轨道交通智能分析领域应用

案例概述

国科环宇公司通过土星云边缘服务器、土星云分布式存储系统等土星云系列产品和专业服务，为轨道交通系统提供一整套完整的视频监控、智能分析的解决方案。

项目背景

城市轨道交通具有高速、安全、准时、载客量大、不受外部气候条件限制及降低城市污染等特点，成为当今各国解决城市交通拥挤最有效的手段。同时，已经发生的城市轨道交通突发事件，也使城市轨道交通的公共安全问题成为大众关注的焦点。

传统的地铁视频监控系统在应对日益提高的客流时存在许多问题,如车站机房空间有限,传统的存储设备部署空间有限，海量的视频图像存储数据成为了主要的使用瓶颈,当码流过大时视频流写入存储设备可能会出现丢帧,甚至出现写入失败等问题;由于传统视频监控系统的架构垂直扩展能力不足,不具备横向扩展能力,导致扩容困难,即使可以增加新的存储设备,每次扩容也都需要重做RAID组,对既有业务影响很大。此外，为了应对诸如海量视频如何有效运维,如何避免单点故障等挑战,基于边缘分布式存储的新一代视频监控系统“应运而生”。分布式存储拥有集群化、虚拟化等特点,能够统一整合系统内的设备节点、存储空间等资源,从而提大容量、高性能、高可靠的存储服务。

地铁项目中的视频监控系统具有站点多且位置分散、视频数据量大等特点,传统视频监控系统只能分站式部署,无法通过在线网控制中心对全线车站视频监控系统进行集中式管理,从前期部署调试到后期运营维护都有许多不便,基于边缘分布式存储的视频监控系统可以有效解决这些问题。

详细解决方案

基于土星云系列产品的边缘分布式存储系统构建的地铁视频监视系统遵循地铁设计规范,具有安全性、经济性、实用性等特点。下面主要对车站站台前端监控系统、车站监控室系统、车站警务室系统、车辆段监控系统、车载监控系统和地铁运营控制中心系统进行说明，方案总体框图如下图所示：

图1  地铁监控系统框图

车站前端监控系统由前端摄像机、视频分配器、高清编码器、边缘服务器、公安专网接入设备组成。前端摄像机通过视频分配器将视频信号分为2路分别进入高清编码器和公安专网视频接入设备，实现监控网与公安网物理隔离。高清编码器对前端摄像机进行H.264/H.265编码压缩，通过IP网络传输至边缘服务器。边缘服务器将视频码流转发到车站监控室的同时可以对指定摄像机图像进行AI识别。光端机接收来自车站监控室视频信号并通过站台监视器进行显示。站台工作人员可根据站台监视器画面预知突发大客流、列车进出站情况。公安专网视频接入设备对视频信号进行编码加密压缩后传输至车站警务室，车站前端监控系统框图如下图所示：

图2 车站前端监控系统框图

车站监控室由土星云分布式存储、监控终端、高清解码器、监控大屏构成。车站前端监控系统采集的图像经压缩后传输至监控终端进行封装。封装后的视频文件存储在土星云分布式存储设备中。高清解码器接收来自前端的视频码流经过解码拼接后输出至监控大屏。监控大屏供车站运营管理人员实时了解车站运行情况。解码器对需要在站台监视器显示的视频码流进行解码拼接输出至光端机。光端机（TX）将视频信号通过光纤传输至站台监视器侧光端机(RX)。操控终端用于车站监控室的配置管理，车站监控室框图如下图所示：

图3 车站监控室框图

车站警务室由土星云存储、高清解码器、监控大屏、操控终端组成。车站警务室视频数据来自前端公安专网视频接入设备。高清解码器接收来自前端的视频码流经过解码拼接后输出至监控大屏。监控大屏供车站警务人员实时了解车站安全情况。车站关键视频经过车站警务室接入到公安专用网。操控终端用于车站警务室的配置管理。土星云存储可对关键视频进行备份保存，车站警务室框图如下图所示：

图4 车站警务室框图

车辆段监控系统由边缘服务器、交换机、监控终端、解码器、监视器、土星云分布式存储组成。车辆段内网络摄像机将采集的视频通过交换机以压缩码流的方式传输至边缘服务器。边缘服务器将视频码流转发至监控终端的同时对指定摄像头进行AI识别。监控终端对视频码流进行封装打包存入到土星云分布式存储设备中。列车结束运营回段后将车载NVR硬盘取出，然后通过将当天记录的视频导入车辆段的土星云分布式存储设备中。解码器选择关键位置视频进行解码拼接输出至值班监视器，供值班人员掌握车辆段内关键位置情况，车辆段监控系统框图如下图所示：

图5 车辆段监控系统框图

车载监控系统由边缘服务器、车载NVR设备、无线通信终端，摄像机组成。车载NVR设备通过车载交换机拉取车载摄像头的视频流进行保存，列车结束当天运营后由车辆段人员取出硬盘进行备份。边缘服务器通过车载交换机拉取车载摄像头的视频流进行AI识别如：火灾、烟雾、人员密度识别。无线设备用于和地铁运行管理中心进行通信，车载监控系统框图如下图所示：

图6 车载监控系统框图

地铁运营管理中心由视频管理节点服务器、网管系统、回放终端、操控终端、高清解码器、无线通信终端构成。视频管理节点实现对系统内分布式存储设备和摄像机的管理，为监控回放提供地址索引。监控专网实现地铁运用管理中心与车站和车联段之间的高速监控网络互联。高清解码器接收来自车辆段或车站的视频码流经过解码拼接后输出至监控大屏。回放终端实现对指定时间地点的监控录像进行回放。操控终端用于地铁运营管理中心的配置管理。网管系统实现对监控专网的管理。无线实现与车载设备的通信，地铁运营管理中心框图如下图所示：

图7 地铁运营管理中心框图

视频监控各系统之间采用专网进行连接，传输网络采用冗余星型结构、IP 传输方式。系统为中央级、车站级和终端级三级结构。控制中心与车辆段之间通过专门的双环冗余万兆以太网。各车站设汇聚层交换机和接入层交换机，网络拓扑如下图所示：

图8 视频监控专网拓扑图

地铁监控系统中部署的边缘服务器具备智能识别功能，可对人脸进行识别并对乘客异常行为进行检测。

客户收益

视频监控系统对于地铁运营和治安反恐的重要性日益凸显,视频图像数据作为最直接的传感数据在业务管理中必将发挥更大的作用。采用分布式存储技术的监控系统对具有海量存储需求的轨道交通系统提供透明存储构架,可持续扩容避免瓶颈限制,更有效的进行资源管理,灵活增减空间,对空间进行最大程度的合理利用。可以解决单/多节点失效造成的业务中断问题,利用负载均衡技术充分利用各存储节点的性能,提升系统的可靠性和安全性。可以保障用户高效读写和业务的持续性。采用统一完善的接口,可以有效降低对接成本、平台维护成本和用户管理的复杂度。