城市轨道交通视频拼接技术探讨

张 蕾

（中国中铁二院工程集团有限责任公司地铁院通号处，四川成都610031）

城市轨道交通视频拼接技术探讨

张 蕾

（中国中铁二院工程集团有限责任公司地铁院通号处，四川成都610031）

城市轨道交通视频监控系统是运营组织和安全维稳的重要技术手段，文章从应用需求出发，探讨了城市轨道交通视频监控系统建立立体化的视频拼接平台的必要性、迫切性，并结合目前成都轨道交通地下停车场视频拼接的案例，提出了该系统的解决方案、功能要求和显示方案。

城市轨道交通；视频监控；视频拼接；全景融合视频

目前，轨道交通在国内各大城市蓬勃发展，因其便利、高效、省时，在人们的生活中起着越来越重要的作用。视频监控系统在保证人们出行安全、提高运营管理水平等方面发挥着巨大作用，然而随着反恐压力的增强，前端设备布点越来越密集，视频监控的需求已经从传统的“看得清”功能发展为“看得懂”的“智慧监控”展示模式。本文结合成都地铁视频监控建设的方案，为视频监控系统立体化、平台化演进的路线提供思路。

1 城轨交通视频监控系统

城市轨道交通视频监控系统分为运营视频监控系统和公安视频监控系统两部分。运营视频监控系统为控制中心调度员、车站值班员、DCC 值班员、列车司机提供有关列车运行、防灾控制、客流疏导及重要场所等音视频信息，为管理者有效开展运营组织、抢险救灾等工作提供技术支撑。公安视频监控系统为车站、派出所及分局等公安民警提供现场实时信息，在维护社会治安、处理突发犯罪、后期调查取证方面发挥重要作用。

由于公安视频监控系统存在视频对象的特定需求，因此，成都地铁运营视频监控系统和公安视频监控系统采用独立建设，公安共享运营视频监控系统前端设备，分离使用的模式。

2 城轨运营及公安对视频监控的需求

2.1 大型换乘车站

为了给市民提供更加便利的交通换乘方式，出现了不少多线换乘车站，以及结合高铁站、机场的换乘站，这些换乘站的共同点是车站面积大、出入口多、车站结构较复杂，同时视频监控系统的前端设备较多，给运营视频监控系统及公安视频监控系统的监控人员的工作带来了很大压力。

（1）常规建设的前端监控摄像机采集的多路摄像视频，经网络传输到车控室/警务室，监控人员需要同时监控多个分镜头画面。研究表明，人眼最多可以同时观察15个分镜头画面，而且对于跨镜头区域的运动，由于人眼无法快速、准确的切换分镜头，很难对运动物体进行连续的追踪观察，海量的监控信息让监控人员感觉“看不过来”的同时也出现了“看不清楚”的困惑。

（2）多线换乘的车站，由于各线建设时序不同，带来各线在建设过程中，更关注本线的监控区域，由于缺乏综合视频监控平台来融合各线的视频分镜头，集中展现换乘区域的整体监控效果，不可避免的会出现“重复监控”以及“监控盲点”等问题。

（3）多线换乘的车站会出现1个站拥有2个车控室/警务室的情况，不同的车控室/警务室只能调看所属线路的视频图像，由于建设时序的问题，整个车站的视频监控区域被各线划分的“支离破碎”。为运营指挥管理、公安监控带来极大的不便。

2.2 地下车辆段/停车场

当前大城市的发展建设进入了轨道交通时代，从城市可持续发展、城市土地的利用率、城市环境的优化等多个角度出发，越来越多的城市选择了地下车辆段/停车场的建设模式。地铁运营管理现有的视频监控系统受各种主客观因素的制约，在以下2个方面不能完全满足运营管理业务的实际需要，成为制约地铁管理发展、创新管理的瓶颈性亟待解决的难题。

（1）针对地下车辆段/停车场这类特殊的建筑模式，其咽喉区等区域的指挥调度缺乏精确感知的能力，从而无法为地铁运营管理部门在上述区域开展精确调度指挥的日常运营及治安综合管理业务工作提供强大的技术支撑。

（2）缺乏对多模式多数量图像信息的无缝融合集中展示，从而影响地铁管理部门宏观指挥监测、整体关联、综合调度和事件处置能力。

3 视频拼接技术在成都地铁视频监控中的应用

图1 成都地铁某停车场视频拼接区域标示图

成都地铁某车辆段及停车场均采用了地下建设模式，从对工程可实施性、可行性、性价比以及运营指挥调度便利性等角度出发，确定视频拼接区域为车辆段/停车场咽喉区的“进”、“出”重点区域，见图1。地下咽喉区（拼接区域）的全场景监控展示可以克服目前典型的视频监控技术无法解决的承重立柱对车辆出入库状态的遮挡问题，提升运营调度管理的精准性以及便利性。通过结合视频监控系统对道岔的监控，同时辅助三维仿真，进行立体式的、融合的视频监控平台，实时展现在地下车辆段/停车场地下区域整体三维地形以及地铁列车在其中的行进状态。

3.1 拼接视频功能要求

在实现地下停车场/车辆段咽喉区全景视频展示的同时，结合三维仿真技术，实现地下监控区域的三维场景中列车运行仿真模拟，实时展示地下车辆运行咽喉状态，其系统架构见图2。拼接视频的功能主要包括以下方面。

图2 系统架构图

（1）对停车场/车辆段咽喉区进行3D GIS 重建，3D GIS 直观地表达监控区域的三维空间位置、真实结构及相关信息，指挥调度人员通过3D GIS 可以直观了解咽喉区域的三维空间信息。

（2）系统基于在拼接区域设置的摄像机采集的视频数据，将处在不同位置、具有不同视角的分镜头监控摄像实时拼接融合到3D GIS 中，在单一画面中实现对咽喉区域整体大场景的实时全局监控。各个摄像机的图像信息之间在空间和时间上是结合到一起的，将每个摄像机所拍摄的图像信息嵌入到真实的环境之中。

（3）基于在道岔等重点部位的摄像机视频（咽喉区，即 A 区范围内），将处在不同位置、具有不同视角的监控视频以视频标签的形式展示在3D GIS 中，在三维空间中实现对整体区域监控视频的观察浏览。

（4）在地铁三维仿真环境下，将地下轨道运营区间、隧道、线路等设施以静态三维模型的方式呈现，基于列车定位辅助装置对列车在三维空间实时位置的计算，在系统中直观地演示列车在三维场景中的运行状况和运行过程，与咽喉区全景视频同步展示，便于调度人员在 DCC（车辆段/停车场调度中心）直观了解列车运行全过程。

3.2 拼接视频显示方案

为了呈现最佳监控效果，整个视频拼接采用拼接屏的方案。针对地下停车场/车辆段，采用以下大屏分配方案，见图3。图3左侧显示停车场/车辆段咽喉区（拼接区域）整体大场景下的全景融合视频。考虑到 DCC 控制室场地限制，若新建拼接大屏高度不能清晰显示所有车道，可以根据车辆运行状态采取人工切换的方法对有列车通过的车道进行展示，若长度不能显示全部内容，可按需设置自动巡航显示。列车运行三维仿真结果与咽喉区全景融合视频同步展示，紧邻全景融合视频展示区，使用户能够在 DCC 直观了解列车运行全过程。基于部分摄像机监控各个道岔点形成的视频标签或者分镜头视频，可根据需要与全景监控视频同步显示在三维模型上或根据需求单独展示。

图3 大屏布局示意图

3.3 拼接视频应用扩展

在已搭建的立体的、融合的拼接视频监控平台基础上，下阶段可以进一步扩展其应用场景。

（1）点位规划。通过在三维模型中设置新增摄像机点位，快速规划，提高监控点位的合理性及全面性。

（2）资源管理。在三维场景模型中整合监控视频资源与其他业务数据资源，如资产管理系统等，实现多类型数据融合的三维可视化，实现资源的综合管理。

（3）关键路径自动巡检。运营及公安监控人员都可根据需要灵活设定路线进行日常巡检，可以按照巡视人员日常关注的角度、巡视的速度依次进行巡逻。

（4）人流密度统计。这个功能有助于运营人员的日常调度指挥，对于人流密度较大的车站、线路采取特殊的人流疏导措施。

3.4 有待解决的问题

成都地铁采用的视频拼接方案存在一些需要进一步解决的问题：

（1）在为运营指挥调度带来便利的同时提升了维护检修的难度。就地下停车场而言，为保障最佳的监控效果，所有拼接区域前端摄像头都安装在接触网上方，检修维护必须在夜间停运后请点作业。

（2）目前的视频拼接平台为定制化产品，后台软件的市场化程度不够高，存在备品备件、产品升级、设备维护等风险。

（3）由于该视频拼接技术方案在地铁应用案例较少，软件开发人员不是非常了解地铁运营管理的模式、公安监控人员的具体需求，因此，如何将视频拼接与城市轨道交通场景完美结合还有大量的工作要做。

[1] GB50490-2009城市轨道交通技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2] 康彦肖，庞超. 实时视频图像拼接在工程中的应用[J].信号与信息处理，2008，38（5）.

[3] 田瑞娟. 图像拼接融合技术在网络视频监控系统中的应用研究[J]. 兵工自动化，2009（3）.

[4] 方贤勇，潘志庚，徐丹. 图像拼接的改进算法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报，2003（11）.

[5] 冷晓艳，薛模根，韩裕生，等. 基于区域特征与灰度交叉相关的序列图像拼接[J]. 红外与激光工程，2005（5）.

责任编辑 朱开明

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

张蕾（1982—），女，高级工程师