城市軌道交通視頻拼接技術探討

張 蕾

（中國中鐵二院工程集團有限責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探討

張 蕾

（中國中鐵二院工程集團有限責任公司地鐵院通號處，四川成都610031）

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

城市軌道交通；視頻監控；視頻拼接；全景融合視頻

目前，軌道交通在國內各大城市蓬勃發展，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。視頻監控系統在保證人們出行安全、提高運營管理水平等方面發揮著巨大作用，然而隨著反恐壓力的增強，前端設備布點越來越密集，視頻監控的需求已經從傳統的“看得清”功能發展為“看得懂”的“智慧監控”展示模式。本文結合成都地鐵視頻監控建設的方案，為視頻監控系統立體化、平臺化演進的路線提供思路。

1 城軌交通視頻監控系統

城市軌道交通視頻監控系統分為運營視頻監控系統和公安視頻監控系統兩部分。運營視頻監控系統為控制中心調度員、車站值班員、DCC 值班員、列車司機提供有關列車運行、防災控制、客流疏導及重要場所等音視頻信息，為管理者有效開展運營組織、搶險救災等工作提供技術支撐。公安視頻監控系統為車站、派出所及分局等公安民警提供現場實時信息，在維護社會治安、處理突發犯罪、后期調查取證方面發揮重要作用。

由于公安視頻監控系統存在視頻對象的特定需求，因此，成都地鐵運營視頻監控系統和公安視頻監控系統采用獨立建設，公安共享運營視頻監控系統前端設備，分離使用的模式。

2 城軌運營及公安對視頻監控的需求

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，出現了不少多線換乘車站，以及結合高鐵站、機場的換乘站，這些換乘站的共同點是車站面積大、出入口多、車站結構較復雜，同時視頻監控系統的前端設備較多，給運營視頻監控系統及公安視頻監控系統的監控人員的工作帶來了很大壓力。

（1）常規建設的前端監控攝像機采集的多路攝像視頻，經網絡傳輸到車控室/警務室，監控人員需要同時監控多個分鏡頭畫面。研究表明，人眼最多可以同時觀察15個分鏡頭畫面，而且對于跨鏡頭區域的運動，由于人眼無法快速、準確的切換分鏡頭，很難對運動物體進行連續的追蹤觀察，海量的監控信息讓監控人員感覺“看不過來”的同時也出現了“看不清楚”的困惑。

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

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

2.2 地下車輛段/停車場

當前大城市的發展建設進入了軌道交通時代，從城市可持續發展、城市土地的利用率、城市環境的優化等多個角度出發，越來越多的城市選擇了地下車輛段/停車場的建設模式。地鐵運營管理現有的視頻監控系統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營管理業務的實際需要，成為制約地鐵管理發展、創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，其咽喉區等區域的指揮調度缺乏精確感知的能力，從而無法為地鐵運營管理部門在上述區域開展精確調度指揮的日常運營及治安綜合管理業務工作提供強大的技術支撐。

（2）缺乏對多模式多數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測、整體關聯、綜合調度和事件處置能力。

3 視頻拼接技術在成都地鐵視頻監控中的應用

圖1 成都地鐵某停車場視頻拼接區域標示圖

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

3.1 拼接視頻功能要求

在實現地下停車場/車輛段咽喉區全景視頻展示的同時，結合三維仿真技術，實現地下監控區域的三維場景中列車運行仿真模擬，實時展示地下車輛運行咽喉狀態，其系統架構見圖2。拼接視頻的功能主要包括以下方面。

圖2 系統架構圖

（1）對停車場/車輛段咽喉區進行3D GIS 重建，3D GIS 直觀地表達監控區域的三維空間位置、真實結構及相關信息，指揮調度人員通過3D GIS 可以直觀了解咽喉區域的三維空間信息。

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

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

（4）在地鐵三維仿真環境下，將地下軌道運營區間、隧道、線路等設施以靜態三維模型的方式呈現，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，在系統中直觀地演示列車在三維場景中的運行狀況和運行過程，與咽喉區全景視頻同步展示，便于調度人員在 DCC（車輛段/停車場調度中心）直觀了解列車運行全過程。

3.2 拼接視頻顯示方案

為了呈現最佳監控效果，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左側顯示停車場/車輛段咽喉區（拼接區域）整體大場景下的全景融合視頻。考慮到 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，可以根據車輛運行狀態采取人工切換的方法對有列車通過的車道進行展示，若長度不能顯示全部內容，可按需設置自動巡航顯示。列車運行三維仿真結果與咽喉區全景融合視頻同步展示，緊鄰全景融合視頻展示區，使用戶能夠在 DCC 直觀了解列車運行全過程。基于部分攝像機監控各個道岔點形成的視頻標簽或者分鏡頭視頻，可根據需要與全景監控視頻同步顯示在三維模型上或根據需求單獨展示。

圖3 大屏布局示意圖

3.3 拼接視頻應用擴展

在已搭建的立體的、融合的拼接視頻監控平臺基礎上，下階段可以進一步擴展其應用場景。

（1）點位規劃。通過在三維模型中設置新增攝像機點位，快速規劃，提高監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控視頻資源與其他業務數據資源，如資產管理系統等，實現多類型數據融合的三維可視化，實現資源的綜合管理。

（3）關鍵路徑自動巡檢。運營及公安監控人員都可根據需要靈活設定路線進行日常巡檢，可以按照巡視人員日常關注的角度、巡視的速度依次進行巡邏。

（4）人流密度統計。這個功能有助于運營人員的日常調度指揮，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一步解決的問題：

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

（2）目前的視頻拼接平臺為定制化產品，后臺軟件的市場化程度不夠高，存在備品備件、產品升級、設備維護等風險。

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

[1] GB50490-2009城市軌道交通技術規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2009.

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

[3] 田瑞娟. 圖像拼接融合技術在網絡視頻監控系統中的應用研究[J]. 兵工自動化，2009（3）.

[4] 方賢勇，潘志庚，徐丹. 圖像拼接的改進算法[J]. 計算機輔助設計與圖形學學報，2003（11）.

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

責任編輯 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