，“十一五”期間，中國鐵路將建設(shè)新線1.7萬公里，其中客運(yùn)專線7000公里；建設(shè)既有線復(fù)線8000公里；既有線電氣化改造1.5萬公里。到2010年，全國鐵路營業(yè)里程將達(dá)到9萬公里以上。2007年，全國鐵路進(jìn)行了轟轟烈烈的第六次大提速，我國鐵路既有線提速干線旅客列車最高運(yùn)行時(shí)速達(dá)200公里以上，京哈、京滬、京廣、膠濟(jì)的概念提速干線部分區(qū)段可達(dá)到時(shí)速250公里。
正當(dāng)鐵路行業(yè)跨越式發(fā)展的時(shí)候，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和圖像數(shù)字技術(shù)恰到好處地進(jìn)入技術(shù)成熟階段，這給視頻監(jiān)控在鐵路的運(yùn)用帶來了空前的發(fā)展機(jī)遇。短短的幾年，各種需求的視頻系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在全線監(jiān)控方面有：鐵路綜合監(jiān)控系統(tǒng)視頻分系統(tǒng)、客運(yùn)信息化系統(tǒng)視頻分系統(tǒng)；在車站方面有：車站客運(yùn)系統(tǒng)視頻監(jiān)控、鐵路貨運(yùn)站監(jiān)控管理系統(tǒng)；在列車上有：客運(yùn)列車視頻監(jiān)控系統(tǒng)、鐵路機(jī)車視頻監(jiān)控系統(tǒng)；在編組站有：鐵路編組站（場）視頻監(jiān)控系統(tǒng)等等。通過這些系統(tǒng)，可隨時(shí)觀察和掌握千里之外的鐵路沿線和站點(diǎn)及設(shè)備情況，可以在災(zāi)害天氣發(fā)生時(shí)實(shí)時(shí)掌握線路異常和災(zāi)害程度，從而及時(shí)通過調(diào)度中心調(diào)整列車運(yùn)行。通過視頻的輔助作用還可監(jiān)控列車會(huì)讓、中間站調(diào)車作業(yè)等情況，確保運(yùn)輸安全。然而鐵路系統(tǒng)部門眾多、地域跨度大、現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，這無疑給視頻監(jiān)控系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。無論是面對日益龐大的視頻信息量，還是面對越來越復(fù)雜的安全壓力，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)（IVS）都找到存在和發(fā)展的理由，預(yù)示著鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)將要翻開嶄新的一頁。
智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)（IVS）依照一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)的時(shí)間、方向、位置、大小、速度、目標(biāo)間距離與相對方向等因素，通過不同的規(guī)則實(shí)現(xiàn)不同的功能，如：越界、潛伏、超速、遺失、遺留、滯留、流量統(tǒng)計(jì)?？梢宰R別摔跤、彎腰、起立、坐下等人體行為，以及一些人與人、人與物的交互，當(dāng)出現(xiàn)規(guī)則所規(guī)定的特別狀況時(shí)，IVS進(jìn)行報(bào)警，或發(fā)送報(bào)警信息，以預(yù)警方式提醒監(jiān)控人員注意，或提供給其他系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)策略。與以往傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控相比，這種帶有智能分析的系統(tǒng)可以大大減輕監(jiān)控人員的負(fù)荷，從而減少人為原因產(chǎn)生的隱患。再者，如果系統(tǒng)采用IPoIP方式，還可以減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，使監(jiān)控中心可以看到更多有效的重要圖像。
目前在國家重點(diǎn)建設(shè)的鐵路項(xiàng)目中，已經(jīng)開始采用含有IVS的監(jiān)控系統(tǒng)，不過根據(jù)項(xiàng)目的具體要求的不同，以及預(yù)算的多少，IVS的應(yīng)用也是各有文章。
具體應(yīng)用
系統(tǒng)概述
本系統(tǒng)中，鐵路部門要求較高清晰度的圖像顯示，需達(dá)到D1圖像質(zhì)量，考慮到前端智能分析單元的圖像質(zhì)量不高，最高為CIF，故在系統(tǒng)中采取將IVS預(yù)警系統(tǒng)和常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)并行運(yùn)行的方式（見圖1）。常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像機(jī)根據(jù)需要分為各站站臺(tái)攝像機(jī)、岔道口攝像機(jī)、公跨鐵立交攝像機(jī)、機(jī)房攝像機(jī)、牽變電攝像機(jī)等。它們的圖像通過各站的DVR完成編碼并傳送到IP網(wǎng)絡(luò)上，在分控中心或中心通過視頻管理平臺(tái)解碼、顯示、并管理這些圖像。而IVS預(yù)警系統(tǒng)則是在這些攝像機(jī)中，將岔道口攝像機(jī)、公跨鐵立交攝像機(jī)等重要圖像發(fā)送至前端智能單元，出現(xiàn)異常情況時(shí)，前端智能單元根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則將異常信息的特征數(shù)據(jù)流通過IP網(wǎng)絡(luò)送達(dá)中心的IVS分析服務(wù)器，完成預(yù)警任務(wù)。
1、IVS預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)
本案視頻智能預(yù)警系統(tǒng)采用分級監(jiān)控、中心查看的監(jiān)控架構(gòu)。首先，智能監(jiān)控的視頻都傳到每個(gè)分控中心。通過視頻分配器分出重點(diǎn)模擬視頻到智能單元，然后通過智能單元把相應(yīng)模擬視頻轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻并接入分控中心網(wǎng)絡(luò)，與后端的IVS分析服務(wù)器結(jié)合，完成各種視頻行為的分析告警。每個(gè)分控中心均采用這種建設(shè)模式，所有的分控中心最終接入總監(jiān)控中心。其中，IVS分析服務(wù)器主要作用是進(jìn)行智能的分析、監(jiān)控、報(bào)警；視頻管理平臺(tái)主要作用是視頻管理、設(shè)備管理、進(jìn)行報(bào)警信息的統(tǒng)計(jì)、報(bào)警點(diǎn)的定位、報(bào)警視頻的查看。IVS分析服務(wù)器與視頻管理平臺(tái)之間通過協(xié)議溝通。
2、IVS分析預(yù)警系統(tǒng)工作原理
圖像行為分析預(yù)警系統(tǒng)采用IPoIP架構(gòu)，其工作方式如圖2所示。首先，服務(wù)器端請求前端智能處理單元提取相應(yīng)的特征數(shù)據(jù)流，接下來智能處理單元提取特征數(shù)據(jù)流，發(fā)回服務(wù)器。然后服務(wù)器對不同的特征數(shù)據(jù)流進(jìn)行算法比對、偵測，對符合報(bào)警的特征數(shù)據(jù)流進(jìn)行報(bào)警提示，結(jié)果顯示在監(jiān)控終端。其報(bào)警結(jié)果包括報(bào)警信息的記錄、聲音提示、第一時(shí)間快照、報(bào)警實(shí)時(shí)視頻。而報(bào)警視頻通過前端智能處理單元進(jìn)行調(diào)用。
圖像行為分析預(yù)警系統(tǒng)分為前端智能單元、后端行為分析系統(tǒng)、終端顯示系統(tǒng)三部分（見圖2）。
前端智能單元根據(jù)服務(wù)器的要求，從視頻流中提取特征數(shù)據(jù)流，比如非法停車、可疑靜止物體等，發(fā)給后端行為分析系統(tǒng)進(jìn)行分析。
3、系統(tǒng)構(gòu)成具體如下
·普通模擬攝像機(jī)掛接具有特征流提取功能的前端處理單元。放置在分控中心（即各車站），后端并入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；
·后端行為分析系統(tǒng)是整個(gè)圖像行為分析預(yù)警系統(tǒng)的核心(如圖2的服務(wù)器端)，它是由各種行為分析模塊外加服務(wù)器構(gòu)成。其主要作用是接收和處理成千上百個(gè)前端發(fā)過來的特征數(shù)據(jù)流，進(jìn)行分析、偵測，對符合限定的特征數(shù)據(jù)流給出報(bào)警信號；
·終端顯示系統(tǒng)是對網(wǎng)絡(luò)配置、功能設(shè)置、智能顯示的管理系統(tǒng)。一旦產(chǎn)生報(bào)警，會(huì)記錄報(bào)警信息，給出聲音報(bào)警提示，進(jìn)行第一時(shí)間快照，顯示報(bào)警視頻。
鐵路部門目前較關(guān)心的IVS功能
1、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的探測、報(bào)警與跟蹤
·系統(tǒng)可以對運(yùn)動(dòng)的人、車輛進(jìn)行視頻特征的分析，自動(dòng)探測出滿足預(yù)警條件的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；
·系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，鎖定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，自動(dòng)彈出報(bào)警畫面，記錄報(bào)警信息并畫出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的軌跡；
·對探測區(qū)域，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的分別探測，而且互不影響。
2、遺留物體的探測與識別
·系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對靜止的車輛、包裹、箱體等物體的視頻特征分析，自動(dòng)探測出滿足預(yù)警條件的遺留物體；
·系統(tǒng)自動(dòng)定位遺留物體的位置，自動(dòng)彈出報(bào)警畫面并產(chǎn)生報(bào)警信息。
3、聚集的探測與報(bào)警
·系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對大面積人群、少數(shù)人聚集的視頻特征分析、自動(dòng)探測出滿足預(yù)警條件的人群；
·系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，彈出報(bào)警畫面，產(chǎn)生報(bào)警信息。
4、徘徊目標(biāo)的探測、報(bào)警與跟蹤
·系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對探測區(qū)域中徘徊目標(biāo)的視頻特征分析，自動(dòng)探測出滿足預(yù)警條件的徘徊目標(biāo)；
·系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，鎖定徘徊目標(biāo)，自動(dòng)彈出報(bào)警畫面，記錄報(bào)警信息并畫出徘徊目標(biāo)的軌跡。
5、系統(tǒng)自身探測報(bào)警
·視頻丟失；
·視頻遮擋；
·強(qiáng)光照射；
·光線太弱。
在本案上的具體應(yīng)用方式
1、岔道口智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用
·采用人員進(jìn)入?yún)^(qū)域偵測：主要是防止在特定時(shí)間段可疑人進(jìn)入道岔保護(hù)區(qū)域。一旦有人進(jìn)入，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，及時(shí)提醒值班人員進(jìn)行處理；
·采用遺留物體偵測：主要是檢測岔道口軌道上可疑的遺留物體，對意外情況進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警，防止意外事故的發(fā)生，如圖3、4所示。
2、交叉路口智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用
·遺留物偵測：交叉路口是人員活動(dòng)相對較多的地方，不排除有人故意放置可疑的遺留物于軌道上，而圖像行為分析預(yù)警系統(tǒng)恰恰能對可疑遺留物體進(jìn)行分析、報(bào)警；
·人員進(jìn)入?yún)^(qū)域偵測：無論在什么情況下，都不允許有人靠近高速鐵路。為了提高其安全系數(shù)，我們采用大面積的區(qū)域偵測，從而能更快偵測到各種可疑的情況，避免造成重大損失；
·交通障礙偵測：為了防止交叉路口有可疑車輛的停放，采用此功能來進(jìn)一步防止交通事故的發(fā)生。
在本案中遇到的問題與困難
應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題
在系統(tǒng)調(diào)試和試運(yùn)行階段，其他各大系統(tǒng)的收尾工作也都在緊張進(jìn)行，機(jī)柜周圍更是人來人往，設(shè)備移動(dòng)頻繁，電源和網(wǎng)絡(luò)也會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。根據(jù)在調(diào)試后期和試運(yùn)行期間的故障記錄，我們注意到有時(shí)前端處理單元會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不通的情況，也出現(xiàn)過網(wǎng)絡(luò)暢通，但沒有視頻傳過來的情況，這些情況為什么出現(xiàn)，我們還不得而知。電源和網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定是否有可能對前端處理單元的正常運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)，是不是前端處理單元里的處理程序中含有bug，我們很難在短時(shí)間內(nèi)測出。這個(gè)毛病影響雖小，但處理一下有時(shí)就要跑幾百公里，所以今后在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)@些新的東西還是要考慮電源的中心控制。另外，我們發(fā)現(xiàn)IVS對服務(wù)器的要求較高，雖然系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了IVS對資源消耗較多的情況，但從使用的情況來看，仍然要加大余量。對于服務(wù)器的配置，這里有兩方面因素要考慮，一是因?yàn)橐曨l行為分析需要大量的運(yùn)算，特別是要處理多路前端智能單元的特征信息的時(shí)候，運(yùn)算占用的資源更高，這就要求較高的計(jì)算機(jī)硬件配置，留有設(shè)計(jì)余量，二來要求操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的安裝也不能隨意處置，最好不用GHOST的方式，不相關(guān)的軟件不裝。
最麻煩的事情
有一位IVS廠商在談到IVS市場教育的時(shí)候談到IVS調(diào)試的不易，說到“屢戰(zhàn)屢敗”這個(gè)詞，筆者想那些IVS的代理和集成商的技術(shù)人員一定有刻骨銘心的體會(huì)。就本案而言估計(jì)有80%以上的工作量是在調(diào)整策略和參數(shù)。策略是規(guī)則的組合，時(shí)間、地點(diǎn)、要求不同，策略就不同。對各個(gè)規(guī)則要仔細(xì)調(diào)整參數(shù)，根據(jù)角度、速度、目標(biāo)大小等，在不同時(shí)間段進(jìn)行測試，晴天、雨天、雪天、黃昏，不但要調(diào)前端智能單元，還要調(diào)攝像機(jī)的參數(shù)，工作量較大。而鐵路沿線距離遠(yuǎn)，若遇到多場大雪，沿線的攝像機(jī)大多“雪盲”，策略需要重新調(diào)整，攝像機(jī)參數(shù)需要重新設(shè)定，60-70cm的積雪給調(diào)試帶來的挑戰(zhàn)無法想象。本案的IVS在環(huán)境良好的情況下，綜合識別率在90%，其中入侵識別率較高，可達(dá)97%以上，而遺留物識別較低。誤報(bào)和漏報(bào)較多的時(shí)候是傍晚，最大的困難是調(diào)整漏報(bào)和誤報(bào)的平衡點(diǎn)（拒絕漏報(bào)，減少誤報(bào)），雖然調(diào)整參數(shù)可在控制中心完成，但現(xiàn)場還是需要人員配合，給鐵路行業(yè)大范圍應(yīng)用帶來不少困難。
就目前情況而言，貿(mào)然選擇攝像機(jī)可能會(huì)給自己帶來現(xiàn)場調(diào)試的困難。某些攝像機(jī)性能不穩(wěn)定，如溫度變化或開機(jī)時(shí)間較長時(shí)發(fā)生色偏，這可是IVS比較“頭痛”的事情，因此選擇攝象機(jī)要注意聽IVS供應(yīng)商的建議。不管視頻分析的算法做的多么好，它最終也只能是分析圖像而已。這些算法在分析圖像時(shí)，圖像像素很重要，如果圖像中包含了被歪曲的像素，那么視頻分析就發(fā)揮不了作用了。選定好了攝像機(jī)，在攝像機(jī)中的參數(shù)調(diào)整時(shí)還要綜合考慮，快門、補(bǔ)償、增益等等。
對IVS參數(shù)設(shè)定需要反復(fù)測試。譬如滯留物或公跨鐵落物識別，物體太小識別困難，物體太大要產(chǎn)生誤報(bào)，最后需要取得各種因素的平衡。筆者多次測試得知：在距離20米遠(yuǎn)的地方上用DVR的盒子作測試可獲得較好的效果。即便如此，偶爾火車通過時(shí)還會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)。而大大小小的動(dòng)物也會(huì)帶來麻煩。
鐵路IVS環(huán)境的特殊性
目前IVS已成功應(yīng)用在銀行、超市等較穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境，并且有著較為優(yōu)異的表現(xiàn)，另外在機(jī)場、軍隊(duì)的應(yīng)用表現(xiàn)也不錯(cuò)。但是在鐵路上的IVS應(yīng)用還是不簡單的，一條鐵路線縱橫幾千里，一年四季寒暑變化，各種環(huán)境都有，而且鐵路運(yùn)營都處在動(dòng)態(tài)之中，這對IVS策略的制定和攝像機(jī)及IVS參數(shù)設(shè)定都帶來極大的困難。雖然機(jī)場或軍隊(duì)也有室外需求，但就目前而言，其范圍還都較為局部，大多也都是邊界入侵探測，比較靜態(tài)，而鐵路則“地域范圍廣、物理交叉多、現(xiàn)場布局難”。
希望和展望
目前的IVS產(chǎn)品或系統(tǒng)在室外和前端攝像機(jī)相處得并不理想，對環(huán)境要求也較高，在今后IVS不斷突破、不斷發(fā)展的過程中，算法應(yīng)不斷更新，程序不斷增加。兼容性和穩(wěn)定性一定會(huì)是伴隨著它的難題。當(dāng)然隨著高清晰度攝像機(jī)的不斷應(yīng)用以及攝像機(jī)數(shù)字化技術(shù)的成熟，希望攝像機(jī)和IVS之間的問題少一些。
希望廠家研究現(xiàn)場測試方法，雖然現(xiàn)在廠商已經(jīng)有提供，但還停留在室內(nèi)應(yīng)用或理想應(yīng)用水平，測試方法的研究應(yīng)該和IVS功能研究同步發(fā)展，而且也同樣重要。
從管理層面看，IVS有標(biāo)準(zhǔn)化的需求，鐵路監(jiān)控的智能化進(jìn)程剛剛開始，隨著老線路的改造，新線路的鋪設(shè)，鐵路信息化的快速發(fā)展，國內(nèi)國外的各家IVS產(chǎn)品會(huì)大量應(yīng)用，如果各自為政，便形成信息孤島，不但系統(tǒng)擴(kuò)容會(huì)受到羈絆，而且為今后系統(tǒng)的并網(wǎng)和視頻信息后續(xù)處理帶來障礙，希望這個(gè)問題早點(diǎn)考慮。
IVS進(jìn)入國內(nèi)鐵路的時(shí)間不長，還在探索和積累經(jīng)驗(yàn)階段，但是，鐵路發(fā)展的大環(huán)境已經(jīng)確立，面對視頻信息急劇增加的壓力、運(yùn)營提升帶來的安全壓力，人們都對IVS寄予了希望。IVS需要挖掘更多的相關(guān)應(yīng)用，如旅客流量統(tǒng)計(jì)、機(jī)車司機(jī)的規(guī)范操作、旅客車廂異常行為分析等等，并與鐵路信息化專家系統(tǒng)聯(lián)系起來，為實(shí)現(xiàn)圖像信息分級、分層、分類管理和安全監(jiān)控的跨專業(yè)、跨部門、多系統(tǒng)綜合應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)，為鐵路信息化提供“先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用、可靠”的技術(shù)支持。
IVS，剛剛開始，沒有盡頭。
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